Silnik

P01.10-A072-76

Wprowadzenie

Nowa jednostka napędowa M139 w modelach Mercedes-AMG A 45 i A 45 S jest montowanym poprzecznie -4-cylindrowym rzędowym silnikiem benzynowym z kombinowanym wtryskiem bezpośrednim/do kolektora ssącego.

Ma pojemność skokową 2,0 litrów i będzie oferowany w 2 klasach mocy, 285 kW i 310 kW.

Ze względu na poprzeczny montaż turbosprężarka i kolektor wydechowy znajdują się po stronie przegrody oddzielającej komorę silnika od wnętrza. Układ zasysania powietrza jest z przodu. Takie rozmieszczenie umożliwia płaski, korzystny dla aerodynamiki design przedniej partii pojazdu i poprawia prowadzenie powietrza, zarówno po stronie zasysania, jak i po stronie spalin.

Przegląd dalszych nowości

 Chłodzenie strefowe (section cooling) z 3 obwodami chłodzenia

 Układ sterowania pracą silnika

 CAMTRONIC po stronie wydechu

 Napęd rozrządu z nastawnikami wałków rozrządu z tyłu

 Rozrząd zaworowy z rolkowymi dźwigienkami zaworowymi

 Kombinowany wtrysk bezpośredni/do kolektora ssącego

 Turbosprężarka typu twin-scroll i nastawnik klapy regulacji ciśnienia doładowania z tyłu

 Odpowietrznik skrzyni korbowej wbudowany w rozdzielacz powietrza doładowywanego

 Pasek napędu pompy olejowej w oleju

 Układ wydechowy

Chłodzenie strefowe (section cooling) z 3 obwodami chłodzenia

W wyniku podwyższenia mocy silnika do 310 kW konieczne były znaczne zmiany w układzie chłodzenia silnika. Celem było osiągnięcie optymalnego chłodzenia przy maksymalnej mocy w połączeniu z rozwiązaniami redukującymi zużycie paliwa.

W silniku M139 zastosowano chłodzenie strefowe, składające się z trzech działających niezależnie od siebie obwodów:

 Obwód wysokotemperaturowy

 Obwód średniotemperaturowy

 obwód niskotemperaturowy

Działaniem wszystkich obwodów chłodzenia steruje moduł sterujący zespołu napędowego (N127). Analizuje dane z czujników temperatury i w razie potrzeby zasterowuje elektryczną pompę wodną w obwodzie wysokotemperaturowym oraz zawory regulacyjne. W obwodach wysoko- i średniotemperaturowym zamontowane są mechaniczne termostaty.

Zadaniem obwodu wysokotemperaturowego jest chłodzenie skrzyni korbowej. Cyrkulacja płynu chłodzącego w obwodzie wysokotemperaturowym jest wymuszana przez elektryczną pompę wodną. Na skutek podwyższenia odporności termicznej skrzyni korbowej do 125 °C termostat obwodzie wysokotemperaturowym otwiera się dopiero przy temperaturze ok. 115 °C i od ok. 120 °C pozostaje całkowicie otwarty. Takie rozwiązanie redukuje ilość ciepła oddawaną przez wszystkie obwody i ogólnie optymalizuje odprowadzanie ciepła.

Obwód średniotemperaturowy chłodzi głowicę cylindrów. Cyrkulacja płynu chłodzącego jest wymuszana przez mechaniczną pompę wodną. Przy temperaturze płynu chłodzącego ok. 73 °C termostat pozostaje zamknięty i od ok. 80 °C jest całkowicie otwarty. W obwodzie średniotemperaturowym dodatkowo zamontowany jest zawór regulacyjny, sterujący przepływem przez wymiennik ciepła olej silnikowy-płyn chłodzący. Reguluje on temperaturę oleju na 110 °C. W obwodzie średniotemperaturowym podwyższono łączny przepływ płynu chłodzącego do 370 l/min optymalizując w ten sposób odprowadzanie ciepła z głowicy cylindrów.

Obwód niskotemperaturowy jest nieregulowany i utrzymuje temperaturę w przedziale 50-70 °C. Cyrkulacja płynu chłodzącego jest wymuszana przez elektryczną pompę wodną. Chłodzenie powietrza doładowywanego następuje pośrednio przez płyn chłodzący w obwodzie niskotemperaturowym.

