Übersicht Neuerungen/Änderungen Einführung neuer Reihenmotor M 264

P01.10-3422-05

Einleitung

Mercedes­Benz führt ab Ende 2017 beginnend mit dem E-Klasse Coupé Typ 238 die neue 4-Zylinder-Ottomotoren-Generation mit der Typbezeichnung M 264 ein.

Der Reihenmotor M 264 mit 2,0 Liter Hubraum ermöglicht dank seiner hohen spezifischen Leistung von 110 kW/l den Einsatz in Leistungspositionen, die bisher 6-Zylinder-Motoren vorbehalten waren. Gegenüber diesen Motoren wird durch konsequentes Downsizing in Verbindung mit einer verbesserten Motorreibung, dem Einsatz der CAMTRONIC und insbesondere der Einführung eines 48-Volt-Systems mit riemengetriebenem Startergenerator (RSG) eine Verbrauchsverbesserung von über 20 % realisiert.

Die Weiterentwicklung des bewährten BlueDIRECT Brennverfahrens in Verbindung mit dem Ottopartikelfilter stellt ein niedriges Abgasemissionsniveau sicher.

Der im Premiumsegment erforderliche gute Geräusch- und Schwingungskomfort wird durch den komfortablen Start mittels Startergenerator sowie umfangreiche "NVH-Maßnahmen" (Noise, Vibration, Harness = Geräusch, Vibration, Rauheit) erreicht.

Der RSG übernimmt auch Hybridfunktionen, was Verbrauchseinsparungen ermöglicht.

Zu Gunsten hoher Leistungsausbeute und spontanen Ansprechverhaltens wird bei der Aufladung des Motors auf die "Twinscroll-Technik" gesetzt. Anders als bei herkömmlichen Systemen sind bei einem Twinscroll-Abgasturbolader die Abgaskanäle von jeweils zwei Zylindern in einem strömungsoptimierten Krümmer zusammengefasst.

Dieses Aufladungskonzept ermöglicht durch eine konsequente Flutentrennung der Zylinder ein hohes Drehmoment im Niedrigdrehzahlbereich bei hoher spezifischer Leistung. Weitere Effizienzmaßnahmen sind eine Einlass-CAMTRONIC und ein Paket zur Reibleistungsreduzierung.

Neuerungen im Überblick

 Reibungsmindernde Formhonung

 "NVH-Komfortpaket"

 Kühlkanalkolben mit Ringträger

 Zentral angeordnete Piezo-Injektoren

 CAMTRONIC

 Ottopartikelfilter

 48-Volt-Bordnetz mit riemengetriebenem Startergenerator (RSG)

 Hocheffiziente Kühlmittel-Ladeluftkühlung

 Elektrische 48-Volt-Kühlmittelpumpe

Kurbelgehäuse

Die Entwicklungsvorgaben für das Kurbelgehäuse aus Aluminiumdruckguss und den Kurbeltrieb beinhalteten die Dauerfestigkeit bei 120 bar Spitzendruck und eine signifikante Reduzierung der Triebwerksreibung.

Um einen noch besseren "NVH-Komfort" (Geräusch, Vibration, Rauheit) durch höhere Struktursteifigkeit zu erreichen, wurde gegenüber dem Vorgängerkurbelgehäuse die Rippenstruktur weiter optimiert. Die Zylinderrohre mit verschleißfesten Raugussbuchsen werden durch Doppelstegbohrungen an den Mittel- und Randzylindern gekühlt.

Die vom Vorgängermotor bekannte Oberflächenfeingeometrie bzw. Feinsthonung für die Laufbahn wurde in Kombination mit einer Formhonung, der so genannten "Trompetenhonung" kombiniert. Die konische Aufweitung des Zylinderdurchmessers im unteren Umkehrpunkt des Kolbens sorgt dort für ein größeres Kolbenspiel, wodurch sich die Reibleistung zwischen Laufbahn und Kolben massiv reduziert. Im oberen Umkehrpunkt des Kolbens bleibt das Kolbenspiel eng, um den hohen "NVH-Anforderungen" gerecht zu werden.

Um die Gesamtreibung des Motors noch weiter zu reduzieren, kommt zudem ein niederviskoses Motoröl zum Einsatz.

P01.00-3723-76

Kurbeltrieb

Die Kurbelwelle aus Stahl besitzt acht gewichtsreduzierte Gegengewichte. Durch die konsequente Verwendung moderner Methoden war es möglich, einen gegossenen Kolben mit Kühlkanal und Ringträger in einem aufgeladenen Motor mit einer spezifischen Leistung von 110 kW/l zu verwenden.

Die Kolbenkühlung schafft die Voraussetzungen für reduzierte Kolbenbodentemperaturen, die eine stabile Verbrennung begünstigen und die innermotorischen Emissionen reduzieren.

Die Tangentialspannungen der Kolbenringe wurden in Verbindung mit der Formhonung auf Minimalwerte bei Reibleistung, Ölverbrauch, Gewicht und Durchblasemengen hin optimiert. Neben den verringerten Ringspannungen haben die deutlich verkleinerten asymmetrischen Kolbenschafttragflächen mit optimierter Karbonbeschichtung sowie die Feinanpassungen des Kolbenspiels und der Ölspritzkühlung maßgeblich zur Reibungsreduzierung beigetragen.

