Przegląd nowości / zmian w związku z wprowadzeniem nowego silnika typu V M276 z turbodoładowaniem

Wprowadzenie nowego silnika 276 E30 DEH LA
Informacje ogólne
Od faceliftingu Klasy E w 04/2013 oferta silników została uzupełniona o nowy 6-cylindrowy silnik benzynowy M276 E30 DEH LA z turbodoładowaniem.
Zmodernizowany silnik jest oferowany w limuzynach i wersjach kombi E400 z i bez 4MATIC.
Turbodoładowanie nowego wariantu silnika 276 o pojemności skokowej 3 litrów umożliwiło znaczne zwiększenie momentu obrotowego i mocy.

P01.10-3177-76

Krótki opis

Nowości

 zmniejszenie łącznej pojemności skokowej do 2996 cm3

 podwyższenie nominalnego momentu obrotowego do 480 Nm przy 1400 do 4000/min

 zwiększenie nominalnej mocy do 245 kW przy 5500/min

 sztywna skrzynia korbowa wykonana całkowicie z aluminium

 tuleje cylindrowe z innowacyjną powłoką "Nanoslide", produkowane w technologii LDS (natryskiwanie łukowe), powodujące obniżenie masy własnej i strat wynikających z tarcia

 spontanicznie reagująca turbosprężarka z regulacją poprzez przepustnice spalin w obu rzędach cylindrów

 kolektor wydechowy i obudowa turbiny jako kompaktowy element wykonany ze staliwa

 kompaktowa powietrzno-wodna chłodnica powietrza doładowywanego z oddzielnym zbiornikiem wyrównawczym, zapewniająca optymalne chłodzenie doładowywanego powietrza i dobry wskaźnik sprawności termodynamicznej

 dostosowanie regeneracji filtra z węglem aktywnym do wymagań turbodoładowania przez wprowadzenie funkcji regeneracji w fazie pełnego obciążenia

 dwustopniowy system odpowietrzania silnika z rotującym promieniowo separatorem i włączonym w dalszy obwód separatorem mikroporowym w celu optymalnego oczyszczania przedmuchów spalin

 dostosowanie ułożenia przewodów ciśnieniowych układu wtryskowego do podwyższonych wymagań silnika i zastosowanie mocniejszej pompy wysokiego ciśnienia z silników V8

 spełnianie surowszych wymagań normy emisji spalin EU6

Sprawdzone rozwiązania

 cztery zawory na cylinder

 po dwa nastawniki faz wałków rozrządu po stronie ssania i wydechu zapewniają zoptymalizowane rozwijanie momentu obrotowego i wpływają korzystnie na skład spalin

 cichy system napędu łańcuchowego (rozrząd dysponuje trzema oddzielnymi napędami łańcuchowymi i w każdym z nich zastosowano osobny napinacz łańcucha)

 kompaktowa łopatkowa pompa olejowa z odpowiednią do potrzeb regulacją przepływu i dwoma stopniami ciśnienia

 zoptymalizowany pod względem mocy napęd pompy olejowej i pompy wodnej

 bezpośredni układ wtryskowy 3. generacji, sprężający benzynę do 200 barów, z piezowtryskiwaczami i prowadzonym strumieniowo wielokrotnym wtryskiem

 wielokrotny wtrysk, obejmujący do pięciu wtrysków w każdym suwie pracy

 wieloiskrowy układ zapłonowy, zapewniający optymalny zapłon i spalanie (tryb multispark)

P01.00-3439-76

P07.70-2394-76

P07.70-2395-76

P07.70-2396-76

P07.70-2397-76

P07.70-2398-76

P07.70-2399-76

P07.70-2518-76

P07.70-2401-76

Turbodoładowanie

Oba rzędy cylindrów dysponują kompaktową, spontanicznie reagującą turbosprężarką z przepustnicą spalin. Turbodoładowanie zapewnia lepszy stopień wypełniania cylindrów i w związku z tym wzrost mocy przy równoczesnym zmniejszeniu pojemności skokowej. Zastosowanie nowoczesnego wtrysku bezpośredniego umożliwiło ponadto zmniejszenie zużycia paliwa.

Powyższe rozwiązania stanowią skuteczną kontynuację zainicjowanego downsizingu i konsekwentnej modularyzacji silników V6.

Zasysane powietrze po oczyszczeniu przez filtry jest doprowadzane do turbosprężarek w obu rzędach cylindrów w celu sprężenia. Zintegrowana regulacja ciśnienia doładowania powietrza i obwodu obejściowego w fazie hamowania silnikiem zapewnia zoptymalizowany przebieg krzywej momentu obrotowego i efektywne wykorzystywanie turbosprężarek.

W efekcie sprężania powietrze może rozgrzewać się do ok. 150 °C, co powoduje niepożądany wzrost objętości i niższy współczynnik wypełniania cylindrów. Aby zapobiec temu zjawisku, powietrze doładowywane jest oziębiane w kompaktowej chłodnicy, włączonej w niskotemperaturowy obwód chłodzenia. Przewód rozdzielający powietrze doładowywane doprowadza następnie schłodzone powietrze pod ciśnieniem do ok. 0,8 bara do poszczególnych cylindrów.

P09.00-2131-76

P09.40-2463-75

Głowica cylindrów z wyprowadzeniem spalin dostosowanym do doładowania impulsowego

Odpowiednie ustawienie kanałów wylotowych już w głowicy cylindrów, w kierunku obudowy turbiny, umożliwia doładowanie impulsowe (direct-pulse charging) zapewniające błyskawiczne reakcje podczas zmian obciążenia.

 Doładowanie impulsowe
Ciśnienie spalin spiętrzone przed otwierającymi się zaworami wydechowymi pozostaje niemal całkowicie zachowane aż do wlotu turbosprężarki, co zapewnia ekstremalnie szybkie przyspieszanie koła turbiny.

Regulacja ciśnienia doładowania

Zgodnie z założeniem konstrukcyjnym napędzany strumieniem spalin wałek turbosprężarki w miarę wzrostu prędkości obrotowej silnika obraca się coraz szybciej. Im szybciej obraca się turbina, tym sprężarka tłoczy więcej powietrza, w wyniku czego wzrasta ilość spalin, wymuszając szybsze obroty turbiny. W takiej sytuacji sprężarka może osiągnąć graniczną wydajność tłoczenie, bądź może dojść do przekroczenia mechanicznych lub termicznych granic działania silnika.

Aby to wykluczyć i utrzymać zdawaną moc w rozsądnych granicach, czyli ograniczyć doładowanie silnika, ciśnienie doładowania i wydajność tłoczenia sprężarki są ograniczane przez funkcję regulacji ciśnienia doładowania.

Regulacja ciśnienia doładowania następuje elektropneumatycznie poprzez przetwornik ciśnienia regulacji ciśnienia doładowania (Y31/5). Jest on zasterowywany odpowiednio do wielkości charakterystycznych przez moduł sterujący ME.

W celu obniżenia ciśnienia doładowania cztery strumienie spalin są przekierowywane przez obwody obejściowe bezpośrednio do kolektora wydechowego, co ogranicza prędkość obrotową turbiny. Klapy regulacji ciśnienia doładowania, uruchamiane pneumatycznie przez dozowniki podciśnienia, zamykają obwody obejściowe. Nieaktywne klapy regulacji ciśnienia doładowania są utrzymywane w pozycji otwartej przez sprężyny.

W ten sposób ciśnienie doładowania może być dopasowane do aktualnego postulatu obciążenia silnika.

Regulacja dopływu powietrza w fazie hamowania silnikiem

Na początku fazy hamowania silnikiem turbosprężarka obraca się jeszcze przez chwilę na skutek bezwładności wałka oraz koła sprężarki i koła turbiny.

W związku z tym przy szybkim zamykaniu przepustnicy fala powietrza doładowanego powraca do sprężarki. Taka fala ciśnienia powodowałaby na kole sprężarki stan charakteryzujący się niską objętością tłoczenia i wysokim ciśnieniem, powodujący pompowanie sprężarki (objawiające się krótkim wyciem i dużym mechanicznym obciążeniem).

Otworzenie zaworów przełączających powietrze w fazie hamowania silnikiem po lewej i prawej stronie (Y101/1, Y101/2) powoduje rozładowanie szczytów ciśnienia; powietrze poprzez kanał obejściowy jest odprowadzane na stronę zasysania turbosprężarki.

W fazie obciążenia silnika odpowiedni kanał obejściowy pozostaje zawsze zamknięty.

P09.40-2431-76

P09.40-2430-76

Chłodzenie powietrza doładowywanego
Kompaktowa konstrukcja chłodnicy powietrza doładowywanego oraz krótkie drogi przepływu zapewniają utrzymywanie mechanicznych oporów przepływu powietrza na niskim poziomie, co przyczynia się do wysokiej efektywności silnika.
Schłodzone powietrza za chłodnicą powietrza doładowanego ma większą gęstość. Wskutek tego zwiększa się stopień napełnienia cylindrów i w konsekwencji moc silnika. Ponadto zmniejszana jest tendencja do spalania stukowego i dzięki niższym temperaturom spalin - wytwarzanie tlenków azotu (NOx).
Po wyłączeniu silnika niskotemperaturowy obwód chłodzenia jest przez kilka minut osobno zasilany płynem chłodzącym przez pompę cyrkulacyjną chłodnicy powietrza doładowywanego, zapewniając schłodzenie rozgrzanej turbosprężarki.

P09.41-2666-76

P47.31-2163-76

Odpowietrznik silnika

Odpowietrznik silnika w każdych warunkach pracy silnika zapewnia redukowanie ciśnienia i odprowadzanie nadmiaru gazów ze skrzyni korbowej i doprowadzanie ich poprzez trakt ssania do silnika w celu spalenia. Aby nie dopuścić do pogorszenia się składu spalin i zwiększonego zużycia oleju odessane gazy muszą być najpierw oczyszczone z oparów oleju.

W M276 E30 DEH LA zastosowano dwustopniowy system odpowietrzania, obejmujący wirówkę separującą duże i małe zanieczyszczenia oraz separator mikroporowy, zamontowany wewnątrz V silnika.

Odpowietrzanie następuje zarówno przy częściowym, jak i przy pełnym obciążeniu silnika, toteż wirówka obracająca się z prędkością obrotową wałka rozrządu zapewnia bardzo skuteczne oddzielanie oleju. Resztki cząstek oleju są wychwytywane przez separator mikroporowy.

Nowe, dwustopniowe odpowietrzanie silnika ogranicza emisję szkodliwych związków w spalinach oraz obniża zużycie oleju i zwalnia proces starzenia się oleju.

Odpowietrzanie zbiornika paliwa/regeneracja pojemnika z węglem aktywnym

Obowiązujące przepisy określają, że w trakcie odpowietrzania zbiornika paliwa opary paliwa nie mogą być odprowadzane na zewnątrz. W tym celu opary paliwa są gromadzone przejściowo w pojemniku z węglem aktywnym i po osiągnięciu odpowiedniego nasycenia filtra z węglem aktywnym odprowadzane do silnika i spalane.

Regeneracja w fazie częściowego obciążenia

W fazie częściowego obciążenia występujące w systemie podciśnienie odsysa opary paliwa nagromadzone w pojemniku z węglem aktywnym (77) poprzez zawór przełączający regeneracji, zawór przeciwzwrotny trybu częściowego obciążenia (71) i przewód regeneracji w trybie częściowego obciążenia (1) za przepustnicę i opary są spalane w silniku.

Na skutek turbodoładowania w silniku 276 DEH LA w trybie pełnego obciążenia za przepustnicą występuje nadciśnienie, które uniemożliwia odsysanie oparów paliwa poprzez przewód regeneracji w trybie częściowego obciążenia. Zawór przeciwzwrotny trybu częściowego obciążenia nie dopuszcza do wzrostu ciśnienia w kierunku pojemnika z węglem aktywnym. W związku z tym stałe utrzymywanie obciążenia silnika uniemożliwia poprawną regenerację filtra z węglem aktywnym. Wymaganie to spełnia funkcja regeneracji w trybie pełnego obciążenia.

Regeneracja w fazie pełnego obciążenia

W fazie pełnego obciążenia odsysanie oparów paliwa następuje poprzez zawór przeciwzwrotny trybu pełnego obciążenia (71/2) i przewód regeneracji w trybie pełnego obciążenia (2). Konieczne w tym celu podciśnienie jest wytwarzane przez zwężkę Venturiego (74). Opary paliwa są wtedy kierowane przez przewód regeneracji w trybie pełnego obciążenia, turbosprężarkę (110/1) i chłodnicę powietrza doładowywanego (120) do przewodu rozdzielającego powietrze doładowywane.

W celu sprawdzenia, czy udostępnienie regeneracji w fazie pełnego obciążenia jest możliwe, następuje trzykrotne gwałtowne otworzenie zaworu przełączającego regeneracji. Musi dojść przy tym do szczytów ciśnienia > 120 mbar. Czujnik ciśnienia regeneracji rejestruje ciśnienie występujące w przewodzie regeneracji w trybie pełnego obciążenia i przekazuje sygnał do modułu sterującego ME.

P47.30-2262-76