Úvodní informace k záběhu motorové konstrukční řady

P01.10-3488-06

P01.10-3489-06

Úvod

Mercedes-Benz počínaje rokem 2018 představí - a to nejprve v třídě A, typ  177 - člena nové generace 4válcových zážehových motorů s typovým označením M 260. Příčně uložený řadový 4válcový zážehový motor s přímým vstřikováním a přeplňováním.

Řadový motor M 260 se zdvihovým objemem 2,0 litry bude zaveden ve 2 výkonových úrovních, 140  kW a 165  kW.

Další vývoj osvědčeného procesu spalování BlueDIRECT ve spojení s filtrem pevných částic zážehového motoru zajišťuje nízkou úroveň výfukových emisí.

Zlepšená termodynamika díky modifikované hlavě válců, optimalizovanému spalování i snížení třecího výkonu písty chladicích kanálů se sadou kroužků s optimalizovaným třením.

Optimalizovaného zvukového a vibračního komfortu vyžadovaného v prémiovém segmentu je dosaženo rozsáhlými „NVH“ opatřeními („Noise, Vibration, Harness“ = hluk, vibrace, tvrdost).

Novinky stručně

 Honování ploch snižující tření

 Písty chladicích kanálů s nosičem kroužků

 Centrálně uspořádané piezovstřikovače

 CAMTRONIC na straně sání

 Filtr pevných částic zážehového motoru se senzorikou

 Zvýšený kompresní poměr

Kliková skříň

Vývojové specifikace pro klikovou skříň z tlakově litého hliníku a klikový mechanismus zahrnují únavovou pevnost při maximálním tlaku 120  barů a význam redukci tření hnacího mechanismu.

Kliková skříň je vyrobena z tlakově litého hliníku s litinovými vložkami válce.

Pro dosažení ještě vyššího „NVH“ komfortu díky vyšší strukturální tuhosti byla žebrovaná struktura dále optimalizována v porovnání s klikovou skříní předchozího modelu. Válcové trubky s odolnými vložkami z šedé litiny jsou chlazeny dvojitými lamelovými vývrty na středových a okrajových válcích.

Z předchozího motoru známá jemná geometrie povrchových ploch resp. nejjemnější honování oběžných ploch byla zkombinována s honováním ploch, tzv. „trubkovým honováním“. Kónické rozšíření průměru válce v dolním reverzním bodě pístu zajišťuje větší vůli pístu, což masivně snižuje tření mezi oběžnou plochou a pístem. V horním reverzním bodě pístu zůstává pístová vůle nízká, aby splnila vysoké nároky „NVH“. Optimalizace pístních kroužků také přispívá ke snížení ztrát třením.

Pro další snížení celkového tření motoru se používá také motorový olej s nízkou viskozitou.

P01.00-3723-76

Klikové ústrojí

Klikový hřídel je kovaný a má osm protizávaží, jejichž uspořádání a tvar zaručuje nízkou deformaci klikového hřídele a nízkou celkovou výšku.

Prostřednictvím důsledného používání moderních metod je možné použít odlitý píst s chladícím kanálem v přeplňovaném motoru. Šachty odlitých pístů jsou přizpůsobeny procesu spalování a uspořádání vstřikovacího ventilu.

Chlazení pístu vytváří podmínky pro sníženou teplotu pístních hlav, což podporuje stabilní spalování a snižuje vnitřní emise motoru.

Tangenciální napětí pístních kroužků byla optimalizována ve spojení s honováním ploch na minimální hodnoty pro třecí výkon, spotřebu oleje, hmotnost a průtočná množství. Kromě sníženého napětí kroužků výrazně zmenšená asymetrická opěrná plocha dříků pístu s optimalizovaným uhlíkovým povrchem i jemná úprava vůlí pístů a chladicí systém s postřikem oleje významně přispěly ke snížení tření.

Filigránská, na minimální hmotnost navržená kovaná ojnice je provedena na malém oku jako lichoběžníková ojnice s horním vedením vybavená tenkostěnným celobronzovým pouzdrem.

