Motore

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Prefazione

Il nuovo motore M139 dei modelli Mercedes-AMG A 45 e A 45 S è un motore a ciclo Otto a 4 cilindri in linea montato trasversalmente con iniezione diretta e iniezione nel collettore di aspirazione combinate.

Con una cilindrata di 2,0 litri, è disponibile in 2 livelli di potenza: da 285 kW e da 310 kW.

La posizione di montaggio trasversale fa sì che il turbocompressore a gas di scarico e il collettore di scarico si trovino, guardando in direzione di marcia, sul lato posteriore, sul lato della paratia che separa l'abitacolo. L'impianto di aspirazione è posizionato sul lato anteriore. Questa disposizione ha permesso di realizzare un design del frontale basso e aerodinamico, che migliora il convogliamento dell'aria sia sul lato di aspirazione che sul lato di scarico.

Ulteriori novità in sintesi

 Raffreddamento a zone (section cooling) con 3 circuiti di raffreddamento

 Gestione del motore

 CAMTRONIC sul lato di scarico

 Comando della distribuzione disposto posteriormente con variatore di fase

 Organi della distribuzione con bilanciere a rulli

 Iniezione diretta e iniezione nel collettore di aspirazione combinate

 Sovralimentazione con turbocompressore a gas di scarico twin scroll sul lato posteriore e attuatore farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione

 Sfiato del basamento integrato nel ripartitore dell'aria di sovralimentazione

 Tecnologia in bagno d'olio per il funzionamento della pompa dell'olio

 Impianto di scarico

Raffreddamento a zone (section cooling) con 3 circuiti di raffreddamento

L'aumento della potenza del motore fino a 310 kW ha reso necessari ulteriori interventi sul sistema di raffreddamento del motore. L'obiettivo era di ottenere un raffreddamento ottimale a fronte della massima potenza, con misure studiate per ridurre i consumi.

Con il motore M139 viene impiegato un raffreddamento a zone costituito da tre circuiti indipendenti:

 Circuito ad alta temperatura

 Circuito a media temperatura

 Circuito a bassa temperatura

Tutti i circuiti di raffreddamento sono regolati dalla centralina di comando catena cinematica (N127). La centralina analizza i dati dei sensori di temperatura, comandando la pompa elettrica del liquido di raffreddamento nel circuito ad alta temperatura e le valvole di regolazione in funzione del fabbisogno. Nel circuito ad alta e media temperatura sono montati dei termostati meccanici.

Nel raffreddamento a zone, il circuito ad alta temperatura assicura il raffreddamento del basamento. Il liquido di raffreddamento nel circuito ad alta temperatura viene messo in circolazione da una pompa del liquido di raffreddamento elettrica. Con l'innalzamento della temperatura di protezione del basamento a 125 °C il termostato nel circuito ad alta temperatura si apre solo a partire da circa 115 °C ed è completamente aperto a circa 120 °C. Questa misura consente di ridurre il calore residuo in tutti i circuiti, ottimizzando la dissipazione del calore lato veicolo.

Il circuito a media temperatura raffredda la testata cilindri. Il liquido di raffreddamento viene messo in circolazione da una pompa del liquido di raffreddamento meccanica. Il termostato rimane chiuso fino a circa 73 °C di temperatura del liquido di raffreddamento ed è completamente aperto a partire da circa 80 °C. Inoltre, nel circuito a media temperatura è installata una valvola di regolazione che comanda la portata dello scambiatore di calore olio motore. Essa regola la temperatura dell'olio a 110 °C. Nel circuito a media temperatura la portata volumetrica complessiva del liquido di raffreddamento è stata aumentata a 370 l/min sulla testata cilindri, ottimizzando la dissipazione del calore.

Il circuito a bassa temperatura è un circuito non regolato la cui temperatura di esercizio è compresa tra 50-70 °C. Il liquido di raffreddamento viene messo in circolazione da una pompa del liquido di raffreddamento elettrica. Il raffreddamento dell'aria di sovralimentazione avviene indirettamente attraverso il liquido di raffreddamento nel circuito a bassa temperatura.

Ulteriori vantaggi del raffreddamento a zone:

 Efficace raffreddamento della testata cilindri

 Ottimizzazione dei consumi grazie a:

 Impiego di olio leggero

 Maggiore temperatura della parete dei cilindri

 Nella fase di riscaldamento del motore il liquido di raffreddamento non è in circolo nel basamento

 Riduzione della portata volumetrica del liquido di raffreddamento nel basamento

 Riscaldamento dell'olio motore attraverso il circuito a media temperatura e liquido di raffreddamento non in circolo nel circuito ad alta temperatura

 Raffreddamento dell'olio in funzione del fabbisogno

 Riscaldamento dell'olio del cambio nella fase di riscaldamento del motore

 Nel modello A 45 S, nel circuito a bassa temperatura è montato uno scambiatore di calore per il fluido refrigerante capace di migliorare la potenza di raffreddamento dell'aria di sovralimentazione soprattutto nell'impiego in pista alle temperature esterne elevate.

