发动机

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导言

新款发动机 M139 (梅赛德斯 AMG A 45 和 A 45 S 车型中) 是一款横向安装的直列式 4 缸火花点火型发动机, 组合采用直接喷射/进气歧管喷射.

采用 2.0 升的排量, 有 2 级输出功率: 285 kW 和 310 kW.

由于发动机横向安装, 涡轮增压器和排气歧管位于后部, 横隔板朝向车内的一侧 (从行驶方向看). 进气系统位于前部. 这一布局使前部设计更显平整, 空气动力学性能更佳, 改善了进气和排气侧的气流.

其他新特性概览

• 带 3 条冷却回路的分区域冷却

• 发动机管理

• 排气侧的可变气门升程系统 (CAMTRONIC)

• 后部带凸轮轴调节器的正时总成

• 带滚子摇臂的气门机构

• 组合式直接喷射和进气歧管喷射

• 通过后部双涡旋涡轮增压器和增压压力控制风门促动器增压

• 集成在增压空气分配器中的曲轴箱通风系统

• 进行油泵操作的浸油式皮带

• 排气系统

带 3 条冷却回路的分区域冷却

由于发动机输出功率增大至 310 kW, 需要对发动机冷却系统采取其他措施. 目的在于通过执行降耗措施实现最大输出时的最佳冷却效果.

分区域冷却 (包括三条独立回路) 用于发动机 M139:

• 高温回路

• 中温回路

• 低温回路

传动系统控制单元 (N127) 对所有冷却回路进行调节. 其评估温度传感器的数据并促动高温回路中的电动冷却液泵, 必要时还会促动调节阀. 机械节温器安装在高温和中温回路中.

通过分区域冷却, 高温回路可确保对曲轴箱进行冷却. 为此, 冷却液通过电动冷却液泵在高温回路中循环. 由于曲轴箱的部件保护温度升高至 125 °C, 因此高温回路中的节温器仅在温度约为 115 °C 开始打开, 在约 120 °C 开始完全打开. 这一措施有利于减少所有回路中的废热并优化车辆侧的散热.

中温回路用于对气缸盖进行冷却. 为此, 冷却液通过机械冷却液泵进行循环. 节温器会保持关闭状态, 直到冷却液温度约为 73 °C, 并在温度约 80 °C 开始完全打开. 中温回路中还安装了调节阀, 用于调节发动机油水热交换器的流量. 其将油温调节至 110 °C. 气缸盖处中温回路中的总体冷却液量流率增加至 370 L/分钟, 从而优化了散热效果.

低温回路不可调节; 工作温度为 50 至 70 °C 之间. 冷却液通过电动冷却液泵循环. 增压空气通过低温回路中的冷却液间接冷却.

分区域冷却的其他好处:

• 高效的气缸盖冷却

• 燃油经济性更佳, 得益于:

• 采用低摩擦油

• 气缸壁温度升高

• 暖机期间曲轴外壳中的固有冷却液

• 曲轴外壳中冷却液流量降低

• 发动机油通过中温回路和高温回路中的固有冷却液加热

• 所需机油冷却

• 暖机时对变速箱油进行加热

 在 A 45 S 车型中, 低温回路装配了制冷剂/水热交换器, 可提供额外的增压空气冷却性能, 特别是在车外温度较高时的赛道行驶期间.

 有关更多信息, 请参见功能说明 "基本热量管理功能" GF07.10-P-9900A.

 对高温回路和/或中温回路进行保养或修理操作时, 必须排空两条回路并再次抽真空. 请遵照检查和修理作业操作步骤 "注入冷却液并对冷却系统进行排气" AR20.00-P-1142-04A.

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发动机管理

排气侧的可变气门升程系统 (CAMTRONIC)

M139 的所有输出类型都装配了排气侧可变气门升程系统 (CAMTRONIC).

可根据发动机工作情况和驾驶员请求设定最佳凸轮轮廓. 有两种高度可选; 所有的排气门可以相同的高度启用. 由凸轮扇形盘进行切换, 扇形盘可轴向移动, 可通过电子促动器进行节能切换. 促动器仅在切换操作期间需要能量, 随后会断电.

由此产生了以下的优点:

• 在动态低部分负荷运行模式中增压压力增大更快

• 动态驾驶模式中 (低部分负荷) 废气的动态效果更佳

• 涡轮增压器的响应时间优化

• 降低负载变化损失

• 静态低部分负荷运行模式中舒适性提高且消耗量降低

进气和排气的阶段设置装置

此外, 进气和排气凸轮轴的正时可通过设置装置单独分阶段进行调节. 为此, 凸轮轴相对于曲轴发生扭转, 排气的关闭状态和进气的开启状态改变. 气门重叠情况不断变化. 气门重叠量较大时, 排气关闭较晚且进气打开较早.

在部分负荷情况下, 较多的气门重叠量会使燃烧温度降低, 氮氧化物 (NOx) 的形成减少. 在排气侧, 再次吸入废气可实现内部废气再循环.

气门重叠量较小时, 排气关闭较早且进气打开较晚. 较小的气门重叠量可防止怠速时空气过量流入排气口以及排气过量流入进气口. 在全负荷运行期间, 空气的后续流动可在扭矩较大时达到增压效果.

 有关发动机正时的更多信息, 请参见功能说明 "基本气门正时功能" GF05.00-P-1001A.

