Двигатель

P01.10-A072-76

Введение

Новым двигателем M139 на моделях Mercedes-AMG A 45 и A 45 S является устанавливаемый поперечно рядный 4-цилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием с комбинированным непосредственным впрыском и впрыском во впускной коллектор.

При рабочем объеме 2,0 л он доступен в 2 вариантах мощности: 285 кВт и 310 кВт.

За счет поперечного монтажа турбокомпрессор и выпускной коллектор расположены, если смотреть в направлении движения, сзади на стороне перегородки к салону. Система впуска расположена впереди. Такое расположение делает возможным более плоский и более аэродинамичный дизайн передней части и улучшает прохождение воздуха, как на стороне впуска воздуха, так и на стороне выпуска ОГ.

Обзор других новинок

 Зонное охлаждение (Section cooling) с 3 циркуляционными контурами охлаждения

 Система управления двигателем

 Система CAMTRONIC на стороне выпуска

 Привод распределительного вала сзади в горизонтальном положении вместе с механизмом изменения фаз газораспределения

 Клапанный механизм с роликовым балансиром

 Комбинированный прямой впрыск и впрыск во впускной коллектор

 Наддув за счет расположенного сзади турбокомпрессора с двухканальной турбиной и исполнительного элемента заслонки регулировки давления наддува

 Система вентиляции картера двигателя интегрирована в распределитель наддувочного воздуха

 Система «Belt in Oil» для работы масляного насоса

 Система выпуска ОГ

Зонное охлаждение (Section cooling) с 3 циркуляционными контурами охлаждения

Из-за повышения мощности двигателя вплоть до 310 кВт требовались дополнительные меры по системе охлаждения двигателя. Цель — оптимальное охлаждение с мерами по снижению расхода топлива.

В двигателе M139 применяется зонное охлаждение, состоящее из трех работающих независимо друг от друга циркуляционных контуров:

 Высокотемпературный контур

 Среднетемпературный контур

 Низкотемпературный контур

Блок управления трансмиссией (N127) регулирует все циркуляционные контуры охлаждения. Он оценивает данные датчиков температуры и при необходимости активирует электрический насос системы охлаждения в высокотемпературном контуре и регулирующие клапаны. В высокотемпературном и среднетемпературном циркуляционном контурах установлены механические термостаты.

Высокотемпературный циркуляционный контур при зонном охлаждении обеспечивает охлаждение блока цилиндров. При этом циркуляцию охлаждающей жидкости в высокотемпературном контуре обеспечивает насос системы охлаждения. За счет повышения температуры защиты детали блока цилиндров до 125 °C термостат в высокотемпературном контуре открывается только, начиная с температуры ок. 115 °C, а начиная примерно с 120 °C полностью открыт. Благодаря такой мере снижается выделяемое тепло во всех циркуляционных контурах и оптимизируется отвод тепла на стороне автомобиля.

Среднетемпературный циркуляционный контур охлаждает головку блока цилиндров. При этом циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется насосом системы охлаждения. Термостат остается закрытым вплоть до температуры охлаждающей жидкости примерно 73 °C и полностью открывается, начиная с температуры примерно 80 °C. Дополнительно в среднетемпературном контуре установлен регулирующий клапан, который управляет протеканием через жидкостно-масляный теплообменник. Он регулирует температуру масла до 110 °C. В среднетемпературном циркуляционном контуре общий поток охлаждающей жидкости повышен до 370 л/мин на головке блока цилиндров, оптимизируя тем самым отвод тепла.

Низкотемпературный контур является нерегулируемым циркуляционным контуром, чья рабочая температура находится в пределах 50-70 °C. Охлаждающая жидкость циркулируется электрическим насосом системы охлаждения. Охлаждение наддувочного воздуха осуществляется косвенно через охлаждающую жидкость в низкотемпературном контуре.

Другие преимущества зонного охлаждения:

 Эффективное охлаждение головки блока цилиндров

 Методы оптимизации расхода:

 Использование маловязкого масла

 Повышенная температура стенки цилиндра

 Неподвижная охлаждающая жидкость в картере коленчатого вала при прогреве

 Снижение объемного потока охлаждающей жидкости в картере коленчатого вала

 Нагрев моторного масла через среднетемпературный циркуляционный контур и за счет неподвижной охлаждающей жидкости в высокотемпературном контуре

 Охлаждение масла в зависимости от потребностей

 Нагрев трансмиссионного масла во время прогрева

 В модели A 45 S установлен теплообменник типа «хладагент - вода» в низкотемпературном контуре, который особенно в гонках при высоких температурах наружного воздуха может предоставить дополнительное охлаждение наддувочного воздуха.

 Дополнительную информацию см. в функциональном описании «Система управления тепловым режимом. Основная функция» GF07.10-P-9900A.

