Panoramica novità/modifiche introduzione nuovo motore a V M176

Generalità

Il motore M176 è un motore a benzina V8 di nuovo sviluppo. Il motore dispone di iniezione diretta con sovralimentazione a due turbocompressori a gas di scarico nella "V interna calda" e di un circuito a bassa temperatura separato dal circuito di raffreddamento che serve al raffreddamento dell'aria di sovralimentazione.

Grazie ad un nuovo approccio utilizzato nell'ambito della configurazione del motore, è stato possibile ridurre la cilindrata e le emissioni dei gas di scarico aumentando nel contempo la potenza e l'efficienza.

Ecco una panoramica delle particolarità e delle caratteristiche essenziali del motore M176:

 Due turbocompressori a gas di scarico disposti all'interno della "V" del motore

 Circuito a bassa temperatura separato

 Iniezione diretta di benzina spray-guided con iniettori piezoelettrici

 Ottimizzazione delle caratteristiche di attrito tramite rivestimento NANOSLIDE® applicato con il metodo LDS (metallizzazione ad arco elettrico)

 Pompa liquido di raffreddamento con azionamento a catena

 Basamento realizzato in alluminio con tecnica della colata in conchiglia che consente una pressione massima fino a 140 bar

 CAMTRONIC (esclusione cilindri)

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Massima potenza: 345 kW a 5500/min

Massima coppia: 700 Nm a 2000 - 4000/min

Viste del motore

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Organi del manovellismo

Le cavità dei pistoni fusi sono adattate specificamente al metodo di combustione e alla disposizione degli iniettori di carburante. La configurazione dei pistoni fusi fa sì che possano essere sopportate sollecitazioni dovute alla pressione di accensione fino a 120 bar. Per motivi di resistenza l'albero motore è fucinato ed è munito di otto contrappesi. Uno smorzatore torsionale viscostatico in allumino consente di realizzare il necessario smorzamento delle vibrazioni nello spazio costruttivo molto ristretto.

 La pressione di accensione è la massima pressione agente sul pistone durante l'accensione nel motore a combustione a temperatura di esercizio.

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Basamento

Il basamento del motore M176 è realizzato in alluminio con la tecnica della colata in conchiglia e dispone di una struttura closed-deck. Grazie al rivestimento LDS ottimizzato NANOSLIDE® (metallizzazione ad arco elettrico), le superfici di scorrimento dei cilindri in termini di durezza risultano migliorate rispetto alle convenzionali canne dei cilindri in ghisa grigia. Diversi rinforzi trasversali e longitudinali conferiscono al basamento una rigidità molto elevata. I cappelli di banco sono realizzati in ghisa a grafite sferoidale (GGG 60).

Coppa dell'olio

La coppa dell'olio è realizzata in alluminio pressofuso. Le nervature della coppa dell'olio sono concepite in modo tale da ridurre le emissioni acustiche e da garantire la necessaria resistenza per il collegamento a vite dei gruppi secondari. L'elemento filtrante del filtro olio viene avvitato con il coperchio della scatola del filtro olio nella coppa dell'olio.

All'alimentazione d'olio del motore provvede una pompa olio motore regolata, azionata tramite una catena a bussole dall'albero motore. La valvola della pompa olio motore regola la pressione dell'olio. Quest'ultima viene commutata dalla centralina di comando ME (N3/10) in funzione del fabbisogno e sulla base di una mappatura tra i due livelli di pressione 2 e 4 bar.

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Testata

La tecnica a quattro valvole con due alberi a camme in testa (DOHC) e variazione di fase degli alberi a camme sia sul lato di aspirazione che di scarico consente di realizzare un ottimo comportamento di risposta ed ottimizza il ricambio della carica per ciascun punto di lavoro.

La configurazione del ricambio della carica e la movimentazione della carica del motore M176 consentono di ottenere:

 Una coppia elevata su un'ampia fascia di giri

 Una potenza elevata

 Un consumo di carburante contenuto

 Emissioni dei gas di scarico ridotte

Testata
Le testate realizzate in lega di zirconio ed ottimizzate secondo criteri fluidodinamici e della portata d'olio sono concepite per la massima conducibilità termica. Il motore raggiunge pertanto le sue prestazioni massime persino in condizioni limite.
Il motore è equipaggiato con un sistema di variazione di fase degli alberi a camme ottimizzato in termini di portata d'olio per l'albero a camme di aspirazione e quello di scarico. Ciò consente di ottenere un ottimo comportamento di risposta nonché un'ottimizzazione del ricambio della carica con l'obiettivo del contenimento dei consumi di carburante e delle emissioni di gas di scarico.