 Per ulteriori informazioni, consultare la descrizione del funzionamento "Gestione termica: funzione di base" GF07.10-P-9900A.

 Se si esegue un intervento di manutenzione o una riparazione nel circuito ad alta e/o in quello a media temperatura, entrambi i circuiti devono essere svuotati e nuovamente riempiti sotto vuoto. Attenersi alla fase di lavoro per la riparazione "Introdurre il liquido di raffreddamento e sfiatare l'impianto di raffreddamento" AR20.00-P-1142-04A.

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Gestione del motore

CAMTRONIC sul lato di scarico

In tutte le varianti di potenza il motore M139 dispone di CAMTRONIC sul lato di scarico.

A seconda dello stato di esercizio del motore e delle preferenze del conducente è possibile avere sempre il profilo ottimale delle camme. Sono disponibili due diverse altezze, tutte le valvole di scarico vengono azionate di volta in volta con la stessa altezza. La commutazione avviene tramite segmenti di camma scorrevoli in direzione assiale e mediante attuatori elettrici ad alta efficienza. Gli attuatori consumano energia soltanto per il cambio marcia, dopodiché non sono più alimentati di corrente.

I vantaggi che ne derivano sono:

 Sviluppo più rapido della pressione di sovralimentazione nell'esercizio a carico parziale dinamico (inferiore)

 Maggiore dinamica dei gas di scarico in esercizio di marcia dinamico (carico parziale inferiore)

 Migliore tempo di risposta del turbocompressore a gas di scarico

 Riduzione delle perdite dovute al ricambio della carica

 Ottimizzazione del comfort e del consumo nell'esercizio a carico parziale stazionario (inferiore)

Variatori di fase sul lato di aspirazione e di scarico

La fasatura degli alberi a camme di aspirazione e di scarico può essere regolata separatamente attraverso un variatore di fase per ciascun albero. Gli alberi a camme vengono regolati rispetto all'albero motore modificando la chiusura di scarico e l'apertura per l'aspirazione. L'incrocio delle valvole può essere variato. Un angolo di incrocio elevato ritarda la chiusura dello scarico e anticipa l'apertura di aspirazione.

A carico parziale, angoli di ricoprimento valvole elevati determinano un abbassamento della temperatura di combustione e una minore formazione di ossidi di azoto (NOx). Sul lato gas di scarico, una nuova aspirazione di gas di scarico ha l'effetto di un sistema di ricircolo dei gas di scarico interno.

Un angolo di incrocio ridotto anticipa la chiusura dello scarico e ritarda l'apertura dell'aspirazione. In folle, angoli di ricoprimento ridotti impediscono il traboccamento dell'aria nel condotto di scarico e dei gas di scarico nel condotto di immissione. Durante l'esercizio a pieno carico, un afflusso di aria determina un effetto di ricarica con una coppia maggiore.

 Per ulteriori informazioni sulla distribuzione del motore consultare la descrizione del funzionamento "Distribuzione del motore: funzione di base" GF05.00-P-1001A.

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Iniezione diretta e iniezione nel collettore di aspirazione combinate

L'iniezione nel motore M139 è affidata per la prima volta a una combinazione di iniezione diretta e iniezione nel collettore di aspirazione a due stadi. La pressione di iniezione del carburante arriva fino a 200 bar. La pompa ad alta pressione è del tipo a pistone singolo e dispone di una valvola di regolazione della portata integrata nel modulo della pompa. Attraverso un rail comune di alimentazione ad alta pressione, il carburante viene convogliato agli iniettori, che sono collocati in posizione centrale nella camera di combustione. Come iniettori vengono impiegate valvole coniche a comando piezoelettrico.

Per sfruttare tutta la potenza del motore M139 in esercizio a pieno carico, si aggiunge un'iniezione nel collettore di aspirazione con valvole elettromagnetiche. L'alimentazione di carburante a regolazione elettronica funziona con una pressione di 6,7 bar.

Gli iniettori supplementari vengono inseriti in esercizio a pieno carico nelle condizioni seguenti:

 Regime del motore > 3500 giri/min

 Carico del motore  60 %

Il motore M139 è concepito per funzionare esclusivamente a carica omogenea. A causa della dinamica elevata del processo di iniezione, con durate minime di apertura, si manifesta un'alta presenza di rumori impulsivi che si ripercuotono sul comportamento "NVH".