P03.10-2184-75

Řetězový pohon

Aby se dosáhlo vyššího výkonu a aby se trvale udržel s tím spojený vyšší zdvih klikového hřídele, byl vyvinut nový napínač řetězu s přetlakovým ventilem. To zajišťuje, že prodloužení řetězu opotřebením je menší než 0,2  % i za extrémních podmínek.

Ozubený řetěz pro pohon rozvodu byl převzat z předcházejícího motoru. Jemně děrované spony s vysokými hladce řezanými články mají za následek extrémně hladké funkční plochy a v kombinaci s lepší geometrií kluzné lišty poskytují jasnou výhodu z hlediska tření.

Olejový okruh a odvzdušnění

Přívod oleje k motoru M 260 se provádí pomocí mechanicky hnaného, tlakově řízeného olejového čerpadla na lopatkovém principu. Pomocí ventilu integrovaného ve skříni olejového čerpadla lze v závislosti na charakteristice zatížení motoru a otáčkách přepínat dva tlakové stupně, aby se snížil výkon pohonu, zejména v rozsahu částečného zatížení. Vyměnitelný olejový filtr je osazen modulem olejového filtru / chladiče oleje, který je přišroubován k klikové skříni. Olej je chlazen pomocí výměníku tepla oleje/chladící vody, což je pevně přišroubovaná část modulu.

Odvětrávané plyny jsou odstraňovány centrálně na víku hlavy válců. Geometrie kapoty a odsávací místo vybavené ochrannými systémy proti ostřiku fungují jako hrubé odlučovače oleje.

Přes zpětné potrubí se dostávají odvětrávané plyny do odlučovače oleje částečně integrovaného v klikové skříni, který je konstruován jako separační deska s hrubou a jemnou separací. Zde probíhá objemový průtok v závislosti na provozním stavu a výsledných tlakových podmínkách v režimu částečného zatížení nebo plného zatížení a na přímé trase k příslušným bodům vypouštění v rozdělovacím potrubí plnicího vzduchu a výfukovém turbodmychadle.

Motor M 260 má také funkci ventilace pro vyčištění klikové skříně při nízkém zatížení. Elektrický přepínací ventil integrovaný do odvzdušňovacího potrubí částečného zatížení umožňuje variabilní škrticí stupně a ovládá mimo jiné větrací objem.

Velké průřezy, částečně integrované vedení plynů a konstrukce rozhraní umožňují stabilní separaci oleje dokonce i v extrémních podmínkách a zajištění teritoriálně specifických emisních požadavků.

Výfukové ventily s optimalizovaným chlazením

Nový motor M 260 bude první přeplňovaný motor využívající výfukové ventily v provedení s dutým talířem. Vnitřní obrys dutého talíře je přitom formován v komplexním procesu. Neexistují tedy žádné kritické procesy svařování nebo jiné složité výrobní procesy nezbytné pro vytvoření dutiny. Tím je tento ventil ekonomicky vyrobitelný.

Díky výrazně lepšímu vedení tepla mohou být i nadále používány levné materiály s nízkým obsahem niklu. Teplota ve vysoko zatížených hrdlech ventilů je výrazně snížena. Díky zlepšenému odvodu tepla jsou kromě toho také výrazně sníženy teploty na spodní straně talíře a tím i ve spalovacím prostoru. To znamená omezenou tendenci ke klepání a lepší body spalování a současně příznivý vliv na spotřebu.

P05.30-2198-73

Komfort „NVH“

Dvouhmotový setrvačník s odstředivým kyvadlem: Možnost jízdy při mimořádně nízkých otáčkách odkrývá velký potenciál úspor ve spotřebně oproti konvenčním systémům. Odstředivé kyvadlo kompenzuje nežádoucí torzní vibrace, které se vyskytují mezi motorem a převodovkou. Části oscilačních hmot oscilují proti torzním vibracím motoru. Výkonnostní potenciál moderního pohonu je tak plně využit.