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Esclusione cilindri mediante CAMTRONIC
L'esclusione dei cilindri ha la funzione di ridurre il consumo di carburante nell'esercizio a carico parziale tramite l'esclusione dei cilindri 2, 3, 5 e 8. Essa è disponibile in un'ampia fascia di giri da 1.000 a 3.250/min se il conducente ha selezionato il programma di guida "Comfort". Il disinserimento avviene sulla base di una mappatura da parte della centralina di comando ME. I seguenti effetti permettono di ottenere un ridotto consumo di carburante:

 Incremento del rendimento grazie allo spostamento del punto di lavoro verso carichi maggiori dei cilindri ancora in funzione

 Riduzione delle perdite al ricambio della carica tramite chiusura delle valvole dei cilindri disinseritiPer l'attivazione dell'esclusione dei cilindri viene interrotto l'azionamento delle valvole di immissione e di scarico dei cilindri 2, 3, 5 e 8 tramite i bilancieri a rullo e gli alberi a camme. Vengono inoltre disinseriti gli iniettori di carburante e le bobine di accensione.

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Trasmissione a cinghia

Lo smorzatore torsionale sull'albero motore aziona l'alternatore attraverso una cinghia trapezoidale a nervature a manutenzione ridotta dotata di quattro scanalature e separatamente, attraverso una seconda cinghia, il compressore del fluido refrigerante.

La tensione delle cinghie trapezoidali a nervature viene trasmessa automaticamente da due dispositivi tendicinghia separati attraverso i rulli tenditori sulle cinghie trapezoidali a nervature.

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Trasmissione a catena e variazione di fase degli alberi a camme

Catena di distribuzione

Il nuovo motore a V M176 viene dotato di un sistema inedito di trasmissione a catena a due stadi con tre catene dentate. Obiettivo era creare il miglior compromesso possibile fra esigenze di montaggio, potenza assorbita dall'attrito, minimizzazione delle forze agenti sulle catene e requisiti NVH(Noise, Vibration and Harness). Ne consegue una netta riduzione della rumorosità. Contemporaneamente è stato possibile migliorare ulteriormente le già buone caratteristiche di durata nel tempo e le caratteristiche di attrito della catena.

La trasmissione a catena è a due stadi con trasmissione a catena primaria e secondaria.

Tutte e tre le catene dentate vengono tese mediante rispettivamente un tendicatena idraulico. Le basse forze di tensione e la ridotta dinamica delle catene assicurano angoli di fasatura stabili ed eccellenti caratteristiche acustiche con un attrito ridotto rispetto ai motori precedenti.

La pompa olio motore viene azionata a parte dall'albero motore attraverso una catena a bussole.

Regolazione dell'albero a camme

La regolazione dell'albero a camme permette di regolare l'albero a camme di aspirazione fino a 40° KW (angolo dell'albero motore) verso "anticipo" e l'albero a camme di scarico fino a 40° KW verso "ritardo". In questo modo, durante la variazione di carico l'angolo di ricoprimento può variare entro ampi limiti. In questo modo l'andamento della coppia del motore viene ottimizzato, il consumo di carburante viene ridotto e la composizione dei gas di scarico viene migliorata. Per la variazione di fase gli elettromagneti attuatori alberi a camme di aspirazione e gli elettromagneti attuatori alberi a camme di scarico vengono attivati dalla centralina di comando ME con segnali di 150 Hz modulati in ampiezza degli impulsi.

L'attivazione avviene sulla base di una mappatura nell'esercizio a carico parziale e a pieno carico e consente, a seconda del tasso di pulsazione dei segnali a modulazione dell'ampiezza degli impulsi, la variazione di fase continua degli alberi a camme. La posizione degli alberi a camme di aspirazione viene rilevata dai sensori di Hall alberi a camme di aspirazione, mentre la posizione degli alberi a camme di scarico viene rilevata dai sensori di Hall alberi a camme di scarico; le posizioni vengono quindi trasmesse alla centralina di comando ME sotto forma di segnale di tensione.

