Úvodní informace k záběhu motorové konstrukční řady

P01.10-3495-76

P01.10-3493-06

Úvod

Mercedes-Benz v květnu 2018 počínaje třídou A, typ  177, zavede nový 4válcový zážehový motor s typovým označením M 282. Příčně uložený řadový 4válcový zážehový motor s přímým vstřikováním a přeplňováním.

U nového 4válcového zážehového motoru M 282 se zdvihovým objemem 1,4  l jde o „malý 4válcový motor“ s předním příčným uložením.

Díky malé rozteči válců (85  mm) a zdvihovému objemu je v segmentu malých 4válcových motorů obsazována stále významnější pozice. Tento motor by měl být novým standardem, pokud jde o jízdní komfort, spotřebu i kvalitu. V oblasti podélné dynamiky dojde v porovnání se zdvihově silnějším předchozím motorem M 270 k výraznému zlepšení. Motor bude nabízen ve třech výkonnostních stupních: 80  kW, 100  kW a 120  kW.

Při vývoji motoru šlo především o redukci spotřeby paliva. Navíc nové směrnice pro emise částic v kombinaci s jízdními cykly s vysokým zatížením vyžadují celkové vylepšení celého motoru, spalovacího prostoru a vstřikování. Motor M 282 je konstruován jako kompromis mezi úsporností a účinností CO2 (oxid uhličitý).

U motoru M 282 s výkonem 120  kW je volitelně poprvé u řadového 4válcového zážehového motoru Mercedes-Benz použito odpojení válce, při němž jsou ve spodním rozsahu zatížení a otáček odpojeny válce 2 a 3.

Obecně se motor vyznačuje velmi kompaktními rozměry, nízkou hmotností a vysokou statickou a dynamickou tuhostí.

Stručný přehled důležitých charakteristik

 Kliková skříň z tlakově litého hliníku a odlehčená, kompaktní hlava válců - snižuje hmotnost vozidla v kritickém bodě dynamiky jízdy.

 Delta hlava válců

 Homogenní spalování

 Do hlavy válců částečně integrované sběrné výfukové potrubí.

 Výfukové turbodmychadlo reguluje plnicí tlak elektronicky - především v oblasti částečného zatížení ještě pružněji, rychleji a přesněji.

 Centrálně uspořádané vstřikovače s magnetickými ventily

 Vzduchem chlazený chladič plnicího vzduchu - zvyšuje hustotu vzduchu a tím i výkon.

 Komplexní systém pokovování technologií NANOSLIDE® (železo-uhlík) - ideální mazání, snížení tření a základ pro nižší opotřebení.

 Pístní kroužky s „DLC“ („Diamond Like Carbon“) - diamantu analogický uhlík je extrémně odolný vůči oděru a dokonale odvádí teplo.

 Písty s povlakem snižujícím tření, mimo jiné z grafitových / uhlíkových vláken, také chrání materiál a snižují jeho spotřebu.

 Klikový hřídel a ojnice z kované oceli - pro výjimečnou stabilitu na vysoce namáhaných místech

 CAMTRONIC ZAS (odpojení válce) u varianty o výkonu 120 kW

 Filtr částic zážehového motoru

 Důmyslná opatření pro řízení vedení vzduchu - rezonátory a tlumiče pro redukci hlučnosti

Opatření „NVH“

Díky rozsáhlým opatřením „NVH“ („Noise, Vibration, Harness“ =hluk, vibrace, tvrdost) bylo možné zvukový a vibrační komfort v porovnání s motorem M 270 opět zdokonalit.

P01.10-3494-76

Kliková skříň

Kliková skříň typu „Open Deck“ je vyrobena z hliníku procesem tlakového lití (GD-AlSi9Cu3). Dalším faktorem přispívajícím k další redukci tření motoru M 282 je povlak válců procesem nástřiku elektrickým obloukem („LDS“). Kromě tření spočívá výhoda inovativní technologie zpracování oběžných ploch válců v nižší hmotnosti.

Díky tomu a díky o cca 16  % nižšímu zdvihovému objemu lze docílit celkové úspory hmotnosti klikové skříně v porovnání s motorem M 270 cca 5  kg.

