一、M271 EVO发动机概述
最近几年中,奔驰M271的4缸发动机在C级、E级、CLK和SLK敞篷跑车等车辆中都有着卓越的表现。在M271发动机基础之上研发的M271 EVO这款4缸发动机更充分体现了梅赛德斯-奔驰近年来所倡导的量产车小型化理念。虽然以采取措施减少油耗为重点,但同时也提高了动力性能和扭矩值。M271 EVO发动机的排放可满足欧5法规。M271 EVO发动机的新特性包括:改进的凸轮轴调节器装置、采用低噪声链条传动、采用可调式机燃油泵、采用高压直接喷射系统、先进热量管理系统、采用废气涡轮增压器。M271 EVO的充气概念已从机械增压器变为废气涡轮增压器,因此进气道进行了彻底改装,噪声、排放得到了进一步改善。发动机基本数据参数如表1所示。
为满足直接喷射的要求,改进了汽缸盖和进气门的设计。M271 EVO发动机根据四气门设计概念,通过两个凸轮轴、两个凸轮轴调节器和中央火花塞进行工作,如图1、图2所示。
进气和排气凸轮轴调节器是叶片式调节器,并进一步进行了改进。与之前相比,实现了对正时更加迅速的无级调节。凸轮轴调节器采用液压旋转驱动方式。调节角度为40°(曲轴转角),相当于调节器(排气)处的20°角度。凸轮轴的调节优化了发动机扭矩曲线,改善了排气特性。发动机关闭时,弹簧加载销将凸轮轴调节器锁止在其基本位置,以防止调节器在启动过程中出现不受控制的运动。
新型凸轮轴调节器的重量减轻了34%,但调节速率却是之前的2倍。
M271 EVO发动机装备有两个曲轴箱通风系统:带单旋流式机油分离器的部分负荷通风系统和带双旋流式机油分离器的全负荷通风系统。
部分负荷通风系统:单旋流式机油分离器用于分离部分负荷通风管中的机油。部分负荷通风管从发动机左支撑座的凸缘连接到节气门促动器下游的增压空气分配管。漏出气体(漏出量)通过曲轴箱上的开口流入位于发动机左支撑座后方的单旋流分离器。机油分离器采用旋流器的形式使进入的空气产生旋流,由此产生的离心力将机油分离,并流回到曲轴箱体中,如图3所示。
以此方法清洁的空气通过安装在旋流器上方的组合阀离开机油分离器,该组合阀在增压空气分配管中压力过高时充当止回阀,同时也是保护三元催化器的空气切断阀。
全负荷通风系统:全负荷通风管从机油分离器通向涡轮增压器上游的增压空气管,机油分离器集成在汽缸盖罩中,全负荷通风气体从排气侧排出,平行的双旋流式机油分离器可高效且精确地分离机油,如图4所示。
低噪声链条传动:凸轮轴由最新研发的带齿套筒链驱动,如图5所示。引导滑轨和张紧轨的布置排列使其不与正时箱盖罩接触,因此显著降低了噪声。此外,链条张紧器更低的安装位置以及由此导致的链条传动作用力的减小也是噪声降低的原因。
两个扭转摩擦器平衡轴由同样位于发动机前部的第二条链条驱动。机油泵通过左侧扭转摩擦器平衡轴驱动。为此,采用了新型单套筒链。
M271 EVO兰彻斯特平衡器(图6):安装在曲轴箱下方,它可对4缸发动机因设计原因而出现的二阶自由惯性力进行补偿。如其前代装备一样,汽缸曲轴箱也由压铸铝制成。采用铸铁衬套的缸套经过精密研磨进一步降低了摩擦。与前代发动机一样,仍然使用卧式单件式压铸铝兰彻斯特壳体,以及单个无衬套的滑动轴承。“组合式”兰彻斯特轴的使用提高了成本效益。因此,将两根碳钢管轴(代替之前使用的锻造轴)插入兰彻斯特壳体的曲轴通道,不平衡质量部分则被固定到轴上。不平衡质量部分的前端同时可用于在铝制壳体内进行定位和提供轴向支撑。平衡轴用3个巴氏合金轴承支撑。与前代装备相比,不平衡质量区域内较小的轴承直径能够显著减少摩擦。曲轴与前代发动机一样,采用铸造曲轴,有8个平衡重。
M271 EVO机油泵(图7):根据所需的机油压力提供必要的机油量。可调叶片式机油泵通过凸缘安装在兰彻斯特壳体的后轴承座前端。进气侧平衡轴通过一对齿轮驱动机油泵。此时的机油泵驱动为下传动。调节通过机油泵的新油侧进行。从主油道流出的调速机油进入调速油腔。此时的机油将压向叶轮泵的弹簧储能定位环。如果主油道内的机油压力到达规定的压力,定位环将克服弹簧力移动。这样减少了滑片的偏心距。因而减少了机油泵的有效尺寸,进而减小了泵容积。因此,机汕压力不会进一步增加。