Relación de novedades/ modificaciones de la introducción del nuevo motor en V M276 con turbosobrealimentación

Introducción al nuevo motor 276 E30 DEH LA
Generalidades
A partir de la reestilización de la Clase E en 04/2013 se completa la motorización con un nuevo motor de gasolina de 6 cilindros M276 E30 DEH LA con turbosobrealimentación.
El motor perfeccionado se ofrece como E400 en la berlina y en el modelo familiar con y sin 4MATIC.
Mediante la turbosobrealimentación de la nueva variante del motor 276 de 3 litros de cilindrada se ha conseguido incrementar notablemente el par motor y la potencia.

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Descripción breve

Innovaciones

 Reducción de la cilindrada total del motor a 2996 cm3

 Incremento del par motor nominal a 480 Nm a un régimen de 1400 a 4000 r.p.m.

 Incremento de la potencia nominal a 245 kW a 5500 r.p.m.

 Bloque motor rígido de aluminio macizo

 Camisas de cilindro con innovador revestimiento "Nanoslide", fabricado por el procedimiento LDS (recubrimiento LDS) con una reducción de peso y de las pérdidas por rozamiento

 Turbocompresor por gases de escape de respuesta espontánea con regulación Waste-Gate por cada banco de cilindros

 Colector de escape y caja de la turbina realizados como componente compacto en fundición de acero

 Refrigerador del aire de sobrealimentación aire/agua compacto con depósito de expansión separado montado en el en el lado del motor, para obtener una refrigeración óptima del aire de sobrealimentación y un excelente grado de rendimiento termodinámico

 Adaptación de la regeneración del filtro de carbón activado a las exigencias de la turbosobrealimentación por gases de escape mediante la introducción de la regeneración a plena carga

 Sistema de ventilación del motor de dos etapas, con separador radial rotativo y separador fino volumétrico postpuesto para obtener una limpieza óptima de los gases blow-by

 Adaptación de la disposición de las tuberías del sistema de inyección de alta presión a las exigencias incrementadas del motor y utilización de una bomba de alta presión de combustible más eficiente proveniente de los motores V8

 Cumplimiento de la norma de gases de escape más severa EU6

Técnica ya acreditada

 Cuatro válvulas por cilindro

 Los dos variadores de posición del árbol de levas para los lados de admisión y de escape proporcionan un desarrollo optimizado del par motor y un mejor comportamiento de los gases de escape

 Silencioso sistema de accionamiento por cadenas dentadas (distribución por cadena mediante tres accionamientos por cadena separados, ajustados mediante su respectivo tensor de cadena separado)

 Bomba de aceite de células de aletas compacta, con regulación del caudal adecuada a las necesidades y dos etapas de presión

 Accionamiento de la bomba de líquido refrigerante y de la bomba de aceite de prestaciones optimizadas

 Inyección directa de gasolina de 3.ª generación con una presión de combustible de 200 bares, piezoinyectores e inyección múltiple guiada por chorro cónico

 Inyección múltiple con hasta cinco procesos de inyección por ciclo de trabajo

 Sistema multichispa de encendido para obtener un encendido y combustión óptimas (funcionamiento Multispark)

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Turbosobrealimentación por gases de escape

En cada banco de cilindros va montado un turbocompresor por gases de escape compacto, de respuesta espontánea, con regulación de salida de gases de escape excedentes Waste-Gate. Mediante la turbosobrealimentación por gases de escape se ha conseguido una considerable mejora en el grado de llenado de los cilindros, y con ello un incremento de la potencia entregada con la reducción simultánea de la cilindrada. En combinación con la moderna inyección directa se ha conseguido además un menor consumo especifico.

Mediante estas medidas se ha podido proseguir con éxito la reducción del tamaño y la modularización consecuente en los motores V6.

