今天和大家介紹賓士M177發動機機械結構, 以及發動機結構特點, 控制系統特點, 並重點對雙閥節溫器工作特點進行講解。
發動機M177AMG是一款全新開發的V8汽油發動機。 該發動機採用雙渦輪增壓直接噴射系統, 和一個獨立於冷卻回路的低溫回路, 專用於增壓空氣冷卻系統。 這款新開發的4.0升AMG發動機將首次用在型號系列205中, 作為梅賽德斯AMGC63提供。
開發人員成功地通過全新的發動機設計, 減小了排量, 並降低了廢氣排放, 同時提高了功率和效率。
M177發動機概覽
M177發動機特點和主要特徵概覽:
兩個呈“V”形佈置的渦輪增壓器;
獨立的低溫回路;
帶壓電式噴油嘴的噴霧引導汽油直接噴射系統;
通過NANOSLIDE®LDS塗層優化了摩擦功率;
鏈傳動式冷卻液泵;
砂鑄鋁合金曲軸箱, 噴射壓力可達140bar。
AMG4.0升V8雙渦輪增壓發動機M177(上圖)
M177發動機資料
1)作為最高車速的選裝裝備(駕駛員元件):轎車290km/h, 旅行車280km/h。
2)梅賽德斯AMGC63S
性能圖
A:Mercedes-AMG C 63S
B:Mercedes-AMG C 63
發動機視圖
M177AMG前部視圖(上圖):
19a 左側燃油高壓泵
19b 右側燃油高壓泵
N3/10 發動機電子設備控制單元
R48 冷卻液節溫器加熱元件
Y16/2 暖風系統截止閥
Y77/1 增壓調節壓力轉換器
M177AMG前部視圖(上圖):
B11/4 冷卻液溫度感測器
Y49/4 左側進氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/5 右側進氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/6 左側排氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/7 右側排氣凸輪軸伺服電磁閥
Y94/1 左側流量調節閥
Y94/2 右側流量調節閥
M177AMG後部視圖(上圖):
11 真空泵
B1 發動機油溫感測器
B28/4 空氣濾清器後的壓力感測器, 左側氣缸列
B28/5 空氣濾清器後的壓力感測器, 右側氣缸列
B70 曲軸霍爾感測器
M1 起動機
Y94/1 左側流量調節閥
Y94/2 右側流量調節閥
M177AMG下部視圖(上圖):
B40 機油感測器(機油液位元,溫度和品質)
G2 發電機
Y130 發動機油泵閥
M177發動機機械系統
曲軸總成
鍛造活塞的槽口已根據燃燒過程和燃油噴油嘴的佈置進行了匹配。鍛造活塞的構造可承受高達 140 bar 的點火壓力負荷。出於強度考慮,曲軸採用鍛造方式製造,並配有八個平衡錘。鋁制扭轉減震器可在一個非常狹小的安裝空間內實現所需的減振功能。
提示:
點火壓力是正常工作溫度的內燃機在點火時,作用在活塞上的最大壓力。
曲軸總成(上圖):
1 鍛造活塞
2 平衡錘
3 曲軸支承面
4 曲軸的齒鏈驅動
5 鋁制扭轉減震器
曲軸箱
M177的曲軸箱由砂鑄鋁合金製成,設計為封閉蓋板式結構。通過優化的LDS塗層(NANOSLIDE®),使該款AMGV8發動機的氣缸鏡面的硬度達到傳統灰口鑄鐵氣缸套的兩倍–從而達到最高的使用壽命。通過多個橫向支柱和縱向支柱,使其具有很高的剛性。曲軸軸承蓋由球磨鑄鐵製成(GGG60)。
曲軸箱及防濺板和油泵(上圖):
1 曲軸箱
2 曲軸軸承蓋
3 曲軸軸承蓋螺栓
4 擋油板
5 發動機油泵
6 油水熱交換器
油底殼
油底殼由壓鑄鋁合金製成。油底殼的棱條配置設計可有助於降低聲波發,並確保輔助機組螺栓連接所需的強度。機油篩檢程式濾芯連同機油濾清器殼蓋一起旋入油底殼內。
發動機的供油由一台受控發動機油泵負責,它通過套筒鏈由曲軸進行驅動。發動機油泵閥用於控制發動機油壓。該油壓由發動機電子設備控制單元根據特性圖和需求,在2和4bar兩檔壓力之間進行切換。
發動機油底殼(上圖):
1 發動機油底殼
2 機油濾清器濾芯
氣缸蓋
經流動性優化的鋯合金氣缸蓋是專為實現最高的溫度和熱傳導性而設計的。這樣,便能令 M177 即使是在極限條件下,仍能達到最高的性能。
四氣門技術,雙頂置凸輪軸 (DOHC),並在進氣和排氣側都帶凸輪調節裝置,這些技術的運用,讓該發動機具有很好的回應特性,並對任何工作點的混合氣迴圈進行了優化。
M177 的混合氣迴圈設計和混合氣運動確保了:
在很寬廣的轉速範圍內達到高扭矩
高功率
低油耗
低排放
皮帶驅動
皮帶驅動(上圖):
1 導向輪
2 皮帶張緊器
3 鋁制扭轉減震器
A9 製冷劑壓縮機
G2 發電機