V dolní části klikové skříně je modulárně konstruovaný vyvažovací hřídel Lanchester. Tato hmotnostní kompenzace vyvažuje 4válcovému řadovému motoru principiálně vlastní síly volné hmoty 2. řádu. Pro vyvážení setrvačných sil se v opačných směrech otáčejí dva vyvažovací hřídele s otáčkami ve výši dvojnásobku otáček klikového hřídele. Vyvažovací hřídele jsou dvojitě uloženy.

P03.20-2466-82

CAMTRONIC

Motor M 260 má nyní k dispozici všechny zdvihové a výkonové varianty prostřednictvím systému CAMTRONIC.

Při variabilním nastavení zdvihu ventilu může být menší množství vzduchu směrováno do spalovacího prostoru v oblasti částečného zatížení s menším zdvihem ventilu, což vede ke snížení ztrát při střídání plnění. Při vyšším rozsahu zatížení se přepne na velký zdvih ventilu, aby se dosáhlo plného výkonu agregátu.

Připojení válců 1 a 2 i 3 a 4 vždy na jeden díl vačkového hřídele umožňuje nastavení zdvihu ventilu všech čtyř válců během jedné otáčky vačkového hřídele pomocí nastavovacího prvku přepínání zdvihu ventilů vačkového hřídele sání. Kromě termodynamického přínosu nižší tření při menším zdvihu vačky zlepšuje třecí výkon.

Pro zajištění optimálního spalování navzdory menšímu zdvihu ventilu dojde ve spodním rozsahu částečného zatížení k vícenásobnému vstřiku paliva a vícenásobnému zapálení směsi paliva a vzduchu. To omezí turbulence směsi paliva a vzduchu ve spalovacím prostoru kolem zapalovací svíčky.

Realizovatelných zlepšení spotřeby je dosaženo přepínáním zdvihu vačky, přidruženým včasným uzavřením sání a redukcí ztrát třením: V relevantních zkušebních cyklech je snížena asi o 1  g produkce oxid uhličitého (CO2) na kilometr. Systém CAMTRONIC rovněž zajišťuje vysoký výkon motoru M 260 s plným zdvihem vačky.

Použitím systému CAMTRONIC při zdvihovém objemu 2  litry lze rozšířit využitelný provozní rozsah v reálném provozu s pozitivním vlivem na spotřebu paliva. Proto je provoz motoru M 260 při malém zdvihu ventilu možný až do rychlosti 120  km/h.

P01.00-3746-76

P05.00-2122-76

Nastavovací prvek přepínání zdvihu ventilů vačkového hřídele sacích ventilů je přiřazen na víku hlavy válců vedle plnicího hrdla pro motorový olej.

Nastavovací prvek přepínání zdvihu ventilů vačkového hřídele sacích ventilů řídí axiální posun pouzder vačky na vačkovém hřídeli sacích ventilů, čímž dochází k přepínání mezi malým a velkým zdvihem vačky sacích ventilů.

P05.20-2367-76

Nastavovací prvek přepínání zdvihu ventilů vačkového hřídele sacích ventilů se skládá ze dvou zdvihových magnetů, které ovládají po jednom zdvihátku. Při přivedení proudu na cívku příslušného zdvihového magnetu vyjede příslušné zdvihátko, přičemž vyjet může pouze jedno zdvihátko v závislosti na poloze a tvaru dráhy vačky na vačkovém hřídeli.

Zpětné nastavení příslušného zdvihátka probíhá mechanicky tvarováním dráhy vačky. Aktuální pozice obou zdvihátek je detekována integrovaným Hallovým snímačem přepínání zdvihu ventilu vačkového hřídele sacích ventilů (Y49/8b1).

Ve výchozí pozici jsou obě zdvihátka zasunuta. Ke spuštění motoru dochází při velkém zdvihu sacích ventilů.

První přepnutí na malý zdvih probíhá po ukončení zahřívací fáze.