Konstrukce motoru pro použití olejů pro lehký chod představuje další významný příspěvek k omezení produkce CO2.

P01.40-2401-05

Klikové ústrojí

Klikový hřídel a ojnice jsou vyrobeny z kované oceli. Ke zlepšení třecích poměrů přispívají ložiskové čepy zmenšené na Ø 42  mm u hlavního ložiska a na Ø 40  mm u ojničních ložisek a povrchové plochy s vynikající finální povrchovou úpravou. Polymerová vrstva ložiskových pánví v hlavním ložisku 1 zajišťuje zhasínání a spouštění motoru systémem stop/start.

Písty jsou vyrobeny z litého hliníku. Vrstva „DLC“ na pístních kroužcích v drážce 1 a 3 vede k velmi nízkým koeficientům tření. Dále byla upravena pístní obruba a písty byly vybaveny povlakem omezujícím tření.

Zvýšený výkon zvyšuje tepelné a mechanické zatížení dna pístu. Aby se snížila tepelná zátěž a snížila se teplota dna pístu, je píst chlazen vstřikovacími tryskami oleje.

Chlazení pístu vytváří podmínky pro sníženou teplotu pístních hlav, což podporuje stabilní spalování a snižuje vnitřní emise motoru. Chlazení pístu je integrováno do tepelného managementu olejového okruhu.

P05.30-2203-75

Olejový okruh a odvzdušnění

Přívod oleje motoru M 282 zajišťuje lopatkové čerpadlo řízené objemovým průtokem se dvěma tlakovými stupni. Čerpadlo je umístěno ve vaně motoru a poháněno je ozubeným řetězem.

Ovládání obou tlakových stupňů probíhá přes řídicí jednotku prostřednictvím pole charakteristik otáček motoru a zatížení motoru. Snížením tlaku oleje ve spodním rozsahu otáček/zatížení bude snížen hnací výkon čerpadla a ušetřeno motorové palivo.

Otevírací, resp. uzavírací tlak vstřikovací trysky oleje je přitom volen tak, aby byly uzavřeny při nižším tlakovém stupni. To dále snižuje průtok oleje motorem a tím opět šetří palivo.

Ve víku hlavy válců je integrován systém odlučování oleje „blow-by“ plyny motoru. Za odlučovačem oleje je použit tlakový regulační ventil k úpravě tlaku v klikové skříni. Vnitřní, velmi kompaktní konstrukční dělení na úsek částečného zatížení a plného zatížení včetně zpětných ventilů umožňuje rozsáhlé odstranění vnějších vedení.

Hlava válců a ventilový rozvod

Speciálním konstrukčním prvkem je zcela nová tzv. delta hlava válců. Důležitá je zde lehká a extrémně kompaktní architektura s vysoce strmými přírubovými plochami, vnitřními vyrovnávacími prvky vůle ventilů, nejnižšími vzdálenostmi vačkových hřídelů, nekompromisní konstrukcí průtoku plynu od vstupu vzduchu do výfukového turbodmychadla, částečně integrovaným sběrným výfukovým potrubím, vysoce účinným chlazením a centrálním vstřikováním.

Vzhledem ke speciálnímu tvaru hlavy válců se eliminuje klasické víko hlavy válců, což mimo jiné umožňuje kompaktní a vysoce integrované subsystémy, jako je například sací modul.

Zejména u vozidel s příčným uložením motoru má šířka motoru klíčovou roli v celém vývoji přídě silně ovládaném požadavky na nárazovou odolnost.

Výsledkem koncepce s výrazně strmými přírubovými plochami u hlavy válců a eliminací typického víka hlavy válců jsou díky integraci vozidla jasně měřitelné výhody. V porovnání s kvadratickou hlavou válců jsou zde výhodou volná deformační zóna, konstrukční prostory pro dodatečnou úpravu výfukových plynů a také obrysy kapoty.

Kromě funkčních a prostorových výhod oproti kvadratické hlavě válců lze vysokou tuhost ve středu válců u delta hlavy válců využít ke zlepšení významných kritérií hodnocení tuhosti a pevnosti hlavy válců za současné významné úspory hmotnosti. Jen na surovém dílu tak lze ušetřit cca 3  kg oproti konvenční hlavě válců.