曲軸上的扭轉減震器通過免維護的四楔式多楔帶驅動發電機,並通過另一根多楔帶單獨驅動製冷劑壓縮機。
多楔帶的張力由兩個單獨的皮帶張緊器,通過張緊輪自動傳遞到多楔帶上。
鏈條傳動和凸輪軸調節
鏈條傳動
該新款 V 型發動機 M177 AMG 採用全新開發的,帶有三根齒鏈的二檔式鏈條傳動裝置。其目標是,在安裝要求、摩擦力、減小鏈條作用力和 NVH 要求之間達成一個平衡。這樣,便能實現顯著降低噪音的目標。此外,還同時對壽命特性以及鏈條摩擦進行了進一步優化。
鏈條傳動設計為初級和次級驅動的二級式結構。
所有三條齒鏈都分別通過一個液壓鏈張緊器進行張緊。低張緊力和低鏈條動態確保了穩定的正時和出色的聲學屬性,同時,與上一代發動機相比,還降低了摩擦力。
另外,發動機油泵由曲軸通過一根套筒鏈進行驅動。
凸輪軸調節
利用凸輪軸調節,可使進氣凸輪軸最多向“提前”方向調節 40 °KW(曲軸角度),使排氣凸輪軸最多向“延遲”方向調節 40 °KW。這樣,便能在混合氣迴圈時,使氣門重疊能在很大範圍內變化。由此優化發動機扭矩的變化曲線,降低油耗並改進廢氣排放性能。進氣凸輪軸伺服電磁閥和
排氣凸輪軸伺服電磁閥由發動機電子設備控制單元以150 Hz 的脈衝寬度調製信號(PWM 信號)進行控制,從而進行凸輪軸調節。
該控制根據特性圖,在部分負荷和滿負荷範圍中進行,並能夠根據 PWM 信號的占空比,實現凸輪軸的持續調節。
進氣凸輪軸的位置由進氣凸輪軸霍爾感測器記錄,排氣凸輪軸的位置由排氣凸輪軸霍爾感測器記錄,並以電壓信號的形式傳遞至發動機電子設備控制單元。
2 檔式鏈條傳動(上圖):
1 齒鏈滑軌
2 齒鏈張緊軌
3 齒鏈
4 初級和次級鏈條的鏈條張緊器
5 曲軸
6 發動機油泵
7 發動機油泵套筒鏈
8 油泵驅動鏈條張緊器
40 水泵驅動
Y49/4 左側進氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/5 右側進氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/6 左側排氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/7 右側排氣凸輪軸伺服電磁閥
發動機潤滑
受控發動機油泵
發動機油壓通過發動機油泵上的閥門進行控制。發動機電子設備控制單元控制發動機油泵閥。它可根據需求,在2 和 4 bar 兩個壓力檔之間,對油壓進行切換。這樣,便能根據不同的需求,對發動機機油回路中的發動機油供應進行最佳匹配。同時,可通過這一方式降低發動機油泵的驅動功率,從而降低發動機的功率損失。機油油位檢查通過油底殼內的機油感測器進行。
通過控制通道所回饋的發動機油壓將在預調閥上進行調製,並在控制環上,用於抵消與之相對的調節彈簧作用力。通過控制環位置,可與轉子旋轉軸產生相應的偏心度,輸送量將隨著偏心度的增大而提高。
機油回路圖(上圖)
1 油底殼
2 曲軸箱
3 右側氣缸蓋
4 左側氣缸蓋
5 右側高壓泵(軸承潤滑)
6 左側高壓泵(軸承潤滑)
7 鏈條傳動中間齒輪
8 控制壓力回饋
9 左側渦輪增壓器
10 右側渦輪增壓器
A 機油濾清器
B 油水熱交換器
C 機油泵
D 鏈條張緊器
E 液壓氣門間隙補償
F 機油噴嘴
G 滑動軸承
H 凸輪軸調節器
噴射系統
高壓系統
為產生高壓,需使用泵模組中集成油量控制閥的燃油高壓泵(噴射泵)。
燃油通過高壓油軌傳送至燃油噴油嘴,這些佈置在中部的噴油嘴將其輸入燃燒室。帶有壓電式執行器的燃油噴油嘴每個迴圈最多能夠進行五次非常精確的噴射。
高壓泵
高壓泵佈置在氣缸蓋上方。高壓泵的最大輸送壓力為200 bar。高壓泵的驅動以機械方式,通過排氣凸輪軸的從動件進行。高壓泵的輸送能力取決於轉速。在泵單元向上運動時,泵缸內的燃油體積被壓縮。在達到系統壓力後高壓泵的排氣門將打開,燃油將通過高壓管路輸送至油軌。限壓閥可防止高壓泵產生過高的壓力。
高壓燃油系統(上圖):
19a 左側高壓泵
19b 右側高壓泵
B42/1 右側燃油壓力及溫度感測器
B42/2 左側燃油壓力及溫度感測器
Y76/1 氣缸 1 燃油噴油嘴
Y76/2 氣缸 2 燃油噴油嘴
Y76/3 氣缸 3 燃油噴油嘴
Y76/4 氣缸 4 燃油噴油嘴
Y76/5 氣缸 5 燃油噴油嘴
Y76/6 氣缸 6 燃油噴油嘴
Y76/7 氣缸 7 燃油噴油嘴
Y76/8 氣缸 8 燃油噴油嘴
Y94/1 左側油量控制閥
Y94/2 右側油量控制閥
空氣供應
M177 AMG 發動機的進氣直接通過相應的空氣導管,從車輛前部輸送至空氣濾清器。
