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メルセデス・ベンツ・サービス
新世代直列 4 気筒エンジン ディーゼル・ エンジン OM 651 のイントロダクション
メルセデス・ベンツ日本株式会社
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刊記
© 2008 メルセデス・ベンツ日本株式会社 本書は、すべての記載内容も含め、著作権によって保護されています。 使用にあたっては、あらかじめメルセデス・ベンツ日本株式会社の書面 による事前の承諾が必要となります。これは特に複写、配布、加工、翻 訳、マイクロフィルムへの記録またはデータベースおよびオンライン・ サービスを含む電子機器への保存および処理に対して適用されます。 表紙写真の番号: 文献番号: 2008 年 8 月 P01.00-3119-00 6516 1364 20
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目次
はじめに ....................................................................................... 5
概要 要約 ............................................................................................... 6 エンジン・データ ....................................................................... 7 ハイライト ................................................................................... 8 エンジンの外観 ........................................................................... 9 システム比較 ............................................................................. 10 一覧 ..............................................................................................11
メカニズム クランクケース ......................................................................... 12 シリンダ・ヘッド ..................................................................... 13 オイル・パン ............................................................................. 14 クランク・メカニズム ............................................................ 15 バルブ・メカニズム ................................................................. 17 ギヤ・ドライブ ......................................................................... 18 ベルト・ドライブ ..................................................................... 19
燃焼 コモン・レール・インジェクション .................................... 20 過給 ............................................................................................. 24 エア・インテーク ..................................................................... 29 エグゾースト・システム ........................................................ 32 エグゾースト・システム ........................................................ 34
新世代 4 気筒直列エンジン [モデル 204、906、ディーゼル・エンジン OM 651] q
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目次
冷却システムおよび潤滑システム エンジン・クーリング・システム ........................................ 36 エンジン潤滑およびオイル回路 ............................................ 38 オイル・ポンプ ......................................................................... 40 クーラント・ポンプ ................................................................ 41
電気システムおよびエレクトロニクス エンジン・コントロール・ユニット ................................... 42 グロー・システム ..................................................................... 43
ニューマチック バキューム・コントロール .................................................... 44
環境保護 排出ガス低減 ............................................................................. 46
サービス・インフォメーション 新規事項 ..................................................................................... 48
スペシャル・ツール エンジン ..................................................................................... 50
略語 ............................................................................................. 55 索引 ............................................................................................. 56
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q 新世代 4 気筒直列エンジン [モデル 204、906、ディーゼル・エンジン OM 651]
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はじめに
読者の皆様へ
このイントロダクション・ブックでは、メルセデ ス・ベンツの新型直列 4 気筒ディーゼル・エンジ ン OM 651 をご紹介します。 市場導入に先立ち、 この新しいエンジンの技術上の 最重要事項を皆様にお知らせします。このイント ロダクション・ブックは、主にサービス、メインテ ナンスならびにアフタ セールス部門に情報を提供 ・ する目的で作成されました。 その際、 すでに導入さ れているメルセデス ベンツに関する知識を前提と ・ して作成されています。 このイントロダクション・ブックは、新しい、また は変更された構成部品、 システム、 システム構成部 品およびそれらの機能の紹介に重点を置いていま す。 このイントロダクション・ブックは、 技術的な新規 事項の全容と技術の粋を集めた設計を紹介するこ とを目的としています。 しかしながら、 このイントロダクション・ブックは 修理や技術的なダイアグノシスのベースとなるも のではありません。修理またはダイアグノシスの 際には、ワークショップ・インフォメーション・シ ステム(WIS)およびダイアグノシス・アシスタン ト・システム(DAS)を使用して詳細を確認してく ださい。 WIS は毎月更新されます。そのため WIS に収録さ れている情報はつねに、 当社の車両に採用されてい る最新の技術レベルに基づいています。 このイントロダクション ブックの内容は更新され ・ ません。 サプリメントは予定されていません。 変更 事項および新規事項は WIS の該当する文献で公表 します。 このため、このイントロダクション・ブッ クのデータが、WIS 内のより新しい情報と異なっ ている場合があります。 テクニカル・データ、 装備および供給範囲に関する 記述はすべて、2008 年 7 月の編集終了時のもので あるため、 製造時期のデータとは異なる場合があり ます。
メルセデス・ベンツ日本株式会社 トレーニング部
新世代 4 気筒直列エンジン [モデル 204、906、ディーゼル・エンジン OM 651] q
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概要
要約
エンジン・モデル OM 651
2008 年 10 月、Delphi 社の第二世代コモン・レー ル・ダイレクト・インジェクション(CDI)システ ムを搭載した新世代 4 気筒ディーゼル・エンジン OM 651 が市場に導入されます。 ディ ーゼ ル・エン ジン OM 651 は、総排 気量 2,143 cm3 で 150 kW の最高出力、そしてわずか 5.4 リッタの軽油で 100 km を走行する燃費を実現 しています。このように高い出力と 500 Nm のエ ンジン・トルクにもかかわらず、CO2 排出量をさ らに低減することに成功しています。 さらに、 将来 的に導入される欧州公害規制「ユーロ 5」もクリア します。 新しいエンジンの中心的技術は、2 ステージ・ター ボチャージャです。このシステムは、小型の高圧 ターボチャージャと大型の低圧ターボチャージャ を組み合わせたもので構成されています。静かな エンジン作動のために、ディーゼル・エンジン OM 651 はさらに 2 本のランチェスタ・バランス・シャ フトも備えています。 より優れた歩行者保護を目指すユーロ NCAP ク ラッシュ・テストの新たな法規制を遵守するため に、ギヤ・ドライブがチェーン・ドライブと組み合 わせて動力発生側に配置されています。エンジン とエンジン フードの間に空間を確保することによ ・ り、歩行者が負傷する危険性が減少します。
エンジン 138 総排気量 2.6 リッタで 33 kW の最高出力を発生するこ のエンジンは、1936 年、世界初のディーゼル乗用車で あるメルセデス・ベンツ 260 D に採用されました。
エンジン 651 総排気量 2.2 リッタで 150 kW の最高出力を発生するこ のエンジンは、2008 年 10 月以降、C クラスに採用さ れます。
i 注意事項 新しい CDI システムの詳細な説明は、 ディーゼ ル・エンジン OM 651 のシステム説明を参照し てください。 注文番号:6516 1363 20
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比較 総排気量 最高出力 最大トルク 最高回転数 cm3 kW rpm Nm rpm rpm
ディーゼル・エンジン OM 646.821 EVO 2,148 125 3,800 400 2,000 4,900
ディーゼル・エンジン OM 651.911 2,143 150 4,200 500 1,600 ~ 1,800 5,200
差 - 0.2 % + 20 % + 25 % +6%
ディーゼル・エンジン OM 646.821 EVO
ディーゼル・エンジン OM 651.911
n
回転数
M トルク
P
出力
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概要
エンジン・データ
概要
ハイライト
新規事項
最新の革新的な技術を導入することにより、 ディー ゼル・エンジン OM 651 では出力およびトルク特 性、経済性、排気ガス排出およびスムーズ・ランニ ングにおいて模範的な値を実現することに成功し ました。以下のいくつかの新開発技術は、現時点 で、 この組合せでは他のどの乗用車ディーゼル・エ ンジンにも標準装備されていないものです。
温度管理
新しい温度管理は、以下により構成されています : • • • スイッチ・オフ可能なクーラント・ポンプ 2 分割式ウォータ・ジャケット付きシリンダ・ ヘッド スイッチ・オフ可能なオイル・ジェット・ノズル と、これに接続されているピストン・クラウン冷 却システム クリーン・オイル側で容量制御されるオイル・ ポンプ
•
技術
新型エンジンの最も重要な技術的特徴は、 以下のと おりです : • 振動を吸収する形で取り付けられているジオメ トリーの 2 ステージ・ターボチャージャ • 直接制御式ピエゾ・インジェクタ • チェーン・ドライブと組み合わせて動力発生側 に配置されたギヤ・ドライブ • 吸気によって冷却されるエンジン・コントロー ル・ユニット、 エア・クリーナ・ハウジング上に配置 • メイン・ベアリング・ブリッジ、内蔵式 ランチェスタ・ハウジング付き • 2 本のランチェスタ・バランス・シャフト • クランクシャフトに摩擦溶接されたドライブ・ ギヤ • トーショナル・バイブレーション・ダンパ、 4 本のボルトで固定 • さまざまなトランスミッション・バウムスタに 対応する汎用タイミング・ケース・カバー • 車両コンセプトに応じてさまざまな配置が可能 なユニット・キャリア • 2 個のノック・センサ • 2 分割式オイル・パン(ノイズ対策) • プラスチック製のオイル・パン下部
i 注意事項 摩擦溶接接合では、2 つの部品が互いに動力を 伝達できるように接続されます。摩擦と圧力を 使用することによって、溶接補強なしで強固に 接続します。
i 注意事項 ディーゼル・エンジン OM 651 の修理およびメ インテナンスに関する詳しいインフォメー ションは、ワークショップ・インフォメーショ ン・システム(WIS)を参照してください。
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ディーゼル・エンジン OM 651: 左からの側面図
ディーゼル・エンジン OM 651: 右からの側面図
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概要
エンジンの外観
概要
システム比較
比較 市場への導入 燃焼方式 気筒数 シリンダの配置 ボア ストローク 圧縮比 カムシャフト・ドライブ カムシャフト数 バルブ・コントローラ mm mm e 88.3 88.3 16.5 : 1 ダブル・チェーン 2 ディーゼル・エンジン OM 646.821EVO 2006 年 6 月 ディーゼル・エンジン OM 651.911 2008 年 10 月
ディーゼル直接噴射システム 4 直列 83.0 99.0 16.2 : 1 シングル・チェーン 2
バケット・タペット、 ローラ・タイプ・ロッカ・ ハイドロリック・バルブ・ アーム、ハイドロリック・ クリアランス・ バルブ・クリアランス・ アジャスタ付き アジャスタ付き 可変タービン・ ジオメトリ付き 1 ステージ・ ターボチャージャ 電気式 インテーク・ポート・ シャットオフ、 個別の EGR クーラによる EGR マグネット・コイル・ インジェクタ mm 17 1-3-4-2 シングル・チェーン A kg 200 190 ギヤ・ドライブ 180 203 振動を吸収する形で 取り付けられてる ジオメトリの 2 ステージ・ ターボチャージャ ニューマチック インテーク・ポート・ シャットオフ、 EGR 冷却および EGR バイパス 直接制御式ピエゾ・ インジェクタ 19
過給方式
ブースト プレッシャ コントロール ・ ・ 有害物質の少ない燃焼のための 措置
フューエル・インジェクタの構造
フューエル・インジェクタの直径 点火順序 オイル・ポンプ・ドライブ オルタネータ電流の強さ DIN エンジン重量(乾燥)約
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目的 快適性の最適化
ディーゼル・エンジン OM 651 の措置 一貫したクランクシャフト・ベアリング・ブリッジ付きのより剛性の高い クランクケース 幅広のクランクシャフト・メイン・ベアリング、フランジ・ベアリングによる 摩擦最適化 静粛なエンジン作動のための、 下部に配置された 2 本のランチェスタ・バランス・ シャフト ブリーダ内蔵のプラスチック製シリンダ・ヘッド・カバー メインテナンス・フリーで耐用年数の高い、カムシャフト・ドライブとしての シングル・チェーン 遮音効果が適合されたエンジン・カバー
燃費最適化
最適化された混合比(エア・ガイド、インテーク・ポート) 2 ステージ・ターボチャージャ 最適化されたインタークーラおよび EGR 冷却システム ギヤ・ドライブおよびローラ・ベアリングで支持されたバランス・シャフトによる 摩擦損失の減少
排出ガス規制値の クリア (欧州公害規制 「ユーロ 5」 )
最適化された燃焼室のレイアウト 7 穴インジェクション・ノズル より正確な噴射時間 最適化されたエア・ガイド EGR プリ・ラジエタおよび EGR クーラ、EGR バルブおよび 切換式 EGR バイパスによる EGR 電動インテーク・エア・スロットル カットオフ可能なクーラント・ポンプとカットオフ可能な オイル・ジェット・ノズル 酸化触媒およびパティキュレート・フィルタ付きエグゾースト・システム
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概要
一覧
メカニズム
クランクケース
概要
ディーゼル・エンジン OM 651 の開発では、クラ ンクケースを設計するに当たり空間を最適化する コンセプトが追求されました。 そのため、ギヤ・ド ライブとオイル・ポンプ・ドライブおよびランチェ スタ・バランス・シャフトが動力発生側にありま す。 ねずみ鋳鉄製クランクケースは、 砂型鋳造方式 で製造されています。 新たな構造コンセプトにより、 以下の利点が生じま す: • • 従来モデルより 4 cm 短いクランクケース ギヤ・ドライブとカムシャフト・ドライブを動 力発生側に配置することにより改善された歩行 者保護 さまざまなトランスミッション・バウムスタに 対応する汎用タイミング・ケース・カバー
•
クランクケース
1
クランクケース
2
オイル・ジェット・ノズル・ シャットオフ・バルブ
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概要
改善された温度管理は特に、 非常に高い温度にさら される部分で効力を発揮します。個々の構成部品 を適切に冷却することによって初めて、200 bar と いう高い燃焼圧力が可能になります。圧力ポテン シャルを高め、燃料噴射量を最適化することによっ て、500 Nm という高いエンジン・トルクと 150 kW • 200 bar の最高燃焼圧力(これまでは 160 bar) のエンジン出力が実現されています。 • タンジェンシャルおよびスパイラル・インテー ク・ポート • 直径 19 mm のピエゾ・インジェクタ用ボア 2 分割式ウォータ・ジャケットの上部チャンネル が、シリンダ・ヘッドにクーラントを供給します。 2 分割式ウォータ・ジャケットの利点は、以下のと おりです: • より高い構造的な剛性 • 排熱の改善 • 温度管理の改善 シリンダ・ヘッドは高張力アルミニウム製です。 シ リンダ・ヘッドには、2 個のカムシャフトとシリン ダあたり 4 個のバルブが装備されています。シリ ンダ・ヘッド・カバーはプラスチック製で、ブリー ダが内蔵されています。 シリンダ・ヘッドは、以下 の新規事項により際立っています:
シリンダ・ヘッド断面図
1 2 3 4
ブリーダ メイン・ベアリング・ブリッジ シリンダ・ヘッド・カバー グロー・プラグ
5 6 7 8
エグゾースト・バルブ ピエゾ・インジェクタ インテーク・バルブ バルブ・スプリング
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バルブ・クリアランス・ アジャスタ
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メカニズム
シリンダ・ヘッド
メカニズム
オイル・パン
構造の特記事項
• • • • 2 分割仕様 プラスチック製のオイル・パン下部 ノイズ対策が施されている メインテナンスおよびコストの点で最適化され た交換部品 • 紛失防止ボルト • ガスケット部分の特殊なピンによる取付け点検
オイル・パン
1 2
オイル・パン上部 ピン付きガスケット
3 4
オイル・パン下部(プラスチック) 紛失防止ボルト
i 注意事項 ハウジングの容積とオイル・レベル・コントロール・スイッチのドレン・ボアの大きさにより、一時 的なレベル変動が補正されます。これにより、たとえばカーブ走行時に作動する可能性のある不要な ウォーニング・メッセージを防ぎます。
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クランクシャフト
8 個のバランス・ウェイト付きの鍛造クランクシャ フトは、 さらなる効果的なバイブレーション・ダン パとして 5 箇所で支持されています。 クランク・ピ ンのラジアスはローラで圧延されているため、 高い 強度を備えています。 さらに、ドライブ・ギヤとク ランクシャフトが摩擦溶接により接合されていま す。
コンロッド
軽量化されたコンロッドは鍛造スチール製で、 ベア リング・シェルの高さで「規定箇所で破断」させて います。
バランス・シャフト
トーショナル・バイブレーション・ダンパは、クラ 2 本のランチェスタ・バランス・シャフトはメイ ンクシャフトに 4 箇所でボルト接続されています。 ン・ベアリング・ブリッジに内蔵されており、ロー ラ・ベアリングに 3 箇所で支持されています。 番 2 目のシステムで発生する慣性力に逆らうため、 これ らはギヤ ドライブにより互いに逆方向に駆動しま ・ す。 これにより、 静かなエンジンの作動が実現され ます。
ギヤ・ドライブ付きクランク・メカニズム
1 2 3 4
オイル・ポンプおよびバキューム・ポンプの ドライブ・ギヤ クランクシャフト・スプロケット クランクシャフト 高圧ポンプ・ドライブ・ギヤ
5 6 7 8 9
アイドラ・ギヤ(テンション・ホイール) ピストン コンロッド トーショナル・バイブレーション・ダンパ ランチェスタ・ドライブ・ギヤ
i 注意事項 アルミニウム製ピストンは、ねずみ鋳鉄製ピストン摺動面を最適化された摩擦状態で作動します。こ のエンジンでは、 ピストンがすべて一様に製造されています。 そのため、 このエンジンでは従来の A、 B または X サイズの区別がなくなりました。
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メカニズム
クランク・メカニズム
メカニズム
クランク・メカニズム
カムシャフト
ギヤ・ドライブは、タイミング・チェーンを介し てカムシャフト スプロケットとこれに接続されて ・ いるカムシャフトを駆動させます。メインテナン ス・フリーのタイミング・チェーンは、その耐用年 数の高さで実績があります。カムは内部高圧形状 (IHU)によってカムシャフトに固定されます。
センサ・ホイール
センサ・ホイールはエグゾースト・カムシャフトに 固定されています。 スピード・センサと組み合わせ ることによって、 センサ・ホイールでカムシャフト のポジションと回転数を検知することが可能にな ります。 スピード・センサは、 取り付けられている永久磁石 によって磁束を発生させます。エンジンの作動中、 磁束はセンサ ホイールの穴あきカバーにより周期 ・ 的に遮断されます。このようにして生成されたシ グナルが CDI コントロール・ユニットによって使 用され、クランクシャフト・ポジション・センサの 故障時に、エンジン・エマージェンシ・オペレー ションのための代替シグナルとして用いられます。
カムシャフト・スプロケット
カムシャフト・スプロケットは、センタリング・ボ ルトでカムシャフトに固定されています。カム シャフトのセンタリング・ボルトは左ネジです。
センサ・ホイール付きエグゾースト・カムシャフト
1 2
ドライブ・ギヤ エグゾースト・カムシャフト
3
穴あきカバー付きセンサ・ホイール
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ハイドロリック・バルブ・クリアランス・アジャスタ付きバルブ・メカニズム
バルブ・メカニズムは、 摩擦最適化および可動部の 質量の低減という目標設定に従って改良されまし た。 カムシャフトは、シリンダにつき 2 個のインテー ク・バルブおよび 2 個のエグゾースト・バルブを 制御します。 このバルブ制御は、ハイドロリック・ バルブ・クリアランス・アジャスタ付きの潤滑性の あるローラ・タイプ・ロッカ・アームによって行わ れます。
バルブ・メカニズム
1 2 3 4 5
スライド・レール タイミング・チェーン カムシャフト・ドライブ・ギヤ インテーク・カムシャフト エグゾースト・カムシャフト
6 7 8 9 10
穴あきカバー付きセンサ・ホイール ローラ・タイプ・ロッカ・アーム ハイドロリック バルブ クリアランス アジャスタ ・ ・ ・ チェーン・テンショナ タイミング・チェーン・ドライブ・ギヤ
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メカニズム
バルブ・メカニズム
メカニズム
ギヤ・ドライブ
ギヤ・ドライブによる駆動
最も重要な技術革新の一つは、ギヤ・ドライブを チェーン ドライブと組み合わせて動力発生側に配 ・ 置したことです。クランクシャフトから発生する 振動の低減により、 著しく静かなエンジン作動が実 現されます。 新種のギヤ・ドライブにより、 以下の構成部品が駆 動します: • • • • ランチェスタ・バランス・シャフト オイル・ポンプ 高圧ポンプ オイル・ポンプの中央を貫通しているドライブ・ シャフト上方のバキューム・ポンプ
ギヤ・ドライブ
1 2 3
アイドラ・ギヤ クランクシャフト・スプロケット ランチェスタ・ドライブ・ギヤ
4 5 6
オイル・ポンプおよびバキューム・ポンプの ドライブ・ギヤ チェーン・ドライブ・ギヤ 高圧ポンプ・ドライブ・ギヤ
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ベルトの取回し
補助ユニットの駆動は、一体構造の、メインテナン スの容易な V ベルトによって行われます。 ベルト V には、オートマチック・ベルト・テンショナによっ てテンション・プーリでテンションがかけられま す。
ベルトの取回し
1 2 3 4 5
オルタネータ ベルト・プーリ ガイド・プーリ クーラント・ポンプ パワー・ステアリング・ポンプ
6 7 8 9
テンション・プーリ付きベルト・テンショナ エアコン・コンプレッサ ガイド・プーリ ユニット・キャリア
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メカニズム
ベルト・ドライブ
燃焼
コモン・レール・インジェクション
インジェクション技術
ディーゼル・エンジン OM 651 には、Delphi 社の 第二世代の新たなコモン レール技術が採用されま ・ す。 最高噴射圧力が 400 bar 上昇し 2,000 bar にな りました。ノズル・ニードルを直接制御するピエ ゾ・インジェクタ・コンセプトが新たに採用されて います。直接制御により、噴射量の変更が素早く、 高い精度で行われます。 ピエゾ・インジェクタにより、 以下の改善が実現し ています: • インジェクション・タイミング制御におけるよ り高い柔軟性 • より低い燃費 • より高い出力 • 燃焼音の最小化 • 排出ガスの低減 • エンジン・スムーズ・ランニングの改善 インジェクション・システムの主な新規事項は、 以 下のとおりです: • • 2 個のポンプ・エレメント付き高圧ポンプ(最高 噴射圧力 2,000 bar) インジェクション・タイミングの制御機能が拡 張されたエレクトロニック・エンジン・コント ロール ピエゾ・インジェクタによるオーバフロー・オ イルのないインジェクション・システム
•
圧力ポテンシャルを高めることによって初めて、 エ ンジン出力を 150 kW/204 PS に、またエンジン・ トルクを 500 Nm に高めることが可能になりまし た。 それだけでなく、 未処理排出物質の特性を明ら かに改善することができました。
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ピエゾ・インジェクタ
新たなコモン・レール技術の重要な構成部品は、 す べて新開発されたピエゾ・インジェクタです。 イン ジェクタ・ニードルは、ハイドロリック・サポート により動くのではなく、ピエゾ・セラミック・アク チュエータによって直接制御されます。これによ り、ピエゾ・インジェクタは従来のフューエル・イ ンジェクタに比べて、 燃料をより素早く、 改善され たスプレー パターンかつより高い精度で燃焼室に ・ 噴射します。 このシステムの特記事項は、 電圧降下時ではなく電 圧上昇時にピエゾ・インジェクタが開くことです。
ピエゾ・インジェクタ
a 警告
エンジンが損傷するおそれがあるため、エンジ ン作動時にはインジェクション・システムのい かなる接続も外してはなりません。 インジェクタ・コネクタをエンジン作動時に引 き抜いたり、アースに接続したりしてはなりま せん。さもないと噴射が作動します。
a 警告、生命の危険 !