P01.30-2536-76

P01.30-2529-06

P01.30-2532-76

Odpojení válce (ZAS)

Motor M 282 s výkonem 120  kW disponuje funkcí odpojení válce, což umožňuje tzv. „dynamické omezení“. V rozsahu nízkého zatížení a otáček tak mohou být dva ze čtyř válců odpojeny, aby byl zajištěn stále dostatečný hnací výkon.

Válec 2 a 3 jsou odpojeny deaktivací vstřikování a zapalování společně s přepínáním ventilového zdvihu sacích a výfukových ventilů mezi otevřeným a zavřeným taktem v závislosti na aktuálních otáčkách motoru a točivém momentu motoru. To snižuje spotřebu paliva zvýšením specifického zatížení válce.

Ve srovnání s plným provozem motoru způsobuje deaktivace dvou válců při stejném hnacím výkonu vozidla posun zatížení aktivních válců směrem k vyššímu zatížení. Současné uvolnění aktivních válců a eliminace ztrát při střídání plnění deaktivovaných válců jsou přitom rozhodující pro zvýšení účinnosti a tím snížení specifické spotřeby paliva. Odpojení válců probíhá u válců 2 a 3 přepínáním zdvihu ventilů.

Vždy na vačkovém hřídeli sacích ventilů a vačkovém hřídeli výfukových ventilů umožňují axiálně posuvná pouzdra vačky přepínání mezi dvěma rozdílnými zdvihy vačky na obou vnitřních válcích. Pro provoz v režimu ZAS probíhá přepínání na vačku s „nulovým zdvihem“. Vlečené vahadlo s kladičkou opisuje v této poloze okruh 360° a ventily zůstávají zavřené. Druhá zdvihová poloha je regulérní vačka s „plným zdvihem“ jako u válců 1 a 4 pro plný provoz motoru.

Pro aktivaci a deaktivaci režimu ZAS se otáčí příslušný nastavovací člen/pin v řadicí kulise pouzder vačky. Posun probíhá během jedné otáčky vačkového hřídele postupně po okruhu příslušné vačky ventilu. Řadicí kulisy jsou vycentrovány mezi posuvnými pouzdry vačky. To umožňuje obsluhu režimu ZAS vždy pouze jedním nastavovacím členem na vačkový hřídel.

P05.00-2123-76

Využitelný rozsah ZAS v celém poli charakteristik motoru je ovlivňován několika faktory. Za zohlednění požadavků termodynamiky, jízdní dynamiky, požadavků „NVH“ i zatížení komponentů lze realizovat největší možný využitelný rozsah ZAS.

Režim ZAS je možný za následujících podmínek:

 Systém Eco-start/stop je aktivní a nebyl deaktivován tlačítkem start-stop

 Teplota chladicí kapaliny > 46 ° v závislosti na okolní teplotě a požadavku vyhřívání interiéru

 Jízdní program Komfort nebo Eco od 2. převodového stupně

 Rychlost vozidla > 18  km/h při otáčkách motoru < 1600  ot./min („DCT“)

 Rychlost vozidla > 45  km/h v závislosti na požadavku komfortu („NVH“)

 Teplota katalyzátoru > 320 °

 Teplota nasávaného vzduchu > -30 °

 Napětí akumulátoru > 10  V

Režim ZAS není možný za následujících podmínek:

 Teplota chladicí kapaliny > 110 °

 Jízdní program Sport, Manual a během manuálního řazení převodového stupně

 Rychlost vozidla > 170  km/h nebo otáčky motoru > 3800  ot./min

P05.00-2124-76

Proces spalování

Delta hlava válců tvoří základ procesu spalování. Vysoká odolnost proti klepání byla zajištěna na jedné straně zlepšením chlazení spalovacího prostoru a na druhé straně rychlým spalováním. Doba spalování byla upravena přesným seřízením na sacích kanálech.

Přitom byl zvolen kompromis mezi vysokým pohybem plnění a nízkou ztrátou tlaku v kanálu. Navzdory vysokému kompresnímu poměru 10,6 (předcházející motor M 270: 9,8) bylo možné zapalování optimálně nastavit dokonce i v horní oblasti částečného zatížení, takže spotřeba může být dále snižována.