Das filigrane, auf minimales Gewicht ausgelegte Schmiedepleuel ist am kleinen Auge als Trapezpleuel mit Obenführung ausgeführt und mit einer dünnwandigen Vollbronzebuchse bestückt.

P03.10-2184-75

Kettentrieb

Um die höhere Leistung zu erzeugen und der damit verbundenen höheren Kurbelwellenanregung dauerhaft zu bestehen, wurde ein neuer Kettenspanner mit Überdruckventil entwickelt. Dieser sorgt dafür, dass die Verschleißlängungen der Kette auch unter extremen Bedingungen kleiner 0,2 % liegen.

Die Zahnkette für den Steuerungsantrieb wurde vom Vorgängermotor übernommen. Die fein gestanzten Laschen mit hohen Glattschnittanteilen ergeben extrem glatte Funktionsflächen und zeigen in Kombination mit verbesserter Gleitschienengeometrie einen deutlichen Reibungsvorteil.

Ölkreislauf und Entlüftung

Die Ölversorgung des M 264 erfolgt über eine mechanisch angetriebene, druckgeregelte Ölpumpe nach Flügelzellenprinzip. Mittels eines im Ölpumpengehäuse integrierten Ventils können kennfeldabhängig von Motorlast und Drehzahl zwei Druckstufen geschaltet werden, um die Antriebleistung insbesondere im Teillastbereich zu reduzieren. Der wechselbare Ölfiltereinsatz und der Thermostat zur Regelung der Öltemperatur sind im Steuergehäusedeckel untergebracht, an dem auch der Wärmetauscher verschraubt ist.

Die Entlüftungsgase werden zentral auf der Zylinderkopfhaube entnommen. Die Haubengeometrie und die mit Spritzschutzsystemen versehene Entnahmestelle wirken dabei als Grobölabscheider.

Über eine Rücklaufleitung gelangen die Entlüftungsgase in den im Kurbelgehäuse teilintegrierten Ölabscheider, der als Prallplattenabscheider mit Grob- und Feinabscheidung ausgeführt ist. Dort wird der Volumenstrom je nach Betriebszustand und den daraus resultierenden Druckverhältnissen in den Teillast- oder Volllast-Pfad und auf direktem Weg in die dazu gehörigen Einleitstellen im Ladeluftverteiler und Abgasturbolader geleitet.

Der M 264 verfügt außerdem über eine Belüftungsfunktion, um den Kurbelraum bei Niedriglastbetrieb zu durchspülen. Das in die Teillastentlüftungsleitung integrierte elektrische Umschaltventil ermöglicht variable Drosselstufen und steuert unter anderem die Belüftungsmenge.

Große Querschnitte, die teilintegrierte Gasführung sowie die Gestaltung der Schnittstellen ermöglichen eine stabile Ölabscheidung auch unter extremen Betriebsbedingungen und ermöglichen die Sicherstellung von länderspezifischen Emissionsanforderungen.

"NVH-Komfort"

Erstmalig werden an einem Ottomotor beidseitig Motorträger aus Kunststoff im Rahmen des Dreipunkt-Lagerkonzepts bei einem längs eingebauten Antriebsstrang eingesetzt. Diese bieten über ein großes Frequenzspektrum ein deutlich besseres Übertragungsverhalten als vergleichbare Motorträger aus Aluminium. Somit gelingt es, einen der Haupteinleitungspfade von körperschallerregten Motorgeräuschen deutlich zu verbessern. Das Resultat ist ein harmonischeres Motorklangbild im Fahrzeug-Innenraum in nahezu allen Betriebszuständen.

Kraftstoffeinspritzsystem

Aufgrund der hohen Dynamik des Einspritzvorgangs mit minimalen Öffnungsdauern von kleiner 100 μs ergibt sich eine hohe Impulshaltigkeit mit Rückwirkung auf das "NVH-Verhalten".

Analysen haben gezeigt, dass es zur Verbesserung des Geräuschverhaltens im Bereich Einspritzung folgende Stellhebel gibt:

 Anzahl der Einspritzimpulse

 Injektorhub

 Öffnungsgradient

 Einspritzdruck

Durch Einführung des Teilhubs mit einer Hubreduzierung um 20 % und einem flacheren Öffnungsgradienten kann im nach "NVH-Anforderungen" kritischen Betriebsbereich von einer gemischbildungsunterstützenden Mehrfacheinspritzung auf eine Einfacheinspritzung übergegangen werden. Im leerlaufnahen Bereich wird zusätzlich der Einspritzdruck abgesenkt.

Im Mengensteuerventil der Kraftstoff-Hochdruckpumpe, welches den Kraftstoffzufluss in die Hochdruckpumpe reguliert, wurden die beweglichen Bauteile gezielt in ihrem Gewicht verringert. Außerdem wird über die Ansteuerlogik die Ventilnadel des Mengensteuerventils unmittelbar vor dem Aufschlagen in den Injektorsitz verzögert. Beide Maßnahmen führen zur Reduktion des Kraftimpulses, der vom Sitzbereich des getakteten Ventils ausgeht.

