2019-05-15 15:58:26
剖析奔驰车系M131发动机技术
一、M137发动机概述
M137发动机装配在5600 220. 178车型上。发动机排量为5786crn3。
M137发动机为V12发动机，汽缸夹角为60°。每个汽缸两进一排3个气门。
M137发动机控制模块的版本为ME2. 7
M137发动机点火顺序为1-12-5-8-3-10-6-7-2-11-4-9。
M137发动机功率高达270kW/（5500r/min）与530N·m/（4100r/min）的峰值扭矩。平均每百千米油耗为13. 4L。发动机重量为220kg。采用附带有进气温度传感器的热膜式空气流量传感器感知进气质量。自然吸气式进气方式。发动机每侧有两个三元催化器，共有8个氧传感器。
发动机可进行正时调整，通过两个正时调整电磁阀控制。
左侧汽缸可进行断缸。在断缸侧安装有二次机油泵与相应的机油压力传感器。左侧排气管安装有切断控制机构。
配备ECI点火控制系统，点火电压为30kV，每缸两个火花塞。判断某缸是否失火只是通过离子流所反映的信息计算得出，通过离子流所反映的信息进行计算。
汽缸使用单独的二次空气喷射控制阀，阀为负压控制。
二、M137发动机部件概述
1．M137发动机部件位置分布图（图1～图4）。
2. M137发动机部件概述
（1）凸轮轴调节阀（图5、图6）。
凸轮轴调节阀负责开启／关闭通向凸轮轴调节器内工作腔的发动机机油通道。凸轮轴调节阀的电压由“电路87”提供。凸轮轴调节阀的接地侧由发动机控制模块在执行调节功能时促动。允许短时约2. 6A的启动电流（占空比约为95%）。时钟频率约为1kHz时保持电流约为0. 55A。
（2）氧传感器。
氧传感器位置如图7～图9所示。
氧传感器任务记录排气中的剩余氧含量，并向发动机控制模块发送信号。
发动机控制模块（ME1. 0）与一般的车辆接地相比，ME1. 0控制模块处的传感器信号的接地升高到大约＋0. 71V。在传感器信号对地短路的情况下，ME控制模块将过量空气系数闭环控制转换为开环模式（平均λ值）。这样可防止燃油消耗过高。
ME2. 0、ME2. 1、ME2. 7、ME2. 8，装配用于EUR03/4的发动机单元，每个氧传感器的传感器信号接地电缆分别通向ME控制模块。与一般的汽车接地相比，如在ME2.1控制模块处，传感器信号的接地增大到大约＋0. 268V。在传感器信号对地短路的情况下，ME控制模块将氧传感器控制切换到开环模式（平均＾值）。这样可防止燃油消耗过高。氧传感器信号的分析电路输出一个约为0. 470V的所谓的传感器反馈电压。如果氧传感器是冷的，则由于传感器内电阻过高，以致氧传感器的电压最初与反馈电压相等，而与可燃混合气无关。如果断开了氧传感器，则可以将ME控制模块上的传感器反馈电压接地测量。
（3）曲轴位置传感器。
曲轴位置传感器安装在飞轮壳上部，如图10所示，为电磁感应式转速传感器。
（4）凸轮轴位置传感器。
凸轮轴位置传感器通过凸轮轴链轮／凸轮轴调节器上的信号段以无触点的方式记录凸轮轴位置。利用来自凸轮轴位置传感器的信号，发动机控制模块检测1号汽缸和7号汽缸的点火上止点位置，并使点火和喷射顺序同步。
通过每一侧一个识别每个凸轮轴信号段位置的霍尔传感器，对左右汽缸组进行凸轮轴位置检测。
凸轮轴每转一圈产生一个信号。来自左右侧凸轮轴的信号偏差480°的曲轴转角（图11）。凸轮轴位置传感器的信号大约为12V（“高”）。如果凸轮轴上的信号段位于霍尔传感器的对面，该信号变到0V（“低”）。