 При выполнении сервисного обслуживания или ремонта на высокотемпературном и/или среднетемпературном контуре необходимо опорожнить оба циркуляционных контура и заново заполнить вакуумом. Необходимо соблюдать информацию для рабочего шага по проверке и ремонту «Заполнение охлаждающей жидкости и удаление воздуха из системы охлаждения» AR20.00-P-1142-04A.

P20.00-A021-76

P20.00-A040-79

Система управления двигателем

Система CAMTRONIC на стороне выпуска

В двигателе M139 во всех вариантах мощности имеется система CAMTRONIC на стороне выпуска.

При этом в зависимости от режима работы двигателя и пожелания водителя каждый раз выполняется переключение на оптимальный контур кулачка. На выбор имеется два различных повышения, все выпускные клапаны задействуются соответственно с одинаковым повышением. Переключение осуществляется через кулачковые сегменты, смещаемые по оси, включение происходит энергоэффективно через электрические исполнительные элементы. Энергия для исполнительных элементов требуется только во время процесса переключения, после этого они остаются обесточенными.

Это дает следующие преимущества:

 Более быстрое нагнетание давления наддува в низком динамическом режиме частичной нагрузки

 Более высокая динамика ОГ в динамичном режиме движения (нижняя частичная нагрузка)

 Повышенная скорость реакции турбокомпрессора

 снижение потерь при смене рабочей смеси

 Оптимизация комфорта и расхода топлива в стационарном нижнем диапазоне режима частичной нагрузки

Фазовый перестановочный механизм на впуск и выпуск

Далее фазы газораспределения впускного и выпускного распределительного вала через перестановочный механизм регулируются по фазам независимо друг от друга. При этом распределительные валы проворачиваются относительно коленчатого вала и изменяется закрытие выпуска, а также открытие впуска. Перекрытие клапанов может варьироваться. При большом перекрытии клапанов выпуск закрывается поздно, а впуск открывается рано.

При больших перекрытиях клапанов достигается снижение температуры сгорания и уменьшение образования оксидов азота (NOx) в режиме частичной нагрузки. Повторным всасыванием отработавших газов на стороне выхлопа достигается эффект рециркуляции ОГ.

При малом перекрытии клапанов выпуск закрывается рано, а впуск открывается поздно. Малые перекрытия клапанов на холостом ходу предотвращают проникновение воздуха в выпускной канал, а отработавших газов – во впускной канал. В режиме полной нагрузки притекание воздуха вызывает эффект наддува с повышенным крутящим моментом.

 Дополнительную информацию по управлению двигателем см. в функциональном описании «Клапанный механизм. Основная функция» GF05.00-P-1001A.

P05.00-A000-76

Комбинированный прямой впрыск и впрыск во впускной коллектор

Впрыск в двигатель M139 осуществляется в первый раз через двухступенчатый, комбинированный прямой впрыск и впрыск во впускной коллектор. Давление впрыска топлива достигает 200 бар. В качестве насоса высокого давления используется одноплунжерный насос со встроенным в насосный модуль регулятором расхода. Топливо с одной стороны через топливную рампу высокого давления направляется к топливным форсункам, которые расположены в центре и ведут в камеру сгорания. В качестве форсунок применяются клапаны с коническим затвором с пьезоуправлением.

Чтобы удовлетворить требованиям двигателя M139 в режиме полной нагрузки, применяется впрыск во впускной коллектор с электромагнитными клапанами. Система подачи топлива с электронным управлением работает с давлением 6,7 бар.

Дополнительные сопла форсунок подключаются в режиме полной нагрузки при следующих условиях:

 Частота вращения коленчатого вала двигателя > 3500 об/мин

 Нагрузка двигателя  60 %

Двигатель M139 предусмотрен исключительно для однородного процесса сгорания. Из-за высокой динамики процесса впрыска с минимальной продолжительностью открывания результируется очень высокое содержание импульсов с обратным воздействием на характеристики NVH.

Со следующими параметрами было достигнуто снижение шума при впрыске:

 Число импульсов впрыска

 Ход форсунки

 Градиент открытия

 Давление впрыска

В клапане управления количеством топливного насоса высокого давления, который регулирует поступление топлива в насос высокого давления, был целенаправленно снижен вес подвижных компонентов.

Общий пакет завершает лучшая развязка форсунок с поверхностью прилегания на головке блока цилиндров посредством так называемого перфорированного диска. Благодаря его повышенным демпфирующим свойствам уменьшается дальнейшее распространение импульсов механического шума.

Основным необходимым условием при этом является сохранение пьезо-форсунками своего точного положения в камере сгорания в течение всего срока службы двигателя. Однако в целом жесткость перфорированного диска может быть снижена примерно наполовину по сравнению с предыдущим двигателем.

 Дополнительную информацию по управлению двигателем см. в функциональном описании «Подготовка смеси. Основная функция» GF07.00-P-1000A.

P07.03-A005-79

Наддув за счет расположенного сзади турбокомпрессора с двухканальной турбиной и исполнительного элемента заслонки регулировки давления наддува

Важным условием повышения мощности по сравнению с двигателем предшественником M 133 была полная переработка проводящих воздух компонентов перед камерой сгорания.