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组合式直接喷射和进气歧管喷射

第一次将燃油喷射到发动机 M139 中时通过两阶段的组合式直接喷射和进气歧管喷射方式执行. 燃油喷射压力高达 200 bar. 作为高压泵, 单活塞泵和集成在泵模块中的流量控制阀一起使用. 燃油经高压油轨输送至喷油器, 后者位于燃烧室的中央位置并导入燃烧室中. 压电控制式提升阀用作喷油器.

为满足发动机 M139 全负荷运行时的要求, 添加了带电磁阀的进气歧管端口喷射. 电控式燃油供给系统以 6.7 bar 的压力工作.

在以下情况下的全负荷运行期间, 附加喷油嘴启用:

• 发动机转速 > 3,500 rpm

• 发动机负荷 ≥ 60 %

发动机 M139 专为均匀燃烧系统设计. 喷射过程中设计的高水平动态以及最小开启时间会产生高脉冲保持能力, 并对 "NVH" 特性产生影响.

通过以下参数可优化喷射期间的噪音情况:

• 喷射脉冲次数

• 喷油器行程

• 开启梯度

• 喷射压力

在燃油高压泵的流量控制阀 (可控制流入高压泵的燃油量) 中, 对移动零部件进行了定量减重.

整个组件均磨光且通过所谓的硬度较低的多孔盘加强了喷射器接触面在气缸盖上的退耦. 提高了减震性能, 有助于减少脉冲转为结构传播声音.

基本要求是在发动机的整个使用寿命中压电式喷油嘴保持其在燃烧室中的精准位置. 总而言之, 与前辈车型发动机相比, 多孔盘的硬度降低了近一半.

 有关发动机正时的更多信息, 请参见功能说明 "基本功能: 混合气形成" GF07.00-P-1000A.

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通过后部双涡旋涡轮增压器和增压压力控制风门促动器增压

与前辈车型发动机 M 133 相比, 输出功率显著提高的主要要求是重新设计了燃烧室上游传输空气的部件.

空气滤清器和进气格栅被重新设计并适用于发动机舱中的新的可用空间. 该过程中, 还需考虑行人保护相关的要求.

设计空气导管, 使流路的阻力尽可能的小, 从而在现有条件下获得低成本的流动条件.

除了气体循环设计, 增压移动还通过转速范围的大部分区域对高扭矩, 低耗油量和低废气排放产生明显影响. 为此, 高湍流通过气缸盖相应设计产生. 这可进一步改善燃烧过程.

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增压

增压系统的核心部件是双管路涡轮增压器, 可承受高达 980 °C 的高温. 涡轮外壳装配了整体式隔垫, 用于保护周围部件. 歧管中的气流也是分开的, 根据点火顺序将 1 号和 4 号气缸及 2 号和 3 号气缸组合.

增压压力控制的功能顺序

为了充分发挥涡轮增压器的潜在性能, 还对增压压力控制系统进行了重新设计. 之前为真空操作的促动器, 现在由增压压力控制风门的电动促动器替代. 由于其位置反馈和更高的定位率, 增压压力控制和诊断明显改善.

增压压力控制通过增压压力控制风门促动器实现. 电控多端顺序燃料喷注/点火系统 (ME-SFI) [ME] 控制单元以特性图和负荷控制方式促动促动器, 以进行增压压力控制. 为此, 电控多端顺序燃料喷注/点火系统 (ME-SFI) [ME] 控制单元评估来自以下传感器的信号和发动机管理系统的功能:

• 节气门上游的压力和温度传感器, 增压压力以及增压空气温度

• 节气门下游的压力和温度传感器, 进气歧管压力和进气歧管温度

• 空气滤清器下游的压力传感器, 进气压力

• 油门踏板传感器, 驾驶员发出的负荷请求

• 曲轴霍尔传感器, 发动机转速

• 爆震控制, 变速箱过载保护, 过热保护

为减小增压压力, 通过打开增压压力控制阀, 用于驱动涡轮的废气流通过旁路被转移.

增压压力控制风门促动器通过连杆促动增压压力控制风门, 后者实现旁路. 一部分废气流通过旁路被引导至涡轮, 由此可调节增压压力并限制涡轮转速. 通过这种方式, 可根据发动机的当前负荷需求调节增压压力.

为监测由涡轮增压器到增压空气分配器的增压空气管路中的当前压力和温度情况, 电控多端顺序燃料喷注/点火系统 (ME-SFI) [ME] 控制单元评估来自压力和温度传感器的信号, 并将增压压力调节至发动机相关请求.

 有关发动机正时的更多信息, 请参见功能说明 "基本增压功能" GF09.00-P-9900A.

集成在增压空气分配器中的曲轴箱通风系统

M139 中的曲轴箱通过增压空气分配器实现排气和通风.

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进行油泵操作的浸油式皮带

M139 通过机械传动的压力调节油泵供油. 驱动从曲轴开始, 通过链条传递至水泵, 然后通过浸油式皮带传递至油泵. 通过集成在曲轴箱中的电子阀可根据发动机负荷特性图, 发动机转速和油温对油压进行不断调节, 以减少驱动输出, 特别是部分负荷范围时的输出. 可变换的机油滤清器安装在固定至油底壳的机油滤清器模块或机油冷却器模块上. 使用机油冷却液热交换器进行机油冷却, 其是牢固的模块附属部件.

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排气系统

新款 M139 发动机 (梅赛德斯 AMG A 45 和 A 45 S 车型中) 装配了熟知的带风门控制的可切换 AMG 高性能排气系统. 其由特性图根据以下内容控制:

• AMG 动态操控选择 (DYNAMIC SELECT) 驾驶模式

• 油门踏板位置

• 发动机转速

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