空氣濾清器的佈置令它可以直接與渦輪增壓器相連接。增壓空氣軟管將壓縮後的增壓空氣繼續傳輸至增壓空氣冷卻器。
為盡可能縮短增壓空氣的行程,因此用兩個節氣門作為增壓空氣冷卻器和增壓空氣分配器之間的連接。
增壓空氣分配器直接旋入到相應氣缸蓋的進氣通道中。
空氣供應示意圖(上圖):
1 右側增壓空氣冷卻器
2 左側增壓空氣冷卻器
3 左側增壓空氣分配器
4 左側空氣濾清器殼
5 左側渦輪增壓器
6 右側渦輪增壓器
7 右側空氣濾清器殼
M16/60 左側節氣門調節器
A 增壓空氣已冷卻
B 進氣
C 增壓空氣未冷卻
增壓裝置
一般增壓裝置
通過增壓裝置,可改進氣缸充氣效率。從而能提高發動機的扭矩和功率。隨著空氣品質的升高,發動機電子設備控制單元也將相應提高燃油量。
在增壓裝置中,廢氣的流動能被用於驅動渦輪增壓器。渦輪增壓器通過位於壓縮機入口處的空氣濾清器吸入新鮮空氣,並通過壓縮機出口,將其傳送到增壓空氣管中,從而到達增壓空氣冷卻器。
通過壓縮機渦輪的高轉速,以及由此所產生的高體積流量,讓空氣在增壓空氣管中得到壓縮。壓縮後的增壓空氣通過增壓空氣管流向增壓空氣冷卻器。然後,由冷卻器對因壓縮而升溫的增壓空氣進行冷卻,並通過增壓空氣歧管將其繼續輸送到氣缸內。
內熱 V
為了令梅賽德斯 AMG C 63 具有更好的回應特性,AMG對 V8-Biturbo 的氣缸蓋進行了全新設計:進氣側現在位於外側,排氣側在內側。工程師將他們的全新發動機設計稱為“內熱 V”,它令 V8-Biturbo 變得更加緊湊。為了保護發動機部件,對歧管和渦輪增壓器進行了特殊的隔熱處理。
M177 AMG 增壓裝置類比圖(上圖):
A 進氣通道(增壓空氣)
B 排氣通道及歧管(排氣)
增壓空氣冷卻系統
增壓空氣冷卻系統功能流程
通過增壓空氣冷卻系統,可在 20 °C 的環境溫度下將增壓空氣溫度保持在 < 60 °C。增壓空氣冷卻器後經冷卻的空氣具有更高的密度。這樣,便能提高氣缸充氣效率,乃至發動機性能.
此外,還降低了爆震傾向,並通過更低的排氣溫度減少了氮氧化物 (NOx) 的形成。兩個氣缸列分別有一個水冷器/增壓空氣冷卻器。水冷器/增壓空氣冷卻器與低溫回路中的低溫冷卻器和低溫回路迴圈泵 1 和 2 連接。
如果增壓空氣溫度高於 35 °C,便會由發動機電子設備控制單元通過傳動系 CAN,傳動系統控制單元和傳動系 LIN促動低溫回路迴圈泵 1 和 2。
當增壓空氣溫度下降到 25 °C 以下時,低溫回路迴圈泵 1和 2 便會重新關閉。
增壓空氣溫度將在增壓空氣分配器內,由左右增壓空氣溫度感測器進行探測,並通過電壓信號向發動機電子設備控制單元通報。
低溫回路示意圖(上圖):
10 變速箱油熱交換器
13 低溫回路輪罩冷卻器
14 低溫回路冷卻器
15.1 上部膨脹容器
15.2 下部膨脹容器
110/1 左側增壓空氣冷卻器
110/2 右側增壓空氣冷卻器
M43/6 低溫回路迴圈泵 1
M43/7 低溫回路迴圈泵 2
A 冷卻液回流
B 冷卻液供給
C 冷卻液回路供給
D 冷卻液回路補償
發動機冷卻系統
通過熱量管理系統對發動機的冷卻液溫度進行控制。由此帶來以下好處:
更快達到最佳工作溫度
減少廢氣排放
節省燃油(多達約 4 %)
改進暖風舒適性
冷卻液回路示意圖(上圖)
2 發動機冷卻器
3 輪罩冷卻器
4 膨脹容器
5 發動機 M177
M4/7 風扇馬達
R48 冷卻液節溫器加熱元件
A 冷卻液供給
B 冷卻液回流至發動機
C 冷卻液回路補償/供給
提示1:
風扇延遲關閉功能在“點火開關接通”時不會被取消。在風扇延遲關閉過程中起動發動機時,正常運行模式下的風扇控制將被抑制,直到風扇延遲關閉結束。
提示2:
當冷卻液溫度超過約 120 °C 時,無論加熱元件是否通電,雙閥節溫器都將一直處於完全斷開狀態(應急模式功能)。
雙閥節溫器
冷卻液溫度可通過可加熱式雙閥節溫器進行控制。為此,在雙閥節溫器中有冷卻液節溫器加熱元件 (R48),它可以根據需要,由發動機電子設備控制單元通過接地信號進行控制。
雙閥節溫器可採用五種設置:
冷卻液靜止
短路運行
混合運行
散熱器運行
故障安全位置
冷卻液靜止
當冷卻液溫度 < 80 °C,且發動機轉速 < 3000 rpm 時,雙閥節溫器的兩個滑閥完全關閉。通過使冷卻液保持靜止狀態來縮短發動機的暖機階段,可直接節省燃油,並降低二氧化碳的排放。
短路運行位置
加熱元件未通電,冷卻液溫度 80 °C 至 105 °C
加熱元件通電,冷卻液溫度 40 °C 至 65 °C
為達到最佳發動機內部摩擦,從而節省燃油,可在部分負荷區域將冷卻液溫度上升至約 105 °C(加熱元件未通電)。這樣,摩擦力便會因發動機溫度升高而降低,並且混合氣形成也會因氣缸壁上的燃油凝結減少而得到改進。