Včasná ohniska spalování a z toho plynoucí nízké teploty výfukových plynů (maximálně 950 °) umožňují rozšíření optimálního provozního rozsahu lambda (λ) = 1.

Částečně integrovaný sběrač výfukových plynů umožňuje velmi kompaktní uspořádání výfukového turbodmychadla u hlavy válců. Výsledkem je menší objem plynů v porovnání s klasickou konstrukcí. To má pozitivní vliv na rekuperaci energie u výfukového turbodmychadla a zajišťuje rychlý nárůst točivého momentu, zejména při dynamickém provozu.

Kromě toho je integrací sběrače v hlavě válců dosaženo chlazení výfukových plynů, což opět umožňuje rozšíření provozního rozsahu λ = 1.

Vstřikování

Nárůstu tlaku paliva až 250  barů je dosahováno jednopístovým vysokotlakým čerpadlem v provedení z nerez oceli s elektricky řízeným sacím ventilem. To umožňuje přizpůsobení plnicího množství pro každý příslušný zdvih pístu čerpadla.

Vysokotlaké čerpadlo je poháněno přes čtyřnásobnou vačku na vačkovém hřídeli výfukových ventilů. Zdvihátko s kladkou přenáší zdvih na píst vysokotlakého čerpadla umístěného na straně sání. Pro každý pracovní cyklus proběhne jeden zdvih pístu vysokotlakého čerpadla. Úhlová poloha zdvihu pístu odpovídá minimálnímu zatížení řetězového pohonu.

Protože tlak paliva až 250  barů působí na vstřikovač paliva, musí mít vstřikovač paliva přesně definované vstřikované množství prostřednictvím časování.

Vstřikovač paliva je vycentrován ve spalovacím prostoru. Ve vstřikovači paliva ovládá elektricky řízený zdvihový magnet jehlu ve ventilu s víceotvorovými tryskami se 6 vstřikovacími porty. Proudění paliva je usměrněno tak, aby ani ventily, ani zapalovací svíčka nebyly zasaženy přímo.

Vysoká přesnost vstřikovaného množství je zajištěna regulační funkcí. Ta detekuje pro každý vstřikovač paliva individuální uzavírání jehly ventilu pomocí zpětného měření proudového signálu vstřikovače paliva. Z toho je určen časový posun mezi koncem aktivace a koncem vstřiku.

Regulační funkce pak nastavuje dobu aktivace tak, aby byla nastavena požadovaná doba vstřiku. Funkce je tak schopna kompenzovat výrobní tolerance i závislost na teplotě a tlaku.

Odvětrání palivové nádrže

Odvětrání palivové nádrže zajišťuje filtr s aktivním uhlím. V „prašných zemích“ je na vnější vedení vzduchu filtru s aktivním uhlím připojen prachový filtr.

P07.00-2256-76

Vedení vzduchu

Motor M 282 je konstruován pro flexibilní vedení vzduchu v různých platformách vozidel. Komponenty vedení vzduchu obsažené v kmenovém motoru jsou blokovány pro všechny varianty vozidla v kombinovaném dílu - sacím modulu.

Sací modul integruje funkce rozdělování plnicího vzduchu, víka hlavy válců a odlučování oleje v jedné kompaktní součásti. Utěsnění proti oleji je zajištěno elastomerovým těsněním.

Sací kanál a rozdělovací potrubí plnicího vzduchu tvoří dvě plastové poloskořepiny připojené na víko hlavy válců svařováním horkým plynem. Poloskořepina rovněž obsahuje přírubu pro škrticí klapku, která je zablokovaná pro všechny varianty vozidla.

Ve víku hlavy válců je integrován systém odlučování oleje „blow-by“ plyny motoru. Za odlučovačem oleje je použit tlakový regulační ventil k úpravě tlaku v klikové skříni. Vnitřní, velmi kompaktní konstrukční dělení na úsek částečného zatížení a plného zatížení včetně zpětných ventilů umožňuje rozsáhlé odstranění vnějších vedení.

