奔驰的涡轮小时代,聊聊直喷…
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『梅赛德斯-奔驰直喷发动机的前生说起,技术领先、理念超前,在技术上超越一二十年不算新闻。上世纪五十年代推出的梅赛德斯-奔驰300SEL,从设计到技术再到性能上几乎完爆同代车型半个世纪。』    

直喷技术源于军事

汽车技术方面很多都衍生于军事技术,汽油缸内直喷技术也是最初源于军事设计。追溯到1917年军用快艇启用了一台直喷技术的汽油发动机,最后因为温度过高引发的发动机严重问题,压缩比不断改进也没有解决过热现象而夭折。之后的几十年,这项技术一直在不断改进,并应用在航空领域。


梅赛德斯-奔驰300SEL的诞生
在汽车领域起源于上世纪的50年代,盖特博德和博世联合研发缸内直喷汽油发动机,1952年开始研发3.0排量的四冲程汽油发动机,直至梅赛德斯-奔驰300SEL的诞生。M198搭载的那台300SEL直列发动机,首次使用了博世的高压燃油直喷技术,在化油器的那个年代,引擎动力输出几乎提升了一倍。之所以奔驰久久封存记忆,还是在当时技术瓶颈无法突破。在电控技术萌发的时代,燃油加压系统和喷油器是一体的,注入气缸的汽油的控制精度无法解决,未燃烧的汽油顺着缸壁流入油底壳将机油稀释,行驶不到2000公里就要更换机油,所以300SEL量产之后就被久久的封存起来。
梅赛德斯-奔驰300SEL的亮点
1、采用了承载式结构,轻合金钢管焊接出一副车架。四轮独立悬挂,其中后悬挂的摆动式车桥非常有利于在极限情况下操控汽车。
2、首次出现的“鸥翼”设计的外观,成就了300SEL成为永久的经典。不过设计时基于钢管焊接后侧梁过高,不得以设计“鸥翼”车门解决问题,一代经典由此诞生。
3、3.0L直列6缸,干式油底壳,单顶置凸轮轴在气缸盖上用一根凸根轴,直接驱动进、排气门,它具有结构简单的优点,适用于高速发动机。加装了博世最新研发的机械式燃油喷射系统,取代了传统的化油器。这项技术让发动机的最大功率达到了215马力,足以10秒内从静止到加速到100公里,最高时速达260公里。
4、价格昂贵,当时售价29000马克,是当时最贵的德系车。也成为收藏家的珍品,2012年古丁公司拍卖的1955年的梅赛德斯-奔驰300SEL成交价高达426万美金。
1954年由伟大F1车手,阿根廷人胡安·曼纽·方吉奥驾驶过的梅赛德斯-奔驰W196R赛车拍出了29650095美元的天价,这一价格也让该F1赛车成为拍卖历史上现存价格最高的汽车。这辆车装载了2.5升直列8缸自然吸气发动机,可以输出261马力的最大功率,此外W196R还采用了当时的许多新技术,如发动机燃油喷射系统,四轮独立悬架等。方吉奥曾经驾驶它赢得过1954年的德国和瑞士F1大奖赛。
最早的汽油喷射引擎—机械喷射引擎
早期汽车的引擎燃油控制系统主要是以传统的化油器为主,在我国这种控制系统甚至一直到现在依然存在。但是化油器存在诸如易发生气阻、结冰、节气门响应不灵敏等现象,在多缸发动机中供油不匀,引起工作不稳、不利于大功率设计。为了弥补这些缺陷,燃油喷射引擎应运而生。汽油喷射系统作为汽油发动机的燃油输送系统,已有多年的发展历史。从喷射控制发展来看,经历了两次阶段性的发展历程:从机械式燃油喷射向电子燃油喷射的变革,而机械喷射式是一种以机械液力控制的喷射技术。
尽管汽油喷射技术有诸多优势,但由于其生产受当时社会生产力、生产工艺、技术的制约,其制造成本非常高,因此汽车用汽油喷射装置最初只能应用在数量很少的赛车上,它能满足赛车所要求的大发动机输出功率和灵敏的油门响应性能。到50年代末期,大多数赛车都已经采用了汽油喷射作为燃油输送系统。