Abgerundet wird das Gesamtpaket durch eine bessere Entkopplung der Injektoren an deren Auflagefläche am Zylinderkopf mittels der so genannten weicheren Lochscheibe. Durch deren gesteigerte Dämpfungseigenschaften wird die Weiterleitung der Impulse im Körperschall reduziert. Grundvoraussetzung ist dabei, dass die Piezo-Injektoren über die gesamte Lebensdauer des Motors ihre exakte Position im Brennraum beibehalten. Insgesamt konnte jedoch die Steifigkeit der Lochscheibe um ca. die Hälfte im Vergleich zum Vorgängermotor reduziert werden.

CAMTRONIC

Der M 264 verfügt nun generell über alle Hubraum- und Leistungsvarianten über die CAMTRONIC. Der Betrieb auf kleinem Ventilhub (früher Einlassschluss) entspricht einem Miller-Brennverfahren.

Durch eine Nockenhubumschaltung, den damit verbundenen frühen Einlassschluss sowie eine Reibleistungsreduktion werden realisierbare Verbrauchsvorteile erreicht: In relevanten Testzyklen werden etwa 1 g Kohlendioxid (CO2) pro Kilometer eingespart. Die CAMTRONIC stellt durch ihren Vollhubnocken gleichzeitig die hohe Leistung des M 264 sicher.

Durch die Verwendung der CAMTRONIC bei einem Hubraum von 2 Litern konnte der im realen Fahrbetrieb nutzbare Betriebsbereich ausgeweitet werden, mit positiver Auswirkung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs. So ist ein Betrieb des M 264 auf kleinem Ventilhub von v = 120 km/h möglich.

P01.10-3367-76

Das Stellelement Ventilhubumschaltung Einlassnockenwelle ist auf der Zylinderkopfhaube neben dem Einfüllstutzen für Motoröl angeordnet.

Das Stellelement Ventilhubumschaltung Einlassnockenwelle steuert eine axiale Verschiebung der Nockenhülsen auf der Einlassnockenwelle, wobei eine Umschaltung zwischen einem kleinen und einem großen Nockenhub der Einlassventile erfolgt.

P05.20-2367-76

Das Stellelement besteht aus zwei Hubmagneten, die je einen Stößel betätigen. Bei Bestromung der Spule des jeweiligen Hubmagneten fährt der entsprechende Stößel aus, wobei nur ein Stößel, abhängig von der Lage und Form der Kurvenbahn auf der Nockenwelle, ausfahren kann.

Die Rückstellung des jeweiligen Stößels erfolgt mechanisch durch die Formgebung der Kurvenbahn. Die aktuelle Position der beiden Stößel erfasst der integrierte Hallsensor Ventilhubumschaltung Einlassnockenwelle (Y49/8b1).

In der Ausgangslage sind beide Stößel eingefahren. Der Motorstart erfolgt bei großem Hub der Einlassventile.

Die erste Umschaltung auf kleinen Hub erfolgt nach Beendigung der Warmlaufphase.

Bei der Ansteuerung des Stellelements durch das Steuergerät ME wird die entsprechende Spule im Stellelement bestromt und einer der beiden Stößel fährt in die entsprechende Kurvenbahn.

Durch die Formgebung der Kurvenbahn erfolgen eine axiale Verschiebung der Nockenwelle und die Umschaltung auf einen kleineren Nockenhub. Die Rückstellung des Stößels erfolgt mechanisch durch eine Erhebung in der Kurvenbahn.

Die Rückstellung der Nockenwelle erfolgt durch die erneute Bestromung der Spule. Dieses Mal fährt der andere Stößel aus und die Nockenwelle wird in die entgegengesetzte Richtung auf die Stellung des Nockens mit großem Hub verschoben.

Das Stellelement wird kennfeldabhängig in einem Drehzahlbereich von 1000 bis 4000/min vom Steuergerät ME mit einem pulsweitenmodulierten Signal von 1 kHz angesteuert.

P01.10-3366-76

Kraftstoffinjektoren

Die Kraftstoffinjektoren sind mittig am Zylinderkopf angeordnet.

Die Kraftstoffinjektoren spritzen zu einem bestimmten Zeitpunkt eine berechnete Kraftstoffmenge, fein zerstäubt, in den Brennraum des jeweiligen Zylinders.

Luftleiteinsatz

Eine wesentliche Voraussetzung für die deutliche Leistungssteigerung gegenüber dem Vorgängermotor war eine komplette Überarbeitung der Luft führenden Komponenten vor Brennraumeintritt.

So tragen insbesondere die Anordnung des Dämpferfilters auf der "kalten" Motorseite und die im Querschnitt vergrößerte druckseitige Luftansaugstrecke weitestgehend ohne störende Umlenkungen, verbunden mit dem großzügig ausgelegten, vor dem Motor angeordneten Kühlmittel-Luft-Ladeluftkühler zur erzielten Druckverlustminimierung bei.