Při ovládání nastavovacího prvku přepínání zdvihu ventilů vačkového hřídele sacích ventilů řídicí jednotkou ME bude na příslušnou cívku v nastavovacím prvku přiveden proud a jedno z obou zdvihátek se posune do příslušné dráhy vačky.

Tvarováním dráhy vačky probíhá axiální posun vačkového hřídele a přepínání na malý zdvih vačky. Zpětné nastavení zdvihátka probíhá mechanicky zvednutím v dráze vačky.

Zpětné nastavení vačkového hřídele probíhá dalším přivedením proudu na cívku. Tentokrát se vysune druhé zdvihátko a vačkový hřídel je posunut opačným směrem do polohy vačky s velkým zdvihem.

Nastavovací prvek bude v závislosti na charakteristice ovládán v rozsahu otáček 1000  až  4000/min řídicí jednotkou ME se signálem s modulovanou šířkou impulsu 1  kHz.

Vstřikovací systém paliva

Vstřikovací tlak paliva dosahuje až 200  barů. Jako vysokotlaké čerpadlo je použito jednopístové čerpadlo s regulačním ventilem množství integrovaným v modulu čerpadla. Motorové palivo je přiváděno přes vysokotlaký rail na vstřikovače, které vedou centrálně do spalovacího prostoru. Jako vstřikovače jsou použity piezoventily s víceotvorovými tryskami uspořádané centrálně ve spalovacím prostoru.

Motor M 260 je konstruován výlučně pro homogenní spalovací proces. Vzhledem k vysoké dynamice procesu vstřikování s minimálními dobami otvírání dochází k vysokému pulsnímu obsahu se zpětným účinkem na chování „NVH“.

Pro zmírnění hlučnosti v oblasti vstřikování slouží následující faktory:

 Počet vstřikovacích impulsů

 Zdvih vstřikovače

 Otvírací gradient

 Vstřikovací tlak

Díky zavedení parciálního zdvihu s redukcí zdvihu o 20  % a ploššími gradienty otvírání lze v provozním rozsahu kritickém podle požadavků „NVH“ přejít od vícebodového vstřikování podporujícího tvorbu směsi na jednobodové vstřikování. V rozsahu blízkém volnoběhu je vstřikovací tlak dále snížen.

V regulačním ventilu množství vysokotlakého palivového čerpadla, který reguluje přítok paliva do vysokotlakého čerpadla, byla záměrně zredukována hmotnost pohyblivých součástí.

Kromě toho je jehla regulačního ventilu množství bezprostředně před nárazem do sedla vstřikovače zpožděna řídicí logikou. Obě opatření vedou ke snížení síly impulsu, který vychází z místa dosednutí časovaného ventilu.

Paket je dovršen lepším odpojováním vstřikovačů na jejich dosedací ploše na hlavě válců pomocí tzv. měkčí perforované podložky. V důsledku zlepšených tlumicích vlastností je přenos impulsů v hluku způsobeném strukturou snížen.

Základní podmínkou přitom je, aby si piezovstřikovače po celou dobu životnosti motoru zachovaly přesnou pozici ve spalovacím prostoru. Celkově by však tuhost perforované podložky mohla být snížena přibližně o polovinu oproti předchozímu motoru.

P01.00-3745-82

P47.00-2273-79

Vedení vzduchu

Základním předpokladem pro výrazné zvýšení výkonu ve srovnání s předcházejícím motorem byla kompletní úprava komponentů vedoucích vzduch před vstupem do spalovacího prostoru.

Vzduchový filtr a mřížka přívodu vzduchu byly upraveny a přizpůsobeny dostupnému místu v motorovém prostoru. Zároveň musely být zohledněny požadavky na ochranu chodců.

Vzduchové potrubí je navrženo tak, aby průtokové cesty měly co možná nejmenší odpor, aby za současných podmínek dosáhly příznivých podmínek proudění. Vedení vzduchu v plášti vzduchového filtru minimalizuje průtokové odpory. Sací potrubí je konstruováno jako dvouplášťové.