混合運行位置
加熱元件未通電,冷卻液溫度 105 °C 至 120 °C
加熱元件通電,冷卻液溫度 65 °C 至 90 °C
散熱器運行位置
加熱元件未通電,冷卻液溫度 > 120 °C
加熱元件通電,冷卻液溫度 > 90 °C
雙閥節溫器加熱(加熱元件通電)後,它將打開,且冷卻液將被引導流經散熱器。在全負荷下,雙閥節溫器將很快被打開。這時,冷卻液溫度可以得到降低,這樣便能夠在可能的情況下,實現最佳的發動機冷卻和無爆震燃燒。
故障安全位置
為了避免損壞,在冷卻液處於靜止且發動機轉速> 3000 rpm 時,進入故障安全位置。通過一個差壓調節器,將通向發動機的開口向後打開(短路位置)。
燃油系統
低壓燃油回路
當燃油泵控制單元接收到一個“燃油泵接通”信號後,燃油泵便會接通。該信號將由發動機電子設備控制單元採用冗餘方式,以 CAN 信號的形式,經過傳動系 CAN,並以接地信號的形式發出。
另外,燃油泵控制單元還將從發動機電子設備控制單元收到 CAN 信號“燃油標準壓力”。燃油泵控制單元通過燃油壓力感測器的電壓信號探測當前的燃油壓力,並將該資訊通過傳動系 CAN 發送至發動機電子設備控制單元。
燃油泵控制單元對當前燃油壓力進行分析,並將其與燃油標準壓力進行比較,然後相應地通過一個脈衝寬度調製信號(PWM 信號)促動燃油泵,以使實際壓力與標準壓力相符。
為確定燃油標準壓力(燃油需求),發動機電子設備控制單元對燃油壓力和負荷要求進行分析。根據燃油需求,在燃油壓力從約 4 至 6.7 bar 時,控制燃油輸送功率在 0 至130 l/h 之間變化。
在促動時,燃油泵從燃油輸送模組中抽取燃油,並將其通過燃油濾清器輸送至燃油高壓泵(單管路系統,無回流管)。
提示1:
燃油濾清器內的溢流閥在燃油壓力從約 7 至 9 bar時打開。
提示2:
在燃油濾清器進流處有一個止回閥,它可在燃油泵關閉的情況下,防止燃油壓力下降(至約 4.5 bar以下)。
油箱淨化
一般淨化
在油箱通風時,不允許讓燃油氣霧排入大氣中。燃油氣霧被存儲在活性炭罐內,以後送回進行燃燒。
部分負荷淨化功能流程
在部分負荷運行時,活性炭罐中所存儲的燃油氣霧通過現有的真空,經過淨化轉換閥、部分負荷運行止回閥和部分負荷淨化管路被抽入到節氣門後方,並在發動機內進行燃燒。
全負荷淨化功能流程
在全負荷運行時,燃油氣霧的抽吸通過全負荷運行止回閥和全負荷淨化管路進行。為此所需的真空將通過一個文丘裡噴嘴產生。然後,燃油氣霧將通過全負荷淨化管路、渦輪增壓器和增壓空氣冷 卻器輸入增壓空氣歧管。
為檢查全負荷淨化是否能被許可,需將左右淨化轉換閥猛然打開三次。這時,必須出現 > 120 mbar 的峰值壓力。
淨化壓力感測器將探測全負荷淨化管路內現有的壓力條件,並將一個信號傳送至發動機電子設備控制單元。
排氣系統
排氣系統
獨立式直通雙管 AMG 排氣系統配有兩個直接安裝在發動機上,和兩個安裝在底板上的催化轉換器。
在廢氣處理系統的後方,安裝了兩個單獨的後消音器,以負責噪音排放。
廢氣風門
作為選裝裝備選擇安裝可控式廢氣風門。後消音器分別帶有一個廢氣風門,它可根據駕駛員的功率要求,並根據發動機轉速,由發動機控制單元以電動方式,通過兩個伺服馬達以特性圖控制方式進行操縱。這項技術解決了在運動型駕駛風格下對於發動機轟鳴聲的激情體驗和在部分負荷區域降低噪音的要求之間的矛盾。在聲音設計上,於動感體驗和梅賽德斯特有的低調風格之間實現了完美的結合。發動機聲響保持在舒適的靜謐水準上,令人不快的聲音頻率被有效地消除。
排氣系統示意圖(上圖):
158 三元催化轉換器(前圍板)
159 三元催化轉換器(底板)
160 後消音器
G3/3 催化轉換器上游的左側氧感測器
G3/4 催化轉換器上游的右側氧感測器
G3/5 催化轉換器下游的左側氧感測器
G3/6 催化轉換器下游的右側氧感測器
M16/53 左側廢氣風門伺服馬達
M16/54 右側廢氣風門伺服馬達
M16/55 中部廢氣風門伺服馬達
真空系統
真空泵為增壓調節壓力轉換器和制動助力器提供負壓。增壓調節壓力轉換器利用負壓促動增壓調節閥壓力室,以進行增壓壓力調節。
發動機管理系統
發動機電子設備控制單元
採用直接噴射的汽油噴射及點火系統通過與發動機 177DE(直接噴射)的感測器和執行器的電氣組合,構成了發動機管理系統 MED 17.7.3。
整個發動機管理系統都位於發動機電子設備控制單元內。由發動機管理系統可直接讀取或通過 CAN 複合匯流排間接讀取感測器資料並啟動相應的執行器。同時,發動機管理系統的各項功能和各個系統都由發動機電子設備控制單元進行控制和協調。