Mit viel Detailarbeit und intensiver Simulation ist es gelungen, trotz deutlich gestiegenem Luftdurchsatz die Druckverluste im Vergleich zum Vorgänger um 4 % zu reduzieren. Auf gleichen Durchsatz bezogen ergibt sich sogar eine Verbesserung von über 40 %.

Aufladung

Um das herausfordernde Lastenheftziel - hohe Nennleistung bei gleichzeitig gutem Instationärverhalten - zu erreichen, wurden beste Ergebnisse im Hinblick auf Performance, Anfahrverhalten, Packaging und Gewicht mit dem Twinscroll-Abgasturbolader erzielt. Als Vorreiter wird diese Technologie im 4-Zylinder-Ottomotor beim Typ 176 (AMG A 45) eingesetzt.

Um das ganze Potenzial des Twinscroll-Abgasturboladers entfalten zu können, wurde auch die Ladedruckregelung komplett überarbeitet. Das bisher unterdruckbetätigte Stellglied wird nun durch einen elektrischen Präzisionssteller ersetzt, über dessen Lagerückmeldung und die höhere Stellgeschwindigkeit die Ladedruckregelung sowie die Diagnose deutlich verbessert werden.

P09.00-2160-76

Aufladung durch Twinscroll-System

Beim M 264 kommt ein so genannter Twinscroll-Abgasturbolader zum Einsatz. Durch die Trennung der Abgasströme nach dem Zylinderaustritt wird mehr Energie (Impulsenergie und kinetische Energie) zum Turbinenrad transportiert.

Um diese Energie maximal zu nutzen, müssen die Krümmerrohrdurchmesser sowie die Krümmerrohrlängen auf den Twinscroll-Abgasturbolader abgestimmt sein.

Durch diese Maßnahmen werden ein vergleichsweise reduzierter Abgasgegendruck und ein verbesserter Gaswechsel erreicht.

P09.40-2597-75

Funktionsablauf Ladedruckregelung

Die Ladedruckregelung erfolgt über das Stellglied Ladedruckregelklappe. Das Stellglied wird kennfeld- und lastabhängig vom Steuergerät ME zur Ladedruckregelung angesteuert. Dazu wertet das Steuergerät ME die Signale folgender Sensoren und Funktionen des Motormanagements aus:

 Druck- und Temperatursensor vor Drosselklappe (B28/26), Ladedruck und Ladelufttemperatur

 Druck- und Temperatursensor nach Drosselklappe (B28/27), Ladedruck und Ladelufttemperatur

 Drucksensor nach Luftfilter (B28/11), Ansaugdruck

 Fahrpedalsensor (B37), Lastanforderung vom Fahrer

 Hallsensor Kurbelwelle (B70), Motordrehzahl

 Klopfregelung, Getriebeüberlastschutz, Überhitzungsschutz

Zur Verringerung des Ladedrucks wird der Abgasstrom für den Antrieb des Turbinenrads, durch das Öffnen der Ladedruckregelklappe, über einen Bypass umgeleitet.

Das Stellglied Ladedruckregelklappe betätigt über ein Gestänge die Ladedruckregelklappe, die den Bypass verschließt. Durch den Bypass wird ein Teil des Abgasstroms am Turbinenrad vorbei gelenkt, wodurch der Ladedruck geregelt und die Turbinendrehzahl begrenzt wird. Damit kann der Ladedruck an die momentane Lastanforderung des Motors angepasst werden.

Zur Überwachung der aktuellen Druck- und Temperaturverhältnisse in der Ladeluftstrecke vom Abgasturbolader bis zum Ladeluftverteiler wertet das Steuergerät ME die Signale der Druck- und Temperatursensoren aus und passt den Ladedruck an die motorischen Anforderungen an.

Abgaskrümmer

Zur verbesserten Nutzung der Abgasenergie wurde der Effekt der Stoßaufladung optimiert, sodass die Strömungskanäle des luftspaltisolierten Abgaskrümmers geringe Querschnitte aufweisen. Dadurch wird die an der Turbine verfügbare Abgasenthalpie erhöht, die Turbinenleistung maximiert und somit der Ladungswechsel positiv beeinflusst. Durch die hohen thermischen Belastungen besteht die Gefahr von Leckagen zwischen den Schiebesitzen. Eine Reduzierung der Druckverluste und ein ähnlicher Abgasmassendurchsatz der beiden Fluten werden durch den Einsatz einer Spaltmaßoptimierung durch Kalibrierung der Schiebesitze sowie strömungsoptimierter Eintrittsquerschnitte in das Turbinenradgehäuse erreicht.

Turbinenradgehäuse

Eine geänderte Fluteneintrittsgeometrie mit Verdrehung der Strömungskanäle überträgt die Abgasenergie in das Turbinenradgehäuse. Eine Verringerung der Verluste ist das Ergebnis. Eine durchsatzstarke Turbine erreicht mit der konsequenten Flutentrennung im unteren Drehzahlbereich eine sehr effiziente Stoßaufladung, wodurch bereits bei geringer Motordrehzahl ein hohes Drehmoment erreicht wird. Mittels der Strömungsoptimierung konnte sowohl das Wastegate-Verhalten positiv beeinflusst werden als auch der motorische Grundladedruck des Twinscroll-Abgasturboladers minimiert werden.

