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新款MAN D3876發(fā)動機技術(shù)亮點解析

   2014-11-07 中國重型車網(wǎng)27790
核心提示:新款MAN D3876發(fā)動機技術(shù)亮點解析
 這款 15.2 升直列六缸發(fā)動機 D3876 是曼恩新開發(fā)的一款性能強大、效率高且極其可靠的卡車柴油發(fā)動機,能夠完成艱巨的運輸任務(wù)。D3876 是曼恩歐六發(fā)動機系列中的最新頂級型號,它能夠為長途運輸車輛和牽引車輛提供 2500 至 3000 Nm 的強勁扭矩和 520 至 560 馬力的動力,為重載運輸提供 640 馬力的動力。        新款直列六缸發(fā)動機 D3876 采用了 D20/D26 發(fā)動機的基本理念和高強度材料,延續(xù)了這一經(jīng)過百萬公里考驗的方案。其中包括蠕墨鑄鐵 (GJV450) 在發(fā)動機缸體和氣缸蓋上的應(yīng)用以及發(fā)動機和曲軸主軸承堅固的基本形狀。

        以該方案為基礎(chǔ),曼恩的工程師們在設(shè)計 D3876 時參考了所有先進的發(fā)動機體系并實現(xiàn)了大量技術(shù)創(chuàng)新。他們將 D3876 打造成一款極其可靠同時也非常省油的發(fā)動機:對比測試表明,560 馬力的歐 6 發(fā)動機 D3876 比 540 馬力的歐 5 發(fā)動機的燃油消耗減少了三個百分點,并且其扭矩提高了 200 Nm。新 D38 的高效彰顯無遺。
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雙級廢氣渦輪增壓器  
搭載了帶有中冷系統(tǒng)的雙級渦輪增壓器的 MAN D3876 在低轉(zhuǎn)速下就能輸出強勁的扭矩和出色的起步動力。該增壓系統(tǒng)由兩個不同大小的渦輪增壓器串聯(lián)組成。小尺寸的高壓增壓器在轉(zhuǎn)速較低時就會響應(yīng)。隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的提高,大尺寸的低壓增壓器會為其提供越來越多的輔助。如果要求很高的發(fā)動機性能,則低壓增壓器會承擔(dān)壓縮機工作的主要部分。曼恩通過這種增壓方案實現(xiàn)了理想的發(fā)動機燃燒氣體供給,進而能夠在很寬的轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)提供最佳的扭矩曲線。這款發(fā)動機在 930 至 1350 rpm 的轉(zhuǎn)速區(qū)間均能迸發(fā)出最大扭矩。這種發(fā)動機特性有助于主傳動比高的車輛在高速上以更經(jīng)濟的方式低速駕駛。另一方面則可以在上坡時長時間保持高轉(zhuǎn)速,而無需降低檔位。

        雙級增壓方案以成熟的技術(shù)為基礎(chǔ),代表著極長的使用壽命。由于壓縮機工作分配至兩個增壓器并且每個增壓器只需要提供總增壓壓力的一部分,渦輪增壓器元件的負(fù)荷也由此減輕。
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配備雙級渦輪增壓系統(tǒng)和雙級增壓空氣冷卻系統(tǒng)的 MAN D3876:低壓增壓器 (1),增壓空氣中冷器 (2),高壓增壓器 (3),增壓空氣主冷卻器 (4)
采用低溫理念的雙級增壓空氣冷卻系統(tǒng)  
增壓空氣的溫度對燃燒的影響非常之大,因此也關(guān)系到發(fā)動機的效率,原因是:較冷的空氣中含有更多的氧氣(體積)。因此,MAN D3876 采用了帶有一個低溫冷卻回路的雙級增壓空氣冷卻系統(tǒng)。主增壓空氣冷卻器可以將壓縮后的燃燒氣體冷卻至低于發(fā)動機冷卻水的溫度。這種通過兩次增壓空氣冷卻和兩個冷卻劑回路的間接增壓空氣冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)了更高的整體冷卻性能。

        雙級增壓空氣冷卻系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是減少了高壓渦輪增壓器的熱負(fù)荷??偠灾@種方案可以提高組件的可靠性和使用壽命。