發動機管理系統分為以下各個系統:
基本功能
發動機系統
噴射系統
點火系統
排氣系統
提示1:
發動機電子設備控制單元內的發動機管理系統可刷寫,即控制單元的整個軟體可通過 XENTRY Diagnostics更換(更新)。控制單元程式設計所需的軟體位於Star Diagnosis 軟體 DVD 上。
提示2:
在發動機電子設備控制單元的故障記憶體中,保存了識別到的故障。它們可以通過 XENTRY Diagnostics進行讀取。
驅動機構(執行元件)
【全文完】
M177AMG下部視圖(上圖):
B40 機油感測器(機油液位元,溫度和品質)
G2 發電機
Y130 發動機油泵閥
M177發動機機械系統
曲軸總成
鍛造活塞的槽口已根據燃燒過程和燃油噴油嘴的佈置進行了匹配。鍛造活塞的構造可承受高達 140 bar 的點火壓力負荷。出於強度考慮,曲軸採用鍛造方式製造,並配有八個平衡錘。鋁制扭轉減震器可在一個非常狹小的安裝空間內實現所需的減振功能。
提示:
點火壓力是正常工作溫度的內燃機在點火時,作用在活塞上的最大壓力。
曲軸總成(上圖):
1 鍛造活塞
2 平衡錘
3 曲軸支承面
4 曲軸的齒鏈驅動
5 鋁制扭轉減震器
曲軸箱
M177的曲軸箱由砂鑄鋁合金製成,設計為封閉蓋板式結構。通過優化的LDS塗層(NANOSLIDE®),使該款AMGV8發動機的氣缸鏡面的硬度達到傳統灰口鑄鐵氣缸套的兩倍–從而達到最高的使用壽命。通過多個橫向支柱和縱向支柱,使其具有很高的剛性。曲軸軸承蓋由球磨鑄鐵製成(GGG60)。
曲軸箱及防濺板和油泵(上圖):
1 曲軸箱
2 曲軸軸承蓋
3 曲軸軸承蓋螺栓
4 擋油板
5 發動機油泵
6 油水熱交換器
油底殼
油底殼由壓鑄鋁合金製成。油底殼的棱條配置設計可有助於降低聲波發,並確保輔助機組螺栓連接所需的強度。機油篩檢程式濾芯連同機油濾清器殼蓋一起旋入油底殼內。
發動機的供油由一台受控發動機油泵負責,它通過套筒鏈由曲軸進行驅動。發動機油泵閥用於控制發動機油壓。該油壓由發動機電子設備控制單元根據特性圖和需求,在2和4bar兩檔壓力之間進行切換。
發動機油底殼(上圖):
1 發動機油底殼
2 機油濾清器濾芯
氣缸蓋
經流動性優化的鋯合金氣缸蓋是專為實現最高的溫度和熱傳導性而設計的。這樣,便能令 M177 即使是在極限條件下,仍能達到最高的性能。
四氣門技術,雙頂置凸輪軸 (DOHC),並在進氣和排氣側都帶凸輪調節裝置,這些技術的運用,讓該發動機具有很好的回應特性,並對任何工作點的混合氣迴圈進行了優化。
M177 的混合氣迴圈設計和混合氣運動確保了:
在很寬廣的轉速範圍內達到高扭矩
高功率
低油耗
低排放
皮帶驅動
皮帶驅動(上圖):
1 導向輪
2 皮帶張緊器
3 鋁制扭轉減震器
A9 製冷劑壓縮機
G2 發電機
曲軸上的扭轉減震器通過免維護的四楔式多楔帶驅動發電機,並通過另一根多楔帶單獨驅動製冷劑壓縮機。
多楔帶的張力由兩個單獨的皮帶張緊器,通過張緊輪自動傳遞到多楔帶上。
鏈條傳動和凸輪軸調節
鏈條傳動
該新款 V 型發動機 M177 AMG 採用全新開發的,帶有三根齒鏈的二檔式鏈條傳動裝置。其目標是,在安裝要求、摩擦力、減小鏈條作用力和 NVH 要求之間達成一個平衡。這樣,便能實現顯著降低噪音的目標。此外,還同時對壽命特性以及鏈條摩擦進行了進一步優化。
鏈條傳動設計為初級和次級驅動的二級式結構。
所有三條齒鏈都分別通過一個液壓鏈張緊器進行張緊。低張緊力和低鏈條動態確保了穩定的正時和出色的聲學屬性,同時,與上一代發動機相比,還降低了摩擦力。
另外,發動機油泵由曲軸通過一根套筒鏈進行驅動。
凸輪軸調節
利用凸輪軸調節,可使進氣凸輪軸最多向“提前”方向調節 40 °KW(曲軸角度),使排氣凸輪軸最多向“延遲”方向調節 40 °KW。這樣,便能在混合氣迴圈時,使氣門重疊能在很大範圍內變化。由此優化發動機扭矩的變化曲線,降低油耗並改進廢氣排放性能。進氣凸輪軸伺服電磁閥和
排氣凸輪軸伺服電磁閥由發動機電子設備控制單元以150 Hz 的脈衝寬度調製信號(PWM 信號)進行控制,從而進行凸輪軸調節。
該控制根據特性圖,在部分負荷和滿負荷範圍中進行,並能夠根據 PWM 信號的占空比,實現凸輪軸的持續調節。
進氣凸輪軸的位置由進氣凸輪軸霍爾感測器記錄,排氣凸輪軸的位置由排氣凸輪軸霍爾感測器記錄,並以電壓信號的形式傳遞至發動機電子設備控制單元。
2 檔式鏈條傳動(上圖):
1 齒鏈滑軌
2 齒鏈張緊軌
3 齒鏈
4 初級和次級鏈條的鏈條張緊器
5 曲軸
6 發動機油泵
7 發動機油泵套筒鏈
8 油泵驅動鏈條張緊器
40 水泵驅動