Verdichtereintritt und Verdichteraustritt

Für eine relativ gleichmäßige Druckverteilung wurde auch der Ein- und Austritt des Verdichters strömungsoptimiert.

Abgasanlage und Abgasreinigung

Die dargestellte Abgasanlage des M 264 im E-Klasse Coupé bildet die Basis zur Erfüllung der anspruchsvollen Vorgaben für Emissionen und Außengeräusche. Daneben galt es, die Abgasanlage so auszulegen, dass die angestrebten Volllastwerte der Motoren erreicht werden.

Um die kultivierte Sportlichkeit auch durch entsprechende Soundgestaltung erlebbar zu machen, wird eine Abgasanlage mit Klappensteuerung eingesetzt. Bei geöffneter Klappe wird der Abgas-gegendruck reduziert und somit die Erreichung der Nennleistung gewährleistet.

Der Stellmotor wird vom Steuergerät Antriebsstrang (N127) kennfeldabhängig angesteuert. Er betätigt die Abgasklappe stufenlos und ermöglicht somit jede Öffnungsposition zwischen 0 und 100 %. Es sind je nach gewähltem Fahrprogramm unterschiedliche Kennfelder hinterlegt.

Der Stellmotor ist diagnosefähig und gibt bei Nichtöffnen der Abgasklappe eine Rückmeldung an das Steuergerät Antriebsstrang, das dann eine Anforderung zur Reduzierung der Motorleistung an das Steuergerät ME (N3/10) sendet.

P49.00-2198-75

Ottopartikelfilter

Die Funktionsweise des Filters entspricht dabei der bei Dieselfahrzeugen eingesetzten Technologie. Der Abgasstrom wird in ein Partikelfiltersystem geleitet, das im Unterboden des Fahrzeugs sitzt. Der Filter hat eine wabenförmige Struktur mit wechselseitig verschlossenen Ein- und Auslasskanälen. Dadurch wird das Abgas gezwungen, durch eine poröse Filterwand zu strömen. Hierbei kommt es zu einer Abscheidung des Rußes, wobei der Filter durch entsprechende Fahrbedingungen wieder kontinuierlich regeneriert werden kann.

Während bei Dieselmotoren keramische Dieselpartikelfilter aus Siliziumkarbid eingesetzt werden, basiert die Ottopartikelfilter-Technologie dagegen auf dem besonders hitzebeständigen Cordierit. Der eingesetzte gegendruckoptimierte Ottopartikelfilter mit hoher Filtrationseffizienz ist zudem wartungsfrei und selbstregulierend.

Kühlung und Thermomanagement

Elektrische Kühlmittelpumpe

Aufgrund der gestiegenen spezifischen Leistung und des nun verfügbaren 48-Volt-Bordnetzes kommt beim M 264 eine 48-Volt-Kühlmittelpumpe mit 950 W Leistung zum Einsatz. Die Pumpe des M 264 ist modular verblockt. Der Verbrauchsvorteil von ca. 2 g CO2 pro Kilometer in relevanten Fahrzyklen ergibt sich zum einen aus der durch den Entfall der mechanischen Kühlmittelpumpe verbesserten Reibleistung im Riementrieb, zum anderen resultiert er aus der bedarfsgerechten Ansteuerung der Kühlmittelpumpe.

Wegen der immer größer werdenden Spreizung von verfügbarer und tatsächlich im Alltag durchschnittlich genutzter Motorleistung kann über große Zeiträume mit wesentlich geringeren Kühlmittelströmen gearbeitet werden, als dies bei einer mechanischen Kühlmittelpumpe mit ihrer starren Koppelung an die Kurbelwellendrehzahl möglich wäre. Dies wirkt sich positiv auf den Verbrauch aus.

Kühlung

Die gegenüber dem Vorgängermotor nochmals gestiegenen Motorleistungen des M 264 führten zu neuen Konzepten, um die Abwärmen aus Kühlmittel, Ladeluft und Öl abführen zu können.

Ein wesentliches Entwicklungsziel war die Verlagerung der Abwärmen des Getriebeöls und des riemengetriebenen Startergenerators (RSG) aus dem Niedertemperaturkreis in den Hochtemperaturkreis des Motors. Dort wird ein Teilstrom über eine nachgeschaltete Unterkühlstrecke geleitet, in der eine weitere Abkühlung des Mediums auf das erforderliche Temperaturniveau. Durch dieses Konzept kann nun der Niedertemperaturkreis ausschließlich für die Abwärme des Ladeluftkühlers genutzt werden. Selbst in extremen Fahrsituationen und unter extremen Fahrbedingungen kann damit ein relativ klopfunempfindlicher Motorbetrieb unter Ausnutzung des Leistungspotenzials umgesetzt werden.

Eine sorgsam abgestimmte Applikation des Thermomanagements und der Betriebsstrategien für Motor, Getriebe und RSG sorgt damit für eine bisher von einem 4-Zylinder-Ottomotor unerreichte Fahrdynamik bei gleichzeitig hoher Kraftstoffeffizienz.