Dalsze zalety chłodzenia strefowego:

 efektywne chłodzenie głowicy cylindrów

 obniżenie zużycia paliwa w wyniku:

 zastosowania oleju o podwyższonych właściwościach smarnych

 podwyższonej temperatury ścianek cylindrów

 braku cyrkulacji płynu chłodzącego w skrzyni korbowej w fazie rozgrzewania

 redukcji przepływu płynu chłodzącego w skrzyni korbowej

 rozgrzewania oleju silnikowego przez obwód średniotemperaturowy i braku cyrkulacji płynu chłodzącego w obwodzie wysokotemperaturowym

 odpowiednie do potrzeb chłodzenie oleju

 rozgrzewanie oleju przekładniowego w fazie rozgrzewania silnika

 Obwód niskotemperaturowy w modelu A 45 S jest wyposażony w wymiennik ciepła płyn chłodzący-czynnik chłodzący, zapewniający dodatkowe chłodzenie powietrza doładowywanego, zwłaszcza podczas wyścigów torowych przy wysokiej temperaturze otoczenia.

 Dalsze informacje znajdują się w opisie funkcji "Zarządzanie ciepłem, funkcje główne" GF07.10-P-9900A.

 W przypadku prac serwisowych lub naprawy w obwodzie wysoko- i/lub niskotemperaturowym trzeba opróżnić oba obwody i na nowo napełnić podciśnieniowo. Podczas testów i napraw należy postępować zgodnie z punktem "Napełnianie płynem chłodzącym i odpowietrzanie układu chłodzenia" AR20.00-P-1142-04A.

P20.00-A021-76

P20.00-A040-79

Układ sterowania pracą silnika

CAMTRONIC po stronie wydechu

Silnik M139 niezależnie od klasy mocy jest wyposażony w CAMTRONIC po stronie wydechu.

Umożliwia to przełączanie na optymalny profil krzywek w zależności od warunków pracy silnika i zamiarów kierowcy. Do dyspozycji są dwa profile wznoszące, a wszystkie zawory wydechowe są uruchamiane przez identyczny profil. Przełączanie następuje przez współosiowo przesuwane segmenty krzywkowe i jest realizowane energooszczędnie przez elektryczne elementy wykonawcze. Elementy wykonawcze pobierają energię tylko podczas przełączania, następnie nie są zasilane prądem.

Wynikają z tego następujące korzyści:

 szybsze wytwarzanie ciśnienia doładowania w dynamicznym dolnym zakresie częściowego obciążenia

 lepsza dynamika spalin podczas dynamicznej jazdy (dolny zakres częściowego obciążenia)

 szybsze reakcje turbosprężarki

 ograniczenie strat wynikających ze zmian wypełnienia cylindrów

 wyższy komfort i niższe zużycie paliwa w statycznym dolnym zakresie częściowego obciążenia

Nastawniki faz ssania i wydechu

Ponadto wałki rozrządu zaworów ssących i wydechowych są wyposażone w nastawniki, umożliwiające niezależne od siebie zmiany faz. Wałki rozrządu są przy tym przekręcane względem wału korbowego, co zmienia czasy zamykania i otwierania zaworów wydechowych i ssących. Przekrycie zaworów jest zmienne. Przy dużym przekryciu zawory wydechowe zamykają się późno, a zawory ssące otwierają wcześnie.

Duże przekrycie zaworów w trybie częściowego obciążenia obniża temperaturę spalania i redukuje emisję tlenków azotu (NOx). Z kolei ponowne zasysanie spalin daje efekt wewnątrzsilnikowej recyrkulacji spalin.

Przy małym przekryciu zawory wydechowe zamykają się wcześnie, a zawory ssące otwierają późno. Małe przekrycie na biegu jałowym nie dopuszcza do przedostawania się powietrza do kanału wydechowego i spalin do kanału ssącego. W trybie pełnego obciążenia dodatkowy dopływ powietrza wytwarza efekt dodatkowego doładowania i podwyższa moment obrotowy.

 Dalsze informacje na temat rozrządu znajdują się w opisie funkcji "Rozrząd zaworowy, funkcje główne" GF05.00-P-1001A.

