賓士當前主力策動機——M264詳解

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賓士當前主力策動機——M264詳解 汽車 第1張

2017年底,從E級轎跑車車型238開始,引入了全新一代2.0L帶48V車載電氣系統的M264四缸發動機。基於上一代發動機M274,M264發動機進行了全新的改進,以滿足燃油消耗( 減少了20%以上的油耗), 廢氣排放, 舒適性和功率密度的要求。下面就跟隨小編來詳細了解一下賓士目前的主力發動機——M264。

賓士當前主力策動機——M264詳解 汽車 第2張

在M264系列發動機誕生之前,賓士主力發動機主要是M274系列,M264發動機正是基於M274發動機升級而來,目前M264系列發動機包括1.5T/2.0T兩款縱置發動機,成功地接替了代號為M274的老款1.6T/2.0T發動機。其都搭載了48V微混系統(2.0T有低功率版本,未搭載48V系統),在技術應用方面也保持了高度一致,均配備了BSG啟動/發電一體式電機、電動水泵、雙渦輪排氣布局、可變氣門升程等技術。

賓士當前主力策動機——M264詳解 汽車 第3張

賓士當前主力策動機——M264詳解 汽車 第4張

關於M264系列的1.5T發動機,首發是在賓士C260車型上,目前這款發動機也搭載在了賓士E260車型上,與搭載M274 2.0T低功版的E200車型共同構成E級的入門車型。而M264 2.0T發動機首發是在賓士S320L車型上,這也是史上首次採用四缸發動機的賓士S級車型,毫無疑問充當的是入門車型,不過在定位稍低的E級上,M264 2.0T亮眼的動力輸出數據讓其成為了頂配車型的動力選擇。

關於賓士48V輕混

無論是重新回歸的M256直列6缸發動機,還是M264直列4缸發動機,賓士最新一代發動機最大升級之處便是加入了48V電氣系統,並且迅速做到了大規模應用,在四缸發動機領域,其毫無疑問是引領者了。48V電氣系統在原有12V電氣系統的基礎上升級而來,大幅提升的電壓讓這套系統在對原有發動機不做大改動的前提下可以做到更加豐富的功能,總結起來無外乎輔助動力輸出、降低油耗、提升駕駛質感。

賓士當前主力策動機——M264詳解 汽車 第5張

該系統帶有一體式發電機/啟動電機、一個容量為1kW·h的48V鋰離子電池以及交/直流轉換器,主要給電動空調壓縮機、電動水泵、集成式發電機/電機,電動渦輪增壓器供電。這塊48V的鋰電池可讓空調在發動機熄滅的狀態下繼續制冷一段時間,為乘客帶來絲絲涼意。

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BSG電機(皮帶傳動發電/啟動一體,E260L採用)以及ISG電機(集成發電機啟動機一體,E350L採用)作為48V輕混系統的兩種不同布置形式,替代了傳統發電機+起動機的分體結構,令發動機結構更為緊湊。

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其中,E350L採用的ISG電機布置在變速箱與發動機之間,其輸出功率甚至能大到單獨驅動車輛前行。當然了,它的本職工作還是輔助發動機輸出(瞬間可增加10-15kW的功率輸出,最大可提供16kW-250N·m的加速力矩),制動時刻亦可回收80%制動能量為電池充電。

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由於48V相對12V電壓提升高達400%,因而以往採用皮帶轉動的設備都可以採用電動驅動,如電動空調、電動水泵、電動渦輪、電動油泵、電子風扇等。大量設備採用電機直接驅動,發動機再也不會受到皮帶帶動的機械損失,可提升10-20%輪上功率輸出,同時油耗也相應下降約10-20%。