Y49/4 左側進氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/5 右側進氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/6 左側排氣凸輪軸伺服電磁閥
Y49/7 右側排氣凸輪軸伺服電磁閥
發動機潤滑
受控發動機油泵
發動機油壓通過發動機油泵上的閥門進行控制。發動機電子設備控制單元控制發動機油泵閥。它可根據需求,在2 和 4 bar 兩個壓力檔之間,對油壓進行切換。這樣,便能根據不同的需求,對發動機機油回路中的發動機油供應進行最佳匹配。同時,可通過這一方式降低發動機油泵的驅動功率,從而降低發動機的功率損失。機油油位檢查通過油底殼內的機油感測器進行。
通過控制通道所回饋的發動機油壓將在預調閥上進行調製,並在控制環上,用於抵消與之相對的調節彈簧作用力。通過控制環位置,可與轉子旋轉軸產生相應的偏心度,輸送量將隨著偏心度的增大而提高。
機油回路圖(上圖)
1 油底殼
2 曲軸箱
3 右側氣缸蓋
4 左側氣缸蓋
5 右側高壓泵(軸承潤滑)
6 左側高壓泵(軸承潤滑)
7 鏈條傳動中間齒輪
8 控制壓力回饋
9 左側渦輪增壓器
10 右側渦輪增壓器
A 機油濾清器
B 油水熱交換器
C 機油泵
D 鏈條張緊器
E 液壓氣門間隙補償
F 機油噴嘴
G 滑動軸承
H 凸輪軸調節器
噴射系統
高壓系統
為產生高壓,需使用泵模組中集成油量控制閥的燃油高壓泵(噴射泵)。
燃油通過高壓油軌傳送至燃油噴油嘴,這些佈置在中部的噴油嘴將其輸入燃燒室。帶有壓電式執行器的燃油噴油嘴每個迴圈最多能夠進行五次非常精確的噴射。
高壓泵
高壓泵佈置在氣缸蓋上方。高壓泵的最大輸送壓力為200 bar。高壓泵的驅動以機械方式,通過排氣凸輪軸的從動件進行。高壓泵的輸送能力取決於轉速。在泵單元向上運動時,泵缸內的燃油體積被壓縮。在達到系統壓力後高壓泵的排氣門將打開,燃油將通過高壓管路輸送至油軌。限壓閥可防止高壓泵產生過高的壓力。
高壓燃油系統(上圖):
19a 左側高壓泵
19b 右側高壓泵
B42/1 右側燃油壓力及溫度感測器
B42/2 左側燃油壓力及溫度感測器
Y76/1 氣缸 1 燃油噴油嘴
Y76/2 氣缸 2 燃油噴油嘴
Y76/3 氣缸 3 燃油噴油嘴
Y76/4 氣缸 4 燃油噴油嘴
Y76/5 氣缸 5 燃油噴油嘴
Y76/6 氣缸 6 燃油噴油嘴
Y76/7 氣缸 7 燃油噴油嘴
Y76/8 氣缸 8 燃油噴油嘴
Y94/1 左側油量控制閥
Y94/2 右側油量控制閥
空氣供應
M177 AMG 發動機的進氣直接通過相應的空氣導管,從車輛前部輸送至空氣濾清器。
空氣濾清器的佈置令它可以直接與渦輪增壓器相連接。增壓空氣軟管將壓縮後的增壓空氣繼續傳輸至增壓空氣冷卻器。
為盡可能縮短增壓空氣的行程,因此用兩個節氣門作為增壓空氣冷卻器和增壓空氣分配器之間的連接。
增壓空氣分配器直接旋入到相應氣缸蓋的進氣通道中。
空氣供應示意圖(上圖):
1 右側增壓空氣冷卻器
2 左側增壓空氣冷卻器
3 左側增壓空氣分配器
4 左側空氣濾清器殼
5 左側渦輪增壓器
6 右側渦輪增壓器
7 右側空氣濾清器殼
M16/60 左側節氣門調節器
A 增壓空氣已冷卻
B 進氣
C 增壓空氣未冷卻
增壓裝置
一般增壓裝置
通過增壓裝置,可改進氣缸充氣效率。從而能提高發動機的扭矩和功率。隨著空氣品質的升高,發動機電子設備控制單元也將相應提高燃油量。
在增壓裝置中,廢氣的流動能被用於驅動渦輪增壓器。渦輪增壓器通過位於壓縮機入口處的空氣濾清器吸入新鮮空氣,並通過壓縮機出口,將其傳送到增壓空氣管中,從而到達增壓空氣冷卻器。
通過壓縮機渦輪的高轉速,以及由此所產生的高體積流量,讓空氣在增壓空氣管中得到壓縮。壓縮後的增壓空氣通過增壓空氣管流向增壓空氣冷卻器。然後,由冷卻器對因壓縮而升溫的增壓空氣進行冷卻,並通過增壓空氣歧管將其繼續輸送到氣缸內。
內熱 V
為了令梅賽德斯 AMG C 63 具有更好的回應特性,AMG對 V8-Biturbo 的氣缸蓋進行了全新設計:進氣側現在位於外側,排氣側在內側。工程師將他們的全新發動機設計稱為“內熱 V”,它令 V8-Biturbo 變得更加緊湊。為了保護發動機部件,對歧管和渦輪增壓器進行了特殊的隔熱處理。
M177 AMG 增壓裝置類比圖(上圖):
A 進氣通道(增壓空氣)
B 排氣通道及歧管(排氣)
增壓空氣冷卻系統
增壓空氣冷卻系統功能流程
通過增壓空氣冷卻系統,可在 20 °C 的環境溫度下將增壓空氣溫度保持在 < 60 °C。增壓空氣冷卻器後經冷卻的空氣具有更高的密度。這樣,便能提高氣缸充氣效率,乃至發動機性能.
