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Mercedes-Benz卡車公司最新一代OM470發(fā)動機(jī)

在2016年的法蘭克福國際車展上，Mercedes-Benz卡車公司展示最新一代的OM470 直列6缸柴油機(jī)，新機(jī)型融入了許多新的技術(shù)，燃油耗降低了約5%。該公司還推出了1款輸出功率為335kW的頂級性能的變型機(jī)，經(jīng)過采用修改過的Power Shift 3 12速變速器可獲得最佳效率，并且改進(jìn)巡航控制系統(tǒng)、預(yù)測動力總成控制駕駛策略，該功能能從空氣動力學(xué)獲得額外的好處。

該10.7L 直列6缸柴油機(jī)在技術(shù)上有較大的改進(jìn)，吸取了去年推出的更大排量的OM471機(jī)型的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，以及借鑒了緊湊型機(jī)型系列的開發(fā)技術(shù)中獲得借鑒。

該OM470柴油機(jī)是由Mercedes-Benz公司生產(chǎn)的最緊湊的大型發(fā)動機(jī)，它擁有OM471柴油機(jī)所有的定義特性，結(jié)合強(qiáng)大的設(shè)計(jì)，具有堅(jiān)固的鋼活塞、高效傳動裝置，和作為驅(qū)動系統(tǒng)的雙頂置凸輪軸、非對稱排氣渦輪增壓器、強(qiáng)力的發(fā)動機(jī)制動，以及帶壓力提升器的X-脈沖共軌燃油噴射系統(tǒng)。

OM470系列柴油機(jī)的頂級機(jī)型的輸出功率為335kW，峰值扭矩2200N·m的1個(gè)變型機(jī)種，發(fā)動機(jī)升功率為31.4kW，升扭矩為206N·m，在該尺寸類別機(jī)型中是最強(qiáng)有力的。

OM470柴油機(jī)機(jī)型發(fā)動機(jī)跨越了1個(gè)非常廣的功率、扭矩范圍，應(yīng)用于載貨車和牽引車/半掛車上，適用于大型運(yùn)輸配送、長途運(yùn)輸和施工運(yùn)輸?shù)囊?。頂級功率的OM470變型機(jī)甚至達(dá)到了由具有12.8L排量的OM471機(jī)型所覆蓋的功率型譜。

OM470機(jī)型還提供了具有相同評級的2種不同的發(fā)動機(jī)選擇。OM470機(jī)型在中、高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供了較大的功率，并且相比于更大排量的發(fā)動機(jī)，凈質(zhì)量減輕達(dá)150kg。因此，OM470機(jī)型非常適合于對負(fù)載特別敏感的運(yùn)輸應(yīng)用，如油罐車或載貨車，而OM471發(fā)動機(jī)適用于長途運(yùn)輸。

該機(jī)型燃油噴射系統(tǒng)繼續(xù)延用在噴油器中壓力提升靈活的X-脈沖噴射系統(tǒng)。作為較大排量的OM471發(fā)動機(jī)，最大軌壓目前已經(jīng)從90MPa提升到116MPa，可提供最大270MPa的噴射壓力。

與OM471機(jī)型相反，考慮到緊湊化設(shè)計(jì)，7孔噴油嘴的設(shè)計(jì)被保留，并采用了1個(gè)具有更高流量的新型噴油嘴。燃燒室的形狀也是新的，在活塞中有1個(gè)Ω形的凹槽，在緊湊型發(fā)動機(jī)內(nèi)給定了采用該形狀的條件。

新一代OM470發(fā)動機(jī)的1個(gè)特征是在轉(zhuǎn)速范圍扭矩和輸出功率可以非?？焖俚纳仙?，同時(shí)保持最大轉(zhuǎn)速不變。發(fā)動機(jī)最大功率轉(zhuǎn)速從1800r/min降低到1600r/min。

在轉(zhuǎn)速1100r/min時(shí)，該機(jī)型達(dá)到最大牽引扭矩，最大扭距范圍覆蓋900～1400r/min。OM470機(jī)型在大約轉(zhuǎn)速為 1000r/min 開始，使具有高敏捷的優(yōu)良駕駛性能。

由于優(yōu)化了OM470機(jī)型的噴射和燃燒，該發(fā)動機(jī)對低油耗目標(biāo)采用了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過成熟的選擇性催化還原(SCR)技術(shù)和新的SCR催化轉(zhuǎn)化器，消除了AdBlue尿素消耗，與此前的歐5發(fā)動機(jī)相比，燃油耗降低約5%左右。

Mercedes-Benz公司進(jìn)一步發(fā)展不對稱進(jìn)氣原理。在此之前，從4缸機(jī)到6缸機(jī)廢氣被直接引導(dǎo)到渦輪增壓器中快速增加進(jìn)氣壓力，扭矩和輸出功率相應(yīng)提升。從第1缸到第3缸的排氣被分配到廢氣再循環(huán)(EGR)，以降低氮氧化物(NOx)排放。采用1個(gè)EGR閥門重新定位在排氣歧管的前面，來控制廢氣的分配，這使得整個(gè)發(fā)動機(jī)在特性曲線范圍內(nèi)持續(xù)的改變和高精度的分配，提高熱管理效率和降低EGR率，從而降低燃油耗。

廢氣進(jìn)入渦輪增壓器后，可以控制EGR率使之與發(fā)動機(jī)工作特性相協(xié)調(diào)，這摒棄了用傳感器來調(diào)節(jié)EGR率的方式，并且下游的EGR控制系統(tǒng)不再必要。

