Panoramica novità/modifiche introduzione nuovo motore in linea M 264

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Prefazione

A partire dalla fine del 2017 Mercedes-Benz introdurrà, iniziando dalla Classe E Coupé tipo 238, la nuova generazione di motori a benzina a 4 cilindri con denominazione del tipo M 264.

Il motore in linea M 264 con cilindrata di 2,0 litri permette, grazie alla sua elevata potenza specifica di 110 kW/l, l'impiego in segmenti di potenza di fascia alta, riservati finora a motori a 6 cilindri. Rispetto a questi motori si realizza un miglioramento nei consumi di oltre il 20 % mediante il coerente downsizing in combinazione con un attrito del motore migliorato, l'impiego di CAMTRONIC e in particolare l'introduzione di un sistema a 48 volt assieme ad alternatore-starter con trasmissione a cinghia (RSG).

L'evoluzione del collaudato metodo di combustione BlueDIRECT in combinazione con il filtro antiparticolato per motori a ciclo Otto assicura un basso livello di emissioni di gas di scarico.

Il buon comfort acustico e vibrazionale richiesto nel segmento premium viene raggiunto grazie al pratico avviamento per mezzo dell'alternatore-starter nonché grazie ad ampie "misure NVH" (Noise, Vibration, Harshness = rumore, vibrazione, ruvidità).

L'RSG prende in carico anche funzioni ibride, il che permette risparmi nei consumi.

A favore di un alto rendimento e un tempo di risposta spontaneo, nella sovralimentazione del motore si ricorre alla "tecnologia Twinscroll". Diversamente dai sistemi convenzionali, in un turbocompressore a gas di scarico Twinscroll i condotti di scarico di rispettivamente due cilindri sono unificati in un collettore per ottimizzare il flusso.

Questo modello di sovralimentazione permette, mediante una coerente divisione dei flussi dei cilindri, una coppia elevata nella gamma di regime bassa in presenza di potenza specifica elevata. Ulteriori misure nel campo dell'efficienza sono rappresentate dal sistema CAMTRONIC di aspirazione e da un pacchetto atto alla riduzione dell'attrito.

Panoramica delle novità

 Levigatura di forma per la riduzione delle caratteristiche di attrito

 "Pacchetto comfort NVH"

 Pistoni con canale di raffreddamento dotati di portasegmento

 Iniettori piezoelettrici disposti centralmente

 Camtronic

 Filtro antiparticolato per motori a benzina

 Rete di bordo a 48 volt assieme ad alternatore-starter con trasmissione a cinghia (RSG)

 Raffreddamento ultraefficiente dell'aria di sovralimentazione con liquido di raffreddamento

 Pompa del liquido di raffreddamento elettrica a 48 volt

Basamento

Gli obiettivi di sviluppo per il basamento in alluminio pressofuso e il manovellismo includono la resistenza a una pressione di punta di 120 bar e una significante riduzione dell'attrito del motore.

Per raggiungere un "comfort NVH" (rumore, vibrazione, ruvidità) ancora maggiore mediante una maggiore rigidità strutturale, la struttura a nervature è stata ulteriormente ottimizzata rispetto al basamento precedente. I tubi dei cilindri con canne in ghisa ruvida resistenti all'usura vengono raffreddati mediante canali doppi sui cilindri al centro e al margine.

La geometria superficiale di precisione o levigatura di precisione, nota dal motore precedente, per la superficie si scorrimento è stata combinata con una levigatura di forma, la cosiddetta "levigatura a campana". L'allargamento conico del diametro cilindro nel punto d'inversione inferiore procura in quella sede un gioco pistone maggiore, per cui l'attrito tra superficie di scorrimento e pistone si riduce in modo massiccio. Nel punto d'inversione superiore del pistone il gioco pistone rimane stretto per rispondere agli alti " requisiti NVH".

Per ridurre ulteriormente l'attrito complessivo del motore, viene impiegato inoltre un olio motore a bassa viscosità.

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Organi del manovellismo

L'albero motore in acciaio possiede otto contrappesi a peso ridotto. Mediante il coerente utilizzo di metodi moderni è stato possibile impiegare un pistone realizzato per fusione con canale di raffreddamento e portasegmento in un motore sovralimentato con una potenza specifica di 110 kW/l.

Il raffreddamento del pistone crea i presupposti per temperature ridotte nel cielo del pistone, le quali agevolano una combustione stabile e le emissioni all'interno del motore.

Le tensioni tangenziali dei segmenti dei pistoni sono state ottimizzate, in combinazione con la levigatura di forma, a valori minimi in fatto di attrito, consumo di olio, peso e quantità di trafilamento. Oltre alle tensioni ridotte dei segmenti, alla riduzione di attrito hanno contribuito in misura consistente le superfici portanti asimmetriche sensibilmente ridotte dei mantelli dei pistoni con rivestimento in carbonio ottimizzato nonché le modifiche di precisione del gioco pistone e del sistema di raffreddamento ad olio.