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當鋰電池電量充足的時刻,同時滿足駕駛狀況時,如下坡或平緩勻速等。發動機可斷開與BSG/ISG一體式發電機/電動機和變速箱的鏈接,並自行熄滅。這相當於純電行駛,大大提升了燃油經濟性。當需要發動機運轉時,BSG/ISG一體式發電機/電動機又可將發動機轉速帶到相應的速度。因此帶有BSG/ISG一體式發電機/電機的48V混合動力系統也被稱為微型混合動力系統。

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應用了48V電氣系統還有一個更為重要的因素是,可搭載大功率的電子渦輪。48V電氣系統的電子渦輪最高轉速可達到72000rpm,工作額定功率5kW,從而彌補廢氣渦輪的遲滯,讓發動機低扭更加充沛,增強了發動機動力響應性以及動力輸出。同時由於發動機縮短高轉運行時間,進一步可降低油耗。

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48V電氣系統除了性能和燃油經濟性上優化外,還有重要一點是節約空間。空調壓縮機、水泵、發電機這些設備無需再用發動機曲軸帶動起來,因此整體發動機的長度得到有效的控制,尺寸非常緊湊。

總而言之,48V輕混系統可以可給E級帶來以下功能:

1、扭矩輔助:在發動機轉速提升到2500rpm前,BSG/ISG電機可以輸出10kW功率來輔助發動機提轉,避免了渦輪未產生足夠進氣正壓時的疲軟表現;

2、 發動機工作點調整:有了BSG/ISG電機就可以讓發動機在更經濟的轉速區間內工作,發動機的負荷也會根據鋰電池電量大小而增加或減少,能將發動機的大部分工況調整到經濟區間內,整車的油耗表現會優秀不少。

3、能量回收:在制動期間BSG/ISG回收能量最高可達12.5kW;

4、低速關閉發動機:在車輛低速時可以智能控制關閉發動機,延長啟停工作時間,進一步節省燃油,且提升乘員舒適度;

5、關閉發動機滑行:48V系統可以在車輛滑行時關閉發動機,還能保證其他系統在一定時間內的正常工作,節省燃油;

6、更平穩的啟動發動機:BSG/ISG電機因為電壓更高,啟動發動機可以更平穩更快速。

M264發動機的亮點

1、電動水泵

除了BSG電機的加入,48V電氣系統還可以為其他部件來供電,以電驅來取代皮帶傳動,以減少發動機的動力損耗。M264 2.0T發動機就採用了電動水泵,輸出功率為950W,相關行駛循環中每公里消耗約2gCO2。相比傳統的皮帶驅動水泵,電動水泵除了可以降低發動機動力損耗外,還可以做到按需控制冷卻液的循環,方便發動機快速升溫或者保持適宜的工作溫度。

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2、進氣側可變氣門升程

賓士的氣門升程可變技術也並不複雜。首先凸輪軸實際上是分為兩段套在軸上,因此表面的凸輪是可以左右移動的。當需要改變升程時,電磁閥控制銷凸起介入軌道中,然後兩段凸輪軸會因為軌道的作用下水平移動,這樣就可以做到從大小兩個凸輪的切換,大凸輪對應的是較大的氣門升程,小凸輪則是對應較小的氣門升程。賓士這套Camtronic氣門升程可變技術相比於其他家的類似技術(例如本田VTEC、BMWValvetronic),在機構體積、緊湊度、成本方面都更有優勢,缺點只支持兩個不同的氣門升程,不能無極調節。

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賓士M264 1.5T/2.0T引擎上的Camtronic進氣門升程可變更多地是為了提升效率。在小負荷工況下,進氣門會保持在較小的升程,通過控制氣門開啟度來限制空氣的攝入量,同時保持節氣門大角度開啟,這樣就可以降低泵氣損失。事實上在節氣門開度較小時,由於節氣門的節流作用,使得節氣門處壓力損失增加,使得泵氣損失加大,從而降低發動機效率。