来自右汽缸组凸轮轴位置传感器（B6/3）的“0V信号”用于检测1号汽缸的点火上止点。来自差汽缸组凸轮轴位置传感器（B6/2）的第二个“0V信号”用于检测：号汽缸的点火上止点。通过霍尔传感器的电子设备，在发动机静止时已可以检测凸轮轴的位置。由于在发动机启动时立即向各汽缸分配最佳的燃油喷射量，从而造成排气水平提高。另外，如果曲轴位置传感器出现故障，此信号可用于紧急启动发动机。
（5）压力传感器B28
检测进气歧管的绝对压力。
（6）冷却液温度传感器B11/4
冷却液温度传感器为NTC电阻特性，根据冷却液温度改变其电阻。电阻值随温度的升高而降低。
冷却液温度电阻值参照：
·20℃时3100Ω±15%
·80℃时315Ω± 15%
（7）空气流量传感器B2/5。
M137发动机热膜式空气流量传感器内包含有一个进气温度传感器。
（8）发动机控制模块N3/10。
发动机控制模块位于发动机舱后部右侧的保险丝和继电器模块盒内（图12）。
（9）二次空气喷射阀。
吸气器切断阀（126）由空气泵转换阀通过真空打开，或通过通风关闭。如果吸气器切断阀被促动，则空气泵的喷射空气可以流过。截止阀（126b）可防止废气在空气喷射停用时流入真空膜片（126a），从而防止其出现过热损坏和受到污染。
（10）机油传感器。
机油传感器B40负责检测机油液位、机油温度、机油品质信息。机油液位和机油品质根据发动机油（电介质）的电容进行检测。机油温度由温度传感器检测。所有信号都在电子装置中进行处理，形成一个脉冲宽度调制（PWM）信号。
（11）净化控制阀。
燃油净化控制阀Y58/1位于发动机机舱里左侧减振器旁（图13）。净化控制阀的任务是打开和关闭活性炭罐和进气歧管直接的连接管。
（12）排气系统设计。
驾驶室前壁三元催化器（157）上游和下游共安装了8个氧传感器（图14）。如果左右排气气流温度不同，则由于汽缸切断，因此需要纵向补偿原件（156）工作。当汽缸切断开启时，十字接头（a）防止左地板三元催化器温度降低。
三、主要控制功能介绍
1．点火和供油系统
M137发动机采用ECI点火系统：ECI（energy controlled ignition），由ECI点火系统主控制模块（N91），两个点火模块（N92/1、N92/2）组成。
ECI点火系统主控制模块（N91）的供电电压是蓄电池电压，N91产生一个180 V的点火电压和一个23V的离子龟流测量电压，并传给点火模块N92/1和N92/2。
点火开关关闭4 min后才可以拔下ECI点火系统主控制模块（N91）的插座。
M137发动机ECI点火系统与M275发动机基本相同，详细信息参见M275发动机点火系统介绍。
M137发动机的供油系统与M112发动机基本相同，具体信息参见M112发动机供油系统介绍。
2．断缸功能Cylinder shutoff（CSO）
（1）汽缸切断功能控制示意图（图15）。
（2）汽缸切断功能工作流程。
断缸功能启用时不再操作进气门和排气门，使左汽缸组关闭。在汽缸关闭期间，气门始终关闭。同时，中断燃油喷射，并且左侧汽缸组的火花持续时间大大减小。
汽缸关闭功能集成在发动机控制模块中。需要以下的输入和输出功能：
·促动7～9号汽缸的关闭阀（Y80/1）
·促动10～12号汽缸的关闭阀（Y81/1）
·促动排气阀门转换阀（Y93）
·来自断缸机油压力传感器（B40/2）的信号
·来自压力传感器（B28）的进气歧管压力信号
·汽缸关闭的故障检测
在发动机控制模块中还使用已有的输入信号用于汽缸关闭。这些部件包括，如：
·曲轴位置和发动机转速
·发动机负载
·节气门位置