Tras su aspiración, el aire del exterior es conducido a través del filtro de aire al turbocompresor por gases de escape de cada banco de cilindros para su compresión. La regulación integrada de aire circulante en régimen de retención y de presión de sobrealimentación posibilitan una curva del par motor optimizada y una utilización eficiente de los turbocompresores por gases de escape.

A consecuencia de la compresión, el aire puede calentarse a hasta aprox. 150 °C, lo que origina una dilatación desventajosa del aire de sobrealimentación y un menor grado de llenado. Esto se contrarresta mediante el enfriamiento del aire de sobrealimentación mediante un refrigerador compacto del aire de sobrealimentación conectado al circuito de refrigeración de baja temperatura. A continuación, el aire de sobrealimentación del tubo distribuidor de aire de sobrealimentación, a una presión de hasta aprox. 0,8 bares, es conducido a cada uno de los cilindros.

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Culata con conducción de gases de escape optimizada para la sobrealimentación por impulsos

La alineación de los canales de escape ya en la culata, hacia la caja de la turbina, permite una sobrealimentación por impulsos (direct-pulse charging) con un excelente tiempo de respuesta en los cambios de carga.

 Sobrealimentación por impulsos
La onda de presión del gas de escape de las válvulas de escape en proceso de apertura se mantiene casi por completo hasta la entrada en el turbocompresor por gases de escape, posibilitando con ello una aceleración extremadamente rápida de la rueda de turbina.

Regulación de la presión de carga

En base a su principio constructivo, el eje del turbocompresor por gases de escape gira propulsado por el caudal de gases de escape cada vez más rápido al incrementarse el número de revoluciones del motor. Cuanto más rápidamente gira la turbina, mayor es el volumen de aire proporcionado por el compresor, lo que incrementa a su vez la impulsión de la turbina debido al creciente caudal de gases de escape. Con ello, el compresor puede alcanzar su límite de alimentación, o pueden sobrepasarse los límites mecánicos y térmicos del motor.

Para evitar estos problemas y mantener la potencia de gases de escape en límites practicables, es decir, para limitar la sobrealimentación del motor, se limita la presión de sobrealimentación y el caudal de alimentación del compresor mediante la regulación de la presión de sobrealimentación.

La regulación de la presión de sobrealimentación se realiza de forma electroneumática por medio del convertidor de presión de regulación de la presión de sobrealimentación (Y31/5), el cual es activado en función de un diagrama característico por la unidad de control ME.

Para obtener la reducción de la presión de sobrealimentación se derivan directamente en el colector de escape los cuatro flujos de gases de escape respectivamente a través de un by-pass, limitando con ello el número de revoluciones de la turbina. Los by-pass son cerrados por las chapaletas reguladoras de la presión de sobrealimentación, las cuales son accionadas neumáticamente mediante cápsulas de depresión. En estado no accionado, las chapaletas reguladoras de la presión de sobrealimentación permanecen abiertas mediante tensión de muelle.

Con ello se puede ajustar la presión de sobrealimentación al requerimiento de carga actual del motor.

Regulación de aire circulante en régimen de retención

El turbocompresor por gases de escape sigue girando un poco más tras el comienzo del régimen de retención, a consecuencia de la inercia de masas del árbol, de la rueda de compresor y de la rueda de turbina.

Al cerrarse con rapidez la mariposa, retorna una onda de presión de sobrealimentación al turbocompresor por gases de escape. Esta onda de sobrealimentación causaría en la rueda de compresor un estado de bajo volumen de suministro y alta relación de presión, lo que causa un bombeo de sobrealimentación (breve aullido y esfuerzo mecánico).

Mediante la apertura de las válvulas de conmutación de aire circulante en régimen de retención de los lados derecho e izquierdo (Y101/1, Y101/2) se derivan dichos picos de presión a través de un canal by-pass al lado de admisión del turbocompresor por gases de escape.

En servicio de carga del motor se mantiene cerrado el correspondiente canal by-pass.