3、雙渦管渦輪增壓

雙渦管渦輪實際上將排氣分為了兩路,一路通過較大的通道吹向渦輪葉片的外側,這樣可以使得渦輪旋轉得更快;另一路則是通過較小的通道吹向渦輪葉片內側,這樣可以提升渦輪的響應表現,雙渦管渦輪提升了渦輪的響應以及性能表現。

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「雙渦流技術」應用於發動機增壓系統,能快速提升增壓充氣效能,從而獲得較高的動力輸出和快速響應的特性。該系統採用高流率渦輪以及氣缸氣流的分離相結合,可以做到高效脈沖渦輪增壓,特別是在較低的發動機轉速下也可達到高扭矩。

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由於氣缸有著不同的點火順序,從氣缸中排出的廢氣並不是一個平滑的氣流,而是形成一定的排氣波長。一個氣缸形成的排氣波對其餘氣缸的排氣波會產生氣流干涉以及增加排氣回彈,從而提升排氣效率。

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與單渦流渦輪增壓器相比,雙渦流渦輪增壓器,採用了相互獨立的發動機排氣通道,能夠減小這種氣流干涉及回彈,使排氣更加順暢,進而提高渦輪對廢氣的使用效率,優化響應時間(避免渦輪延遲),並達到最大輸出功率。

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為做到氣缸出口下遊的廢氣流的分離,雙渦流渦輪增壓器將每兩個氣缸的排氣管流道組合在一個歧管中:1 + 4 和 2 + 3組合 (流量分離) 。同時對雙渦流增壓器的歧管流道直徑和歧管流道長度進行了調節,對進氣通道的幾何結構進行了優化,從而向渦輪傳輸更多能量 (脈沖能量和動能)。

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為了充分發揮雙渦流渦輪增壓器的潛在性能,還對增壓壓力控制系統進行了重新設計。由上代發動機的真空操作促動器替換為電動精密觸動器。通過其位置反饋和較高的定位率大大提高了增壓壓力控制以及診斷性能。

4、無缸套設計,缸壁鍍膜

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M264引擎上的NANOSLIDE低摩擦塗層可將活塞活塞環與氣缸壁之間的摩擦力降低50%,同時還可以降低發動機重量,保證發動機在整個使用壽命期間都不會出現氣缸內襯磨損,當然,代價就是成本水漲船高。類似技術在BMWB38、B48、保時捷4.0T V8發動機上也可以看到。

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5、水冷式中冷器

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得益於水冷式中冷器的加入,渦輪增壓發動機進氣溫度過高的「通病」將得到徹底的解決,還為精確控制空燃比、排放顆粒物的控制具有積極的作用。

6、中空閥盤的排氣門

首次在高增壓發動機中採用中空閥盤的排氣門。對中空閥盤的內側輪廓進行了改良。採用中空閥盤明顯降低了高負載閥頸的溫度,同時改善後的散熱性能也大大降低了閥盤下的溫度。從而也降低了燃燒室中的溫度。並在改善燃燒中心位置的同時減少了爆震的可能性,對燃油消耗產生有利影響。

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7、帶風門控制的排氣系統

為了帶來排氣時的聲音效果,採用了帶風門控制的排氣系統。同時為確保達到額定的輸出功率,當風門打開時,廢氣背壓將會降低。帶風門控制系統的促動馬達由傳動系統控制單元控制,開啟位置0-100%。促動馬達可以進行診斷。如果無法開啟,則N127向ME發送減少發動機輸出的請求。

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點評:從某種意義上來說,賓士M264系列發動機做到了「魚與熊掌兼得」的效果,48V電氣系統的加入讓發動機在做到節能減排的環保目標時還進一步提升了發動機的動力表現,達到了6缸渦輪增壓發動機的水平。當然,除了48V技術之外,這款發動機在減磨、進排氣等其他方面也進行了技術升級,因此即使是沒有搭載48V電氣系統的低功率輸出版本,該系列發動機也值得期待。

來源:愛卡汽車(常旭)、太平洋汽車網(秦子鈞)、網路

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