La biella fucinata sottile, concepita per un peso minimo, è eseguita sull'occhio piccolo come biella trapezoidale con guida superiore e dotata di una boccola del piede in bronzo massiccio a parete fine.

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Catena di distribuzione

Per produrre la maggiore potenza e far fronte durevolmente al maggiore stress dell'albero motore ad essa correlata, è stato sviluppato un nuovo tendicatena con valvola di sovrappressione. Tale componente fa in modo che gli allungamenti dovuti a usura della catena si attestino anche in condizioni estreme al di sotto dello 0,2 %.

La catena dentata per il comando della distribuzione è stata adottata dal motore precedente. Le lastrine lavorate finemente a stampo con alte percentuali di tranciatura fine presentano superfici funzionali estremamente lisce e dimostrano, in combinazione con una geometria migliorata della guida di scorrimento, un vantaggio considerevole in termini di attrito.

Circuito dell'olio e spurgo

L'alimentazione d'olio dell'M 264 avviene tramite una pompa dell'olio azionata meccanicamente e comandata da pressione secondo un principio a palette. Mediante una valvola integrata nel corpo pompa olio è possibile, sulla base di una mappatura di carico del motore e n. di giri, azionare due livelli di pressione per ridurre la potenza motrice soprattutto nel settore di carico parziale. La cartuccia del filtro dell'olio intercambiabile e il termostato per la regolazione della temperatura dell'olio sono alloggiati nel coperchio della scatola della distribuzione, sul quale è avvitato anche lo scambiatore di calore.

I gas di sfiato vengono prelevati centralmente sul coperchio della testata cilindri. La geometria del coperchio e il punto di prelievo dotato di sistemi paraspruzzo fanno da separatore di olio grossolano.

Tramite una tubazione di ritorno i gas di sfiato vanno nel separatore dell'olio parzialmente integrato nel basamento, il quale è eseguito come separatore a piastra di protezione con separazione fine e grossolana. Lì la portata volumetrica viene incanalata, in base allo stato di esercizio e ai rapporti di pressione da esso risultanti, nel percorso a carico parziale o a pieno carico e direttamente nei relativi punti di conduzione sul ripartitore dell'aria di sovralimentazione e sul turbocompressore a gas di scarico.

L'M 264 dispone inoltre di una funzione di ventilazione per sciacquare l'area del manovellismo in presenza di carico ridotto. La valvola di commutazione elettrica integrata nella tubazione di sfiato per il carico parziale permette livelli di strozzamento variabili e comanda tra l'altro la quantità di ventilazione.

Grandi sezioni di diametro, la conduzione dei gas parzialmente integrata e la forma delle interfacce permettono una separazione dell'olio stabile anche in condizioni di funzionamento estreme e permettono di soddisfare i requisiti sulle emissioni specifici per Paese.

"Comfort NVH"

Per la prima volta vengono impiegati su un motore a ciclo Otto su ambo i lati due supporti motore in plastica nell'ambito del modello di supporto a tre punti in presenza di una catena cinematica montata longitudinalmente. Questi offrono, su un grande spettro di frequenza, un comportamento di trasmissione considerevolmente migliore rispetto a comparabili supporti motore in alluminio. Così si riesce a migliorare sensibilmente uno dei principali percorsi di immissione di rumori del motore propagantesi via solido. Il risultato è uno spettro acustico del motore maggiormente armonico nell'abitacolo del veicolo in pressoché tutti gli stati di esercizio.

Sistema di iniezione del carburante

A causa della dinamica elevata del processo di iniezione con durate di apertura minime minori di 100 μs si manifesta un'alta presenza di rumori impulsivi con ripercussione sul "comportamento NVH".

Delle analisi hanno dimostrato che per il miglioramento delle caratteristiche acustiche nella zona dell'iniezione sono presenti le seguenti leve di regolazione:

 Numero di impulsi di iniezione

 Corsa iniettore

 Gradiente di apertura

 Pressione di iniezione

Mediante l'introduzione della corsa parziale con riduzione della corsa del 20 % e un gradiente di apertura più piatto è possibile passare, in un intervallo di regime critico dal punto di vista dei "requisiti NVH", da un'iniezione multipla che favorisce la formazione della miscela a un'iniezione semplice. Nel campo di regime vicino al minimo viene inoltre abbassata la pressione di iniezione.

Nella valvola di comando quantità della pompa di alta pressione del carburante, che regola l'apporto di carburante nella pompa di alta pressione, i componenti mobili sono stati ridotti miratamente di peso. Inoltre tramite la logica di comando l'ago della valvola di comando quantità viene ritardato direttamente prima del battito nella sede dell'iniettore. Entrambe queste misure portano alla riduzione dell'impulso di forza che nasce dalla zona della sede della valvola a tempi.

Il pacchetto complessivo viene completato da un disaccoppiamento migliore degli iniettori in corrispondenza della loro superficie di contatto sulla testata per mezzo del cosiddetto disco forato più morbido. Mediante le sue proprietà di smorzamento aumentate, viene ridotto l'inoltro degli impulsi nel suono propagantesi in un solido. Requisito indispensabile in tal sede è che gli iniettori piezoelettrici mantengano per l'intero ciclo di vita del motore la loro posizione esatta nella camera di combustione. Complessivamente si è potuto tuttavia ridurre la rigidità del disco forato di circa la metà in confronto al motore precedente.