Воздушный фильтр и воздухозаборная решетка имеют новую конструкцию и адаптированы под имеющееся место в моторном отсеке. При этом необходимо было принять во внимание требования, выдвигаемые к защите пешеходов.

Система воздуховодов оборудована таким образом, чтобы траектории потоков имели максимально малое сопротивление для достижения оптимальных режимов потоков в имеющихся условиях.

Значительное влияние на высокий крутящий момент через дальние пределы диапазона частоты вращения, незначительный расход топлива и низкие выбросы ОГ в дополнение к конструкции газораспределения также имеет движение наддува. Для этого ввиду соответствующей конструкции головки блока цилиндров создается высокая турбулентность, которая еще больше улучшает процесс сгорания.

P09.00-A000-76

P09.40-A009-76

Система нагнетания

Центром наддува является двухпоточный турбокомпрессор, нагружаемый до 980 °C. Корпус турбинного колеса интегрально изолирован, что обеспечивает защиту соседним компонентам. Выпускной коллектор также отделен от потока, причем цилиндры 1 и 4, и цилиндры 2 и 3 объединены согласно их порядку работы цилиндров.

Функциональный процесс регулирования давления наддува

Для того чтобы полностью реализовать весь потенциал турбокомпрессора, также была полностью переработана система регулирования давления наддува. Прежний исполнительный элемент с вакуумным приводом теперь заменен на электрический исполнительный элемент для заслонки клапана регулирования давления наддува, что позволило значительно улучшить систему регулирования давления наддува и диагностику с помощью его обратного сигнала положения и более высокой скорости действия.

Регулирование давления наддува выполняется посредством исполнительного элемента заслонки регулировки давления наддува. Он управляется по данным параметрической матрицы и в зависимости от нагрузки блоком управления ME для регулирования давления наддува. Для этого блок управления ME анализирует сигналы следующих датчиков и функций системы управления двигателем:

 Датчик давления и температуры перед дроссельной заслонкой, давление наддува и температура наддувочного воздуха

 Датчик давления и температуры за дроссельной заслонкой, давление и температура во впускном коллекторе

 Датчик давления после воздушного фильтра, давление всасывания

 Датчик положения педали газа, запрос нагрузки на двигатель от водителя

 Датчик Холла частоты вращения коленчатого вала, частота вращения коленчатого вала двигателя

 Антидетонационное регулирование, защита коробки передач от перегрузки, защита от перегрева

Для уменьшения давления наддува поток ОГ для привода турбинного колеса выводится через перепускной канал посредством открытия заслонки регулировки давления наддува.

Исполнительный элемент заслонки регулировки давления наддува посредством системы тяг задействует заслонку регулировки давления наддува, которая создает перепуск. Посредством перепуска часть ОГ направляется мимо турбинного колеса, вследствие чего регулируется давление наддува и ограничивается частота вращения турбины. Тем самым давление наддува может быть согласовано с запросом моментальной нагрузки на двигатель.

Для контроля текущих значений давления и температуры на участке от турбокомпрессора до распределителя наддувочного воздуха блок управления ME оценивает показания датчиков давления и температуры и согласовывает давление наддува с требованиями к двигателю.

 Дополнительную информацию по управлению двигателем см. в функциональном описании «Наддув. Основная функция» GF09.00-P-9900A.

Система вентиляции картера двигателя интегрирована в распределитель наддувочного воздуха

Подача и удаление воздуха из блока цилиндров в M139 осуществляется через распределитель наддувочного воздуха.

P01.40-A000-76

Система «Belt in Oil» для работы масляного насоса

Снабжение маслом в M139 происходит с помощью масляного насоса с механическим приводом и регулированием давления. Привод осуществляется от коленчатого вала через цепь на водяном насоса и оттуда через систему «Belt in Oil» на масляный насос. С помощью встроенного в блок цилиндров электрического клапана можно, в зависимости от характеристики нагрузки двигателя, частоты вращения коленчатого вала двигателя и температуры масла настраивать переменные значения давления масла для снижения приводной мощности, особенно в диапазоне частичной нагрузки. Сменный масляный фильтр входит в состав привинченного к масляному поддону модуля с масляным фильтром/масляным радиатором. Охлаждение масла происходит с помощью водо-масляного теплообменника, который является стационарно привинченной деталью модуля.

P18.10-A002-76

Система выпуска ОГ

Новый двигатель M139 на моделях Mercedes-AMG A 45 и A 45 S обладает уже известной переключаемой системой выпуска ОГ AMG Performance с управлением заслонками. Управление осуществляется через параметрическую матрицу в зависимости от следующих факторов:

 Режим движения AMG DYNAMIC SELECT

 Положение педали газа

 Число оборотов коленвала двигателя

P49.10-A035-76

P01.00-A038-76