P09.00-2171-76

Přeplňování

Motor M 282 je vybaven výfukovým turbodmychadlem „Monoscroll“ s elektronicky řízeným obtokovým ventilem. Elektrický nastavovací člen skýtá v porovnání s pneumatickou regulací přínos z hlediska rychlosti a přesnosti regulace.

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

Výfukové turbodmychadlo je upínacím spojem přišroubováno k hlavě válců. Sběrač a skříň turbínového kola jsou odlity jako jeden díl z oceli. Konstrukční provedení je velmi kompaktní díky částečně integrovanému sběrači a je charakterizováno krátkými výfukovými kanály, které také vykazují zlepšení průtoku výfukových plynů a tím přinášejí výhody v reakci a kompaktnosti.

Díky této konstrukci bylo možné eliminovat jeden držák a jednu opěru. Výfukové turbodmychadlo je konstruováno na teplotu výfukových plynů von 950 °. Elektrický obtokový ventil je integrován do skříně oběžného kola kompresoru.

P09.40-2672-06

P49.00-2204-82

Čistění výfukových plynů

Výfukový systém v blízkosti motoru M 282 je tvořen „dvoukomponentním systémem“. Lambda regulace probíhá přes jednu lineární lambda sondu před katalyzátorem a jednu skokovou sondu mezi oběma katalyzátory.

Keramické monolity jsou keramická tělesa, která jsou protkána několika tisíci kanálků. Těmi proudí výfukové plyny. Keramika je vyrobena z teplotně vysoce odolného silikátu hořčíku a hliníku.

Na napětí vysoce citlivý monolit je uložen v elastickém drátěném pletivu z vysoce legovaných ocelových drátů a je upevněn v pouzdře z nerezavějící oceli s dvojitou stěnou.

Keramické monolity vyžadují nosnou vrstvu (washcoat) z oxidu hlinitého (Al2O3), která zvětšuje účinnou plochu katalyzátoru cca 7000x.

Účinná katalytická vrstva nanesená na nosnou vrstvu sestává v trojcestném katalyzátoru hlavně z platiny a rhodia. Platina urychluje oxidaci uhlovodíků a oxidu uhelnatého (CO), rhodium redukci oxidů dusíku (NOx).

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 byl navržen tak, aby splňoval požadavky na spalování, emise, třecí výkon i bezpečný provoz. Chladicí kapalina je přiváděna mechanicky řemenovým pohonem poháněným čerpadlem chladicí kapaliny do chladicího okruhu. Požadavek na chlazení i uspořádání jednotlivých komponent v okruhu byly navrženy s cílem zredukovat hnací vedení čerpadla, což má pozitivní vliv na spotřebu.

Pro řízení chladicí kapaliny se používá elektricky vyhřívaný 2talířový termostat s prvkem z pružného vosku, který je řízen teplotním polem charakteristik. Výsledkem je, že motor může být optimálně provozován se dvěma teplotami chladicí kapaliny v závislosti na provozním bodu z pohledu spalovacího a třecího výkonu.

Cirkulace chladiva výfukovým turbodmychadlem ve fázi doběhu vytápění při vypnutém motoru je účinně zajištěna termosifonem a nevyžaduje tudíž žádné další elektrické komponenty.

Z toho vyplývají následující výhody:

 Rychlejší dosažení optimální provozní teploty

 Snížení emisí výfukových plynů

 Úspora paliva

 Rychlý ohřev vnitřního prostoru vozidla

P20.00-2661-79

Řemenový pohon

Řemenový pohon je poháněn odpojenou řemenicí na torzním tlumiči. To umožňuje nízké předpětí řemene a přispívá k minimalizaci ztrát třením. Použití nové koncepce napínače řemene, ve které je napínač řemene namontován na alternátoru, také přispívá k omezení instalačního prostoru.

Řemenový pohon pohání mechanické čerpadlo chladicí kapaliny, kompresor chladiva i alternátor. Torzní tlumič zahrnuje jak tlumič kmitů, tak i elastomerový rozpojovač, a významně tak přispívá k redukci napínacích sil řemene. Použit je řemen „Poly-V“ s polyesterovou tažnou částí.

P13.22-2219-76

Údržba

Současná strategie údržby společnosti Mercedes-Benz se vztahuje také na motor M 282, 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 282 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

P01.00-3748-76

P01.00-3758-79