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Refrigeración del aire de sobrealimentación
Un refrigerador compacto del aire de sobrealimentación y los cortos tramos de fluencia posibilitan una reducción de las resistencias mecánicas del flujo y contribuyen a la elevada eficiencia del motor.
El aire enfriado posterior al refrigerador del aire de sobrealimentación tiene mayor densidad. Con ello se incrementa el grado de llenado de los cilindros y, de esta forma, la potencia del motor. Además, se reducen la tendencia al picado y la formación de óxidos de nitrógeno (NOx) gracias a las temperaturas más bajas de los gases de escape.
Para la refrigeración del turbocompresor por gases de escape caliente tras la parada del motor, se suministra líquido refrigerante durante algunos minutos por separado al circuito de refrigeración de baja temperatura mediante la bomba de circulación del refrigerador del aire de sobrealimentación.

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Ventilación del motor

La ventilación del motor garantiza en cualesquiera condiciones de funcionamiento del motor que puedan salir del bloque motor la sobrepresión y los gases sobrantes y que se alimenten de nuevo al motor para su combustión a través del canal de admisión. Para evitar un mal comportamiento de emisiones del motor y un incremento del consumo de aceite, deben eliminarse previamente los vapores de aceite de los gases aspirados.

En el M276 E30 DEH LA se utiliza un sistema de ventilación de dos etapas, compuesto por una centrífuga para la separación de partículas gruesas y finas y por un separador superfino dispuesto en el interior de la V del motor.

Debido a que la ventilación del motor es sometida a carga, tanto a carga parcial como a plena carga, la centrífuga en rotación al número de revoluciones del árbol de levas consigue un elevado grado de separación de aceite. Los últimos restos de aceite son recogidos por el separador superfino.

Gracias a la nueva ventilación del motor de dos etapas se mejora el comportamiento de emisiones, se reduce el consumo de aceite y se influye positivamente en el proceso de envejecimiento del aceite.

Ventilación del depósito de combustible / regeneración del depósito de carbón activado

La legislación prescribe que la ventilación del depósito de combustible no debe comportar una fuga de los vapores de combustible al aire libre. Para cumplir esta prescripción, los vapores de combustible se acumulan en el depósito de carbón activado y se suministran posteriormente al motor para su combustión.

Desarrollo de funcionamiento de la regeneración a carga parcial

En servicio de carga parcial, los vapores de combustible acumulados en el depósito de carbón activado (77) son aspirados detrás de la mariposa de estrangulación por la depresión existente a través de la válvula de conmutación de regeneración, la válvula de retención del servicio de carga parcial (71) y la tubería de regeneración a carga parcial (1) y quemados en el motor.

A causa de la turbosobrealimentación en el motor 276 DEH LA, en servicio de plena carga existe una sobrepresión detrás de la mariposa de estrangulación, que evita la aspiración de los vapores de combustible a través de la tubería de regeneración a carga parcial. La válvula de retención de servicio de carga parcial evita una generación de presión en dirección al depósito de carbón activado. Debido a ello no es posible una regeneración según las normas del filtro de carbón activado en servicio de carga permanente del motor. Este requerimiento se cumple con la regeneración a plena carga.

Desarrollo de funcionamiento de la regeneración a plena carga

En servicio de plena carga, la aspiración de los vapores de combustible se realiza a través de la válvula de retención en servicio de plena carga (71/2) y la tubería de regeneración a plena carga (2). La depresión precisa para ello se genera mediante una tobera Venturi (74). Los vapores de combustible son conducidos al tubo distribuidor de aire de sobrealimentación a través de la tubería de regeneración a plena carga, el turbocompresor por gases de escape (110/1) y el refrigerador del aire de sobrealimentación (120).

Para comprobar si es posible la habilitación de la regeneración a plena carga, la válvula de conmutación de regeneración se abre de golpe tres veces. En este proceso deben presentarse picos de presión superiores a 120 milibares. El sensor de presión de regeneración registra la relación de presión existente en la tubería de regeneración a plena carga y transmite una señal a la unidad de control ME.

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