「第二代直喷技术的开始,梅赛德斯 - 奔驰新型M272 DE V6 直喷式汽油机搭载于CLS 350CGI轿车上」


直喷式发动机从第一代发展到第二代,即从壁面引导燃烧过程发展到油束引导燃烧过程。
梅赛德斯-奔驰新型M272 DE V6直喷式汽油机搭载于CLS 350CGI轿车上,在2006年春季日内瓦国际汽车博览会上亮相。这种发动机是前两年推出的新一代M272 KE V6进气道喷射汽油机首次技术升级版的代表机型。
也是世界上首次采用压电控制油束引导燃烧过程的直喷机,该技术在更大的部分符合范围内实现了充量分层运转,并以非常低的燃油消耗著称。
奔驰的压电控制油束引导燃烧过程
燃烧系统按照喷油和火花塞的相对位置和混合气的组织形式有三种类型,壁面引导法;气流引导法;喷束引导法。壁面引导燃烧过程:喷油器和火花塞相隔较远,喷油器把燃油喷入活塞凹坑中,依靠进气气流的惯性将油气混合并送入火花塞。喷油器一般安装在进气门侧,活塞凹坑开口对向进气门侧,油气混合后直接流向火花塞。混合气形成时间长,易于形成较大区域的可燃混合气。
油束引导燃烧过程:喷油器在燃烧室中央,火花塞在喷油器附近依靠油束的贯穿深度来保障空气的利用率。


随后搭载M272984的涡轮增压机型C350 CGI  BLUE EFFICIENCY,这个在国内公社君还没有看到过。C 350 CGI BlueEFFICIENCY尽管输出功率和扭矩要高于标准版的C350,但平均油耗却低10%,这得益于该车配备的奔驰第二代直喷系统,它替代了C350的多点喷射。另外该车在设计和配置上也尽量从节约燃油的角度考虑,比如采用更符合空气动力学的隔栅以及低抗滚轮胎。E350CGI也车配备的奔驰第二代直喷系统M272982、984机型。


搭载在CLS 350 CGl轿车上的M272 DE V6缸内直喷式汽油机。该缸内直喷式汽油机是由奔驰公司和博世公司合作开发的世界上第一台采用压电式喷油器的缸内直喷汽油机,其特点是采用三次喷射;可改善燃烧噪声,并提高催化转化器起始温度。另一个特点是采用压力20MPa的高压燃油喷射系统,废气后处理装置采用靠近发动机的三元催化转化器和地板下的存储式NOx催化转化器。由于采用了最先进的高压多次喷射、压电式喷油器的缸内直接喷射汽油机,与进气道喷射汽油机相比,功率提高15kW,扭矩提高15N·m,节油10%,排放完全能满足当前所有的废气排放标准。
M272基础原型发动机
采用进气道喷射的基本型发动机的主要技术规格可以作为技术改进和其他动力装置变型的模块化基础 。因此奔驰公司在改进设计成缸内直接喷射油束引导燃烧过程时,将采用进气道喷射的VE汽油机的基础部件作为这种模块化技术改进的基础。
例如曲柄连杆机构、曲轴箱和热管理系统等在这两种机型上是相同的。而进气系统则按照提高的标定转速来匹配,但是在缸内直接喷射机型上 。由于良好的燃油雾化和进气道的优化。不再使用滚流阀。同样,在这两种机型的发动机控制系统中采用了相同的控制软件结构,并为了满足燃油系统中高压部件的控制、修改点火以及用于充量分层运转和废气后处理功能的要求进行了扩展 。 
M272基础原型发动机结构特点
进气道喷射
1、金属模铸造的铝合金气缸盖 ; 
2、四气门;
3、火花塞中央布置;
4、气门夹角28.5; 
5、两根组合式凸轮轴,装有凸轮相位调节器、滚轮式摇臂和固定式液压挺柱;
6、凸轮轴上轴承座在压铸铝合金气缸盖罩壳中;压缩比=10.7:1 。 
直接喷射
1、压电式喷油器中央布置: 
2、火花塞向排气门方向偏移; 
3 、压缩比=12.2 :1; 
4、外部双路废气再循环;
5、20MPa高压燃油喷射系统,采用油量可调节的高压燃油泵 。 
M272DE在国内很少,就不做案例分享了,下一篇继续第二代M271并分享一些故障案例。
/ 撰文:修车陈痴
/ 拍摄:修车陈痴
/ 编辑:Lisa
/ 校对:Lisa                   



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