P05.00-A000-76

Kombinowany wtrysk bezpośredni/do kolektora ssącego

W silniku M139 po raz pierwszy zastosowano dwustopniowy, kombinowany wtrysk bezpośredni/do kolektora ssącego. Ciśnienie wtrysku paliwa osiąga wartość do 200 bar. Jako pompa wysokiego ciśnienia stosowana jest pompa jednostemplowa z zaworem regulacji przepływu zamontowanym w module pompy. Paliwo jest tłoczone przez wysokociśnieniowy kolektor rozprowadzający do wtryskiwaczy, które centralnie rozmieszczone prowadzą do komór spalania. Wtryskiwacze są sterowanymi piezoelektrycznie zaworami stożkowymi.

W celu spełnienia wymagań silnika M139 w trybie pełnego obciążenia dodatkowo zastosowano układ wtrysku w kanały kolektora ssącego z zaworami elektromagnetycznymi. Elektronicznie sterowany dopływ paliwa następuje pod ciśnieniem 6,7 bara.

Dodatkowe dysze wtryskowe są uruchamiane w trybie pełnego obciążenia w następujących warunkach:

 prędkość obrotowa silnika > 3500 obr./min

 obciążenie silnika  60 %

Silnik M139 jest zaprojektowany wyłącznie do spalania jednorodnego. Z wysokiej dynamiki procesu wtryskiwania z minimalnymi czasami otwarcia wynika wysoka trwałość impulsu, co ma wpływ na zachowania NVH.

Dzięki następującym parametrom osiągnięto obniżenie emisji hałasu:

 liczba impulsów wtrysku

 skok wtryskiwaczy

 gradient otwarcia

 ciśnienie wtrysku

W zaworze regulacji przepływu, który steruje dopływem paliwa do pompy wysokiego ciśnienia obniżono masę ruchomych elementów.

Ogólnie cały pakiet jest lepiej odłączony od powierzchni przylegania do głowicy cylindrów dzięki tak zwanej bardziej miękkiej podkładce otworowej. Lepsze właściwości tłumiące redukują dalsze przesyłanie impulsów w dźwięku materiałowym.

Głównym warunkiem jest przy tym, aby piezo wtryskiwacze przez cały okres żywotności silniki zachowały swoją dokładną pozycję w komorze spalania. W sumie udało się zmniejszyć sztywność podkładki otworowej o ok. połowę w porównaniu do poprzedniego silnika.

 Dalsze informacje na temat rozrządu znajdują się w opisie funkcji "Wytwarzanie mieszanki, funkcje główne" GF07.00-P-1000A.

P07.03-A005-79

Turbosprężarka typu twin-scroll i nastawnik klapy regulacji ciśnienia doładowania z tyłu

Istotnym warunkiem znacznego zwiększenia mocy w stosunku do poprzedniego silnika M 133 była kompletna modyfikacja komponentów prowadzących powietrze przez wlotem do komory spalania.

Filtr powietrza i kratka wlotu powietrza zostały zaprojektowane na nowo i dostosowane do dostępnego miejsca w komorze silnika. Musiały być przy tym uwzględnione wymagania dotyczące ochrony pieszych.

Prowadnica powietrza jest zaprojektowana w taki sposób, że drogi przepływu wykazują możliwie niewielki opór, aby osiągnąć korzystne proporcje przepływu w występujących warunkach.

Znaczący wpływ na wysoki moment obrotowy przez duże części zakresu prędkości obrotowej, na niskie zużycie paliwa oraz niski poziom emisji spalin ma, oprócz koncepcji zmiany doładowania, również ruch doładowania. W tym celu poprzez odpowiednie zaprojektowanie głowicy cylindra generowane są wysokie turbulencje, które poprawiają jeszcze bardziej proces spalania.

P09.00-A000-76

P09.40-A009-76

Doładowanie

Zasadniczym elementem układu doładowania jest dwuprzepływowa turbosprężarka o odporności termicznej do 980 °C. Obudowa koła turbiny ma integralną izolację, co chroni okoliczne elementy przed uszkodzeniami. Kolektor wydechowy ma również podzielony przepływ na cylindry 1 i 4 oraz 2 i 3, odpowiednio do kolejności zapłonów.

