新款奔馳M282四缸汽油發(fā)動機技術(shù)亮點介紹(上)

◆文/福建 林宇清

自2018年5月起，梅賽德斯-奔馳推出了一款型號名稱為M282的新4缸火花點火型直噴發(fā)動機(圖1、圖2)，該款發(fā)動機采用橫向安裝設(shè)計帶有增壓裝置，排量為1.4L，裝配在A級177車型上。在發(fā)動機的概念中，降低耗油量是主要關(guān)注點，M282在油耗方面設(shè)立新的標準，并且還在收益性和二氧化碳(CO2)效率之間達成一個折中點。該款發(fā)動機分80kW、100kW和120kW三個輸出等級(圖3)。

圖1 M282發(fā)動機

圖2 發(fā)動機左前視圖

圖3 性能圖

該款發(fā)動機除了尺寸緊湊、重量輕和動態(tài)性能高的特點外，還具有以下重要特性的概述。

(1)壓鑄鋁曲軸箱、緊湊型汽缸蓋(圖4)，在降低車輛重量方面起關(guān)鍵作用，增強了車輛動態(tài)性能。

(2)三角型汽缸蓋(圖5)。

(3)均勻燃燒系統(tǒng)。

(4)排氣歧管部分集成在汽缸蓋中。

(5)渦輪增壓器更靈活，更快且更精確地對增壓壓力進行電動調(diào)節(jié)。

(6)位于中央位置的電磁閥噴油器。

(7)風冷式增壓空氣冷卻器，增加空氣密度并因此增加輸出量。

(8)采用NANOSLIDE?技術(shù)的復(fù)合涂層系統(tǒng)減少摩擦并作為低磨損的基礎(chǔ)。

(9)帶“類鉆炭”(“DLC”)的活塞環(huán)，類鉆炭非常耐磨且是一種優(yōu)良的導(dǎo)熱體。

(10)曲軸和連桿由鍛鋼構(gòu)成，在高負荷區(qū)域更具穩(wěn)定。

(11)120kW型號可變氣門升程系統(tǒng)(CAMTRONIC)汽缸停用(CSO)。

(12)汽油微粒濾清器。

(13)空氣管道–諧振器和減震器用于減少噪音的精密措施。

(14)由于采用了全新的"NVH(噪音、振動、聲振粗糙度)“技術(shù)”，因此，與上一代發(fā)動機M270相比，其噪音和振動舒適性更高。

本文講解該款發(fā)動機的技術(shù)亮點，即各系統(tǒng)及其功能。為便于了解，按發(fā)動機的組成和工作原理，將其分為以下若干系統(tǒng)逐一介紹。

一、兩機構(gòu)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括了發(fā)動機的兩大機構(gòu)(曲軸連桿機構(gòu)和配氣機構(gòu))和其他機械部件，如汽缸蓋、曲軸箱等。

1.汽缸蓋

全新的“三角形”汽缸蓋體現(xiàn)了特殊設(shè)計的特點，此處的關(guān)鍵在于通過凸緣表面的較大斜度、內(nèi)部氣門間隙補償元件、最低凸輪軸距離、從進氣口到渦輪增壓器的氣體路線的硬性設(shè)計、部分集成式排氣歧管、高效冷卻和中央噴射器位置來實現(xiàn)輕量化和緊湊型結(jié)構(gòu)。由于汽缸蓋的特殊形式，省略了經(jīng)典型汽缸蓋罩，使其具有自由碰撞縱向空間、廢氣再處理裝置的安裝空間和缸蓋輪廓方面的優(yōu)勢，特別是其可以在三角形汽缸蓋的汽缸中央使用較高剛度，以提高汽缸蓋剛度和強度的重要標準，同時還可顯著降低重量。

圖4 汽缸蓋緊湊型結(jié)構(gòu)

圖5 三角形汽缸蓋

2.汽缸停用(CSO)

輸出功率為120kW的M282具有汽缸停用功能(圖6)，從而“實現(xiàn)動態(tài)縮小”，因此，在低負荷和轉(zhuǎn)速范圍下，可關(guān)閉4個汽缸中的兩個而繼續(xù)提供充足的工作能量輸入。根據(jù)實際的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和扭矩，2號和3號汽缸由停用的噴射和點火裝置通過進氣門和排氣門上的“氣門升程”在打開和關(guān)閉行程之間的切換。因此，通過增加標準的汽缸負荷來降低耗油量。

圖6 汽缸停用

與多缸發(fā)動機相比，在車輛相等的工作能量輸入期間，停用的2個汽缸具有將主動式汽缸的負荷點移動到較高負荷的效果。對于各進氣凸輪軸和排氣凸輪軸，凸輪襯套可以通過軸向移動來確保內(nèi)部汽缸的兩個汽缸在不同的凸輪行程之間進行切換。對于CSO(圖7)的運轉(zhuǎn)，凸輪切換至“0升程”，滾子搖臂通過360°基圓運行在此位置，且氣門保持關(guān)閉；第二個升程位置是常規(guī)的“全升程”凸輪，工作情況與多缸發(fā)動機類似，如1號和4號汽缸的運轉(zhuǎn)。

對于停用和啟用CSO，各促動器銷移至凸輪襯套的換檔槽中，在凸輪軸旋轉(zhuǎn)期間，換檔在各氣門凸輪的基圓區(qū)域中逐漸進行，換檔槽位于可移動的凸輪襯套之間的中央位置，這使得每個凸輪軸上僅有一個促動器可以促動汽缸停用.