·啮合挡
·机汕温度
M137发动机断缸功能的工作条件：
·过了发动机启动后的闭锁时间（大约10s，冷却液温度达到90℃或大约75s，达到＋20 ℃）
·冷却液温度必须大于20℃
·为了启用汽缸关闭，必须换入3挡或更高挡位。然后，在所有挡位650～3000r/min都启用了汽缸关闭
·节气门角度必须小于与转速相关的临界值
·机油油压大于300kPa
·机油温度在20～130 ℃
·进气温度在－40～100℃
·海拔高度必须小于2500m
·蓄电池电压必须大于10. 5V
·防加速打滑（ASR）控制功能没有启用
在断缸功能启用过程中出现下列情况时该功能关闭：
·检测到失火时
·检测到断缸功能有故障时
·在电子加速踏板处于紧急模式下
·油温信号出故障时
·油压信号出故障时
·最大允许的连续操作时间约为4 min，在未进行汽缸关闭持续约30s后，可再次启用汽缸关闭
·二次空气喷射工作时
断缸功能辅助诊断信息：
·仅左列汽缸（7～12）有断缸功能
·Y80/1为7～9号汽缸的汽缸切断阀，Y81/1为10～12号汽缸的汽缸切断阀
·断缸功能是M137发动机的一个标准配备
·在特殊情况下可以通过DAS诊断仪将断缸功能关闭
（3）汽缸切断功能相关部件概述。
汽缸切断阀（位置如图16）被促动时，3个汽缸的压力油从二次燃油泵流至进气和排气侧的气门摇臂轴。由“接头87”电路对汽缸关闭电磁阀供电。汽缸切断阀的接地端由发动机控制模块循环促动。短时间内，允许启动电流最高达到3.5A（占空比约为95%），保持电流约为1A。
（4）排气门转换阀。
排气门转换阀Y93被促动时，可将真空罐的真空施加至排气阀膜片装置（图17）。
排气门转换阀Y93由“接头87”电路供电。启用汽缸自动断油时，发动机控制模块对排气门转换阀“接地端”进行促动。这将连接2和连接3相连。连接闭合，以进行加压。
（5）排气阀门。
采用“排气阀门”控制功能可以增大排气系统中的背压，从而优化噪声特性。
汽缸切断装置打开时，排气阀门会被促动到2300～2500r/min。阀门打开，来自真空罐的真空被施加到膜片装置上。排气管中的活门关闭。汽缸切断装置打开时，余下的环形间隙对于废气量仍然足够。在更高发动机转速条件下，活门始终打开（图18）。
（6）汽缸切断机油压力传感器。
汽缸切断机油压力传感器B40/2安装在右侧汽缸盖前部（图19），负责测量此处的油压。测量范围（输出信号）：0（约0. 5 V）到500kPa（约4.5V）。
3．凸轮轴调节功能
凸轮轴调节控制功能示意图，如图20所示。
通过凸轮轴调节控制功能可以提高怠速、增压扭矩曲线和输出功率。
凸轮轴调节由图谱控制，并取决于以下参数：
·发动机转速
·负载
·冷却液温度
·进气温度
·发动机油温度
·处于换挡杆位置P和N时，不进行凸轮轴调节
·汽缸关闭取消凸轮轴调节的条件
如果在1500～4000r/min的速度范围内启用凸轮轴调节，则由发动机控制模块在接地侧促动凸轮轴调节阀。通过接头87供电。
阀打开并且发动机机油流入工作室。发动机机油油压使调节活塞压向压缩弹簧。由于使用了斜齿轮，在凸轮轴驱动齿轮和凸轮轴之间沿“提前”方向旋转大约7.5°，相应的调节范围大约为15°曲轴转角。
如果凸轮轴调节阀断电和关闭，弹簧作用力将使调节活塞向后移动。当出现此情况时，发动机机油将会随凸轮轴调节阀的回流流出工作室。
4．排放控制系统
M137发动机排放控制采用双氧传感器控制系统。具备以下功能：
·改善空燃比控制的稳定性
·监视三元催化器（TWC）上游氧传感器