        噴射壓力高達(dá) 2 500 bar 的共軌燃油噴射系統(tǒng)
        曼恩在 D3876 發(fā)動機上采用了第三代共軌燃油噴射系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠以高達(dá) 2500 bar 的壓力將燃油噴入氣缸中。由此一來,燃料得到了更精細(xì)的霧化。該系統(tǒng)將噴射精確分為預(yù)噴射、主噴射和后噴射。發(fā)動機的點火壓力高達(dá) 250 bar。結(jié)合新一代共軌系統(tǒng)的杰出特性,燃燒過程達(dá)到了極高的效率,而這正是低油耗的關(guān)鍵所在。此外,燃燒時產(chǎn)生的顆粒也非常少。
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噴射壓力高達(dá) 2500 bar 的共軌燃油噴射系統(tǒng)控制單元 (1),燃油高壓泵 (2);共軌 (3),噴射器 (4)
高強度材料實現(xiàn)減重160 kg       
 MAN 在發(fā)動機缸體和氣缸蓋上使用了高強度材料 GJV450(蠕墨鑄鐵)。結(jié)合經(jīng)過重量優(yōu)化的設(shè)計(例如帶有鑄造發(fā)動機支架的鋁鑄飛輪外殼),曼恩使發(fā)動機的重量比最強勁的歐 5 發(fā)動機 D28 V8 輕了 160 公斤。因此,D3876 成為其性能級別中最輕的發(fā)動機。塑料油底殼和氣門罩也對 D3876 發(fā)動機的瘦身發(fā)揮了所用。

        油底殼材料的優(yōu)勢是能夠形成曼恩的專利蜘蛛網(wǎng)狀底部結(jié)構(gòu)。這種底部結(jié)構(gòu)通過對聲波進行漫反射來減少噪音,從而使運行噪音更低、更為悅耳。
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采用耐沖擊材質(zhì)與專利降噪結(jié)構(gòu)的油底殼
高負(fù)荷部件的新冷卻理念:Top-Down 冷卻系統(tǒng)
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MAN D38 氣缸蓋首次使用 Top-Down 冷卻系統(tǒng)。首先對噴射器 (1) 和氣門座 (2) 進行冷卻。
        曼恩在 D3876 采用了冷卻水自上到下流經(jīng)發(fā)動機的冷卻系統(tǒng),是首款采用這種冷卻系統(tǒng)的卡車柴油發(fā)動機。Top-Down 冷卻系統(tǒng)的理念是首先冷卻氣缸蓋中熱負(fù)荷較高的位置。尤其是噴射器、排氣門和氣門座得到了冷卻和保護。
        此外,Top-Down 冷卻系統(tǒng)還能確保所有氣缸均得到均勻的冷卻。這種工藝能夠有的放矢地防止峰值溫度和熱應(yīng)力。由于冷卻劑得到了合理的供給,因此發(fā)動機通過相對較小的冷卻劑流量實現(xiàn)了較高的冷卻性能。另一方面,冷卻劑流量的優(yōu)化供給使得冷卻劑泵的功率消耗減少,因此也有助于降低油耗。
拱形氣門首次應(yīng)用于卡車發(fā)動機
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MAN D3876 中的拱形氣門:氣門盤 (1) 的隆起,,氣門座圈 (2)
在 D3876 上,曼恩首次將拱形氣門應(yīng)用在卡車柴油發(fā)動機上。這種設(shè)計通過拱形結(jié)構(gòu)使氣門盤得到了額外的加固,從而防止進氣門和排氣門(每個氣缸四個)變形。每次打開和關(guān)閉氣門時都會對氣門進行加速和制動,此過程每公里都會重復(fù)無數(shù)次。氣門盤上的拱形加強部分幾乎可以完全消除加速過程在氣門座圈范圍造成的氣門變形。這樣就能夠提高氣門和氣門座圈的使用壽命,使 D3876 成為一臺極為可靠的卡車發(fā)動機。
鋼制活塞減少摩擦并提高使用