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Lubrificazione motore

Pompa olio motore regolata

La pressione dell'olio viene regolata tramite la valvola sulla pompa olio motore. La centralina di comando ME attiva la valvola pompa olio motore. Ciò consente la commutazione della pressione dell'olio in funzione del fabbisogno tra i due livelli di pressione 2 bar e 4 bar. In questo modo l'alimentazione con olio motore nel circuito dell'olio del motore viene tarata in modo ottimale per il relativo fabbisogno. Si riduce inoltre la potenza necessaria per l'azionamento della pompa olio motore e di conseguenza la potenza dissipata del motore. Il controllo del livello dell'olio avviene tramite un interruttore del livello dell'olio all'interno della coppa dell'olio.

La pressione dell'olio retrosegnalata tramite il canale di regolazione viene modulata sulla valvola proporzionale e agisce sull'anello di regolazione contrastando la forza della molla di regolazione disposta sul lato opposto. La posizione dell'anello di regolazione determina una corrispondente eccentricità rispetto all'asse di rotazione del rotore; con l'aumento dell'eccentricità aumenta anche la portata.

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Sistema di iniezione del carburante

Circuito del carburante ad alta pressione

Per la generazione dell'alta pressione trovano impiego delle pompa di alta pressione del carburante (pompe monopompante) con una valvola di regolazione della portata integrata nel modulo pompa.

Il carburante viene convogliato attraverso un rail di alta pressione agli iniettori di carburante disposti centralmente che portano nella camera di combustione. Gli iniettori di carburante con attuatori piezoelettrici sono in grado di realizzare fino a cinque iniezioni molto precise per ciclo.

Pompe di alta pressione

Le pompe di alta pressione sono disposte in alto sulle testate e hanno una pressione di alimentazione massima di 200 bar. L'azionamento delle pompe di alta pressione avviene meccanicamente dall'albero a camme di scarico tramite il dispositivo di trascinamento. La portata delle pompe di alta pressione dipende dal n. di giri. Con il movimento ascendente dell'unità pompa, il volume di carburante viene compresso nel cilindro pompa. Al raggiungimento della pressione del sistema, si aprono le valvole di scarico delle pompe di alta pressione e il carburante viene convogliato attraverso le tubazioni di alta pressione verso i rail. Valvole limitatrici di pressione proteggono le pompe di alta pressione da uno sviluppo di pressione eccessivo.

 Le tubazioni carburante ad alta pressione in acciaio inossidabile possono essere riutilizzate dopo controllo. Informazioni dettagliate in merito sono reperibili nelle istruzioni di riparazione.

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Alimentazione dell'aria

Nel motore M176 l'aria di aspirazione viene convogliata direttamente attraverso i rispettivi convogliatori dell'aria dal frontale fino ai filtri aria.

I filtri aria sono disposti in maniera tale da essere collegati direttamente con i turbocompressori a gas di scarico. I flessibili dell'aria di sovralimentazione portano l'aria di sovralimentazione compressa direttamente agli intercooler.

Per un tragitto quanto più corto dell'aria di sovralimentazione, le due valvole a farfalla rappresentano la giunzione tra gli intercooler e i ripartitori dell'aria di sovralimentazione.

I ripartitori dell'aria di sovralimentazione sono avvitati direttamente ai canali di immissione delle rispettive testate.

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Sovralimentazione

Sovralimentazione - Generalità

La sovralimentazione consente di migliorare il grado di riempimento dei cilindri. Ne consegue un aumento della coppia e un incremento di potenza del motore. La quantità di carburante adattata in funzione della massa d'aria incrementata viene misurata dalla centralina di comando ME.

Nella sovralimentazione l'energia fluidodinamica dei gas di scarico viene sfruttata per azionare il turbocompressore. I turbocompressori a gas di scarico aspirano l'aria fresca tramite il filtro aria in corrispondenza dei punti di ingresso del compressore convogliandola attraverso le uscite del compressore nei tubi aria di sovralimentazione collegati agli intercooler.

Grazie all'elevato n. di giri delle giranti del compressore e dell'elevata portata che ne deriva, l'aria di aspirazione viene compressa nei tubi aria di sovralimentazione. L'aria di sovralimentazione compressa fluisce attraverso i tubi aria di sovralimentazione verso gli intercooler. Successivamente questi raffreddano l'aria di sovralimentazione riscaldata in seguito alla compressione e la convoglia nei cilindri attraverso il ripartitore dell'aria di sovralimentazione.

