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解析奔驰轿车3.5L-V6汽油机技术(一)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2015-03-17 08:29:04

    一、M272 KE 35 V6进气道喷射汽油机
      2004年奔驰公司将内部型号为M272 KE 35 V6的3.5L V6进气道喷射汽油机搭载于新款SLK轿车推向市场,它是新汽油机系列的基本机型。在随后的几年中,这种新型90° -V6四气门自然吸气进气道喷射汽油机系列就逐步替代了久经考验的M112-V型汽油机系列在全球应用。这种机型的特点是低行驶燃油消耗和低废气排放值以及良好的声学特性,其中发动机对不同车型的专门匹配起到了非常重要的作用。
    针对SLK系列轿车所需的顶级动力性能的要求,除了高舒适性要求和低燃油消耗之外,这种新机型达到了所要求的升功率指标,具有C级直至S级轿车所需的顶级机动性以及良好的整车噪声特性等方面运动型轿车发动机应有的特点,并具备达到特超低排放车辆(SULEV)要求的能力。
      这种新机型继承了老机型M112-V型汽油机系列可靠的结构方案、结构组合部件和零件,并进行了必要的适应性改进,其中有缸心距和90° V形夹角、带有铝硅合金汽缸套的汽缸体曲轴箱和优化运转平稳性的平衡轴机构,其他所有零件和结构组合件直至发动机电控系统和废气装置总体布置基本上都全新设计了,整机质量仅为165kg。
    面临越来越严厉的燃油消耗和废气排放法规要求以及全球多样化的使用条件,动力装置的性能越来越取决于可用技术的模块化。
    图1示出了所采取的技术措施对发动机性能效果非常简要的关系表,它在根据要求选择所采用的技术及其满足用户需求的决策过程中起着重要作用。因此,这种新机型具备应用尽可能多的技术组合部件和驱动方案的模块化基础,可组织柔性生产。

    在确定任何机型结构设计方案时,从一开始就必须注意到,“一流的噪声一振动一刚性特性”和“高效能的基础发动机”对进一步的结构考量具有决定性的意义。因此,以下重点介绍基础发动机结构及其换气装置和冷却方案。图2~4分别示出了M272 KE 35V6进气道喷射汽油机的外形图、立体剖视图和纵横剖视图。


    1.曲柄连杆机构和汽缸体曲轴箱
    曲柄连杆机构的核心部件是四道轴承支承的模锻钢曲轴,它有6个平衡块,主轴颈和连杆轴颈感应淬硬,它们既具有非常高的抗弯强度和抗扭转强度,而且结构轻型,确保具有高的固有频率。同时,为了在显著提高发动机升功率的情况下,达到在整个转速范围内获得极好运转平稳性的要求,除了前面已经提及的继承原有M112-V型汽油机系列的平衡轴(布置在V形夹角内并与曲轴旋转方向相反的空心轴,其轴端带有平衡块)之外,还采用了双质量扭振减振器。
    连杆被设计成模锻涨裂连杆(图5),并铣削去重以获得最佳的运转平稳性,同时其开发的重要目标是要获得尽可能最轻的总质量,为此采取了以下措施:①采用70M门VS4高强度合金钢材料;②采用带有上部导向的梯形连杆小头设计,这不仅减轻了连杆质量,而且还对减轻活塞和活塞销质量起到有利的作用,同时能在减少材料使用的情况下使连杆小头刚度提高2倍;③优化夹紧方案,使得连杆加工时定位更精确,从而能进一步减小连杆的基本截面,而不会减小允差后的最小壁厚。经过优化强度的仔细设计后,连杆的质量达到485g,这相当于比同类竞争机型平均减轻了15%~20%。

    活塞和活塞环组的开发目标是减轻质量和减少摩擦功率。通过采用新的铸造设备,使活塞质量减轻了12%。其整体几何形状的优化也与连杆上部导向有关,获得了非常短而轻的活塞销。为了能实现对噪声有重大影响的最小配缸间隙,并改善其抗粘结能力,重力铸造活塞采用合成材料涂层,其中含有铁微粒作为工作表面点阵。为了减少活塞环槽的磨损,稳定发动机性能指标,活塞环槽采用了铝阳极处理法硬化。
    汽缸体曲轴箱适应性改进的重点目标是提高汽缸体曲轴箱(图6)的结构刚度。为此,采取了主轴承盖用通常的横向螺栓与曲轴箱拉紧、加宽主轴承宽度、发动机支架在Z轴(垂直轴)方向紧固以及汽缸体曲轴箱有针对性地设置加强筋等加强刚度的措施,从而在全负荷运行要求提高的情况下进一步改善了汽缸体曲轴箱的噪声一振动一刚性特性。

    与原有M112-V型汽油机系列一样,压铸铝汽缸体曲轴箱采用裙型结构,并带有喷铸铝硅汽缸套,它是在压铸过程中被直接喷铸而成的,因此除了具有非常良好的热传导和较小的变形之外,这种结构型式为非常轻型的汽缸体曲轴箱方案奠定了基础。此外,为了加宽主轴承和加强灰铸铁主轴承盖,用横向螺栓等所有主轴承盖与汽缸体曲轴箱拉紧。另外,发动机支架法兰被设计成正方形截面,这样就能使所有方向上的固有频率呈现相对较高的阶次,从而确保动态刚度提高了一个数量级,能非常好地隔离固体传声。

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