Camtronic

L'M 264 in generale dispone ora di tutte le varianti di cilindrata e potenza tramite CAMTRONIC. L'esercizio a corsa piccola della valvola (chiusura anticipata aspirazione) corrisponde a un processo di combustione a ciclo Miller.

Grazie a una commutazione della corsa delle camme, la chiusura anticipata dell'aspirazione ad essa correlata e una riduzione di attrito, si raggiungono vantaggi realizzabili nei consumi: in cicli di test rilevanti vengono risparmiati circa 1 g di biossido di carbonio (CO2) per chilometro. CAMTRONIC assicura allo stesso tempo la potenza elevata dell'M 264 mediante le sue camme atte alla corsa piena.

Mediante l'utilizzo di CAMTRONIC con una cilindrata di 2 litri è stato possibile ampliare l'intervallo di regime utile in esercizio di marcia reale, con ripercussione positiva in termini di consumo di carburante. Così risulta possibile un esercizio dell'M 264 a corsa piccola della valvola di v = 120 km/h.

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Il regolatore commutazione corsa valvola albero a camme di aspirazione è disposto sul coperchio della testata cilindri accanto al bocchettone di rifornimento per olio motore.

Il regolatore commutazione corsa valvola albero a camme di aspirazione comanda uno spostamento assiale delle boccole delle camme sull'albero a camme di aspirazione, facendo risultare una commutazione tra una corsa grande e una piccola delle camme delle valvole di immissione.

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Il regolatore è costituito da due elettromagneti di sollevamento che azionano ciascuno una punteria. Alimentando con corrente elettrica la bobina del rispettivo elettromagnete di sollevamento la relativa punteria esce; ma solo una punteria può uscire, in dipendenza da posizione e forma della pista sull'albero a camme.

Il riposizionamento di ciascuna punteria avviene meccanicamente grazie alla geometria della pista. La posizione attuale delle due punterie è rilevata dal sensore di Hall commutazione corsa valvola albero a camme di aspirazione (Y49/8b1) integrato.

Nella posizione di partenza entrambe le punterie sono in posizione rientrata. L'avviamento del motore avviene nella corsa grande delle valvole di immissione.

La prima commutazione alla corsa piccola avviene al termine della fase di riscaldamento.

Con l'azionamento del regolatore da parte della centralina di comando ME, la relativa bobina nel regolatore viene alimentata con corrente elettrica e una delle due punterie va nella relativa pista.

Mediante la forma della pista avvengono uno spostamento assiale dell'albero a camme e la commutazione a una corsa della camma più piccola. Il riposizionamento della punteria avviene meccanicamente grazie a un sollevamento nella pista.

Il riposizionamento dell'albero a camme avviene mediante una nuova alimentazione con corrente elettrica della bobina. Questa volta è l'altra punteria a uscire e l'albero a camme viene spostato nella posizione opposta alla posizione della camma con corsa grande.

Il regolatore viene azionato sulla base di una mappatura in una gamma di regime che va da 1000 a 4000/min dalla centralina di comando ME con un segnale di modulazione dell'ampiezza degli impulsi di 1 kHz.

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Iniettori di carburante

Gli iniettori di carburante si trovano in posizione centrale sulla testata.

In un determinato momento gli iniettori di carburante alimentano una quantità micronebulizzata di carburante previamente calcolata nel canale di immissione dei rispettivi cilindri.

Inserto convogliamento aria

Un presupposto essenziale per il considerevole aumento di potenza rispetto al motore precedente è stato una completa rielaborazione dei componenti di convogliamento d'aria a monte dell'ingresso della camera di combustione.

A contribuire alla minimizzazione mirata della perdita di pressione sono così la collocazione del filtro smorzatore sul lato motore "freddo" e il percorso di aspirazione d'aria a sezione di diametro aumentata sul lato pressione quasi completamente senza deviazioni di disturbo, in combinazione con l'intercooler con liquido di raffreddamento e aria di grandi dimensioni disposto a monte del motore.

Con un lavoro molto certosino e intensa simulazione si è riusciti, nonostante la portata d'aria sensibilmente aumentata, a ridurre le perdite di pressione del 4 % in confronto al motore precedente. In riferimento alla stessa portata risulta addirittura un miglioramento di oltre il 40 %.

Sovralimentazione

Per raggiungere l'ambizioso obiettivo del capitolato - elevata potenza nominale con allo stesso tempo un buon comportamento non stazionario -, con il turbocompressore a gas di scarico Twinscroll sono stati raggiunti i migliori risultati riguardo a prestazione, caratteristiche di avviamento, packaging e peso. Questa tecnologia è impiegata come precursore nel motore a benzina a 4 cilindri nel tipo 176 (AMG A 45).