無限制EGR閥門的創(chuàng)新定位更進(jìn)一步開啟了全新的不對稱進(jìn)氣方式： 直接來自3個(gè)氣缸的廢氣量在燃燒過程可以根據(jù)需要從0～100%精確地改變。該EGR閥門不僅控制用于再循環(huán)的廢氣流，而且還控制渦輪增壓器。這種技術(shù)已經(jīng)在較大的OM471機(jī)型上得到證明。

OM470機(jī)型的另一個(gè)新功能是燃油系統(tǒng)的非對稱噴射。在正常行駛時(shí)，所有6個(gè)氣缸的噴油器提供相同數(shù)量的燃料，根據(jù)所給的負(fù)荷和再循環(huán)廢氣的比例，在第1缸到第3缸的燃油量可以被持續(xù)地減少，同時(shí)在第4缸到第6缸的燃料量持續(xù)增加。

在極端情況下，噴入第1缸、第3缸的燃油量可能會下降到零，而其他3個(gè)氣缸則在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。這種策略可以減少在廢氣中相應(yīng)高比例的不完全燃燒碳煙顆粒。

OM470機(jī)型還從1個(gè)新的不對稱渦輪增壓器中獲得額外的好處，這是由Mercedes-Benz公司開發(fā)，并在曼海姆的發(fā)動機(jī)廠制造的，根據(jù)發(fā)動機(jī)要求量身定制的渦輪增壓器具有突出的效率、最高的質(zhì)量和耐久性。

該發(fā)動機(jī)的熱力學(xué)特性得到了具體的優(yōu)化，并在預(yù)控制模式中運(yùn)行。除了提高可靠性之外，效率也得到了提高。Mercedes-Benz公司表示，進(jìn)行所有變量的精確預(yù)控制才能達(dá)到效率的最優(yōu)化，而不是添加單獨(dú)的控制系統(tǒng)，以及增加組合運(yùn)行的復(fù)雜性。

替代具有下線控制的傳感器，Mercedes-Benz公司各機(jī)型適用于各種支持模式——例如當(dāng)在高海拔地區(qū)或?yàn)榱舜呋髟偕哪康?，車輛以冷態(tài)運(yùn)行。

除了柴油機(jī)顆粒過濾器的主動再生之外，所有的控制模式是持續(xù)可變的，從而可以使發(fā)動機(jī)在所有時(shí)間內(nèi)在最佳效率范圍內(nèi)運(yùn)行。

最新一代的OM470機(jī)型和最新一代較大的6缸直列OM471機(jī)型都進(jìn)一步提高效率。措施包括采用新的低摩擦發(fā)動機(jī)油、更先進(jìn)的變速器，以及預(yù)期巡航控制系統(tǒng)預(yù)測動力傳動控制(PPC)。關(guān)于發(fā)動機(jī)油，Mercedes-Benz公司繼續(xù)采用全合成在0W-30和5W-40之間不同粘度等級的多等級低摩擦發(fā)動機(jī)油。而目前采用的發(fā)動機(jī)油會降低高溫、高剪切(HTHS)粘度。對于最新一代發(fā)動機(jī)，Mercedes-Benz公司目前使用具有2.9×10-3Pa·s HTHS的發(fā)動機(jī)油低摩擦油，降低了發(fā)動機(jī)在運(yùn)行溫度中的摩擦損失，可以降低燃油耗。

這種具有極低HTHS粘度的低摩擦發(fā)動機(jī)油被Mercedes-Benz公司的所有大型發(fā)動機(jī)所采用。

所有配備了Mercedes-Benz Power Shift3 12速變速器的卡車還受益于進(jìn)一步優(yōu)化的變速器，以減少摩擦損失。齒側(cè)表面采用新的超精度加工工藝，接觸面積保持在95%左右，以避免滑動摩擦。作為減少摩擦損失的結(jié)果，該變速器的固有效率得到實(shí)質(zhì)性的提高。

對于變速組件，Mercedes-Benz公司采用1種新型換檔機(jī)構(gòu)來代替以前的同步換檔機(jī)構(gòu)。首先，該換檔機(jī)構(gòu)加速了第六齒和第七齒之間的切換，同時(shí)減輕了質(zhì)量，變速組件的新型換檔機(jī)構(gòu)是動力總成內(nèi)定互聯(lián)的另一個(gè)例子，在發(fā)動機(jī)降檔期間自動地加大油門而無需發(fā)出指令。

該變速器在傳動軸和主軸之間的導(dǎo)向軸承也變得更加堅(jiān)固，附加的珩磨工藝被應(yīng)用到軸承的外接觸面，進(jìn)一步提高了其可靠性和穩(wěn)健性。

改良的變速器殼體具有額外的油孔和連續(xù)的導(dǎo)向條，以確保在變速器必要的最佳點(diǎn)潤滑，這使得可采用相同的油泵而無須增加任何輸出。

該變速器的更換間隔取決于使用的強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)60萬km的最大更換間隔。

除了新的發(fā)動機(jī)和變速器技術(shù)，驅(qū)動策略也對降低油耗作出了重要的貢獻(xiàn)。具有預(yù)測動力總成控制系統(tǒng)，該驅(qū)動風(fēng)格被用來將給定地形集成到自動化系統(tǒng)——該卡車以預(yù)期的模式滑行、加速和換檔。

具有預(yù)測動力傳動控制的新的驅(qū)動更加高效，在長時(shí)間上坡時(shí)，該預(yù)期巡航控制的換檔點(diǎn)都有了進(jìn)一步的優(yōu)化，Mercedes-Benz公司內(nèi)部的測試確認(rèn)具有該新策略，行車時(shí)間的變化幾乎可以忽略不計(jì)。

戴朝典 譯自Green Car Congress 2016，6

虞 展 校

2016-07-04)