V interna calda

Per migliorare ulteriormente il comportamento di risposta della S 560 di Mercedes-Benz, sono state revisionate completamente le testate cilindri del nuovo motore V8 biturbo: ora il lato di aspirazione si trova all'esterno e il lato di scarico all'interno. Questa nuova configurazione del motore, chiamata dagli ingegneri "V interna calda", rende il motore V8 biturbo ancora più compatto. Per proteggere i componenti del motore, i collettori e i turbocompressori a gas di scarico sono stati dotati di un isolamento speciale.

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Intercooler

Svolgimento della funzione dell'intercooler

Grazie all'intercooler la temperatura dell'aria di sovralimentazione viene mantenuta su un valore pari a <60°C in caso di temperatura ambiente di 20°C. L'aria raffreddata a valle degli intercooler ha una densità superiore. In tal modo aumenta il grado di riempimento dei cilindri e quindi la potenza del motore.

Inoltre si riduce la tendenza a battere in testa e, grazie a temperature dei gas di scarico più basse, anche la formazione di ossidi di azoto (NOx). Entrambe le bancate cilindri dispongono ciascuna di un radiatore del liquido di raffreddamento/intercooler. I radiatori del liquido di raffreddamento/intercooler sono collegati al circuito a bassa temperatura con i radiatori a bassa temperatura e la pompa di circolazione circuito a bassa temperatura (M43/6).

Se la temperatura dell'aria di sovralimentazione è superiore ai 35 °C, la centralina di comando ME attiva la pompa di circolazione 1 circuito a bassa temperatura attraverso il CAN della trasmissione (CAN C1), la centralina di comando catena cinematica (N127) e il LIN della catena cinematica.

Se la temperatura dell'aria di sovralimentazione scende al di sotto di 25 °C, la pompa di circolazione 1 circuito a bassa temperatura viene nuovamente disinserita.

La temperatura dell'aria di sovralimentazione viene rilevata nel ripartitore dell'aria di sovralimentazione dai sensori di temperatura aria di sovralimentazione lato sinistro e destro e comunicata alla centralina di comando ME con un segnale di tensione.

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Raffreddamento motore

Tramite la gestione termica viene regolata 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

 Migliore comfort del riscaldamento

 La fase di disinserimento ritardato del ventilatore non viene interrotta tramite "accensione ON". Se all'avviamento del motore il ventilatore si trova nella fase di funzionamento ritardato, la regolazione del ventilatore prevista nell'esercizio normale viene disabilitata fino alla conclusione della fase di funzionamento ritardato.

 Quando la temperatura del liquido di raffreddamento è superiore a circa 120 °C, il termostato a due cursori è sempre aperto completamente indipendentemente dall'alimentazione con corrente elettrica dell'elemento termico (funzionamento di emergenza).

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Termostato a due cursori

La temperatura del liquido di raffreddamento può essere regolata tramite il termostato a due cursori riscaldabile.

A tale scopo è disposto nel termostato a due cursori l'elemento termico termostato del liquido di raffreddamento il quale viene attivato in funzione del fabbisogno dalla centralina di comando ME con un segnale di massa.

Il termostato a due cursori può assumere cinque posizioni:

 Liquido di raffreddamento fermo

 Funzionamento in by-pass

 Funzionamento misto

 Funzionamento del radiatore

 Posizione fail-safe

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Con una temperatura del liquido di raffreddamento < 80 °C e un n. di giri motore < 3000/min entrambi i cursori del termostato a due cursori sono completamente chiusi. La riduzione della fase di riscaldamento del motore per effetto del liquido di raffreddamento fermo determina un risparmio nei consumi di carburante e di conseguenza una riduzione delle emissioni di CO2.

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 Elemento termico non alimentato con corrente elettrica: temperatura del liquido di raffreddamento tra 80 °C e 105 °C

 Elemento termico alimentato con corrente elettrica: temperatura del liquido di raffreddamento tra 40 °C e 65 °C

Per ottenere valori di attrito ottimali all'interno del motore ed un conseguente risparmio nei consumi di carburante, nella fascia di carico parziale la temperatura del liquido di raffreddamento può essere aumentata a circa 105 °C (elemento termico non alimentato con corrente elettrica). L'attrito viene in tal modo ridotto grazie alla maggiore temperatura dell'olio motore e la formazione della miscela risulta migliore per effetto del ridotto fenomeno di condensa del carburante sulle superfici di scorrimento cilindro.