Per poter esprimere l'intero potenziale del turbocompressore a gas di scarico Twinscroll, è stata completamente rielaborata anche la regolazione della pressione di sovralimentazione. L'attuatore finora azionato a depressione viene ora sostituito da un attuatore di precisione elettrico, il cui feedback sulle posizioni e la cui velocità di regolazione maggiore migliorano di molto la regolazione della pressione di sovralimentazione nonché la diagnosi.

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Sovralimentazione mediante Twinscroll

Nell'M 264 è impiegato un turbocompressore a gas di scarico cosiddetto Twinscroll. Grazie alla separazione dei flussi dei gas di scarico dopo l'uscita dai cilindri viene trasportata più energia (energia da impulso ed energia cinetica) verso la girante della turbina.

Per poter sfruttare al massimo questa energia, i diametri e le lunghezze dei collettori devono essere configurati in modo specifico per il turbocompressore a gas di scarico Twinscroll.

Grazie a queste misure si ottengono una contropressione allo scarico relativamente contenuta e un migliorato ricambio dei gas.

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Svolgimento della funzione regolazione della pressione di sovralimentazione

La regolazione della pressione di sovralimentazione avviene tramite l'attuatore farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione. L'attuatore viene attivato in funzione del diagramma caratteristico e del carico dalla centralina di comando ME per la regolazione della pressione di sovralimentazione. A tal fine la centralina di comando ME valuta i segnali dei seguenti sensori e le seguenti funzioni della gestione del motore:

 Sensore di pressione e di temperatura a monte della valvola a farfalla (B28/26), pressione di sovralimentazione e temperatura dell'aria di sovralimentazione

 Sensore di pressione e temperatura a valle della valvola a farfalla (B28/27), pressione di sovralimentazione e temperatura dell'aria di sovralimentazione

 Sensore di pressione a valle del filtro aria (B28/11), pressione di aspirazione

 Sensore del pedale dell'acceleratore (B37), carico richiesto dal conducente

 Sensore di Hall albero motore (B70), regime del motore

 Regolazione del battito in testa, protezione da sovraccarico del cambio, protezione contro il surriscaldamento

Per ridurre la pressione di sovralimentazione il flusso dei gas di scarico per l'azionamento della girante turbina viene deviato attraverso un bypass tramite l'apertura della valvola di regolazione della pressione di sovralimentazione.

L'attuatore farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione aziona la valvola a farfalla tramite una tiranteria che chiude il bypass. Una parte del flusso dei gas di scarico viene convogliata dal bypass alla girante turbina, regolando la pressione di sovralimentazione e limitando il numero di giri della turbina. In tal modo la pressione di sovralimentazione può essere adattata al carico momentaneamente richiesto del motore.

Per controllare i rapporti attuali di pressione e temperatura nel tratto dell'aria di sovralimentazione che va dal turbocompressore a gas di scarico al ripartitore dell'aria di sovralimentazione, la centralina di comando ME analizza i segnali dei sensori di pressione e temperatura e adatta la pressione di sovralimentazione alle richieste del motore.

Collettore dei gas di scarico

Per un utilizzo migliore dell'energia dei gas di scarico è stato ottimizzato l'effetto di sovralimentazione ad impulsi, cosicché i canali di flusso del collettore di scarico con isolamento a camicia d'aria presentano sezioni di diametro contenute. In questo moto l'entalpia dei gas di scarico disponibili sulla turbina viene aumentata, la potenza della turbina massimizzata e di conseguenza il ricambio dei gas influenzato positivamente. A causa delle elevate sollecitazioni termiche sussiste il pericolo di perdite fra le sedi scorrevoli. Una riduzione delle perdite di pressione e una portata della massa di gas di scarico simile per i due flussi sono ottenute mediante l'impiego di un'ottimizzazione della misura dell'interstizio ottenuta da una calibrazione delle sedi scorrevoli nonché dalle sezioni di diametro dell'entrata ottimizzate sotto il profilo del flusso nella scatola della girante della turbina.

Alloggiamento girante turbina

Una geometria modificata dell'ingresso flussi con torsione dei canali di flusso trasmette l'energia dei gas di scarico nella scatola della girante della turbina. Il risultato è una riduzione delle perdite. Una turbina forte sotto il profilo della portata raggiunge con la coerente divisione dei flussi nella gamma di regime più bassa una sovralimentazione ad impulsi efficiente, con la quale già a basso regime del motore viene raggiunta una coppia elevata. Per mezzo dell'ottimizzazione di flusso è stato possibile sia influenzare positivamente il comportamento waste-gate sia minimizzare la pressione di sovralimentazione di base motore del turbocompressore a gas di scarico Twinscroll.

Ingresso e uscita del compressore

Per una distribuzione della pressione abbastanza uniforme sono stati ottimizzati sotto il profilo dei flussi anche l'ingresso e l'uscita del compressore.