M137发动机共采用8个氧传感器来完成排放系统监测与控制功能（图21），8个氧传感器均为4线连接方式（加热器两根、信号线两根）。
氧传感器工作示意图，如图22所示。
发动机控制模块通过来自三元催化器（TWC）下游氧传感器信号确定过量空气系数平均值。将该值与存储的最佳废气排放值进行比较。如果几次测量的偏差太大，则确定一个校正变量用于进行空燃比控制。使用校正因数（新氧传感器探针的值约为0），可以在一定限度内补偿催化转换器系统上游氧传感器探针的老化。如果修正变量超出限值，则必须更换三元催化器（TWC）上游氧传感器。
四、发动机控制模块针脚注解
1．发动机控制系统功能视图（图23）
2．发动机控制模块针脚注解
发动机控制模块安装在发动机舱右前保险丝盒内，发动机控制模块共有5个连接器，如图24、图25所示，连接针脚注解如表1～表5所示。
五、发动机正时校对
1．检查发动机基本正时（图26）
将发动机置于汽缸1点火上止点（TDC）后30°曲轴转角处，沿发动机运转方向转动发动机曲轴，直至皮带轮／减振器上的30°标记与正时箱盖罩上的标记对齐。
注意：不要反向转动发动机。
检查凸轮轴的基本位置：只有两个“保持装置（5）”可以无应力地安装到左、右汽缸盖上时，凸轮轴的基本位置才是正确的。凸轮轴轴承盖（2）的标记（A）必须与凸轮轴（3）的标记（B）对齐。
如果“固定装置”无法装配，则需要调节凸轮轴的基本位置。
检查基本正时工作需要拆装左右两侧的气门室盖，为此需要进行如下操作：
（1）拆卸点火模块（图27）。
（2）拆卸进气歧管（图28、图29）。
（3）拆卸汽缸盖外罩（图30）。
1． 调节凸轮轴的基本位置（图31）
除上述已经进行的操作外，还需拆装以下部件：
（1）拆卸右侧汽缸盖前护盖（图32）。
（2）拆下位于左侧汽缸盖上的汽缸自动断油装置机油泵（图33）。
（3）松开左侧凸轮轴调节器（4）的螺栓（8）。
要松开螺栓（8），转动左侧凸轮轴，以使固定装置（5）可无张紧力地安装到左侧汽缸盖上。松开螺栓（8）之前，将固定夹（7）固定到左侧凸轮轴调节器（4）上。拆下左侧汽缸盖上的固定装置（5） 。
（4）松开右侧凸轮轴调节器（6）的螺栓（8）。
要松开螺栓（8），转动右侧凸轮轴，以使固定装置（5）可无张紧力地安装到右侧汽缸盖上。松开螺栓（8）之前，将固定夹（7）固定到右侧凸轮轴调节器（6）上。拆下右侧汽缸盖上的固定装置（5） 。
（5）转动发动机至汽缸盖（1）的点火上止点后30°的位置。
沿发动机运转方向转动发动机曲轴，直至皮带轮／减振器上的30°标记与正时箱盖罩上的标记对齐。切勿反向转动发动机。
（6）拆下链条张紧器（图34）
链条张紧器位于二次空气喷射泵内侧的发动机侧面。
（7）拆下汽缸盖左侧和右侧上的滑轨销。
拆卸：仅拆下进气侧的销子。
安装：以便更容易地安装发动机正时链条。切勿混用销子。
（8）拆下右侧凸轮轴调节器（6）、拆下左侧凸轮轴调节器（4）
将发动机正时链从凸轮轴调节器上提起安装。
（9）将左侧凸轮轴和右侧凸轮轴转至基本位置。
仅当可将固定装置（5）无应力地安装到左侧汽缸盖上时，凸轮轴的基本位置才是正确的。凸轮轴轴承盖（2）的标记（A）必须与凸轮轴（3）的标记（B）对齐。在汽缸1的点火上止点后30°曲轴转角的位置处，可以在气门不接触活塞的情况下转动凸轮轴。
（10）安装右侧凸轮轴调节器（6）和左侧凸轮轴调节器（4）。
将发动机正时链安装到凸轮轴调节器上。取下固定夹。
（11）拆下汽缸盖左侧和右侧的固定装置（5）。
按相反顺序安装已拆解部件。
相关资料：2015年4月奔驰WIS维修系统
来源:网络