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 Elemento termico non alimentato con corrente elettrica: temperatura del liquido di raffreddamento tra 105 °C e 120 °C

 Elemento termico alimentato con corrente elettrica: temperatura del liquido di raffreddamento tra 65 °C e 90 °C

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 Elemento termico non alimentato con corrente elettrica: temperatura del liquido di raffreddamento > 120 °C

 Elemento termico alimentato con corrente elettrica: temperatura del liquido di raffreddamento > 90 °C

Questo riscaldamento determina l'apertura del termostato a due cursori (elemento termico alimentato) ed il liquido di raffreddamento viene fatto passare attraverso il radiatore. In caso di pieno carico il termostato a due cursori può essere aperto molto rapidamente. In questo caso la temperatura del liquido di raffreddamento può essere ridotta ottenendo così un raffreddamento motore ottimale ed una combustione priva di battiti in testa.

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Alimentazione di combustibile

Circuito carburante a bassa pressione

L'inserimento della pompa di alimentazione del carburante ha luogo quando la centralina di comando pompa di alimentazione del carburante riceve il segnale "pompa di alimentazione del carburante ON". Questo segnale trasmesso dalla centralina di comando ME come segnale CAN tramite il CAN trasmissione e come segnale di massa è di tipo ridondante.

La centralina di comando pompa di alimentazione del carburante riceve inoltre il segnale CAN "pressione nominale carburante" dalla centralina di comando ME. La centralina di comando pompa di alimentazione del carburante rileva la pressione attuale del carburante tramite un segnale di tensione proveniente dal sensore di pressione del carburante e invia tale informazione alla centralina di comando ME sul CAN della trasmissione.

La centralina di comando pompa di alimentazione del carburante valuta la pressione attuale del carburante, la confronta con la pressione nominale del carburante e attiva di conseguenza la pompa di alimentazione del carburante con un segnale a modulazione dell'ampiezza degli impulsi affinché la pressione effettiva corrisponda alla pressione nominale.

Per rilevare la pressione nominale carburante (fabbisogno di carburante) la centralina di comando ME analizza la pressione del carburante e il carico richiesto. A seconda del fabbisogno di carburante, con una pressione del carburante compresa tra 4 e 6,7 bar circa, la portata del carburante viene regolata in maniera variabile in un intervallo compreso tra 0 e 180 l/h.

Nel momento in cui viene attivata, la pompa di alimentazione del carburante aspira il carburante dal modulo di alimentazione carburante e lo pompa attraverso il filtro carburante convogliandolo verso le pompe di alta pressione del carburante (tubazione unica, senza tubazione di ritorno).

 La valvola di troppo pieno nel filtro carburante si apre con una pressione del carburante di ca. 7 - 9 bar.

Gestione del motore

Centralina di comando elettronica del motore

Il sistema d'iniezione di benzina e accensione con iniezione diretta costituisce, insieme ai sensori e agli attuatori del motore 176 DE (dal tedesco "Direkt-Einspritzung" - iniezione diretta), il sistema di gestione del motore MED 17.7.5

Nella centralina di comando ME si trova l'intero sistema di gestione del motore. La gestione del motore legge i dati forniti dai sensori o direttamente oppure indirettamente tramite il sistema delle linee CAN e provvede quindi ad attivare i corrispondenti attuatori. Le singole funzioni e sistemi di gestione del motore vengono comandati e coordinati dalla centralina di comando ME.

Il sistema di gestione del motore è articolato nei seguenti sistemi:

 Funzioni base

 Sistema motore

 Sistema di iniezione del carburante

 Sistema di accensione

 Impianto di scarico

 Ulteriori informazioni in merito a tutti i sistemi elettrici (ad es. descrizioni del funzionamento e disposizione dei componenti elettrici) sono disponibili nel sistema di informazione per l'officina (WIS) al tipo di informazioni Nozioni basilari/Funzioni (GF).

 È possibile effettuare la programmazione "flash" della gestione del motore nella centralina di comando ME; ciò significa che con il Xentry Diagnostics è possibile sostituire (riprogrammare) il software completo della centralina di comando. Il software necessario per la programmazione della centralina di comando si trova sul DVD del software di diagnosi.

 Nella memoria guasti della centralina di comando ME vengono memorizzati i guasti riconosciuti. Tali guasti possono essere letti con Xentry Diagnostics.

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