Kühlungsoptimierte Auslassventile

Bei dem neuen M 264 werden erstmalig bei einem hoch aufgeladenen Motor Auslassventile in Hohltellerausführung eingesetzt. Die Innenkontur des Hohltellers wird dabei in einem komplexen Umformungsverfahren umgeformt. Es sind also keine kritischen Schweißprozesse oder andere aufwändige Fertigungsprozesse notwendig, um die Kavität herzustellen. Dadurch ist dieses Ventil wirtschaftlich produzierbar.

Aufgrund der nochmals deutlich verbesserten Wärmeleitung können weiterhin preiswerte Werkstoffe mit niedrigem Nickelgehalt verwendet werden. Die Temperatur in der hoch belasteten Ventilkehle wird deutlich abgesenkt. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr werden darüber hinaus auch die Temperaturen an der Tellerunterseite und damit im Brennraum deutlich abgesenkt. Das bedeutet eine reduzierte Klopfneigung und bessere Verbrennungsschwerpunktlagen und wirkt sich positiv auf den Verbrauch aus.

P05.30-2198-73

P01.10-3371-76

Wärmemanagement Funktion

Funktionsvoraussetzungen Wärmemanagement allgemein

 Klemme 87M (Motormanagement) "EIN"

 Motor läuft.

Wärmemanagement allgemein

Mit dem vom Steuergerät ME (N3/10) gesteuerten Wärmemanagement wird die Kühlmitteltemperatur des Motors geregelt. Daraus ergeben sich folgende Vorteile:

 Schnelleres Erreichen der optimalen Betriebstemperatur

 Reduzierung der Abgasemissionen

 Kraftstoffersparnis

 Schnelles Aufheizen des Fahrzeuginnenraums

P20.10-2479-79

Wärmemanagement Funktionsablauf

Nachstartphase mit elektrischer Kühlmittelpumpe

In der Nachstartphase wird die Kühlmittelzirkulation durch Abschalten der elektrischen Kühlmittelpumpe ausgesetzt. Durch die fehlende Kühlung erwärmt sich der Motor schneller und die Abgasemissionen werden reduziert.

Die elektrische Kühlmittelpumpe wird beim Kaltstart abgeschaltet, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

 Kühlmitteltemperatur unter 75 °C

 Vom Steuergerät Klimatisierung (N22/1) wurde kein "Heizen" angefordert.

Durch die Anforderung ''Heizen'' wird die elektrische Kühlmittelpumpe angesteuert. Dadurch wird der Fahrzeuginnenraum schnell beheizt.

Sind die Bedingungen zur Abschaltung der elektrischen Kühlmittelpumpe nicht mehr erfüllt, steuert das Steuergerät ME (N3/10) die elektrische Kühlmittelpumpe erneut an. Die Kühlmittelzirkulation ist somit wieder gewährleistet.

Kühlmittelthermostat-Regelung

Das mechanisch beeinflusste Öffnen und Schließen des Ringschiebers im Kühlmittelthermostat geschieht durch die temperaturabhängige Ausdehnung bzw. Kontraktion des Dehnwachselements in einem Temperaturbereich von ca. 102 bis 118 °C).

 Zieltemperatur: ca. 105 °C

 Ringschieber voll geöffnet: 118 °C

Zusätzlich kann das Öffnen und Schließen des Kühlmittelthermostats durch die Ansteuerung des Heizelements Kühlmittelthermostat elektronisch beeinflusst werden. Dies geschieht vollvariabel und abhängig von den motorischen Anforderungen.

Der Ringschieber im Kühlmittelthermostat kann folgende Stellungen einnehmen:

 Ringschieber geschlossen

 Ringschieber öffnend (Mischbetrieb)

 Ringschieber offen (Kühlerbetrieb)

P20.10-2485-82

Ringschieber geschlossen

Der Ringschieber des Kühlmittelthermostats ist geschlossen, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

 Kühlmitteltemperatur unterhalb von ca. 102 °C

 Heizelement Kühlmittelthermostat unbestromt

 Keine Volllastanforderung

In dieser Stellung durchströmt das Kühlmittel den Motorkühlkreislauf mit dem Motorölwärmetauscher und dem Twinscroll-Abgasturbolader und je nach Bedarf den Heizungswärmetauscher für die Fahrgastraumheizung.

Der Motorkühler ist nicht in den Kühlmittelumlauf eingebunden. Das Kühlmittel wird dadurch schnell erwärmt.

Durch die schnelle Erwärmung gelangt der Motor eher auf seine Betriebstemperatur, was sich günstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

P20.10-2486-82

Ringschieber öffnend (Mischbetrieb)

Der Ringschieber beginnt zu öffnen, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:

 Erreichen einer Kühlmitteltemperatur von ca. 102 °C erstmals nach dem Start (keine Volllastanforderung)

 Heizelement Kühlmittelthermostat wird bestromt.

In einem Temperaturbereich des Kühlmittels von ca. 102 bis 118 °C oder je nach Bestromung des Heizelements Kühlmittelthermostat beginnt das Dehnwachselement sich auszudehnen und betätigt den Ringschieber.