Významný vliv na vysoký točivý moment ve značné části rozsahu otáček, na nízkou spotřebu paliva a na nízké emise výfukových plynů má kromě konstrukce střídání plnění také pohyb plnění. Za tímto účelem se vytváří vysoká turbulence vhodnou konstrukcí hlavy válců, což dále zlepšuje proces spalování.

P09.00-2169-76

P09.40-2656-76

Přeplňování

Přeplňování stojí na jednoproudém výfukovém turbodmychadle s kapacitou zatížení do 1050 °C s integrovaným sběrným výfukovým potrubím izolovaným vzduchovou mezerou.

Funkční sled regulace plnicího tlaku

Aby bylo možné rozvinout celý potenciál výfukového turbodmychadla, byla i regulace plnicího tlaku kompletně přepracována. Původně vakuově ovládaný nastavovací člen je nyní nahrazen elektrickým nastavovacím členem pro regulační klapku plnicího tlaku, díky jehož zpětnému hlášení polohy a vyšší regulační rychlosti se výrazně zlepšila regulace plnicího tlaku i diagnostika.

Regulace plnicího tlaku probíhá přes nastavovací člen regulační klapky plnicího tlaku. Nastavovací člen regulační klapky plnicího tlaku bude v závislosti na poli charakteristik a zatížení aktivován řídicí jednotkou ME k regulaci plnicího tlaku. K tomu vyhodnocuje řídicí jednotka ME signály následujících snímačů a funkcí systému řízení motoru:

 Snímač tlaku a teploty před škrticí klapkou, plnicí tlak a teplota plnicího vzduchu

 Snímač tlaku a teploty za škrticí klapkou, plnicí tlak a teplota plnicího vzduchu

 Snímač tlaku za vzduchovým filtrem, sací tlak

 Snímač pedálu akcelerátoru, požadavek zatížení od řidiče

 Hallův snímač klikového hřídele, otáčky motoru

 Regulace klepání, ochrana proti přetížení převodovky, ochrana před přehřátím

Ke snížení plnicího tlaku bude proud výfukových plynů pro pohon turbínového kola otevřením regulační klapky plnicího tlaku přesměrován přes obtok.

Nastavovací člen regulační klapky plnicího tlaku ovládá přes táhlo regulační klapku plnicího tlaku, která uzavírá obtok. Obtokem bude část proudu výfukových plynů přivedena na turbínové kolo, čímž bude regulován plnicí tlak a omezeny otáčky turbíny. Tak lze plnicí tlak přizpůsobit aktuální potřebě zatížení motoru.

Pro kontrolu aktuálních tlakových a teplotních podmínek v dráze plnicího vzduchu od výfukového turbodmychadla po rozdělovací potrubí plnicího vzduchu vyhodnocuje řídicí jednotka ME signály snímačů tlaku a teploty a přizpůsobuje plnicí tlak požadavkům motoru.

Vstup kompresoru a výstup kompresoru

Pro relativně rovnoměrné rozdělení tlaku je průtokově optimalizován i vstup a výstup kompresoru.

Výfukový systém a čistění výfukových plynů

Znázorněný výfukový systém motoru M 260 u typu  177 tvoří základ pro splnění náročných požadavků na emise a vnější hlučnost. Kromě toho je důležitá konstrukce výfukového systému tak, aby bylo dosaženo požadovaných hodnot plného zatížení motoru.

P49.00-2214-78

Filtr částic zážehového motoru

Funkčnost filtru pevných částic zážehového motoru odpovídá přitom technologii používané u vozidel se vznětovým motorem. Proud výfukových plynů je přiveden do systému filtru částic umístěného na spodku vozidla. Filtr má voštinovou strukturu se střídavě uzavíranými sacími a výfukovými kanály. V důsledku toho jsou výfukové plyny nuceny proudit porézní stěnou filtru. To vede k usazování sazí, přičemž filtr může být kontinuálně regenerován vhodnými jízdními podmínkami.

