奔驰轿车3.5L—V6汽油机解析（一）

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，用横向螺栓将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。

2.汽缸盖和配气机构

M272汽油机仍选用在许多奔驰轿车汽油发动机上，已被证实可靠的双顶置凸轮轴和气门相位调节器以及火花塞中央布置的四气门方案，作为进一步创新发展的基础。图7示出了设计紧凑的燃烧室形状，它与较小的28.5°气门夹角相配合实现了E=10.7的压缩比。图8详细地示出了气门机构的布置状况。为了满足气门传动机构低驱动功率、最小运动质量以及便于维修保养的要求，采用滚轮摇臂和固定式液压气门间隙补偿挺柱来实现气门升程的传递。进气门阀盘直径39.5mm，排气门阀盘直径30.0mm，所有气门杆直径均为6mm。每列汽缸排两根凸轮轴的上轴承盖直接与铝汽缸盖罩压铸成一体，这样就能够获得刚度非常高而又紧凑的结构型式。

进排气凸轮轴相位调节器被分别用螺栓紧固在凸轮轴前端法兰上。图9示出了叶片式凸轮轴相位调节器的结构装配关系。由于在这种结构型式中是由集成在中心螺栓中的液压阀来调节机油压力水平的，因此结构型式非常紧凑，能够对每个凸轮轴相位调节器各自分别进行位置调节，为了能获得有效和耐久的密封方案，其径向密封条设计得具有非常小的泄漏和摩擦。

由于凸轮轴相位调节器采用叶片式结构型式，因此能在宽广的调节范围（总调节范围为40°曲轴转角）内实现快速无级的配气定时调节，充分挖掘低转速大扭矩和高升功率的潜力。特别是添加了排气凸轮轴相位调节功能，能实施更精确的排气定时控制，因此能够根据发动机特性曲线场获得所需要的高机内废气再循环率，从而能拓宽发动机特性曲线场中低燃油消耗的运行范围，并在较小的气门重叠下获得非常好的怠速运转品质。

凸轮轴由两个进气凸轮轴上的8mm双列套筒链传动，而排气凸轮轴则是经过一对弹簧张紧连接的低噪声齿轮偶件由各自的进气凸轮轴驱动的，从而实现了紧凑的配气正时传动机构。出于噪声考虑，机油泵被设计成内齿轮泵，并由一条8mm节距的滚子链驱动。整个链传动机构示于图10。

装配式凸轮轴采用内高压液压成型原理制造。如图11所示，在液压装配时凸轮片被套在心轴管上的相应位置，心轴管中的液压油被一直加载到高达260MPa的高压，心轴管在凸轮片的部位即发生扩张变形（图中的最大扩张量），当液压压力释放后即留下永久变形（图中的永久扩张量），凸轮片就被紧紧涨紧在心轴管上。

3.冷却液循环回路和热管理

在大多数现代发动机中已采用合适的热管理，对采暖舒适性、废气排放水平和燃油消耗实现全面优化策略，因此这种新机型除了将汽缸盖冷却液循环回路设计成横流式冷却的基本方案之外，还借助于电控三阀盘节温器实现根据特性曲线场调节冷却液流动的暖机运行（图12）。

为了能使发动机始终在最佳温度状态下运行，确定了如图13所示的热管理运行调节策略。为了实现如此的运行调节方式，应用了一个电控调节的三阀盘节温器，其工作原理如图14所示。

暖机阶段冷却液不流动能使燃烧室迅速热起来，直至能够根据运行状况和环境条件自由调节冷却液温度，而且这种调节功能还能根据需求将热量传递给采暖系统的热交换器。

4.空气管路、充量更换和燃烧

对M272汽油机燃烧设计提出的最主要的要求是为了在扭矩和功率、非常低的燃油消耗值、低噪声、满足欧洲和美国现行的废气排放法规，以及未来满足CO₂和超低排放汽车限值等方面都能达到顶级的水平。因此，火花塞中央布置的四气门技术、进排气凸轮轴相位的连续调节、可调式进气管、进气道滚流阀以及高效的废气后处理技术等形成了达到目标要求的技术基础，这些方面都将在下文进行详细的讨论。

为了能够达到超过57kW/L的高升功率，空气管路是按照达到尽可能最大的空气质量流量来设计的。原始空气进气管可使用编织软管来降低噪声（噪声一振动一刚性方案）而不会对流动产生不利的影响。同样，在空气滤清器中集成了谐振管，以降低进气噪声的共振。

从方案设计阶段直至确定具体的细部结构都通过进气管路和其他所有的空气引导零部件，进行换气计算和3D模拟流动计算予以优化（图15），同时还首次应用了可全