1. Lịch sử 9 thập kỷ của động cơ 6 xylanh Mercedes
Từ năm 1924 hãng xe Đức giới thiệu M836 và kéo dài đến M104 vào năm 1997, qua 31 cấu hình 6 xylanh thẳng hàng khác nhau từ 1.7L (M15) cho đến 7.1L (M06). Nhưng đến năm 1997 Mercedes bắt đầu sử dụng động cơ 6 xylanh hình V 90 độ M112, động cơ này dùng chung cụm trục cam đơn, 3 valve/xylanh, đánh lửa kép với M113 V8. 2 năm sau, động cơ 6 xylanh thẳng hàng (M104) chính thức bị ngừng sản xuất.
Động cơ M112 được dùng để phát triển M272 vào năm 2004, sử dụng cụm đánh lửa đơn thông thường, 4 valve/xylanh. 6 năm sau Mercedes cho ra đời M276 cũng dựa trên M272 nhưng góc nghiêng được điều chỉnh về 60 độ để có độ cân bằng tốt hơn. Đây là thời điểm V6 của Mercedes “bớt giống” cấu hình so với V8 đi khá nhiều.
2. Trở về thiết kế xylanh thẳng hàng
Động cơ M256 mới chính thức quay trở lại kỷ nguyên 6 xylanh thẳng hàng nhờ vào thông số rung động sơ cấp và thứ cấp hoàn hảo, đem lại sự mượt mà hơn V6 60 độ hay V8. Hơn nữa, nhờ sự bố trí cổng nạp và xả nằm đối diện nhau ở 2 bên của động cơ nên bộ lọc xúc tác có cơ hội được đặt gần lại hơn với tăng áp. Điều này giúp cho bộ lọc khí thải nóng lên nhanh hơn cùng lúc với nhiệt độ động cơ sau khi khởi động dưới thời tiết lạnh, giúp giảm đi lượng nồng độ khí thải.
So với V6, I6 tiết kiệm đi khá nhiều các chi tiết động cơ: một cụm đầu culasse thay vì hai, một cụm dẫn động trục cam thay vì hai, một cụm gom khí thải thay vì hai, một tăng áp thay vì hai, một cụm lọc xúc tác thay vì hai, hai trục cam thay vì bốn, hai bánh cam thay vì bốn. Giảm số lượng trục cam và truyền động cam đồng nghĩa với giảm đi độ ma sát.
Để kiểm soát được chiều dài của động cơ, M256 sẽ có kích thước đường kính xylanh và khoảng chạy là 83.0 và 92.4 mm. Hoàn toàn trái ngược với tỉ lệ 88.0 và 82.1 mm trên động cơ V6 3.0L hiện tại (V6 còn có cấu hình đường kính xylanh lên đến 97mm). Đường kính xylanh nhỏ hơn đồng nghĩa với việc khoảng cách giữa các tâm của xylanh được rút gọn xuống từ 106.0 mm (V6) còn 90.0 mm (I6). Tiết kiệm được khoảng 3 inch (76.2 mm).
Mercedes vẫn chưa tiết lộ kích thước chuẩn của cả cụm động cơ nhưng có khả năng I6 sẽ dài hơn V6 khoảng 8 inch (203 mm). Nhưng lại nhẹ hơn khoảng gần 6kg nhờ vào các thông số đã kể trên.
3. Động cơ điện tích hợp 48V
M256 là cỗ máy được thiết kế để tích hợp với 1 cụm động cơ điện 48V, hoạt động cùng lúc nhờ truyền động trực tiếp từ cốt máy. Động cơ điện này có công suất 20 hp và 220 Nm mô men xoắn, tức là nó sẽ hỗ trợ động cơ xăng tại dãy vòng tua thấp, giúp người lái vẫn có thể tăng tốc mà không cần trả số. Động cơ điện này cũng có khả năng tự sạc khi phanh xe vào cụm pin lithium-ion 0.9 kWh. Nó cũng giúp cho quá trình ngắt/khởi động lại động cơ dễ dàng hơn.
Song song với động cơ điện 48V này vẫn là hệ thống điện 12V độc lập truyền thống làm nguồn cho các thiết bị điện tử trên xe, nhưng sau này nếu động cơ điện 48V phát triển thì khả năng nguồn điện 12V sẽ dần bị thay thế, đi cùng với các thiết bị điện mới hơn.
4. Siêu nạp điện tử
M256 sử dụng tăng áp, đồng nghĩa với khả năng xảy ra turbo lag trong vài trường hợp. Để khắc phục tình trạng này, phiên bản AMG của M256 sẽ được trang bị một siêu nạp điện tử để “boost” trước khi tăng áp bắt đầu nạp.
Bộ siêu nạp này nằm “sau” tăng áp, dùng năng lượng từ động cơ điện 48V ở trên để quay tua bin, công suất có thể đạt tối đa là 7700 rpm và áp lực nạp 6.6 psi. Vậy là đủ để động cơ có thể đáp ứng được nhu cầu tăng tốc trước khi van 1 chiều khoá và tăng áp hoạt động.