エンジン作動中は、ピエゾ・インジェクタに 250 V に達する高電圧 がかかります。
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燃焼
コモン・レール・インジェクション
燃焼
コモン・レール・インジェクション
新たなインジェクション技術の利点
たとえば、より多量の噴射量が可能になったこと、 ならびに切替え時間を正確に制御することによる、 きわめて精密で素早い燃料噴射量の計量などの改 善が実現しています。 CDI コントロール・ユニット によるピエゾ インジェクタの直接制御と組み合わ ・ せて、 フューエル・インジェクションがさらに正確 に、その都度の負荷および回転数比に適合されま す。これはたとえば、正確なマルチ・インジェク ションによって行われ、 燃費、 燃焼音および CO 値 をさらに低減することを可能にします。 同時に、 エ ンジンがアイドリング中、 明らかにより静かに作動 します。
燃料噴射量
インジェクション・タイミングと噴射時間は、 以下 の要因により特定されます: • • • • • • ピエゾ・セラミックの直接制御 ノズル・ニードルの開 / 閉速度 ニードル・リフトの高さ 7 穴ノズル モジュールによるノズル ジオメトリ ・ ・ エンジン負荷 トルク要求
i 注意事項 インジェクション・システム(ピエゾ・イン ジェクタ、プレッシャ・ライン、レール、高圧 ポンプ等)の作業を行う場合は、特に作業の品 質と清浄性に注意してください。ほんのわずか な汚れでも、非常に素早くエンジン作動に関連 する不具合や物的損害を引き起こすことがあ ります。
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燃料噴射量修正
燃料噴射量修正は、2 つの部分領域に分かれます: • メイン燃料噴射量修正 • ゼロ・ボリューム・キャリブレーション
ゼロ・ボリューム・キャリブレーション
ピエゾ・インジェクタ開閉時の摩擦により、ノズ ル・ニードルのノズル・シートが摩耗します。 その ため、耐用年数に応じて燃料噴射量が変化します。 この変化した燃料噴射量を、制御時間の適合(ゼ ロ・ボリューム・キャリブレーション)によって修 正することができます。Delphi 社インジェクショ ン・システム搭載エンジンの場合は、 個のノック・ 2 センサを用いて修正を行います。
メイン燃料噴射量修正
メイン噴射量修正では、 触媒の前の O2 センサを用 いて、噴射される量を修正します。 その際、CDI コ ントロール ユニットに保存されているラムダ基準 ・ 値に達するまで、燃料噴射量が変更されます。
CDI インジェクション・システム
1 2 3 4 5
燃料ヒータ・エレメント フューエル・フィルタ・ハウジング レール レール・プレッシャ・センサ プレッシャ・ライン
6 7 8 9
ピエゾ・インジェクタ 高圧ポンプ ボリューム・コントロール・バルブ プレッシャ・コントロール・バルブ
新世代 4 気筒直列エンジン [モデル 204、906、ディーゼル・エンジン OM 651]
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q
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燃焼
コモン・レール・インジェクション
燃焼
過給
概要
メルセデス・ベンツは、ディーゼル・エンジン OM 651 で乗用車の 4 気筒直列ディーゼル・エンジン の 2 ステージ・ターボチャージャの開発を継続し ています(2 ステージ・ターボチャージャ搭載の従 来モデルは、メルセデス・ベンツ「スプリンタ」の エンジン 646 です) 。 エンジン側に与える影響は、以下のとおりです: • • • • • • シリンダ充填効率の改善と、それにより実現さ れる出力増加 著しく高いレベルでの調和のとれたトルク・ カーブ 調和のとれたトルク・カーブでの、最高出力の 増加 より低い燃費 高い耐用年数と信頼性 窒素酸化物(NOx)排出量の低下
構造
2 ステージ・ターボチャージャには、バイパス・コ ントロール付きの大きさの異なる 2 個のターボ チャージャが備えられており、 低い回転数でもより 高い最高出力とエア・マス・フロー・レートを実現 します。ブースト・プレッシャは、ブースト・プ レッシャ・コントロール・フラップ(LRK) 、ウエ スト・ゲートおよびブースト・エア・バイパス・フ ラップによって制御されます。 この制御は、 エンジ ンのその都度のトルク要求を考慮して行われます。
ブースト・プレッシャ・コントロールの 機能順序
2 ステージ・ターボチャージャの機能を分かりやす く概説するために、 全負荷モードでの 3 つの異なる 状態を選びました。 これらの状態をもとにして、正 確な順序について説明し、図示します。 ブースト・プレッシャ・コントロールの以下の状態 について説明します: • • • 1,200 rpm 以下の全負荷モード 1,200 ~ 2,800 rpm の全負荷モード 2,800 rpm 以上の全負荷モード
制御機能付き 2 ステージ・ターボチャージャ の利点
技術の粋を集めた 2 つのターボチャージャを用い た、必要に応じたブースト・エア供給制御には、以 下の利点があります: • • • • • • 明らかによりダイナミックな発進特性 発進困難(ターボ・ラグ)がない 調和のとれた走行特性 全回転数域にわたる走行性能の明らかな改善 優れた加速(低回転数での力強いトルク) 低エンジン回転数での、 素早いブースト・ プレッ シャ上昇のための高圧ターボチャージャ・デザ イン • 中~高エンジン回転数での、高いブースト・プ レッシャと高いガス・スループットのための低 圧ターボチャージャ・デザイン
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新世代 4 気筒直列エンジン [モデル 204、906、ディーゼル・エンジン OM 651]
112 122 123 124 125 126
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2 ステージ・ターボチャージャ
108 110 110/1 110/2 111
過給
q
エグゾースト・マニホールド 高圧ターボチャージャ (HD ターボチャージャ) HD ターボチャージャ コンプレッサ ホイール ・ ・ HD ターボチャージャ・タービン・ホイール バキューム・アクチュエータ(ブースト・ プレッシャ・コントロール・フラップ)
