奔驰M282发动机技术解读

文：刘劲松、赵月

一、奔驰M282发动机

自2018年5月起，奔驰推出了一款新的小型4缸发动机，型号名称为M282，主要用在A级车型上（图1）。横向安装的直列式4缸发动机，采用直接喷射，装配增压装置。此款发动机安装于前部横向支架上，排量为1.4 L，气缸行程为85 mm。该发动机有3个输出等级，分别为80 kW、100 kW和120 kW。该发动机可有效降低油耗，并在微粒排放指令和高负荷驾驶循环要求下，整体改善发动机的燃烧和喷射效果。120 kW的M282发动机，使用奔驰的直列式4缸火花点火型发动机的停缸技术，2号和3号气缸可在发动机低负荷和转速范围内关闭。

图1 奔驰M282发动机

该发动机采用压铸铝曲轴箱和三角紧凑型气缸盖设计，排气歧管部分集成在气缸盖中，这样可以有效降低车辆的整体质量，并增强车辆动态性能。涡轮增压器可以更加灵活、快速且精确地对增压压力进行电动调节，特别是在部分负荷范围情况下。

电磁阀喷油器设计在中央位置。风冷式增压空气冷却器，可以增加空气密度并因此增加发动机的输出功率。采用NANOSUOEO技术的复合涂层系统（铁与碳），使得润滑更接近理想状态。“类钻炭（非常耐磨且是一种优良的导热体）”（DLC）活塞环，可以通过石墨/碳纤维构成的抗磨涂层保护活塞。

曲轴和连杆由锻钢构成，在高负荷区域更具稳定性。120 kW型号的发动机配有可变气门升程系统（CAMTRONIC）和气缸停用技术（CSO）。

M282发动机使用了全新的“NVH”措施（噪声、振动、声振粗糙度），与旧款的M270发动机相比，噪声和振动舒适性得到更大的提升（图2）。

图2 “NVH”措施

二、曲轴箱和曲轴总成

该发动机的曲轴箱采用“缸顶外漏”设计，使用压铸铝工艺（GD-AISi9Cu3）制造（图3）。M282连续减阻部件是基于双丝电弧喷涂涂层工艺的气缸涂层，除了减少摩擦外，轻量化也是创新气缸技术的优势。

因为使用了该技术，并配合排量减小了约16%，所以与旧款M270发动机相比，曲轴箱的质量减少了约5 kg。同时使用了低摩擦系数的油液，使得发动机的CO2排放量也得到了降低。

图3 曲轴箱

曲轴和连杆由锻钢制成，主轴承为42 mm，连杆轴承为40 mm。活塞由铝铸造工艺制成，活塞环的“DLC”涂层会降低摩擦系数。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，使用了喷油嘴冷却活塞。活塞冷却装置集成在机油回路的热量管理系统中（图4）。

图4 带链条传动的曲轴总成

三、气缸盖和气门机构

该发动机采用了全新的“三角形”气缸盖设计，该设计使整个气缸盖更加轻量化和紧凑（图5）。由于气缸盖的特殊形式，因此使用了紧凑型和高度集成的子系统，例如进气模块。与长方体气缸盖相比，其具有自由碰撞纵向空间，废气再处理装置的安装空间和盖轮廓方面的优势。

除了功能和安装空间的优势外，其还可以在三角形的中央区域实现较高刚度，以提高整个气缸盖的刚度和强度，同时还能显著降低质量。对于未加工部分，与常规气缸盖相比，可节省约3 kg的质量（图6）。

图5 三角形气缸盖的紧凑型结构

图6 三角形气缸盖

四、气缸停用（CSO）

120 kW的M282发动机具有气缸停用功能，可在低负荷和转速范围下关闭4个气缸中的2个，并继续提供充足的动力输出。根据实际的发动机转速和发动机扭矩，2号和3号气缸会停用喷油器和点火装置，并将进气和排气门上“气门升程”调整至和关闭行程（图7）。因此，通过增加规定气缸负荷来降低油耗。

对于进气凸轮轴和排气凸轮轴，通过可以轴向移动的凸轮衬套，使2个气缸的不同凸轮行程进行切换。CSO工作时，切换至“零升程”凸轮，滚子摇臂在此位置通过360°基圆运行且气门保持关闭。第2个升程位置是常规的“全升程”凸轮，工作情况与普通发动机类似。

停用和启用CSO时，各促动器销移至凸轮衬套的换挡槽中。凸轮轴旋转期间，在各气门凸轮的基圆区域中逐渐进行换挡。换挡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CSO。如表1所示为CSO启用和停用的使用条件，如图8所示为CSO部件。

图7 气缸停用（CSO）的概述

图8 气缸停用（CSO）部件

表1 气缸停用（CSO）启用和停用的使用条件

五、燃烧系统

三角形气缸盖一方面改善了燃烧室的冷却，另一方面快速燃烧可确保较高抗爆震能力。通过对进气道进行精细调节来缩短火花持续时间，即使压缩比高达10.6，也可以在较高的负荷范围内优化调节点火时间。