Dieser öffnet die Verbindung zum Motorkühler. Der Öffnungsquerschnitt des Ringschiebers ist proportional zur Temperatur des Dehnwachselements bzw. der Kühlmitteltemperatur. Dadurch wird der Volumenstrom des Kühlmittels zum Motorkühler bedarfsgerecht variiert.

Ringschieber offen (Kühlerbetrieb)

Beim Erreichen einer Kühlmitteltemperatur von ca. 118 °C ist der Ringschieber vollständig geöffnet und das Kühlmittel kann uneingeschränkt über den Motorkühler strömen.

P20.10-2487-82

Elektronische Regelung

Eine vollständige Öffnung kann auch bei niedrigeren Temperaturen erfolgen, wenn das Heizelement Kühlmittelthermostat vom Steuergerät ME in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen angesteuert wird.

Folgende Daten werden dazu vom Steuergerät ME eingelesen:

 Ansauglufttemperatur

 Außentemperatur

 Motordrehzahl

 Motorlast

Die Ansteuerung erfolgt über ein Massesignal. Die Spannungsversorgung erfolgt über Klemme 87M2.

Abhängig von den motorischen Anforderungen kann eine hohe oder eine niedrigere Kühlmittelsolltemperatur eingestellt werden.

Für eine hohe Kühlmittelsolltemperatur (ca. 105 °C) wird die mechanische Regelung durch zusätzliches Beheizen des Dehnwachselements ab 106 °C unterstützt. Bei 110 °C wird das Heizelement voll bestromt, was in der Vollöffnung des Ringschiebers resultiert.

Eine erhöhte Kühlmitteltemperatur ergibt im Teillastbereich ein günstiges Leistungsniveau, was sich positiv auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

Die niedrige Kühlmittelsolltemperatur liegt um die 85 °C. Hierbei unterliegt das Heizelement einer Vorsteuerung, die variabel an die Umgebungsbedingungen angepasst wird.

Im Sommer, bei hohen Außentemperaturen, kann das Heizelement schon bei 80 °C voll bestromt sein, um kritische Temperaturbereiche zu vermeiden.

Im Winter und bei niedrigen Außentemperaturen wird das Heizelement mit 30 bis 50 % der maximalen Leistung bestromt.

Eine niedrige Kühlmitteltemperatur im Volllastbetrieb wirkt sich positiv auf die Motorleistung aus, da die Ansaugluft weniger erwärmt wird.

Funktionsablauf Kühlung Startergenerator

Bei Fahrzeugen mit 48-Volt-Technologie sind zusätzlich das Steuergerät DC/DC-Wandler und die 48-V-Bordnetzbatterie in einen separaten Niedertemperatur-Kreislauf 2 eingebunden.

Die Umwälzpumpe 2 Niedertemperatur-Kreislauf fördert das erhitzte Kühlmittel über den Niedertemperaturkühler 2, der vorn am Fahrzeug im Kühlmodul integriert ist.

Nach dem Niedertemperaturkühler 2 erfasst der Temperatursensor Niedertemperatur-Kreislauf 2 die aktuelle Temperatur des Kühlmittels und gibt ein Signal an das Steuergerät Antriebsstrang (N127).

Die Umwälzpumpe 2 Niedertemperatur-Kreislauf wird dementsprechend bedarfsgerecht angesteuert und bleibt deaktiviert, solange das Kühlmittel eine gewisse Temperatur nicht überschreitet.

Das abgekühlte Kühlmittel durchströmt anschließend die zu einer Baugruppe zusammengefasste 48-V-Bordnetzbatterie mit dem Steuergerät DC/DC-Wandler, nimmt dort die entstehende Abwärme auf und transportiert diese zum Niedertemperaturkühler 2.

Funktionsablauf Überhitzungsschutz

Das Steuergerät Antriebsstrang steuert den Lüftermotor (M4/7) an. Dabei erfolgt die Ansteuerung über den Antriebsstrang-LIN (LIN C3) und es können alle Drehzahlen zwischen 0 und 100 % eingestellt werden. Bei fehlerhafter Ansteuerung dreht der Lüftermotor mit maximaler Drehzahl (Lüfternotlauf).

Das Steuergerät Klimatisierung überträgt den Status der Klimaanlage über Innenraum-CAN (CAN B), Steuergerät elektronisches Zündschloss (N73), Fahrwerk-FlexRay, Steuergerät Antriebsstrang und Antriebs-CAN (CAN C1) zum Steuergerät ME.

Lüfternachlauf

Der Lüftermotor läuft bei "Zündung AUS" bis zu 6 min nach, wenn die Kühlmitteltemperatur oder die Motoröltemperatur vorgegebene Höchstwerte überschreiten. Fällt dabei die Batteriespannung zu sehr ab, wird der Lüfternachlauf unterdrückt.

Riemengetriebener Startergenerator (RSG)

Neue Möglichkeiten beim Betrieb des Motors:

 Komfort-Start: nahezu unmerklicher Motorstart

 Boost-Effekt im Drehzahlbereich bis 2500/min

 Rekuperation bis 12 kW

 Lastpunktverschiebung: Betrieb in günstigerem Kennfeld möglich

 Segelmodus mit Motor-Aus

Der neue 4-Zylinder-Ottomotor M 264 ersetzt den Starter und den 12-Volt-Generator durch einen riemengetriebenen Startergenerator (RSG).