調整ロッド(ブースト・プレッシャ・ コントロール・フラップ) 113 ブースト プレッシャ コントロール フラップ ・ ・ ・ 120 低圧ターボチャージャ (ND ターボチャージャ) 120/1 ND ターボチャージャ コンプレッサ ホイール ・ ・ 120/2 ND ターボチャージャ・タービン・ホイール 121 ウエスト ゲート バキューム アクチュエータ ・ ・ ・
ウエスト・ゲート調整ロッド ウエスト・ゲート ブースト・エア・バイパス・フラップ・ バキューム・アクチュエータ ブースト エア バイパス フラップ調整ロッド ・・ ・ ブースト・エア・バイパス・フラップ
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燃焼
燃焼
過給
1,200 rpm 以下の全負荷モードでのブースト・プレッシャ・コントロール
エンジン回転数が 1,200 rpm 以下の全負荷モード では、ブースト・プレッシャ・コントロール・フ ラップ(LRK)はほとんど閉じています。 この状態 では、全排気ガス流が高圧ターボチャージャ(HD ターボチャージャ) のタービン・ホイールを介して 低圧ターボチャージャ(ND ターボチャージャ)の タービン・ホイールに流れてから、エグゾースト・ システムに流れます。 排気ガス・エネルギーのほとんどが、 必要なブース ト・プレッシャの大部分が生成される HD ターボ チャージャのタービン・ホイールに作用します。 そ のため、 排気ガス流が少ないにもかかわらず、 非常 に素早く高いブースト・プレッシャが生成されま す。 排気ガス エネルギーの残りが、 ・ ターボチャージャ ・ シャフトを介してコンプレッサ ホイールを駆動す ・ る ND ターボチャージャのタービン ホイールに作 ・ 用します。 したがって、ND ターボチャージャはハ イドロリック リターダとして作用するのではあり ・ ません。 ウエスト・ゲートとブースト・エア・バイ パス フラップは、 ・ この作動状態では閉じています。
1,200 rpm 以下の全負荷モードでのブースト・プレッシャ・コントロールの概要図
A B 1 2 3
インテーク・エア 排気ガス流 高圧ターボチャージャ 低圧ターボチャージャ ブースト・プレッシャ・ (LRK) コントロール フラップ ・
4 5 6 7 8
ウエスト・ゲート ブースト・エア・バイパス・ フラップ エア・クリーナ インタークーラ スロットル・バルブ・ アクチュエータ
9 10 11 12 13 14
インテーク・マニホールド エグゾースト・マニホールド EGR プリ・ラジエタ EGR アクチュエータ EGR クーラ EGR バイパス・フラップ
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1,200 ~ 2,800 rpm の全負荷モードでのブースト・プレッシャ・コントロール
エンジン回転数が 1,200 rpm 以上の全負荷モード では、必要なブースト・プレッシャに応じて、ブー スト・プレッシャ・コントロール・フラップ(LRK) が 5 % ~ 95 % の作動範囲(開後部断面)で開きま す。 その際、 LRK の開口部断面が大きくなる間 ND ター ボチャージャが継続してオンになり、 より大量の排 気ガスが ND ターボチャージャを通り抜けて流れ ます。 その際、吸引されたクリーン・エアがさらに 過給されます。 この状態では、 両方のターボチャージャが補足し合 い、 ともに必要なブースト・プレッシャを供給しま す。 ウエスト・ゲートとブースト・エア・バイパス・フ ラップは、この作動状態では閉じています。
1,200 ~ 2,800 rpm の全負荷モードでのブースト・プレッシャ・コントロールの概要図
A B 1 2 3
インテーク・エア 排気ガス流 高圧ターボチャージャ 低圧ターボチャージャ ブースト・プレッシャ・ (LRK) コントロール フラップ ・
4 5 6 7 8
ウエスト・ゲート ブースト・エア・バイパス・ フラップ エア・クリーナ インタークーラ スロットル・バルブ・ アクチュエータ
9 10 11 12 13 14
インテーク・マニホールド エグゾースト・マニホールド EGR プリ・ラジエタ EGR アクチュエータ EGR クーラ EGR バイパス・フラップ
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燃焼
過給
燃焼
過給
2,800 rpm 以上の全負荷モードでのブースト・プレッシャ・コントロール
エンジン回転数が 2,800 rpm 以上になると、LRK が全開になります。 これにより、 ほぼすべての排気 ガス流がバイパス・チャンネルを通じて低損失で ND タービンに供給され、排気ガス背圧の高さが制 限されます。 この手順により、 ターボチャージャはブースト・ HD プレッシャの上昇には寄与しなくなります。HD ターボチャージャがストッパ限界に達します。これ は、HD ターボチャージャはこれ以上ブースト・プ レッシャを生成することができず、さらに負荷がか かるとタービン回転数を明らかに低下させることを 意味します。 HD エア・コンプレッサを通り抜けて流れる際に、 圧力損失とブースト エアのさらなる加熱を防ぐた ・ めに、ブースト・エア・バイパス・フラップが開 き、 エア流の大部分が直接、 低損失のルートでイン タークーラに供給されます。 ウエスト・ゲートを介して、ND タービンのタービ ン出力がエンジン特性マップに従い、 負荷状態に応 じて必要により制御されます。 負荷状態に応じ、HD ターボチャージャは低エンジ ン回転数では高いブースト・プレッシャを生成し、 高エンジン回転数では ND ターボチャージャの過負 荷を防ぎます。
2,800 rpm 以上の全負荷モードでのブースト・プレッシャ・コントロールの概要図
A B 1 2 3
インテーク・エア 排気ガス流 高圧ターボチャージャ 低圧ターボチャージャ ブースト・プレッシャ・ コントロール フラップ ・ (LRK)
4 5 6 7 8
ウエスト・ゲート ブースト・エア・バイパス・ フラップ エア・クリーナ インタークーラ スロットル・バルブ・ アクチュエータ
9 10 11 12 13 14
インテーク・マニホールド エグゾースト・マニホールド EGR プリ・ラジエタ EGR アクチュエータ EGR クーラ EGR バイパス・フラップ
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エア・ガイド