Con i parametri seguenti è stato possibile migliorare le caratteristiche acustiche dell'iniezione:

 Numero di impulsi di iniezione

 Corsa iniettore

 Gradiente di apertura

 Pressione di iniezione

Nella valvola di comando della 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 di peso in modo mirato.

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.

 Per ulteriori informazioni sulla distribuzione del motore consultare la descrizione del funzionamento "Preparazione della miscela: funzione di base" GF07.00-P-1000A.

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Sovralimentazione con turbocompressore a gas di scarico twin scroll sul lato posteriore e attuatore farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione

Un presupposto essenziale per il netto aumento di potenza rispetto al precedente motore M 133 è stata una completa rielaborazione dei componenti di convogliamento dell'aria a monte della camera di combustione.

Il filtro dell'aria e la griglia della presa d'aria sono stati ridisegnati e adattati allo spazio disponibile nel vano motore. È stato necessario tenere in considerazione anche i requisiti legati alla protezione pedoni.

Per ottenere un comportamento fluidodinamico favorevole nelle condizioni previste, i condotti di convogliamento dell'aria sono stati configurati in modo tale da ridurre il più possibile la resistenza.

Accanto al ricambio della carica, anche il movimento della carica è determinante al fine di ottenere una coppia elevata su ampie porzioni della gamma di regime, un basso consumo di carburante e bassi livelli di emissione di gas di scarico. La particolare geometria della testata cilindri permette di generare un'elevata turbolenza che migliora ulteriormente il processo di combustione.

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Sovralimentazione

Il cuore della sovralimentazione è un turbocompressore a gas di scarico a due condotti, in grado di sopportare fino a 980 °C. La scatola della girante della turbina è completamente isolata, per proteggere i componenti circostanti. Anche il collettore è a condotti separati, qui i cilindri 1 e 4 e i cilindri 2 e 3 sono abbinati in base alla sequenza di accensione.

Svolgimento della funzione regolazione della pressione di sovralimentazione

Per poter esprimere l'intero potenziale del turbocompressore a gas di scarico, è stata completamente rielaborata anche la regolazione della pressione di sovralimentazione. L'attuatore, che in precedenza era azionato a depressione, è stato sostituito da un attuatore elettrico che comanda la farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione wastegate. Il segnale di posizione da esso fornito e la maggiore velocità di regolazione migliorano nettamente la regolazione della pressione di sovralimentazione nonché la diagnosi.

La regolazione della pressione di sovralimentazione avviene tramite l'attuatore farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione. Quest'ultimo viene attivato in funzione della mappatura 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 temperatura a monte della valvola a farfalla, pressione di sovralimentazione e temperatura dell'aria di sovralimentazione

 Sensore di pressione e temperatura a valle della valvola a farfalla, pressione e temperatura del condotto di aspirazione

 Sensore di pressione a valle del filtro aria, pressione di aspirazione

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

 Sensore di Hall albero a manovella, n. di giri 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 mediante apertura della valvola di regolazione della pressione di sovralimentazione.

L'attuatore della farfalla di regolazione della pressione di sovralimentazione aziona la farfalla tramite una tiranteria, che crea 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.

 Per ulteriori informazioni sulla distribuzione del motore consultare la descrizione del funzionamento "Sovralimentazione: funzione di base" GF09.00-P-9900A.

Sfiato del basamento integrato nel ripartitore dell'aria di sovralimentazione

Il ricambio dell'aria del basamento nel motore M139 è affidato al ripartitore dell'aria di sovralimentazione.

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Tecnologia in bagno d'olio per il funzionamento della pompa dell'olio

L'alimentazione d'olio del motore M139 è assicurata da una pompa dell'olio azionata meccanicamente e regolata a pressione. L'azionamento passa dall'albero motore alla pompa dell'acqua attraverso una catena, quindi, attraverso una cinghia in bagno d'olio, fino alla pompa dell'olio. Mediante una valvola elettrica integrata nel basamento è possibile impostare – in base alla mappatura del carico e del regime del motore e della temperatura dell'olio – livelli di pressione dell'olio variabili per ridurre la potenza motrice soprattutto nel settore di carico parziale. Il filtro dell'olio sostituibile è alloggiato in un modulo filtro dell'olio/radiatore olio avvitato alla coppa dell'olio. Il raffreddamento dell'olio è affidato a uno scambiatore di calore olio/acqua che è parte integrante del modulo e ad esso avvitato.

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Impianto di scarico

Il nuovo motore M139 montato nei modelli Mercedes-AMG A 45 e A 45 S dispone del già noto impianto di scarico inseribile Performance AMG con comando della valvola a farfalla. Il comando avviene mediante un diagramma caratteristico in funzione dei seguenti fattori:

 Programma di marcia AMG DYNAMIC SELECT

 Posizione pedale acceleratore

 Regime di rotazione motore

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