5. Tăng áp lớn hơn
Như đã đề cập ở trên, khi người lái nhấn chân ga thì xe sẽ có phản ứng tăng tốc ngay nhờ vào mô men xoắn từ động cơ điện, sau đó 0.3 giây là siêu nạp điện sẽ bắt đầu boost. Với phản ứng từ động cơ nhanh như vậy, M256 là động cơ không cần dùng tăng áp nhỏ để giảm hiện tượng ga chờ mà thay vào đó là cụm tăng áp cổng kép lớn.
Tăng áp lớn sẽ cho dòng khí nén di chuyển tốt hơn, ít tạo ra “back pressure” hơn tại vòng tua máy cao, kéo dài dãy công suất động cơ.
So sánh với twin turbo trên động cơ V6 M276, tăng áp đơn chỉ cần một wastegate và một valve xả khí, giúp giảm trọng lượng và cấu tạo đơn giản hơn.
6. Không cần nguồn dẫn động thiết bị điện thông thường
Với một động cơ điện tích hợp 48V hoạt động cùng lúc với động cơ, không cần phải có một nguồn 12V hay cụm dẫn động như bình thường để vận hành bơm nước hay nén khí điều hoà.
Một bơm nước điện tử sẽ dễ kiểm soát nhiệt độ nước hơn, qua đó đáp ứng chính xác nhu cầu làm mát của động cơ. Còn điều hoà điện tử sẽ vẫn hoạt động để tạo ra hơi lạnh cần thiết trong khi động cơ đang ngắt tạm thời.
Không dùng tới cụm dẫn động thiết bị điện sẽ giúp giảm đi khoảng 2 inch (25mm) chiều dài của kích thước tổng thể động cơ.
7. Bầu lọc khí xả
Trước đây bầu lọc này chỉ xuất hiện trên xe động cơ dầu diesel nhưng gần đây cũng áp dụng trên động cơ xăng, do tiêu chuẩn khí thải ngày càng khắt khe. Nguyên nhân đầu tiên là do động cơ sử dụng cụm phun nhiên liệu trực tiếp (direct injection) sẽ tạo ra nhiều hạt bụi hơn là cụm phun nhiên liệu đa điểm (port injection). Điều này thậm chí đúng trên động cơ M256 với kim phun Piezo, đạt áp lực phun lên đến 2900 psi.
Lý do là khi phun nhiên liệu trực tiếp, gió và xăng sẽ có ít thời gian hoà trộn với nhau hơn - nhiên liệu chỉ được phun từ kỳ nén thay vì cả 2 kỳ là hút và nén, dẫn đến hỗn hợp nhiên liệu bị “dư” và tạo hạt bụi khi cháy.
Giải pháp cho nhiều nhà sản xuất là chuyển qua hệ thống phun đa điểm, nhưng Mercedes chọn gắn thêm bầu lọc nhiên liệu.
8. Thành viên mới trong gia đình xe Đức
Kích thước của động cơ M256 - đường kính xylanh 83.0 mm và chiều dài xylanh 92.4 mm, khoảng cách giữa các tâm xylanh là 90.0 mm giống hệt động cơ 4 xylanh thẳng hàng 2.0L và V8 4.0L (2 động cơ cuối cùng trước đó có chiều dài xylanh 92 mm).
Kích thước buồng đốt này tạo ra tỉ số giữa đường kính là chiều dài xylanh là 83/92.4 = 0.89 (undersquare), buồng đốt nhỏ gọn hơn và tỉ lệ truyền tải nhiệt năng (surface-to-volume ratio) khả quan hơn, nhờ đó tránh mất đi nhiệt lượng vào cụm giải nhiệt.
Các valve nạp xả hay đường kính xylanh nhỏ cũng không là vấn đề khi có sẵn cụm siêu nạp và tăng áp, sẵn sàng boost công suất động cơ ngay khi cần. Buồng đốt dài hơn cũng giúp cho lực ép ngang của piston vào thành xylanh giảm đi, tức là giảm luôn cả ma sát.
Kích thước buồng đốt của M256 cũng sẽ được chia sẻ với các động cơ dầu diesel mới từ Mercedes-Benz, giúp giảm giá thành sản xuất.
9. Công suất động cơ
Công suất đầu ra của động cơ mới và nhiều công nghệ mới là 429 hp @ 6100 rpm và 520 Nm @ 1800 rpm mô men xoắn (cấu hình của chiếc E53 AMG). Còn trên chiếc E43 AMG là cùng thông số mô men xoắn nhưng yếu hơn 33 hp. Tăng áp kích thước lớn cũng giúp cho công suất và mô men xoắn đạt đỉnh tại vòng tua cao hơn. Công suất kể trên vẫn chưa tính thêm 20 hp và 220 Nm mô men xoắn từ động cơ điện. M256 mới cũng cho chỉ số tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn 15% so với thế hệ V6 tiền nhiệm. Phiên bản xe khác không có nâng cấp AMG (CLS 450) sẽ có công suất thấp hơn (362 hp), vẫn có động cơ điện 48V nhưng không được trang bị siêu nạp điện tử.
Cận cảnh động cơ M256 6 xylanh thẳng hàng mới của Mercedes-Benz:
Chủ đề tương tự
Ngày đăng:
