奔驰当前主力发动机——M264详解

 

2017年底,从E级轿跑车车型238开始,引入了全新一代2.0L带48V车载电气系统的M264四缸发动机。...




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2017年底,从E级轿跑车车型238开始,引入了全新一代2.0L带48V车载电气系统的M264四缸发动机。基于上一代发动机M274,M264发动机进行了全新的改进,以满足燃油消耗( 减少了20%以上的油耗), 废气排放, 舒适性和功率密度的要求。下面就跟随小编来详细了解一下奔驰目前的主力发动机——M264。

在M264系列发动机诞生之前,奔驰主力发动机主要是M274系列,M264发动机正是基于M274发动机升级而来,目前M264系列发动机包括1.5T/2.0T两款纵置发动机,成功地接替了代号为M274的老款1.6T/2.0T发动机。其都搭载了48V微混系统(2.0T有低功率版本,未搭载48V系统),在技术应用方面也保持了高度一致,均配备了BSG启动/发电一体式电机、电动水泵、双涡轮排气布局、可变气门升程等技术。


关于M264系列的1.5T发动机,首发是在奔驰C260车型上,目前这款发动机也搭载在了奔驰E260车型上,与搭载M274 2.0T低功版的E200车型共同构成E级的入门车型。而M264 2.0T发动机首发是在奔驰S320L车型上,这也是史上首次采用四缸发动机的奔驰S级车型,毫无疑问充当的是入门车型,不过在定位稍低的E级上,M264 2.0T亮眼的动力输出数据让其成为了顶配车型的动力选择。

关于奔驰48V轻混

无论是重新回归的M256直列6缸发动机,还是M264直列4缸发动机,奔驰最新一代发动机最大升级之处便是加入了48V电气系统,并且迅速实现了大规模应用,在四缸发动机领域,其毫无疑问是引领者了。48V电气系统在原有12V电气系统的基础上升级而来,大幅提升的电压让这套系统在对原有发动机不做大改动的前提下可以实现更加丰富的功能,总结起来无外乎辅助动力输出、降低油耗、提升驾驶质感。
该系统带有一体式发电机/启动电机、一个容量为1kW·h的48V锂离子电池以及交/直流转换器,主要给电动空调压缩机、电动水泵、集成式发电机/电机,电动涡轮增压器供电。这块48V的锂电池可让空调在发动机熄灭的状态下继续制冷一段时间,为乘客带来丝丝凉意。
BSG电机(皮带传动发电/启动一体,E260L采用)以及ISG电机(集成发电机启动机一体,E350L采用)作为48V轻混系统的两种不同布置形式,替代了传统发电机+起动机的分体结构,令发动机结构更为紧凑。
其中,E350L采用的ISG电机布置在变速箱与发动机之间,其输出功率甚至能大到单独驱动车辆前行。当然了,它的本职工作还是辅助发动机输出(瞬间可增加10-15kW的功率输出,最大可提供16kW-250N·m的加速力矩),制动时刻亦可回收80%制动能量为电池充电。
由于48V相对12V电压提升高达400%,因而以往采用皮带转动的设备都可以采用电动驱动,如电动空调、电动水泵、电动涡轮、电动油泵、电子风扇等。大量设备采用电机直接驱动,发动机再也不会受到皮带带动的机械损失,可提升10-20%轮上功率输出,同时油耗也相应下降约10-20%。
当锂电池电量充足的时刻,同时满足驾驶状况时,如下坡或平缓匀速等。发动机可断开与BSG/ISG一体式发电机/电动机和变速箱的链接,并自行熄灭。这相当于纯电行驶,大大提升了燃油经济性。当需要发动机运转时,BSG/ISG一体式发电机/电动机又可将发动机转速带到相应的速度。因此带有BSG/ISG一体式发电机/电机的48V混合动力系统也被称为微型混合动力系统。
应用了48V电气系统还有一个更为重要的因素是,可搭载大功率的电子涡轮。48V电气系统的电子涡轮最高转速可达到72000rpm,工作额定功率5kW,从而弥补废气涡轮的迟滞,让发动机低扭更加充沛,增强了发动机动力响应性以及动力输出。同时由于发动机缩短高转运行时间,进一步可降低油耗。
48V电气系统除了性能和燃油经济性上优化外,还有重要一点是节约空间。空调压缩机、水泵、发电机这些设备无需再用发动机曲轴带动起来,因此整体发动机的长度得到有效的控制,尺寸非常紧凑。

总而言之,48V轻混系统可以可给E级带来以下功能:

1、扭矩辅助:在发动机转速提升到2500rpm前,BSG/ISG电机可以输出10kW功率来辅助发动机提转,避免了涡轮未产生足够进气正压时的疲软表现;

2、 发动机工作点调整:有了BSG/ISG电机就可以让发动机在更经济的转速区间内工作,发动机的负荷也会根据锂电池电量大小而增加或减少,能将发动机的大部分工况调整到经济区间内,整车的油耗表现会优秀不少。

3、能量回收:在制动期间BSG/ISG回收能量最高可达12.5kW;

4、低速关闭发动机:在车辆低速时可以智能控制关闭发动机,延长启停工作时间,进一步节省燃油,且提升乘员舒适度;

5、关闭发动机滑行:48V系统可以在车辆滑行时关闭发动机,还能保证其他系统在一定时间内的正常工作,节省燃油;

6、更平稳的启动发动机:BSG/ISG电机因为电压更高,启动发动机可以更平稳更快速。

M264发动机的亮点

1、电动水泵

除了BSG电机的加入,48V电气系统还可以为其他部件来供电,以电驱来取代皮带传动,以减少发动机的动力损耗。M264 2.0T发动机就采用了电动水泵,输出功率为950W,相关行驶循环中每公里消耗约2gCO2。相比传统的皮带驱动水泵,电动水泵除了可以降低发动机动力损耗外,还可以实现按需控制冷却液的循环,方便发动机快速升温或者保持适宜的工作温度。
2、进气侧可变气门升程

奔驰的气门升程可变技术也并不复杂。首先凸轮轴实际上是分为两段套在轴上,因此表面的凸轮是可以左右移动的。当需要改变升程时,电磁阀控制销凸起介入轨道中,然后两段凸轮轴会因为轨道的作用下水平移动,这样就可以实现从大小两个凸轮的切换,大凸轮对应的是较大的气门升程,小凸轮则是对应较小的气门升程。奔驰这套Camtronic气门升程可变技术相比于其他家的类似技术(例如本田VTEC、宝马Valvetronic),在机构体积、紧凑度、成本方面都更有优势,缺点只支持两个不同的气门升程,不能无极调节。
奔驰M264 1.5T/2.0T引擎上的Camtronic进气门升程可变更多地是为了提升效率。在小负荷工况下,进气门会保持在较小的升程,通过控制气门开启度来限制空气的摄入量,同时保持节气门大角度开启,这样就可以降低泵气损失。事实上在节气门开度较小时,由于节气门的节流作用,使得节气门处压力损失增加,使得泵气损失加大,从而降低发动机效率。

3、双涡管涡轮增压

双涡管涡轮实际上将排气分为了两路,一路通过较大的通道吹向涡轮叶片的外侧,这样可以使得涡轮旋转得更快;另一路则是通过较小的通道吹向涡轮叶片内侧,这样可以提升涡轮的响应表现,双涡管涡轮提升了涡轮的响应以及性能表现。
“双涡流技术”应用于发动机增压系统,能快速提升增压充气效能,从而获得较高的动力输出和快速响应的特性。该系统采用高流率涡轮以及气缸气流的分离相结合,可以实现高效脉冲涡轮增压,特别是在较低的发动机转速下也可达到高扭矩。
由于气缸有着不同的点火顺序,从气缸中排出的废气并不是一个平滑的气流,而是形成一定的排气波长。一个气缸形成的排气波对其余气缸的排气波会产生气流干涉以及增加排气回弹,从而提升排气效率。
与单涡流涡轮增压器相比,双涡流涡轮增压器,采用了相互独立的发动机排气通道,能够减小这种气流干涉及回弹,使排气更加顺畅,进而提高涡轮对废气的使用效率,优化响应时间(避免涡轮延迟),并达到最大输出功率。
为实现气缸出口下游的废气流的分离,双涡流涡轮增压器将每两个气缸的排气管流道组合在一个歧管中:1 + 4 和 2 + 3组合 (流量分离) 。同时对双涡流增压器的歧管流道直径和歧管流道长度进行了调节,对进气通道的几何结构进行了优化,从而向涡轮传输更多能量 (脉冲能量和动能)。
为了充分发挥双涡流涡轮增压器的潜在性能,还对增压压力控制系统进行了重新设计。由上代发动机的真空操作促动器替换为电动精密触动器。通过其位置反馈和较高的定位率大大提高了增压压力控制以及诊断性能。

4、无缸套设计,缸壁镀膜
M264引擎上的NANOSLIDE低摩擦涂层可将活塞活塞环与气缸壁之间的摩擦力降低50%,同时还可以降低发动机重量,保证发动机在整个使用寿命期间都不会出现气缸内衬磨损,当然,代价就是成本水涨船高。类似技术在宝马B38、B48、保时捷4.0T V8发动机上也可以看到。
5、水冷式中冷器
得益于水冷式中冷器的加入,涡轮增压发动机进气温度过高的“通病”将得到彻底的解决,还为精确控制空燃比、排放颗粒物的控制具有积极的作用。

6、中空阀盘的排气门

首次在高增压发动机中采用中空阀盘的排气门。对中空阀盘的内侧轮廓进行了改良。采用中空阀盘明显降低了高负载阀颈的温度,同时改善后的散热性能也大大降低了阀盘下的温度。从而也降低了燃烧室中的温度。并在改善燃烧中心位置的同时减少了爆震的可能性,对燃油消耗产生有利影响。
7、带风门控制的排气系统

为了带来排气时的声音效果,采用了带风门控制的排气系统。同时为确保达到额定的输出功率,当风门打开时,废气背压将会降低。带风门控制系统的促动马达由传动系统控制单元控制,开启位置0-100%。促动马达可以进行诊断。如果无法开启,则N127向ME发送减少发动机输出的请求。
点评:从某种意义上来说,奔驰M264系列发动机实现了“鱼与熊掌兼得”的效果,48V电气系统的加入让发动机在实现节能减排的环保目标时还进一步提升了发动机的动力表现,达到了6缸涡轮增压发动机的水平。当然,除了48V技术之外,这款发动机在减磨、进排气等其他方面也进行了技术升级,因此即使是没有搭载48V电气系统的低功率输出版本,该系列发动机也值得期待。

来源:爱卡汽车(常旭)、太平洋汽车网(秦子钧)、网络
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