賓士柴油發動機OM654詳細介紹

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賓士OM654柴油發動機介紹

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賓士汽車在2016年發布了全新直列四缸柴油機，該款發動機是為了滿足歐六排放法規而研發的未來發動機，真實駕駛模式下，NOx排放遠低於歐六排放法規的限制（80mg/km），大部分工況下，NOx排放在13-20mg/km。該發動機較賓士上一代產品重量減輕了17%，燃油經濟性提升了13%，該款發動機的詳細參數見表1。圖1為OM654發動機扭矩以及功率曲線。該款發動機能夠在較低的發動機轉速下達到最大扭矩，最大功率可達143kW。

表1 OM654詳細參數表

圖1扭矩和功率特性曲線

OM654在開發時充分考慮了發動機的重量、摩擦以及NVH，為了滿足歐六排放法規進行了許多技術上的創新，具體採用的技術見圖2。

圖2 OM654主要應用的技術

機體

首先，這款發動機為了降低發動機重量，採用了鋁合金機身，並才曲軸箱部分加入了奈米塗層，從而使其強度大幅提升。同時對冷卻系統也進行了優化，缸頭上有兩個冷卻水道，從而提升了冷卻能力，降低了發動機的熱負荷。在曲軸箱安裝了兩根平衡軸，用來降低發動機的振動，提升NVH性能。

活塞

該款發動機採用了鋼活塞，應用的材料為42GrMo4，採用鍛造和焊接工藝制成。採用鋼活塞能夠提升活塞的強度，同時減小活塞的尺寸。圖3為鋁合金和鋼活塞對比圖，由圖可知，採用鋼質材料能夠大幅減小活塞的尺寸，這樣就可以使發動機的整體尺寸減小，從而使發動機的重量減輕。雖然全鋼活塞相比於鋁合金活塞的重量要重，導熱性要差，但是這些缺點可以通過合理的活塞結構優化來改善。由圖可知，鋼活塞的冷卻腔容積要明顯大於鋁合金活塞。該款發動機設計了全新的階梯式燃燒室，能夠提高缸內油氣混合的效率，從而提升燃燒效率降低soot排放。

圖3鋁合金和鋼活塞對比圖

EGR系統

圖4為EGR系統圖以及MAP圖，由圖可知，該款發動機採用了高低壓EGR系統。高壓EGR系統採用了傳統的高壓EGR策略，在渦前取氣，然後經由溫度控制系統通入進氣總管。低壓EGR系統從SCR系統之後取氣，然後由提升閥控制EGR率，通入壓氣機上遊。該款發動機設計了EGR的熱管理系統，在高低壓EGR系統都設置了旁通閥，從而更加做到空氣系統的精確控制。

從EGR的MAP圖可以發現，EGR基本做到了發動機運行工況的全覆蓋，只在高轉速區域沒有採用EGR，在低速地扭矩區域採用的中高比例的EGR。對柴油而言，低速低負荷是排放控制最難的區域，這個區域後處理器的效率較低，尤其是SCR系統在低溫下的催化效率較低，因此只能依靠缸內淨化來降低NOx排放。

圖4 EGR系統圖以及MAP圖

後處理系統

該款發動機採用了DOC+DPF+SCR後處理組合，尾氣先經過DOC，提升尾氣中的NO2比例，然後經過DPF過濾，再經過SCR系統。通過機內淨化策略使得低速低負荷區域的Nox排放降低，這樣就使後處理系統的熱管理難題得以解決。

圖5 OM654後處理系統

總結

賓士OM654這款發動機採用全鋁機身，輕量化的材料使發動機重量大幅降低；採用鋼活塞並開發出新型燃燒室，從而使得燃燒效率特以提升，降低了soot排放；採用了機內淨化和後處理協同工作的方式來控制發動機排放，從而使得發動機的排放能夠滿足嚴苛的歐六排放法規。

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