在 MAN D38 上,氣缸中的燃?xì)鈩恿τ慑戜摶钊麄鬏?。鍛鋼活塞具有多個優(yōu)點:由高強度鋼合金制成的活塞可以結(jié)合較低的壓縮高度使用。較短的活塞通過較長的連桿將力傳遞至曲軸,非常接近垂直力傳遞的理想狀態(tài)。除此之外,緊湊的活塞結(jié)構(gòu)使活塞和氣缸壁之間的接觸面積更小,因此也減少了摩擦。摩擦減少不但會降低損耗,也使活塞和襯套的使用壽命更長。
每個氣缸均具有 8 個氣缸蓋螺栓

        作為一臺高性能發(fā)動機,曼恩為 D3876 的每一個氣缸都設(shè)計了八個氣缸蓋螺栓,使產(chǎn)生的動力能夠均勻分配至氣缸襯套。
        優(yōu)點是:氣缸襯套在負(fù)荷下仍能夠保持非常均勻的圓形,幾乎不會變形。因此襯套和活塞環(huán)之間的密封性非常好。這樣可以減少機油消耗并延長顆粒過濾器的使用壽命。氣缸蓋密封件的負(fù)荷也因為均勻的壓力而減少。曼恩通過這種設(shè)計確保了整個使用壽命期間的氣缸蓋密封性。
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帶有火力環(huán) (1) 的鍛鋼活塞,8 個氣缸蓋螺栓連接 (2)
防油炭火力環(huán)        D38 的另一個設(shè)計特點也代表著長效的發(fā)動機壽命:火力環(huán)被放入氣缸襯套上端的一個方形凹槽中。這個位于氣缸襯套上方的保護環(huán)能夠阻止燃燒氣體進入活塞和襯套之間,從而最大限度地減少活塞火力岸上的機油積炭。由于油炭可以磨蝕材料,曼恩通過使用火力環(huán)將氣缸襯套磨損減少至最低程度。
        封裝的電纜束
        D38 發(fā)動機上的電纜首次敷設(shè)在泡沫填充的電纜束中。電纜通過泡沫材料固定:在長年運行中,泡沫材料能夠大大降低導(dǎo)致材料疲勞的振動。電纜不但具有更長的使用壽命,并且能夠有效避免發(fā)動機裝配時的損傷。此外,也為防止貂鼠撕咬提供了更多的保護。
        針對高空氣需求的 MAN 空氣壓力管理系統(tǒng)
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更大排量的按需控制雙缸空壓機用于 D3876:驅(qū)動器 (1),多片式離合器 (2)