使用带电力控制进气阀的单活塞高压泵，可产生高达25 MPa的燃油压力，并允许调节流量，从而适用于泵活塞的各个行程。通过排气凸轮轴上的4个凸轮驱动高压泵，并由滚轮式挺杆将运动传送至连接在进气侧的高压泵活塞上。因此，每个工作循环会产生一个高压泵行程，行程的角度位置被设计为产生链条传动的最低负荷。喷油器位于燃烧室的中央，并采用6孔式设计（图9）。

控制功能可以对喷射时间进行调节和控制，从而平衡生产公差以及对温度和压力的依赖。通过活性炭过滤器实现燃油箱通风，并在一些“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。

图9 燃油高压系统

六、进气系统与涡轮增压

M282发动机的进气系统可以将增压空气进行分配，气缸盖罩和机油分离系统的功能被集成在一个紧凑型的部件中，通过弹性密封件来实现对机油的密封。进气道和增压空气分配器包括2个塑料半壳，其通过热气焊接方法连接到气缸盖罩上（图10）。半壳还包括节气门凸缘，在所有车辆型号中通用。

在气缸盖罩中集成有曲轴箱窜气的机油分离系统。在机油分离器的下游，使用用于协调曲轴箱压力的调压阀。内部结构非常紧凑，隔板及止回阀等部件被合理地规划到其中，大大减少了外部管路的复杂性。

图10 空气导管

M282发动机具有“单涡管”涡轮增压器和电动控制增压限制阀。在速度和闭环控制的精度方面，电动促动器与气动闭环控制相比，具有很大的优势。为减小增压压力，通过打开增压压力控制阀，使得用于驱动涡轮的废气流，通过旁路被转移（图11）。

涡轮增压器通过螺栓拧紧到气缸盖上，歧管和涡轮外壳设计为一片式铸造件。作为部分集成歧管的结果，其结构设计非常紧凑并且其有废气管较短的特性，改善了废气流，从而在响应时间和组件上产生了优势，该结构还省略了附加支架。涡轮增压器的废气温度设计为950℃，电气旁通阀被集成在压缩机叶轮的外壳中。

图11 涡轮增压器

七、排气处理和汽油微粒滤清器

M282发动机的排气系统包括“两块式”系统。空燃比控制通过催化转换器上游的直列式氧传感器，和位于2个催化转换器之间的平面式传感器进行。陶瓷截体是由数千个细小通道的陶瓷体构成，陶瓷体由耐高温的硅酸镁铝制成。对应力极度敏感的载体被嵌在由高合金钢丝制成的弹性钢丝网中，并安装在双层不锈钢外壳中（图12）。

图12 排气系统

陶瓷载体的基层（中间层）由铝氧化物（AI2O3）制成，将催化转换器的活性表面积增加约7 000倍。用在载体上的活性催化基底涂层中，主要包括铂和铑，用于三元催化转换器。铂加速碳氮化合物和一氧化碳（CO）的氧化；而铑加速氮氧化合物（NOX）的还原。

汽油微粒滤清器的工作原理与柴油车辆中采用的技术相类型，废气流穿过安装于车辆底部的汽油微粒滤清器系统。该滤清器为蜂房式结构，可交替关闭进气和排气通道，以此推动废气流入多孔式滤清器中，从而分离炭黑，使滤清器可通过相应的行驶条件持续再生。

与依赖于耐热堇青石的汽油微粒滤清器技术相比，采用了碳化硅制成的汽油微粒滤清器，优化了背压设计，具有高过滤效果且免保养，还可自动调节。

汽油微粒滤清器的再生功能（炭烟燃烧），是当车辆处于常规驾驶模式下运行，或者处于超速运转模式下，一旦汽油微粒滤清器中出现氧气，炭烟将直接燃烧。1 150℃的最高温度出现在汽油微粒滤清器的中后部。在超速运转模式下，汽油微粒滤清器的热负荷主要取决于炭黑含量和汽油微粒滤清器上游的排气温度。如果炭烟燃烧过程中温度过高，则会对整个汽油微粒滤清器造成损坏。

图13 冷却液回路示意图

排气温度由汽油微粒滤清器上游的温度传感器进行检测，炭黑含量通过汽油微粒滤清器压差传感器进行确定。控制单元可以直接读取传感器信号，并对其进行评估。如果测量值超过规定值，控制单元会对发动机正时进行适当的干预，并将授权服务中心相关的故障条目记录在控制单元中。

八、冷却系统

冷却回路针对燃烧、排放、摩擦功率和安全工作要求进行设计。冷却液通过冷却回路中的冷却泵进行传送，其通过皮带驱动装置进行机械驱动。为了降低冷却泵的功率消耗，整个冷却系统的设计布局均发生了改变，从而降低能量的消耗。使用带弹性元件的电动加热双盘节温器来调节冷却液，其通过温度特性曲线图进行控制（图13）。

当发动机关闭时，后加热阶段中的涡轮增压器进行的冷却液循环，是由热对流系统进行保证的，不再需要电气部件的介入。

九、皮带驱动装置

使用扭转减振器的可分离皮带轮驱动装置，可使皮带具有低预紧力，从而有助于摩擦力的最小化。皮带张紧器被安装到发电机上，有助缩减装配空间。皮带驱动装置驱动机械冷却液泵、空调压缩机和发电机。扭转减振器包括1个扭转减振器和1个弹性退藕，可有效减小皮带拉力（图14）。

图14 皮带驱动