Impianto di scarico e depurazione dei gas di scarico

L'impianto di scarico raffigurato dell'M 264 nella Classe E Coupé crea la base per soddisfare gli elevati requisiti fissati per le emissioni e i rumori esterni. Accanto a ciò risultava importante studiare l'impianto di scarico in modo che venissero raggiunti i valori di pieno carico dei motori a cui si mirava.

Per rendere tangibile la raffinata sportività anche mediante un sound adeguato, viene impiegato un impianto di scarico con comando a farfalla. A farfalla aperta la contropressione dei gas di scarico viene ridotta e di conseguenza viene garantito il raggiungimento della potenza nominale.

Il servomotore viene attivato dalla centralina di comando catena cinematica (N127) sulla base di una mappatura. Questo aziona la farfalla gas di scarico in modo continuo e permette quindi qualsiasi posizione di apertura fra 0 e 100 %. A seconda del programma di marcia scelto sono memorizzate diverse mappature.

Il servomotore è diagnosticabile e in caso di mancata apertura della farfalla gas di scarico dà un feedback alla centralina di comando catena cinematica, che invia poi una richiesta di riduzione della potenza motore alla centralina di comando ME (N3/10).

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Filtro antiparticolato per motori a benzina

Il funzionamento del filtro corrisponde alla tecnologia impiegata in quello dei veicoli diesel. Il flusso dei gas di scarico viene veicolato in un sistema di filtro per particolato che si trova nel sottoscocca del veicolo. Il filtro ha una struttura ad alveare con condotti di canali di immissione e scarico chiusi in alternanza. In questo modo i gas di scarico sono costretti a fluire attraverso una parete filtrante porosa. In questa sede si verifica una separazione del particolato; il filtro può comunque venire rigenerato con costanza mediante condizioni di marcia adeguate.

Mentre nei motori diesel si impiegano filtri antiparticolati ceramici in carburo di silicio, la tecnologia del filtro antiparticolato per motori a ciclo Otto si basa invece sulla cordierite, particolarmente termoresistente. Il filtro antiparticolato per motori a ciclo Otto ottimizzato sotto il profilo della contropressione con un'efficienza di filtraggio elevata è inoltre esente da manutenzione e a regolazione autonoma.

Raffreddamento e gestione termica

Pompa elettrica del liquido di raffreddamento

A causa della potenza specifica aumentata e della ora disponibile rete di bordo a 48 volt, nell'M 264 è impiegata una pompa del liquido di raffreddamento a 48 volt con 950 W di potenza. La pompa dell'M 264 è a blocco modulare. Il vantaggio nei consumi di circa 2 g di CO2 per chilometro in cicli di marcia rilevanti da una parte risulta dall'attrito migliorato nella trasmissione a cinghia mediante la soppressione della pompa del liquido di raffreddamento meccanica, dall'altra parte è data dall'azionamento in funzione del fabbisogno della pompa del liquido di raffreddamento.

A causa del divario sempre maggiore di potenza del motore disponibile e di quella veramente usata in media nell'uso quotidiano è possibile operare per periodi maggiori con flussi di liquido di raffreddamento molto più contenuti rispetto a come sarebbe possibile con una pompa del liquido di raffreddamento meccanica con il suo accoppiamento fisso al n. di giri albero motore. Questo si ripercuote positivamente sui consumi.

Raffreddamento

Le potenze del motore M 264 ancora più aumentate rispetto al motore precedente hanno portato a nuovi modelli per poter dissipare i calori residui di liquido di raffreddamento, aria di sovralimentazione e olio.

Un obiettivo fondamentale di sviluppo era costituito dallo spostamento dei calori residui dell'olio del cambio e dell'alternatore-starter con trasmissione a cinghia (RSG) dal circuito a bassa temperatura al circuito ad alta temperatura del motore. Lì un flusso parziale viene incanalato attraverso un percorso di surraffreddamento disposto a valle, nel quale avviene un ulteriore raffreddamento della sostanza al livello di temperatura necessario. Mediante questo modello il circuito a bassa temperatura può ora essere utilizzato esclusivamente per il calore residuo dell'intercooler. Anche in situazioni di guida estreme e condizioni di marcia estreme è così possibile realizzare un esercizio del motore insensibile alla detonazione sfruttando il potenziale delle prestazioni.

Un'applicazione adattata con cura della gestione termica e delle strategie di funzionamento per motore, cambio ed RSG procura quindi una dinamica di marcia finora mai raggiunta da un motore a ciclo Otto a 4 cilindri in presenza allo stesso tempo di un'elevata efficienza del carburante.

Valvole di scarico a raffreddamento ottimizzato

Nel nuovo M 264 vengono impiegate per la prima volta in un motore altamente sovralimentato delle valvole di scarico a disco cavo. Il profilo interno del disco cavo viene foggiato con un complesso procedimento di foggiatura. Per creare la cavità non sono quindi necessari procedimenti di saldatura critici o altri procedimenti di produzione impegnativi. Pertanto questa valvola dal punto di vista economico risulta possibile da realizzare.