在發(fā)動機控制系統(tǒng)內(nèi)部整體圖中，CSO使用受若干因素的影響，在以下情況下可使用CSO:

?ECO啟動停止系統(tǒng)啟用，無法通過啟動/停止按鈕停用；

?冷卻液溫度>46℃，取決于環(huán)境溫度和車內(nèi)加熱請求；

?舒適性駕駛模式或節(jié)能模式(ECO)，在2擋起步；

?車速>1 8 k m/h，發(fā)動機轉(zhuǎn)速<1 600r/min(“DCT”)；

?車速>45km/h，取決于舒適性要求；

?催化轉(zhuǎn)換器溫度>320℃；

?進氣溫度>-30℃；

?蓄電池電壓>10V；

在以下情況下不可使用CSO:

?冷卻液溫度>110℃；

?駕駛模式運動模式，手動模式以及手動換擋操作期間；

?車速>1 7 0 k m/h 或發(fā)動機轉(zhuǎn)速>3 800r/min；

圖7 CSO部件

3.曲軸連桿機構(gòu)

M282曲軸箱(圖8)采用壓鑄鋁工藝制造“缸頂外漏”結(jié)構(gòu)，其連續(xù)減小阻立的其他部件是基于雙絲電弧噴涂涂層(“TWAS”)工藝的汽缸涂層，除了摩擦，重量較輕也是創(chuàng)新汽缸套技術(shù)的優(yōu)勢，因為該原因以及使用低摩擦油的發(fā)動機設(shè)計對減少CO2起到了更重要的作用。

圖8 曲軸箱

曲軸和連桿由鍛鋼制成，縮小至直徑42mm的主軸承和40mm的連桿軸承的軸承點和超精細加工有助于改善摩擦(圖9)。活塞由鋁鑄造工藝制成，活塞環(huán)的“DLC”涂層會使摩擦系數(shù)非常低，活塞裙已調(diào)節(jié)且活塞提供有減摩涂層。由于輸出提高，活塞頂部的熱負荷和機械負荷增加，為減少熱負荷并降低活塞頂?shù)臏囟龋褂脟娪妥炖鋮s活塞，在保持穩(wěn)定燃燒的同時降低發(fā)動機排放。活塞冷卻裝置集成在機油回路的熱量管理系統(tǒng)中。

圖9 曲軸連桿機構(gòu)

4.皮帶驅(qū)動

圖10 皮帶驅(qū)動

皮帶驅(qū)動裝置(圖10)驅(qū)動冷卻液泵、制冷劑壓縮機和發(fā)電機，它由使用扭轉(zhuǎn)減震器的可分離的皮帶輪驅(qū)動，使用帶聚酯拉繩的V型皮帶，可使皮帶具有低預(yù)緊力，從而有助于最小化摩擦力。扭轉(zhuǎn)減振器包括一個扭轉(zhuǎn)減振器和一個彈性性退耦，可減小皮帶拉力。利用新的皮帶張緊器概念，將皮帶輪緊器安裝到發(fā)動機上，還有助于降低裝配空間。

二、燃油供應(yīng)系統(tǒng)

M282與M270相同，燃油供應(yīng)系統(tǒng)由低壓燃油泵提供燃油，經(jīng)單活塞高壓泵壓縮至高達250bar的燃油壓力，然后通過噴油嘴噴入缸內(nèi)(圖11)。

圖11 燃油高壓系統(tǒng)

高壓泵通過排氣凸輪軸上的4個折疊凸輪驅(qū)動，泵上集成了一個流量控制閥，由ME控制，用于調(diào)節(jié)燃油流率，從而適用于泵活塞的各個行程。滾輪式挺桿將行程傳送至連接在進氣側(cè)的高壓泵的活塞上。因此，每個工作循環(huán)產(chǎn)生一個高壓泵行程，而行程的角度位置被設(shè)計為產(chǎn)生鏈條傳動的最低負荷。

噴油器位于發(fā)動機燃燒室的中央，因為高達2 5 0 b a r(1bar=105Pa)的燃油壓力會接觸噴油器，因此，必須通過噴油器的控制時間精確確定噴油量。在噴油器內(nèi)部，電動控制提升電磁閥啟用帶6個噴射口的多孔閥中的滾針，對準燃油噴嘴，使閥和火花塞都不會直接碰撞。對于噴油器，其根據(jù)測量電子信號單獨識別浮針的閉合，因此確定促動結(jié)束和噴射結(jié)束之間的時間偏移。此外，燃油箱通過活性炭過濾器實現(xiàn)通風，在“多灰塵國家”，將濾塵器安裝到活性炭過濾器周圍的空氣管路上。