ホット・フィルム・エ ア・マス・センサ(HFM) は、エア・インテーク・ライン内のエア・クリー ナ・ハウジングの後に配置されています。HFM は アースおよび吸気温度を検出し、 測定結果をエンジ ン エレクトロニクスにインプット値として供給し ・ ます。 ND ターボチャージャはエア・インテーク・ライン とエア・クリーナを介してクリーン・エアを吸入 し、 圧縮します。 ターボチャージャによって圧縮さ れたエアがインタークーラを通過し、 その際冷却さ れます。 スロットル・バルブ・アクチュエータは、エンジン に供給されるエア量と、 ブースト・エアの混合比お よびスロットル バルブの後方で混合されるリター ・ ン排気ガスに影響を与えます。混合気は引き続き、 ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプを介 して直接燃焼室に供給されます。
エア・ガイド
1 2 3
エア・クリーナ・ハウジング スロットル・バルブ ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプ
4 5
エア・インテーク・ライン(エア・クリーナの後) インタークーラ
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燃焼
エア・インテーク
燃焼
エア・インテーク
インテーク・ポート・シャットオフ
インテーク・ポート・シャットオフ(EKAS)は、 エンジンのあらゆる負荷状態で気流とエアマスを 最適な割合にし、 それにより理想的な充填度にしま す。 その結果、 排気ガス特性とエンジン出力が最適 化されます。ブースト・エア・ディストリビュー タ・パイプはプラスチック製で、 フラップは金属製 です。 ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプ内に は、 各シリンダ用にそれぞれ 1 個の常時開タンジェ ンシャル・インテーク・ポートと 1 個のフラップ 制御式スパイラル・インテーク・ポートがありま す。 フラップは、1 本のシャフトを介して互いに接 続されています。 CDI コントロール・ユニットが特 性マップに応じてフラップのポジションを制御し ます。 部分負荷から全負荷に切り換わると、スパイラル・ インテーク ポート内のフラップが特性マップに応 ・ じて開きます。 故障または電源電圧の遮断の際には、スパイラル・ インテーク・ポート内のフラップがリターン・スプ リングによって機械的に開きます。
ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプ
1 2 3
アクチュエータ 調整フラップ スパイラル・インテーク・ポート
4 5
タンジェンシャル・インテーク・ポート ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプ
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スロットル・バルブ
スロットル・バルブ・アクチュエータはスロット ル・バルブを介して、 エンジンに供給されるエア量 と、ブースト・エアの混合比およびスロットル・バ ルブの後方で混合されるリターン排気ガスに影響 を与えます。 エンジンが作動停止すると、 スロットル・バルブが 閉じます。 これにより、 作動停止時のエンジンの振 動が低く抑えられます。
スロットル・バルブ
1
スロットル・バルブ
2
スロットル・バルブ・ アクチュエータ
3
ブースト・エア・ ディストリビュータ・パイプ
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燃焼
エア・インテーク
燃焼
エグゾースト・システム
EGR
ディーゼル・エンジン OM 651 のエグゾースト・シ ステムは、排出ガスを低減するために 2 つの技術 を組み合わせています。EGR により窒素酸化物 (NOx)の排出を減少させ、エミッション・コント ロールにより炭化水素(HC)とカーボン粒子の排 出を減少させます。 EGR では、排気ガス流の一部を再びブースト・エ アの EGR ルートに供給します。EGR クーラ 戻された排気ガスは、プリ・ラジエタを通過して EGR ルートに到達します。ここでは、排気ガスが 温度に応じて冷却されるか、 直接ブースト・エアに 供給されます。 ブースト・エア・ディストリビュー タ・パイプを介して、 排気ガスとエアの混合気が直 接燃焼室に到達します。 EGR により、酸素(O2)濃度と燃焼温度が低下し ます。
EGR
1 2 EGR プリ・ラジエタ EGR クーラ 3 4
ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプ エグゾースト・マニホールド
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EGR ルート
エグゾースト・マニホールドを介して、 排気ガスの 一部が EGR に到達します。 EGR ルートは、以下の構成部品により構成されて います: • • • • EGR プリ・ラジエタ EGR アクチュエータ EGR バイパス・フラップ EGR クーラ CDI コントロール ユニットがパルス幅変調シグナ ・ ルで EGR アクチュエータを制御し、 EGR アクチュ エータがこれに応じて EGR バルブの開口部断面 を拡大したり縮小したりします。効率をさらに高 めるために、要求に応じて排気ガスを EGR クーラ に導き、さらに冷却することができます。 ただし、流入する排気ガスの温度が低すぎる場合 は、バイパス・フラップによって EGR クーラへの ルートが閉じて、排気ガスが直接ブースト・エア・ ディストリビュータ・パイプに導かれます。 バイパ ス フラップ用スイッチオーバ バルブは、 ・ ・ バキュー ム・アクチュエータによって制御されます。
EGR アクチュエータによって、吸入される排気ガ スの量が制御されます。
EGR ルート
1 2 3 EGR アクチュエータ
バキューム・アクチュエータ EGR バイパス
4 5 6
EGR クーラ EGR パイプ EGR プリ・ラジエタ
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燃焼
エグゾースト・システム
燃焼
エグゾースト・システム
酸化触媒
酸化触媒はエグゾースト・システムの一部で、 エグ ゾースト システムのターボチャージャの後方に配 ・ 置されています。 高温耐熱のマグネシウム・アルミニウム・アルミノ ケイ酸塩で構成されるセラミックには、 数千の小さ なポートが縦横にのびています。 セラミック・モノ リスは物理的負荷に極めて敏感に反応するため、 ス テンレス スチール製のハウジング内に固定されて ・ います。 個々の有害物質成分は、 以下のように酸化されます: 酸化前 2CO + O2 4HC + 5O2 酸化後 2CO2 2H2O + 4CO2