Zatímco keramické filtry sazí vznětového motoru z karbidu křemíku jsou používány ve vznětových motorech, technologie filtrů pevných částic zážehového motoru je založená na tepelně mimořádně odolném cordieritu. Použitý filtr pevných částic zážehového motoru s optimalizovaným zpětným tlakem a s vysokou filtrační účinností je navíc bezúdržbový a samoregulační.

Regenerace (spalování sazí) filtru pevných částic zážehového motoru probíhá při konvenčním způsobu jízdy především v deceleračním režimu jízdy. Jakmile má filtr pevných částic zážehového motoru k dispozici kyslík, dochází ke spalování sazí. Nejvyšší teploty cca 1150 ° vznikají přitom v zadní až střední oblasti filtru pevných částic zážehového motoru.

Tepelné zatížení filtru pevných částic zážehového motoru v deceleračním režimu jízdy závisí v první řadě na úrovni obsahu pevných částic a teplotě výfukových plynů před filtrem pevných částic zážehového motoru. Příliš vysoké teploty během spalování sazí mohou vést k poškození celého filtru pevných částic zážehového motoru.

Teplota výfukových plynů je zaznamenávána příslušným snímačem teploty před filtrem pevných částic zážehového motoru. Obsah pevných částic je určován příslušným snímačem diferenčního tlaku filtru částic zážehového motoru. Řídicí jednotka přímo načítá signály snímačů a vyhodnocuje je. Pokud naměřené hodnoty překračují určené limity, iniciuje řídicí jednotka příslušné zásahy v řízení motoru a uloží pro servis relevantní chybový záznam v řídicí jednotce.

Chlazení

Chladicí okruh je regulován systémem řízení teploty. Elektronicky řízený termostat zajišťuje polem charakteristik ovlivňované řízení ohřevu motoru. Tato regulace umožňuje rychlý ohřev spalovacího prostoru během zahřívací fáze.

Teploty chladicí kapaliny jsou přitom volně nastavitelné v závislosti na stylu jízdy a okolních podmínkách. Oběh chladicí kapaliny je konstruován tak, aby mohl být vnitřní prostor vozidla ohříván co možná nejrychleji.

P20.00-2662-79

Údržba

Současná strategie údržby společnosti Mercedes-Benz se vztahuje také na motor M 260, teritoriálně specifické odchylky jsou možné:

 Evropa:

Pevné intervaly údržby, interval „každých 25.000  km/12  měsíců“.

 Čína:

Pevné intervaly údržby, interval „každých 10.000  km/12  měsíců“.

 Spojené státy americké:

Pevné intervaly údržby, interval „každých 10.000  mil/12  měsíců“.

 Servisní rozsah A a B vždy střídavě

Přídavné práce probíhají v následujících intervalech (příklad Evropa):

 Výměna vložky vzduchového filtru: každých 75.000  km/3  roky

 Výměna zapalovacích svíček: každých 75.000  km/3  roky

 Výměna palivového filtru: 200.000  km/10  let

Vypouštění motorového oleje

Motor M 260 již nemá sací olejové potrubí a proto ani měrku oleje.

Vypouštění motorového oleje se provádí výpustným šroubem olejové vany. Kontrola hladiny motorového oleje se provádí snímačem v olejové vaně a displejem na sdruženém přístroji. Zobrazení se aktivuje tlačítky na volantu.

Postup měření hladiny motorového oleje/výměny oleje viz dokument WIS AP18.00-P-1812MFA.

Motorové oleje

Vzhledem k použití filtru pevných částic zážehového motoru (OPF) se u tohoto motoru pro výměnu motorového oleje analogicky s motory s filtrem pevných částic (DPF) používá motorový olej s nízkým obsahem popelovin. Pro servis jsou podle předpisů provozních látek Mercedes-Benz schváleny následující motorové oleje:

 229.51

 229.52

 229.61

 229.71

P01.00-3759-79