        MAN 在 EfficientLine 車型上引入了輔助設(shè)備按需調(diào)節(jié)系統(tǒng),以實現(xiàn)節(jié)油的目的。旗艦車 TGX D38 上同樣采用了這一技術(shù),并針對此功率等級汽車的高空氣需求對 APM 進行了優(yōu)化:曼恩為 D3876 裝配了一個 476 ccm 排量的可關(guān)斷雙缸空壓機,比小型發(fā)動機上使用的單缸 APM 的排量增加了 40%。
        空氣壓力管理系統(tǒng) APM 僅在發(fā)動機需要壓縮空氣時開啟壓縮機:在長途運輸中,壓縮機在 90% 的時間內(nèi)都保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。這樣能夠減少發(fā)動機的額外功率需求,因此有助于降低燃油消耗。
        針對更高的空氣需求(也就是多個空氣彈簧車軸)或重載應(yīng)用,客戶還可以選擇性能更高的 720 ccm 排量永久雙缸空壓機。
強大的持續(xù)制動器:EVB、Turbo EVB 和 Intarder 3        
作為頂配型號的 D3876 可以搭載發(fā)動機制動器 EVB(排氣門制動裝置)或首次應(yīng)用在重型車輛上的更加強勁的 Turbo EVB。這兩種高端持續(xù)制動器在較低的行駛速度下也能提供很高的制動力。D3876 上的 EVB 在中間轉(zhuǎn)速區(qū)間尤其高效,能夠在 2400 rpm 的轉(zhuǎn)速下提供 340 kW 的最大制動功率。
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具有 600 kW 制動效率的 Turbo EVB 用于重型車輛:排氣歧管 (1)、排氣門 (2)、控制氣缸 (3)、高壓渦輪增壓器 (4)
        Turbo EVB 通過在發(fā)動機制動時適當(dāng)增壓,將 2400 rpm 轉(zhuǎn)速時的制動效率顯著提高至 600 kW。由于冷卻系統(tǒng)的負(fù)荷較低,因此該制動器能夠提供 600 kW 極高持續(xù)制動功率:一個不可忽視的安全優(yōu)勢。Turbo EVB 將于 2015 年起首次裝配重型車輛,之后會用于普通公路車輛。
        低維護費用帶來高成本效率
        在 D3876 的早期開發(fā)階段,維修工程專家就參與進來,目的是實現(xiàn)最便捷的發(fā)動機維護和修理。例如在不拆卸空氣濾清器的情況下就可以接觸到配氣機構(gòu)。而噴射系統(tǒng)的擴展診斷功能也能提供更多詳細(xì)信息,從而減少維修車間的工作。
        在 D3879 的開發(fā)過程中,曼恩在特定組件中沿用了來自 D20/D26 的成熟組件。其中包括燃油過濾器、帶有油分離器的機油過濾模塊、冷卻劑泵、節(jié)流閥、用于廢氣再循環(huán)的控制氣缸、風(fēng)扇驅(qū)動、取力器、發(fā)電機、起動機和空氣壓縮機等。這樣一來,曼恩在 15.2 L 發(fā)動機上實現(xiàn)了與小型發(fā)動機相同的保養(yǎng)和維修便捷性。除此之外,也確保了這個強勁的發(fā)動機能夠輕松進行零件更換。
D38 的歐 6 廢氣凈化系統(tǒng)        
為了符合極為嚴(yán)格的歐 6 排放標(biāo)準(zhǔn),MAN D3876 采用了冷卻外部高壓廢氣再循環(huán)系統(tǒng) (EGR)、選擇性催化還原系統(tǒng) (SCR) 以及一個封閉的顆粒過濾器系統(tǒng) (CRT)。與較小的曼恩發(fā)動機不同,再循環(huán)的廢氣會經(jīng)過兩級冷卻。廢氣首先被導(dǎo)入一個高溫 EGR 冷卻器中。該冷卻器集成于發(fā)動機冷卻劑回路中。然后由集成在增壓空氣冷卻系統(tǒng)低溫冷卻回路中的低溫 EGR 冷卻器對廢氣進行進一步冷卻。
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MAN D3876 的雙級廢氣再循環(huán)系統(tǒng):EGR 截止閥 (1)、高溫冷卻器 (2)、低溫冷卻器 (3)、與已冷卻的增壓空氣混合 (4)
        此方案使廢氣再循環(huán)率達(dá)到了 40%,因而實現(xiàn)了極低的氮氧化物排放。廢氣后處理系統(tǒng)需要減少的氮氧化物也變少了。與歐 5 發(fā)動機相比,曼恩將 AdBlue®(尿素)消耗量進一步減少了近 60 %,TCO 成本優(yōu)勢顯現(xiàn)無遺。除此之外,用于該尺寸發(fā)動機的廢氣消音器的元件也得以更加緊湊:TGX D38 搭載的 15.2 L 排量發(fā)動機不可避免地具有較大的廢氣流量,然而其廢氣消音器的尺寸卻與搭載 D20 或 D26 發(fā)動機的車輛的廢氣消音器尺寸相同。因此,在 TGX D38 的框架中可以容納同樣的油箱體積。
        憑借優(yōu)化的共軌燃油噴射系統(tǒng)以及無煙燃燒過程,柴油顆粒過濾器需要過濾的煙塵顆粒也因此減少。這樣就產(chǎn)生了更低的排氣背壓,進而對降低燃油消耗做出了貢獻(xiàn)。此外,由于顆粒過濾器通常不需要進行活性再生,因此 D3876 也不需要燃料后噴射。在進行保養(yǎng)時,通過檢修蓋板可以輕松接近柴油顆粒過濾器,且行駛里程達(dá)到 500,000 公里后才需要在維修車間進行更換和清潔。

 
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