此外,還降低了爆震傾向,並通過更低的排氣溫度減少了氮氧化物 (NOx) 的形成。兩個氣缸列分別有一個水冷器/增壓空氣冷卻器。水冷器/增壓空氣冷卻器與低溫回路中的低溫冷卻器和低溫回路迴圈泵 1 和 2 連接。
如果增壓空氣溫度高於 35 °C,便會由發動機電子設備控制單元通過傳動系 CAN,傳動系統控制單元和傳動系 LIN促動低溫回路迴圈泵 1 和 2。
當增壓空氣溫度下降到 25 °C 以下時,低溫回路迴圈泵 1和 2 便會重新關閉。
增壓空氣溫度將在增壓空氣分配器內,由左右增壓空氣溫度感測器進行探測,並通過電壓信號向發動機電子設備控制單元通報。
低溫回路示意圖(上圖):
10 變速箱油熱交換器
13 低溫回路輪罩冷卻器
14 低溫回路冷卻器
15.1 上部膨脹容器
15.2 下部膨脹容器
110/1 左側增壓空氣冷卻器
110/2 右側增壓空氣冷卻器
M43/6 低溫回路迴圈泵 1
M43/7 低溫回路迴圈泵 2
A 冷卻液回流
B 冷卻液供給
C 冷卻液回路供給
D 冷卻液回路補償
發動機冷卻系統
通過熱量管理系統對發動機的冷卻液溫度進行控制。由此帶來以下好處:
更快達到最佳工作溫度
減少廢氣排放
節省燃油(多達約 4 %)
改進暖風舒適性
冷卻液回路示意圖(上圖)
2 發動機冷卻器
3 輪罩冷卻器
4 膨脹容器
5 發動機 M177
M4/7 風扇馬達
R48 冷卻液節溫器加熱元件
A 冷卻液供給
B 冷卻液回流至發動機
C 冷卻液回路補償/供給
提示1:
風扇延遲關閉功能在“點火開關接通”時不會被取消。在風扇延遲關閉過程中起動發動機時,正常運行模式下的風扇控制將被抑制,直到風扇延遲關閉結束。
提示2:
當冷卻液溫度超過約 120 °C 時,無論加熱元件是否通電,雙閥節溫器都將一直處於完全斷開狀態(應急模式功能)。
雙閥節溫器
冷卻液溫度可通過可加熱式雙閥節溫器進行控制。為此,在雙閥節溫器中有冷卻液節溫器加熱元件 (R48),它可以根據需要,由發動機電子設備控制單元通過接地信號進行控制。
雙閥節溫器可採用五種設置:
冷卻液靜止
短路運行
混合運行
散熱器運行
故障安全位置
冷卻液靜止
當冷卻液溫度 < 80 °C,且發動機轉速 < 3000 rpm 時,雙閥節溫器的兩個滑閥完全關閉。通過使冷卻液保持靜止狀態來縮短發動機的暖機階段,可直接節省燃油,並降低二氧化碳的排放。
短路運行位置
加熱元件未通電,冷卻液溫度 80 °C 至 105 °C
加熱元件通電,冷卻液溫度 40 °C 至 65 °C
為達到最佳發動機內部摩擦,從而節省燃油,可在部分負荷區域將冷卻液溫度上升至約 105 °C(加熱元件未通電)。這樣,摩擦力便會因發動機溫度升高而降低,並且混合氣形成也會因氣缸壁上的燃油凝結減少而得到改進。
混合運行位置
加熱元件未通電,冷卻液溫度 105 °C 至 120 °C
加熱元件通電,冷卻液溫度 65 °C 至 90 °C
散熱器運行位置
加熱元件未通電,冷卻液溫度 > 120 °C
加熱元件通電,冷卻液溫度 > 90 °C
雙閥節溫器加熱(加熱元件通電)後,它將打開,且冷卻液將被引導流經散熱器。在全負荷下,雙閥節溫器將很快被打開。這時,冷卻液溫度可以得到降低,這樣便能夠在可能的情況下,實現最佳的發動機冷卻和無爆震燃燒。
故障安全位置
為了避免損壞,在冷卻液處於靜止且發動機轉速> 3000 rpm 時,進入故障安全位置。通過一個差壓調節器,將通向發動機的開口向後打開(短路位置)。
燃油系統
低壓燃油回路
當燃油泵控制單元接收到一個“燃油泵接通”信號後,燃油泵便會接通。該信號將由發動機電子設備控制單元採用冗餘方式,以 CAN 信號的形式,經過傳動系 CAN,並以接地信號的形式發出。
另外,燃油泵控制單元還將從發動機電子設備控制單元收到 CAN 信號“燃油標準壓力”。燃油泵控制單元通過燃油壓力感測器的電壓信號探測當前的燃油壓力,並將該資訊通過傳動系 CAN 發送至發動機電子設備控制單元。
燃油泵控制單元對當前燃油壓力進行分析,並將其與燃油標準壓力進行比較,然後相應地通過一個脈衝寬度調製信號(PWM 信號)促動燃油泵,以使實際壓力與標準壓力相符。
為確定燃油標準壓力(燃油需求),發動機電子設備控制單元對燃油壓力和負荷要求進行分析。根據燃油需求,在燃油壓力從約 4 至 6.7 bar 時,控制燃油輸送功率在 0 至130 l/h 之間變化。
在促動時,燃油泵從燃油輸送模組中抽取燃油,並將其通過燃油濾清器輸送至燃油高壓泵(單管路系統,無回流管)。
提示1:
燃油濾清器內的溢流閥在燃油壓力從約 7 至 9 bar時打開。
提示2:
在燃油濾清器進流處有一個止回閥,它可在燃油泵關閉的情況下,防止燃油壓力下降(至約 4.5 bar以下)。
油箱淨化
一般淨化
在油箱通風時,不允許讓燃油氣霧排入大氣中。燃油氣霧被存儲在活性炭罐內,以後送回進行燃燒。
部分負荷淨化功能流程
在部分負荷運行時,活性炭罐中所存儲的燃油氣霧通過現有的真空,經過淨化轉換閥、部分負荷運行止回閥和部分負荷淨化管路被抽入到節氣門後方,並在發動機內進行燃燒。
全負荷淨化功能流程
在全負荷運行時,燃油氣霧的抽吸通過全負荷運行止回閥和全負荷淨化管路進行。為此所需的真空將通過一個文丘裡噴嘴產生。然後,燃油氣霧將通過全負荷淨化管路、渦輪增壓器和增壓空氣冷 卻器輸入增壓空氣歧管。
為檢查全負荷淨化是否能被許可,需將左右淨化轉換閥猛然打開三次。這時,必須出現 > 120 mbar 的峰值壓力。
淨化壓力感測器將探測全負荷淨化管路內現有的壓力條件,並將一個信號傳送至發動機電子設備控制單元。
排氣系統
排氣系統
獨立式直通雙管 AMG 排氣系統配有兩個直接安裝在發動機上,和兩個安裝在底板上的催化轉換器。
在廢氣處理系統的後方,安裝了兩個單獨的後消音器,以負責噪音排放。
廢氣風門
作為選裝裝備選擇安裝可控式廢氣風門。後消音器分別帶有一個廢氣風門,它可根據駕駛員的功率要求,並根據發動機轉速,由發動機控制單元以電動方式,通過兩個伺服馬達以特性圖控制方式進行操縱。這項技術解決了在運動型駕駛風格下對於發動機轟鳴聲的激情體驗和在部分負荷區域降低噪音的要求之間的矛盾。在聲音設計上,於動感體驗和梅賽德斯特有的低調風格之間實現了完美的結合。發動機聲響保持在舒適的靜謐水準上,令人不快的聲音頻率被有效地消除。
排氣系統示意圖(上圖):
158 三元催化轉換器(前圍板)
159 三元催化轉換器(底板)
160 後消音器
G3/3 催化轉換器上游的左側氧感測器
G3/4 催化轉換器上游的右側氧感測器
G3/5 催化轉換器下游的左側氧感測器
G3/6 催化轉換器下游的右側氧感測器
M16/53 左側廢氣風門伺服馬達
M16/54 右側廢氣風門伺服馬達
M16/55 中部廢氣風門伺服馬達
真空系統
真空泵為增壓調節壓力轉換器和制動助力器提供負壓。增壓調節壓力轉換器利用負壓促動增壓調節閥壓力室,以進行增壓壓力調節。
發動機管理系統
發動機電子設備控制單元
採用直接噴射的汽油噴射及點火系統通過與發動機 177DE(直接噴射)的感測器和執行器的電氣組合,構成了發動機管理系統 MED 17.7.3。
整個發動機管理系統都位於發動機電子設備控制單元內。由發動機管理系統可直接讀取或通過 CAN 複合匯流排間接讀取感測器資料並啟動相應的執行器。同時,發動機管理系統的各項功能和各個系統都由發動機電子設備控制單元進行控制和協調。
發動機管理系統分為以下各個系統:
基本功能
發動機系統
噴射系統
點火系統
排氣系統
提示1:
發動機電子設備控制單元內的發動機管理系統可刷寫,即控制單元的整個軟體可通過 XENTRY Diagnostics更換(更新)。控制單元程式設計所需的軟體位於Star Diagnosis 軟體 DVD 上。
提示2:
在發動機電子設備控制單元的故障記憶體中,保存了識別到的故障。它們可以通過 XENTRY Diagnostics進行讀取。
驅動機構(執行元件)
【全文完】