新款奔驰M282四缸汽油发动机技术亮点介绍(上)

◆文/福建 林宇清

自2018年5月起，梅赛德斯-奔驰推出了一款型号名称为M282的新4缸火花点火型直喷发动机(图1、图2)，该款发动机采用横向安装设计带有增压装置，排量为1.4L，装配在A级177车型上。在发动机的概念中，降低耗油量是主要关注点，M282在油耗方面设立新的标准，并且还在收益性和二氧化碳(CO2)效率之间达成一个折中点。该款发动机分80kW、100kW和120kW三个输出等级(图3)。

图1 M282发动机

图2 发动机左前视图

图3 性能图

该款发动机除了尺寸紧凑、重量轻和动态性能高的特点外，还具有以下重要特性的概述。

(1)压铸铝曲轴箱、紧凑型汽缸盖(图4)，在降低车辆重量方面起关键作用，增强了车辆动态性能。

(2)三角型汽缸盖(图5)。

(3)均匀燃烧系统。

(4)排气歧管部分集成在汽缸盖中。

(5)涡轮增压器更灵活，更快且更精确地对增压压力进行电动调节。

(6)位于中央位置的电磁阀喷油器。

(7)风冷式增压空气冷却器，增加空气密度并因此增加输出量。

(8)采用NANOSLIDE®技术的复合涂层系统减少摩擦并作为低磨损的基础。

(9)带“类钻炭”(“DLC”)的活塞环，类钻炭非常耐磨且是一种优良的导热体。

(10)曲轴和连杆由锻钢构成，在高负荷区域更具稳定。

(11)120kW型号可变气门升程系统(CAMTRONIC)汽缸停用(CSO)。

(12)汽油微粒滤清器。

(13)空气管道–谐振器和减震器用于减少噪音的精密措施。

(14)由于采用了全新的"NVH(噪音、振动、声振粗糙度)“技术”，因此，与上一代发动机M270相比，其噪音和振动舒适性更高。

本文讲解该款发动机的技术亮点，即各系统及其功能。为便于了解，按发动机的组成和工作原理，将其分为以下若干系统逐一介绍。

一、两机构系统

该系统主要包括了发动机的两大机构(曲轴连杆机构和配气机构)和其他机械部件，如汽缸盖、曲轴箱等。

1.汽缸盖

全新的“三角形”汽缸盖体现了特殊设计的特点，此处的关键在于通过凸缘表面的较大斜度、内部气门间隙补偿元件、最低凸轮轴距离、从进气口到涡轮增压器的气体路线的硬性设计、部分集成式排气歧管、高效冷却和中央喷射器位置来实现轻量化和紧凑型结构。由于汽缸盖的特殊形式，省略了经典型汽缸盖罩，使其具有自由碰撞纵向空间、废气再处理装置的安装空间和缸盖轮廓方面的优势，特别是其可以在三角形汽缸盖的汽缸中央使用较高刚度，以提高汽缸盖刚度和强度的重要标准，同时还可显著降低重量。

图4 汽缸盖紧凑型结构

图5 三角形汽缸盖

2.汽缸停用(CSO)

输出功率为120kW的M282具有汽缸停用功能(图6)，从而“实现动态缩小”，因此，在低负荷和转速范围下，可关闭4个汽缸中的两个而继续提供充足的工作能量输入。根据实际的发动机转速和扭矩，2号和3号汽缸由停用的喷射和点火装置通过进气门和排气门上的“气门升程”在打开和关闭行程之间的切换。因此，通过增加标准的汽缸负荷来降低耗油量。

图6 汽缸停用

与多缸发动机相比，在车辆相等的工作能量输入期间，停用的2个汽缸具有将主动式汽缸的负荷点移动到较高负荷的效果。对于各进气凸轮轴和排气凸轮轴，凸轮衬套可以通过轴向移动来确保内部汽缸的两个汽缸在不同的凸轮行程之间进行切换。对于CSO(图7)的运转，凸轮切换至“0升程”，滚子摇臂通过360°基圆运行在此位置，且气门保持关闭；第二个升程位置是常规的“全升程”凸轮，工作情况与多缸发动机类似，如1号和4号汽缸的运转。

对于停用和启用CSO，各促动器销移至凸轮衬套的换档槽中，在凸轮轴旋转期间，换档在各气门凸轮的基圆区域中逐渐进行，换档槽位于可移动的凸轮衬套之间的中央位置，这使得每个凸轮轴上仅有一个促动器可以促动汽缸停用.

在发动机控制系统内部整体图中，CSO使用受若干因素的影响，在以下情况下可使用CSO:

•ECO启动停止系统启用，无法通过启动/停止按钮停用；

•冷却液温度>46℃，取决于环境温度和车内加热请求；

•舒适性驾驶模式或节能模式(ECO)，在2挡起步；

•车速>1 8 k m/h，发动机转速<1 600r/min(“DCT”)；

•车速>45km/h，取决于舒适性要求；

•催化转换器温度>320℃；

•进气温度>-30℃；

•蓄电池电压>10V；

在以下情况下不可使用CSO:

•冷却液温度>110℃；

•驾驶模式运动模式，手动模式以及手动换挡操作期间；

•车速>1 7 0 k m/h 或发动机转速>3 800r/min；

图7 CSO部件

3.曲轴连杆机构

M282曲轴箱(图8)采用压铸铝工艺制造“缸顶外漏”结构，其连续减小阻立的其他部件是基于双丝电弧喷涂涂层(“TWAS”)工艺的汽缸涂层，除了摩擦，重量较轻也是创新汽缸套技术的优势，因为该原因以及使用低摩擦油的发动机设计对减少CO2起到了更重要的作用。

图8 曲轴箱

曲轴和连杆由锻钢制成，缩小至直径42mm的主轴承和40mm的连杆轴承的轴承点和超精细加工有助于改善摩擦(图9)。活塞由铝铸造工艺制成，活塞环的“DLC”涂层会使摩擦系数非常低，活塞裙已调节且活塞提供有减摩涂层。由于输出提高，活塞顶部的热负荷和机械负荷增加，为减少热负荷并降低活塞顶的温度，使用喷油嘴冷却活塞，在保持稳定燃烧的同时降低发动机排放。活塞冷却装置集成在机油回路的热量管理系统中。

图9 曲轴连杆机构

4.皮带驱动

图10 皮带驱动

皮带驱动装置(图10)驱动冷却液泵、制冷剂压缩机和发电机，它由使用扭转减震器的可分离的皮带轮驱动，使用带聚酯拉绳的V型皮带，可使皮带具有低预紧力，从而有助于最小化摩擦力。扭转减振器包括一个扭转减振器和一个弹性性退耦，可减小皮带拉力。利用新的皮带张紧器概念，将皮带轮紧器安装到发动机上，还有助于降低装配空间。

二、燃油供应系统

M282与M270相同，燃油供应系统由低压燃油泵提供燃油，经单活塞高压泵压缩至高达250bar的燃油压力，然后通过喷油嘴喷入缸内(图11)。

图11 燃油高压系统

高压泵通过排气凸轮轴上的4个折叠凸轮驱动，泵上集成了一个流量控制阀，由ME控制，用于调节燃油流率，从而适用于泵活塞的各个行程。滚轮式挺杆将行程传送至连接在进气侧的高压泵的活塞上。因此，每个工作循环产生一个高压泵行程，而行程的角度位置被设计为产生链条传动的最低负荷。

喷油器位于发动机燃烧室的中央，因为高达2 5 0 b a r(1bar=105Pa)的燃油压力会接触喷油器，因此，必须通过喷油器的控制时间精确确定喷油量。在喷油器内部，电动控制提升电磁阀启用带6个喷射口的多孔阀中的滚针，对准燃油喷嘴，使阀和火花塞都不会直接碰撞。对于喷油器，其根据测量电子信号单独识别浮针的闭合，因此确定促动结束和喷射结束之间的时间偏移。此外，燃油箱通过活性炭过滤器实现通风，在“多灰尘国家”，将滤尘器安装到活性炭过滤器周围的空气管路上。