Regulacja ciśnienia doładowania

W celu wykorzystania całego potencjału turbosprężarki całkowicie zmieniono także regulator ciśnienia powietrza doładowanego. Dotychczas uruchamiany podciśnieniowo siłownik został zastąpiony elektrycznym siłownikiem klapy regulacji ciśnienia doładowania/przepustnicy spalin, co poprawia precyzję zwrotnej informacji o położeniu, przyspiesza regulację ciśnienia doładowania i ułatwia też diagnostykę.

Regulacja ciśnienia powietrza doładowywanego następuje poprzez siłownik klapy regulacji ciśnienia doładowania. Jest on zasterowywany przez moduł sterujący ME w zależności od wartości charakterystycznych i obciążenia w celu regulacji ciśnienia doładowania. W tym celu moduł sterujący ME analizuje sygnały następujących czujników i funkcji zarządzania pracą silnika:

 Czujnik ciśnienia i temperatury przed przepustnicą, ciśnienie doładowania i temperatura powietrza doładowywanego

 Czujnik ciśnienia i temperatury za przepustnicą, ciśnienie i temperatura w kolektorze ssącym

 Czujnik ciśnienia za filtrem powietrza, ciśnienie zasysania

 Czujnik pedału gazu, postulat obciążenia od kierowcy

 Czujnik Halla wału korbowego, prędkość obrotowa silnika

 Regulacja spalania stukowego, zabezpieczenie przed przeciążeniem skrzyni biegów, zabezpieczenie przed przegrzaniem

W celu zmniejszenia ciśnienia doładowania napędzający koło turbiny strumień spalin jest przełączany na obejście poprzez otwarcie klapy regulacji ciśnienia doładowania.

Siłownik klapy regulacji ciśnienia doładowania uruchamia poprzez drążek klapę regulacji ciśnienia doładowania, która otwiera obejście. Wprowadzana w obwód obejściowy część strumienia spalin omija koło turbiny, co powoduje ograniczenie prędkości obrotowej turbiny i wyregulowanie ciśnienia doładowania. W ten sposób ciśnienie doładowania może być dopasowane do aktualnego postulatu obciążenia silnika.

Do monitorowania aktualnego ciśnienia i temperatury na odcinku powietrza doładowywanego w turbosprężarce aż do rozdzielacza powietrza doładowywanego moduł sterujący ME ocenia sygnały czujników ciśnienia i temperatury i dopasowuje ciśnienie doładowania do wymagań silnika.

 Dalsze informacje na temat rozrządu znajdują się w opisie funkcji "Doładowanie, funkcje główne" GF09.00-P-9900A.

Odpowietrznik skrzyni korbowej wbudowany w rozdzielacz powietrza doładowywanego

Wentylowanie i odpowietrzanie skrzyni korbowej silnika M139 następuje poprzez rozdzielacz powietrza doładowywanego.

P01.40-A000-76

Pasek napędu pompy olejowej w oleju

Zasilanie olejem M139 zapewnia mechanicznie napędzana i regulowana ciśnieniowo pompa olejowa. Napęd jest przekazywany z wału korbowego łańcuchem na pompę wodną, a następnie poprzez pracujący w kąpieli olejowej pasek na pompę olejową. Wbudowany w skrzynię korbową elektryczny zawór umożliwia ustawianie zmiennych wartości ciśnienia oleju, w zależności od wartości charakterystycznych obciążenia silnika i prędkości obrotowej w celu redukcji mocy napędowej, zwłaszcza w zakresie częściowego obciążenia silnika. Wymienny filtr oleju jest umieszczony w module filtra oleju/chłodnicy oleju przykręconym do miski olejowej. Chłodzenie oleju odbywa się za pomocą wymiennika ciepła oleju/płynu chłodzącego, który jest przykręconą na stałe częścią modułu.

P18.10-A002-76

Układ wydechowy

Nowy silnik M139 w modelach Mercedes-AMG A 45 i A 45 S jest wyposażony w znany przełączany układ wydechowy AMG Performance ze sterowanymi klapami. Sterowanie odbywa się poprzez charakterystykę w zależności od:

 programu jazdy AMG DYNAMIC SELECT

 Położenie pedału gazu

 Prędkość obrotowa silnika

P49.10-A035-76

P01.00-A038-76