Vista la conduzione termica di nuovo sensibilmente migliorata è possibile continuare a utilizzare materiali economici con basso contenuto di nickel. La temperatura nella fortemente sollecitata gola della valvola viene sensibilmente ridotta. Mediante la dissipazione del calore migliorata vengono considerevolmente ridotte inoltre anche le temperature sul lato inferiore del disco e di conseguenza nella camera di combustione. Ciò significa una ridotta tendenza a battere in testa nonché baricentri di combustione migliori e si ripercuote positivamente sui consumi.

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Gestione termica - Funzionamento

Presupposti per il funzionamento gestione termica - Generalità

 Morsetto 87M (gestione del motore) "ON"

 Il motore gira.

Gestione termica - Generalità

Il sistema di gestione del calore comandato dalla centralina di comando ME (N3/10) permette di regolare la temperatura del liquido di raffreddamento del motore. I vantaggi che ne derivano sono i seguenti:

 Raggiungimento più rapido della temperatura di esercizio ottimale

 Riduzione delle emissioni di gas di scarico

 Risparmio di carburante

 Rapido riscaldamento dell'abitacolo

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Gestione termica - Svolgimento della funzione

Fase post-avviamento con pompa del liquido di raffreddamento elettrica

Nella fase post-avviamento la circolazione del liquido di raffreddamento viene interrotta disinserendo la pompa liquido di raffreddamento elettrica. A causa del raffreddamento mancante il motore si riscalda più rapidamente e vengono ridotte le emissioni dei gas di scarico.

Durante l'avviamento a freddo la pompa elettrica liquido di raffreddamento viene disinserita se le seguenti condizioni risultano rispettate:

 Temperatura del liquido di raffreddamento inferiore a 75 °C

 Dalla centralina di comando climatizzatore (N22/1) non è stato richiesto alcun "riscaldamento".

Mediante la richiesta ''Riscaldamento'' viene attivata la pompa elettrica liquido di raffreddamento. In questo modo l'abitacolo viene riscaldato rapidamente.

Se le condizioni per il disinserimento della pompa del liquido di raffreddamento elettrica non sono più soddisfatte, la centralina di comando ME (N3/10) attiva nuovamente pompa del liquido di raffreddamento elettrica. In questo modo viene ripristinata la circolazione del liquido di raffreddamento.

Regolazione del termostato del liquido di raffreddamento

L'apertura e la chiusura meccaniche della valvola a fuso nel termostato del liquido di raffreddamento avvengono per effetto della dilatazione o della contrazione dell'elemento in cera dilatabile in seguito alla variazione della temperatura in un intervallo di temperature compreso fra circa 102 e 118 °C).

 Temperatura obiettivo: circa 105 °C

 Valvola a fuso completamente aperta: 118 °C

Inoltre l'apertura e la chiusura del termostato del liquido di raffreddamento possono essere influenzate elettronicamente dall'attivazione dell'elemento termico termostato del liquido di raffreddamento. L'apertura e la chiusura avvengono in maniera interamente variabile e sono in funzione delle richieste del motore.

La valvola a fuso nel termostato del liquido di raffreddamento può assumere le seguenti posizioni:

 Valvola a fuso chiusa

 Valvola a fuso in apertura (funzionamento misto)

 Valvola a fuso aperta (funzionamento come radiatore)

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Valvola a fuso chiusa

La valvola a fuso del termostato del liquido di raffreddamento è chiusa se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

 temperatura del liquido di raffreddamento inferiore a ca. 102 °C

 elemento termico termostato del liquido di raffreddamento non alimentato con corrente elettrica

 nessuna richiesta di pieno carico

In questa posizione il liquido di raffreddamento fluisce attraverso il circuito di raffreddamento del motore con lo scambiatore di calore dell'olio motore e il turbocompressore a gas di scarico Twinscroll e, a seconda delle necessità, attraverso lo scambiatore di calore per il riscaldamento del vano passeggeri.

Il radiatore del motore non è integrato nella circolazione del liquido di raffreddamento. Di conseguenza il liquido di raffreddamento viene riscaldato rapidamente.

In seguito al rapido riscaldamento il motore raggiunge più facilmente la temperatura di esercizio con un effetto favorevole sul consumo di carburante.

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Valvola a fuso in apertura (funzionamento misto)

La valvola a fuso inizia ad aprirsi se una delle seguenti condizioni è soddisfatta:

 raggiungimento di una temperatura del liquido di raffreddamento di circa 102 °C per la prima volta dopo l'avviamento (nessuna richiesta di pieno carico)

 l'elemento termico termostato del liquido di raffreddamento viene alimentato con corrente elettrica.

In un intervallo di temperature del liquido di raffreddamento compreso fra circa 102 e 118 °C, o a seconda dell'alimentazione con corrente elettrica dell'elemento termico termostato del liquido di raffreddamento, l'elemento in cera dilatabile inizia a dilatarsi, azionando la valvola a fuso.

Quest'ultimo apre il collegamento al radiatore del motore. La sezione di apertura della valvola a fuso è proporzionale alla temperatura dell'elemento in cera dilatabile o alla temperatura del liquido di raffreddamento. In questo modo la portata in volume del liquido di raffreddamento al radiatore del motore varia in funzione al fabbisogno.

Valvola a fuso aperta (funzionamento come radiatore)

In caso di raggiungimento di una temperatura del liquido di raffreddamento di circa 118 °C, la valvola a fuso è completamente aperta e il liquido di raffreddamento può fluire senza limitazioni attraverso il radiatore del motore.

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Regolazione elettronica

Un'apertura completa può avvenire anche a basse temperature se l'elemento termico termostato del liquido di raffreddamento viene azionato dalla centralina di comando ME in funzione delle condizioni di funzionamento.

La centralina di comando ME rileva a tal fine i seguenti dati:

 Temperatura dell'aria aspirata

 Temperatura esterna

 Regime di rotazione motore

 Carico del motore

Il comando avviene attraverso un segnale di massa. L'alimentazione di tensione avviene tramite il morsetto 87M2.

In funzione delle richieste del motore è possibile impostare una temperatura nominale del liquido di raffreddamento più alta o più bassa.

Per un'alta temperatura nominale del liquido di raffreddamento (circa 105 °C) la regolazione meccanica viene supportata mediante il riscaldamento supplementare dell'elemento in cera dilatabile a partire da 106 °C. A 110 °C l'elemento termico è interamente alimentato con corrente elettrica e di conseguenza la valvola a fuso si apre completamente.

Nella fascia di carico parziale un'alta temperatura del liquido di raffreddamento determina un livello di potenza favorevole e di conseguenza un effetto positivo sul consumo di carburante.

Una bassa temperatura nominale del liquido di raffreddamento corrisponde a 85 °C. L'elemento termico è subordinato a un pilotaggio che si adatta in maniera variabile alle condizioni ambientali.

In estate, in presenza di alte temperature esterne, l'elemento termico può essere interamente alimentato con corrente elettrica già a 80 °C, per evitare intervalli di temperatura critici.

In inverno, in presenza di basse temperature esterne, l'elemento termico viene alimentato con corrente elettrica con il 30  -  50 % della potenza massima.

Una bassa temperatura del liquido di raffreddamento nell'esercizio a pieno carico ha effetti positivi sulla potenza motore, poiché l'aria di aspirazione viene riscaldata di meno.

Svolgimento della funzione raffreddamento alternatore-starter

Nei veicoli con tecnologia a 48 volt, la centralina di comando convertitore CC/CC e la batteria della rete di bordo a 48 V sono inoltre integrate in un circuito a bassa temperatura 2 separato.

La pompa di circolazione 2 del circuito a bassa temperatura convoglia il liquido di raffreddamento riscaldato attraverso il circuito a bassa temperatura 2, che è integrato nel modulo di raffreddamento, nella parte anteriore del veicolo.

A valle del radiatore a bassa temperatura 2 il sensore di temperatura circuito a bassa temperatura 2 rileva la temperatura attuale del liquido di raffreddamento e trasmette un segnale alla centralina di comando catena cinematica (N127).

La pompa di circolazione 2 del circuito a bassa temperatura viene attivata in funzione del fabbisogno e rimane disattiva finché il liquido di raffreddamento non supera una determinata temperatura.

Il liquido di raffreddamento raffreddato attraversa poi la batteria della rete di bordo a 48 V unita in un gruppo costruttivo con la centralina di comando convertitore CC/CC, assorbe lì il calore residuo formatosi e lo trasporta al radiatore a bassa temperatura 2.

Svolgimento della funzione protezione da surriscaldamento

La centralina di comando catena cinematica attiva il motorino della ventola (M4/7). L'attivazione avviene tramite il LIN della catena cinematica (LIN C3) e possono essere impostati tutti i n. di giri compresi fra 0 e 100 %. Se il comando è difettoso, il motorino del ventilatore gira al n. di giri massimo (funzionamento di emergenza del ventilatore).

La centralina di comando climatizzatore trasmette lo stato del climatizzatore tramite il CAN dell'abitacolo (CAN B), la centralina di comando blocchetto di accensione elettronico (N73), il FlexRay dell'assetto, la centralina di comando catena cinematica e il CAN della trasmissione (CAN C1) alla centralina di comando ME.

Disinserimento ritardato ventilatore

Con "accensione OFF" il motorino della ventola rimane in funzione per un tempo massimo di 6 min se la temperatura del liquido di raffreddamento o la temperatura dell'olio motore superano i valori massimi predefiniti. Se la tensione della batteria scende troppo, la fase di disinserimento ritardato della ventola viene soppressa.

Alternatore motorino di avviamento azionato a cinghia (RSG)

Nuove possibilità nel funzionamento del motore:

 Avviamento comfort: avviamento del motore pressoché impercettibile

 Effetto boost nella gamma di regime fino a 2500/min

 Recupero di energia fino a 12 kW

 Spostamento del punto di carico: esercizio in mappatura favorevole possibile

 Modalità sailing con motore spento

Il nuovo motore a benzina a 4 cilindri M 264 sostituisce il motorino d'avviamento e l'alternatore a 12 volt con un alternatore-starter con trasmissione a cinghia (RSG).