Neben der Generatorfunktion bietet der RSG auch die Möglichkeit, mithilfe der Energie aus der 48-V-Bordnetzbatterie Drehmoment zu erzeugen und den Verbrennungsmotor zu unterstützen.

Dieses Drehmoment kann sowohl positiv als auch negativ sein. So wird der Motor effizient betrieben und überschüssige Energie in der 48-V-Bordnetzbatterie gespeichert.

Durch diese erweiterte Funktion des RSG ist ein Pendelriemenspanner erforderlich.

Mit diesem positiven Zusatzdrehmoment kann der Antriebsstrang auch mit verkleinertem Hubraum und bereits bei geringen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erzeugen.

Der effiziente Betrieb durch das Zusammenspiel von Verbrennungsmotor und 48-Volt-Bordnetz führt zu einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen sowie einer spürbar besseren Agilität des Fahrzeugs. Der Motor wird zudem deutlich schneller und komfortabler gestartet.

Über die starre Riemenscheibe ist der RSG im Riementrieb eingebunden. Die Kühlung des RSG erfolgt über zwei Lüfterräder innerhalb des Gehäuses.

Die Leistungselektronik ist direkt an das RSG-Gehäuse angebaut. In der Leistungselektronik ist der Wechselrichter zum Ansteuern des RSG integriert. Die Leistungselektronik ist ausschließlich als DC/AC-Wandler ausgelegt.

Die Leistungselektronik steuert den RSG auf Anforderung vom Steuergerät Antriebsstrang (N127) mit 5-Phasen-Wechselspannung an. Die Leistungselektronik überwacht die Temperaturen an dem RSG und der Leistungselektronik. Es überwacht auch die Position des Rotors des RSG und stellt Diagnosen und Prognosen zum verfügbaren Drehmoment dem Steuergerät Antriebsstrang (N127) zur Verfügung.

Die Kühlung der Leistungselektronik ist durch eine Kühlmittelkühlung mit separater Kühlmittelpumpe Startergenerator (M43/4) für den RSG realisiert.

P01.10-3369-76

P13.22-2211-75

Riementrieb

Beim riemengetriebenen Startergenerator (RSG) erfolgen die Funktionen Starten/Boost-Effekt und Generatorbetrieb/Rekuperation über einen speziell für RSG-Anwendungen optimierten Keilrippenriemen mit 7 Rippen. Die aktuelle Wartungsstrategie mit Sichtkontrolle kann beibehalten werden.

Ein Pendelriemenspanner in Blechausführung spannt, abhängig von den beiden Betriebsarten Rekuperieren (Ladebetrieb) oder Boost-Effekt, den jeweils zugentlasteten Teil des Keilrippenriemens.

Zur Sicherstellung von Komfort und Lebensdauer des Systems werden die kurbelwellenseitigen Anregungen mittels einer mechanisch entkoppelten Riemenscheibe an der Kurbelwelle vom Riementrieb weitgehend ferngehalten.

Die Funktion der Drehschwingungsdämpfung der Kurbelwelle ist in dieses Bauteil integriert.

Wartung

Die aktuelle Mercedes­Benz Wartungsstrategie gilt auch für den M 264, länderspezifische Abweichungen sind möglich:

 Europa: Fixe Wartungsintervalle mit dem Intervall "alle 25.000 km/12 Monate"

 China: Fixe Wartungsintervalle mit dem Intervall "alle 10.000 km/12 Monate"

 USA: Fixe Wartungsintervalle mit dem Intervall "alle 10.000 mi/12 Monate"

 Service A und B immer im Wechsel

Zusatzarbeiten erfolgen in diesen Intervallen (Beispiel Europa):

 Luftfiltereinsatz erneuern: alle 75.000 km/3 Jahre

 Zündkerzen erneuern: alle 75.000 km/3 Jahre

 Kraftstofffilter erneuern, Ottomotoren: 200.000 km/10 Jahre

Ablassen des Motoröls

Der M 264 hat kein Ölsaugrohr mehr und somit auch keinen Ölmessstab.

Das Ablassen des Motoröls erfolgt durch eine Ablassschraube an der Ölwanne. Die Prüfung des Motorölfüllstands erfolgt über einen Sensor in der Ölwanne und über die Anzeige im Kombiinstrument. Diese wird über die Lenkradtasten aufgerufen.

Vorgehensweise zu Motorölstandmessung/-ölwechsel siehe WIS-Dokument AP18.00-P-1812MKI (am Beispiel OM 654 im Typ 213).

Motoröle

Durch den Einsatz des Ottopartikelfilters (OPF) ist bei diesem Motor für den Motorölwechsel, analog zu Motoren mit Dieselpartikelfilter (DPF), aschearmes Motoröl zu verwenden. Für den Service sind nach Mercedes­Benz Betriebsstoffvorschriften folgende Motoröle frei gegeben:

 229.51

 229.52

 229.61

 229.71