文／江苏 范明强
范明强
体刊编委会委员
教授级高级工程师，参加过陕西汽车制造总厂的筹建工作，主管柴油机的产品开发，1984年调往机械工业部无锡油泵油嘴研究所，曾任一汽无锡柴油机厂、第一汽车集团公司无锡研究所高级技术顾问、湖南奔腾动力科技有限公司总工程师。
（接上期）
奔驰公司采用缸内汽油直接喷射燃烧过程，成功地在批量生产条件下实现了理论上预测的这种新技术的潜力。直喷式汽油机从第一代发展到第二代，即从壁面引导燃烧过程发展到油束引导燃烧过程，特别是采用了新开发的压电喷油器、供油量可调节的高压燃油泵及其20MPa的燃油系统，以及外部废气再循环系统。确保在所有运转工况点和整个运行期间内喷射油束的稳定性是开发成功的关键，因此必须控制相关零件的几何尺寸公差和电子控制的精度。
另外，采用向外开启的喷油嘴也是成功的一个因素。由于喷油器采用了压电驱动，获得了高速动态响应和控制针阀部分升程的能力，使得在充量分层运行时也能实现多次喷射，例如采用三次喷射明显地改善充量分层运行高负荷工况时的运转粗暴性。同时，这些喷射方式有助于排放，例如在催化器加热阶段提供优化废气成分和增加放热量的可能性，从而使催化器更快地达到起燃温度。
这种新型缸内直接喷射汽油机首次应用这些新技术，在欧洲已替代了迄今为止在奔驰CLS350轿车上使用的M272KE进气道喷射汽油机，从而在新欧洲行驶循环(NEFZ)中取得了10%的节油效果，而且由于功率提高了15kW，扭矩增大了15Nm(图46)，使这种具有生命力的汽车系列更具运动型汽车的特性。
三、M276 DE 35 V6缸内直喷式汽油机
从201 0年起奔驰公司又将搭载于CL和S级轿车的内部型号为M272和M273的V6和V8直喷式汽油机替换下来，这种汽油机系列机型通过模块化和使用创新技术已重新开发成内部型号为M276和M278的V6和V8直喷式汽油机系列，由于使用了可灵活应用的功能模块，不仅能满足全球各种市场和排放法规的要求，而且还确保了该汽油机系列具备满足未来应用要求的能力。这里仅以M276 DE35 V6直喷式汽油机为例进行介绍，它是以前文介绍的M272 DE35 V6直喷式机型为基础开发的，具有以下方面的特点：①在低燃油消耗的同时，具有高的行驶功率和一流的机动性；②具备包括第三代缸内直接喷射在内的优化燃油消耗的技术装备和启动一停车功能；③具有一流的声学和振动舒适性；④满足全球当前的废气排放法规，并具有满足未来法规的潜力；⑤采用可集成增压和混合动力的模块化方案；⑥具有燃用25%以上乙醇成分燃料的兼容性，并具备燃用最多85%乙醇的附加功能块；⑦具有进一步提升功率的可能性。
为了降低C02排放和燃油消耗，开发的重点不仅要进一步开发已成功应用于批量生产的采用油束引导燃烧过程和压电喷油器的缸内直接喷射技术，而且还要降低辅助设备的功率消耗，其中缩小冷却水泵，应用可调式机油泵、油量可调式高压燃油泵、发电机管理和第三代热管理以及降低曲柄连杆机构和汽缸盖上相关机构的摩擦功率均属于这方面的措施(图47)。
借助于启动电动机支持的直接启动并与“7G-TRONIC”自动变速器共同发挥作用的启动停车装置的开发也是一项富有挑战性的工作。此外，通过应用较紧凑的凸轮轴相位调节器和新型的两级齿形链条传动已获得了便于装配和减轻质量的优点。全新的进排气系统与可变换的谐振进气管和优化的进排气特性相结合，能使功率和扭矩分别提高到225kW和370Nm。
表5示出了M276汽油机主要技术参数与老机型的比较，其中前文已介绍过的内部型号为M272 KE 35的汽油机是自然吸气进气道喷射机型，而内部型号为M272 DE 35的汽油机则是首次采用油束引导燃烧过程的缸内直接喷射机型。
1．汽缸体曲轴箱和曲柄连杆机构
缸心距同样为106mm的新M276-V6直喷式汽油机与老机型最明显的区别是V形夹角已从90。改成了60。，因其具有较好的噪声一振动一刚性(NVH)特性（1级惯性力矩）而可取消平衡轴，也有助于减少摩擦和减轻质量。为此，用38MnS6合金钢制成的锻钢曲轴当然需要增加中间曲柄臂，以弥补较大的连杆轴颈错位。
用AISi9Cu3压铸而成的汽缸体曲轴箱的设计已考虑到了未来负荷进一步加大的需要，通过在镶铸的片墨铸铁汽缸套上应用新开发的精细珩磨工艺与优化的活塞环组设计相组合，同时由于减小了活塞环切向力，能够在改善功能值（机油耗、曲轴箱通风）的同时明显降低摩擦功率。
活塞则通过活塞销直径从22mm减小到20mm以及减小压缩高度，使其质量与老机型相比又减轻了，因活塞头部较轻则减小了活塞换向运动所产生的撞击，从而在噪声一振动一刚性(NVH)特性获得了明显的好处。
在老机型轻型结构连杆的基础上，已将连杆小头孔直径减小了，并优化了连杆小头衬套的厚度，而连杆轴承的宽度从19mm减小到17mm，这样同样也能改善摩擦。作为进一步减轻质量的措施，曲轴主轴承盖被设计成具有“无摩擦”径向轴密封环的轻型铝合金结构型式。
通过采用新的曲轴扭振减振器方案（单质量双联型式），并进一步开发其弹性体，虽然质量明显减轻了差不多1kg，但是仍获得了稳定的温度一频率特性。由于轻型结构的不断改进，并充分挖掘降低摩擦功率的潜力，使得其曲柄连杆机构与老机型相比，在2000r/nin时的摩擦减少了23%。
2．汽缸盖和链传动
包括燃烧室形状和独特的中央布置喷油器在内的汽缸盖基本结构型式与老机型相同（图48），但是汽缸盖内的冷却水流动导向是完全重新设计的。被称之为双层无液力节流的冷却水套有针对性地提高了冷却水的流动速度和热量散发，优化了汽缸盖的冷却，因此即使发动机功率更高了，但却避免了诸如燃烧室顶面或气门鼻梁等高热负荷区域的温度升高。
每排汽缸的双顶置凸轮轴是针对减轻质量进行设计的。进排气凸轮轴相位调节器都是液压无级调节的，调节范围为40。曲轴转角。虽然发动机功率提高了，但是凸轮轴相位调节器经过重新开发，其外形尺寸明显缩小，如此紧凑的结构型式使得能够采用两级链传动(图49)。一级传动链以1:1.34的传动比传动中间链轮，再由其以1：1 5的传动比通过两条短的二级传动链分别传动各自的进排气凸轮轴相位调节器。二级链传动的张紧轨道和液压链条张紧器均布置在轨道内侧，结构空间的利用是最佳的。所有的配气正时链条均采用节距为8mm的齿形滚柱链条，从而获得了极其轻声的运行。
链传动中的第4根链条同样也是齿形链，用于传动全新开发的无级调节的叶片式机油泵。这种机油泵按特性曲线场调节以两级压力运行，在特性曲线场低负荷范围内以0,2MPa机油压力低水平运行，此时冷却活塞的机油喷嘴关闭，而在高负荷转速范围内则开启喷机油冷却活塞。
3．热管理和燃油系统
分成三个阶段的热管理使得在暖机和从80℃到1 05℃运转温度时发动机冷却水可停止流动，而车内采暖设备的供暖可与此无关地任意开启，即发动机暧机运转时在冷却水循环回路关闭的情况下仍能够100%地供暖。出于降低质量的原因，节温器、水泵皮带轮及其叶轮和冷却水管道都是用塑料制成的。
M276直喷式汽油机的喷油系统同样也是在原有M272DE直喷式机型所应用的喷油系统基础上进一步开发而成的。按需调节的单柱塞高压燃油泵以插接式油泵的形式安装在右排汽缸后端的传动罩盖内。由于油泵的供油量通过供油始点调节方式实现按需调节，因此进入燃油的热量很少，以至于可取消对燃油进行冷却。
正如燃油管那样，燃油浸润的零件的材料选择也继承了老机型所用的材料（主要是不锈钢）。系统压力最高为20MPa，而且在整个特性曲线场范围内几乎保持不变。压电喷油器虽然从2006年起就已进入市场，但此次又经过全新开发，其主要的开发目标是减小所必需的安装空间。
4．空气系统
新鲜空气通过安装在发动机侧面的空气滤清器吸入，经过紧随其后的热膜空气质量流量计和发动机正面的电子节气门进入谐振进气管。为了使进气空气质量符合发动机运行工况扭矩和功率的需求，谐振进气管和谐振室是按发动机特性曲线场进行调节的，其调节功能如图50所示，位于V形夹角中间和谐振阀后面的调节机构（圆筒形转阀）可将相应的“谐振”室彼此接通或断开。该转阀按特性曲线场来操纵，在从2000r/min到4250 r/min的较低和中等转速范围内负荷较高时是关闭的，而在其余特性曲线场范围内则不操纵而打开着。谐振阀在较高负荷范围内从3200r/min转速起开始动作被打开，而其余特性曲线场范围内则不动作。
5．燃烧
奔驰公司自从2006年开始就在CLS 350 CGI轿车上应用第二代直喷式汽油机，其特点是：①燃油喷射采用压电喷油器“A”型喷油嘴和锥形油束；②燃油压力20MPa；③稀薄分层充量燃烧；④外部废气再循环。
从那时起，这种直喷式汽油机就显示出令人信服的燃油消耗值，而在为第三代缸内汽油直接喷射进行燃烧开发时，燃烧过程基本上是从以下两方面进行进一步开发：①通过优化燃烧重心位置（指混合汽燃烧放热50%时的曲轴转角）以及应用快速多火花点火提高废气再循环的适应性来扩大稀薄分层充量燃烧的应用范围；②通过应用压电喷射技术，特别是其多次喷射和最小喷油量的能力，开发出更多的运行模式来扩展稀薄分层充量燃烧可应用的特性曲线场范围。（未完待续）