Oltre alla funzione come alternatore, l'RSG offre anche la possibilità di generare una coppia mediante l'energia proveniente dalla batteria della rete di bordo a 48 V e supportare il motore a combustione interna.

Questa coppia può essere sia positiva che negativa. In questo modo il motore viene fatto funzionare in maniera efficiente e l'energia in eccesso nella batteria rete di bordo a 48 V viene accumulata.

A causa di questa funzione ampliata dell'RSG è necessario un tendicinghia oscillante.

Grazie a questa coppia aggiuntiva positiva, la catena cinematica è in grado di erogare una coppia elevata anche con una minore cilindrata e già a numeri di giri bassi.

Il funzionamento efficiente conseguente all'interazione del motore a combustione interna con la rete di bordo a 48 V porta ad una riduzione del consumo di carburante e delle emissioni di CO2 nonché a un'agilità notevolmente migliore del veicolo. L'avviamento del motore risulta inoltre notevolmente più rapido e confortevole.

Tramite la puleggia fissa l'RSG è integrato nella trasmissione a cinghia. Il raffreddamento dell'RSG avviene mediante due ventole all'interno del corpo.

L'elettronica di potenza è montata direttamente sul corpo dell'RSG. Nell'elettronica di potenza è integrato l'invertitore per l'attivazione dell'RSG. L'elettronica di potenza è concepita esclusivamente come convertitore CC/CA.

L'elettronica di potenza attiva l'RSG su richiesta della centralina di comando catena cinematica (N127) con tensione alternata a 5 fasi. L'elettronica di potenza sorveglia le temperature sull'RSG e sull'elettronica di potenza. Essa sorveglia anche la posizione del rotore dell'RSG e mette a disposizione della centralina di comando catena cinematica (N127) diagnosi e previsioni relative alla coppia disponibile.

Il raffreddamento dell'elettronica di potenza è realizzato tramite un raffreddamento con liquido di raffreddamento con pompa liquido di raffreddamento alternatore-starter (M43/4) separata per l'RSG.

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Trasmissione a cinghia

In presenza dell'alternatore-starter con trasmissione a cinghia (RSG) le funzioni avviamento/effetto boost e modalità generatore/recupero di energia avvengono tramite una cinghia trapezoidale a 7 nervature ottimizzata ad hoc per applicazioni su RSG. È possibile mantenere l'attuale strategia di manutenzione con controllo visivo.

Un tendicinghia oscillante realizzato in lamiera tende, in funzione delle due modalità di recupero (modalità di ricarica) o effetto boost, la parte rispettivamente non tesa della cinghia trapezoidale a nervature.

Per garantire un elevato comfort e un ciclo di vita lungo del sistema, le sollecitazioni provenienti dal lato dell'albero motore vengono pressoché del tutto isolate dalla trasmissione a cinghia grazie all'impiego di una puleggia disaccoppiata meccanicamente sull'albero motore.

La funzione di smorzamento torsionale dell'albero motore è integrata in questo componente.

Manutenzione

L'attuale strategia di manutenzione Mercedes-Benz trova applicazione anche per l'M 264, sono tuttavia possibili scostamenti specifici per Paese:

 Europa: intervalli di manutenzione fissi con l'intervallo "ogni 25.000 km/12 mesi"

 Cina: intervalli di manutenzione fissi con l'intervallo "ogni 10.000 km/12 mesi"

 USA: intervalli di manutenzione fissi con l'intervallo "ogni 10.000 mi/12 mesi"

 Manutenzione A e B sempre in alternanza

I lavori supplementari vengono eseguiti con questi intervalli (esempio Europa):

 Sostituire la cartuccia del filtro dell'aria: ogni 75.000 km/3 anni

 Sostituire le candele di accensione: ogni 75.000 km/3 anni

 Sostituire il filtro carburante, motori a ciclo Otto: 200.000 km/10 anni

Scarico dell'olio motore

L'M 264 non dispone più di tubo di aspirazione dell'olio e quindi neanche di astina di controllo del livello dell'olio.

Lo scarico dell'olio motore avviene tramite una vite di scarico sulla coppa dell'olio. Il controllo del livello dell'olio motore avviene tramite un sensore nella coppa dell'olio e l'indicazione nella strumentazione. Questa indicazione viene richiamata tramite i tasti sul volante.

Per il procedimento per la misurazione del livello/sostituzione dell'olio motore vedi documento in WIS AP18.00-P-1812MKI (all'esempio OM 654 nel tipo 213).

Oli motore

A causa dell'impiego del filtro antiparticolato per motori a benzina (OPF), per il cambio dell'olio motore in questo motore va utilizzato un olio motore a bassa emissione di ceneri, similmente ai motori con filtro antiparticolato per motori diesel (DPF). Per la manutenzione sono approvati i seguenti oli motore, secondo le specifiche per i materiali di consumo di Mercedes­Benz:

 229.51

 229.52

 229.61

 229.71