パティキュレート・フィルタ(DPF)
パティキュレート・フィルタ(DPF)は、酸化触媒 とともに 1 つのユニットを形成しています。 セラミック DPF は炭化ケイ素で出来ており、プラ チナ・コーティングされています。 個々のチャンネ ルは交互に前後が開き、 多孔性のフィルタ・ウォー ルで互いに分離されています。 ろ過されていない排気ガスが多孔性のセラミック ・ ハニカム・フィルタを流れると、 カーボン粒子が多 孔性のフィルタ ウォールによって付着して残りま ・ す。差圧センサを介して、CDI コントロール・ユ ニットが DPF の付着状態を検出します。そのため に、DPF 前後の排気ガス・プレッシャが測定され ます。ある特定の値に達すると、DPF の再燃焼が 行われます。 カーボン粒子を燃焼するには、600 ° C 以上の温度が必要です。この高い温度に到達す るために、 CDI コントロール・ユニットは以下のス テップを開始します: • • • アフタ・インジェクション インテーク・エアを絞った EGR DPF グロー
酸化触媒と DPF の概要図
1 2 CO
酸化触媒
DPF
一酸化炭素
CO2 O2 HC H2O
二酸化炭素 酸素 炭化水素 水
N2 NO2 PM
窒素 窒素酸化物 カーボン粒子
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DPF 再燃焼
DPF のカーボン粒子の堆積が増加することによっ て、排気ガス背圧が上昇します。センサによって DPF 前後の圧力の差が検出され、エンジン・コン トロール・ユニットに伝達されます。コントロー ル・ユニットに保存されている限界値に達すると、 DPF の再燃焼が開始されます。 再燃焼は、 カーボン粒子排出量とフィルタの大きさ に応じて、 平均で 800 ~ 1,000 km 走行すると実行 されます。 通常の走行では再燃焼に必要な排気ガス温度に達 しない場合は、 燃焼室への適切なアフタ・インジェ クションにより排気ガス温度が高められます。再 燃焼プロセスは数分間のみ続き、 以下に応じて行わ れます: • エンジン回転数 • 車両スピード • 排気ガス温度
エグゾースト・システム
1 2 3
触媒前の O2 センサ 酸化触媒 パティキュレート・フィルタ
4 5
パティキュレート・フィルタ前の温度センサ エンド・マフラ
i 注意事項 通常の作動で DPF の再燃焼が不可能な場合は、インストルメント・クラスタのエンジン・ダイアグ ノシス・ウォーニング・ランプが点灯します。
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燃焼
エグゾースト・システム
冷却システムおよび潤滑システム
エンジン・クーリング・システム
エンジン・クーリング・システムおよび冷却回路
クーラント・ポンプは、2 つの独立したチャンネル にクーラントを供給します。 ロワ・チャンネルはク ランクケースと水冷式オイル・クーラに、アッパ・ チャンネルはシリンダ ヘッドにクーラントを供給 ・ します。 アッパ・チャンネルと平行して、 EGR ルー トが延びています。EGR ルートの以下の構成部品 にクーラントが供給されます: • EGR バルブ • EGR バイパス・ハウジング • EGR プリ・ラジエタおよび EGR クーラ サーモスタットが閉じている時は、 クーラントが再 びクーラント・ポンプに流れ、 回路に再度供給され ます。 エンジンの作動温度に達すると、 サーモスタットが 開き、冷却回路が作動します。 これにより、ラジエ タがクーラントの回路に接続されます。 クーラント・エクスパンション・タンクとラジエタ 間の充填ラインは、 クーラント・レベルを補正しま す。 ベンチレーション・ラインが、クーラント・エクス パンション・タンクとサーモスタット・ハウジング 間の冷却システムをエア抜きします。
温度管理
燃焼室をより素早く加熱できるように、 エンジン冷 間始動時はクーラント・ポンプが作動停止します。 以下の条件が満たされている場合、 クーラント・ポ ンプは冷間始動時に最大 500 秒間オフになりま す: • コントロール・ユニットにメモリされている吸 気温度および水温ならびに噴射される燃料総量 の限界値にまだ達していない。 • エンジン回転数あるいは燃料噴射量が、設定さ れた限界値を超えていない。 • KLA コントロール・ユニットによって 「ヒータ」 が要求されていない。 サーモスタットのポジションによって、 ラジエタあ るいは直接クーラント ポンプに流れるクーラント ・ の量を正確に調整することができます。このよう にして、 クーラント回路のクーラントの温度が制御 されます。 サーモスタットは、 内蔵されているヒータ・エレメ ントによって制御されます。 クーラント・ポンプと ヒータ・エレメントは、CDI コントロール・ユニッ トによって制御されます。
i 注意事項 サーモスタットのヒータ・エレメントをサーモ スタット・ハウジングから取り除いたり、分解 してはなりません。ハウジングが損傷したり、 フルードがハウジング内に入り込んだりする と、従来の開度位置が狂います。 これに関する詳細な記載は、ワークショップ・ インフォメーション・システム(WIS)を参照 してください。
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EGR クーラ
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冷却回路
B11/4 水温センサ M13/5 クーラント循環ポンプ R48 サーモスタット・ヒータ・
8 9 10
11
ラジエタ クーラント・ エクスパンション・タンク 車両ヒータ用熱交換器 充填ライン ベンチレーション・ライン
ラジエタ回路 ショート回路 エンジン エンジン・リターン 車両ヒータ・リターン
EGR
エレメント
Y27/9 EGR アクチュエータ
エンジン・クーリング・システム
1 2 3 4 5 6 B E
q
7
クーラント・ポンプ 水冷式オイル・クーラ クランクケース シリンダ・ヘッド クーラント・コレクタ タイミング・ケース・ ハウジング バイパス・ハウジング
KK KS M R RH VA VB VH
水冷式オイル・クーラ回路 車両ヒータ・フィード
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冷却システムおよび潤滑システム
冷却システムおよび潤滑システム
エンジン潤滑およびオイル回路
潤滑システム
エンジン潤滑は、 機械的な摩擦を低下させることに より、可動構成部品の摩耗を減少させます。さら に、 オイル・クッションによりベアリングと摺動面 間の衝突と振動を低減します。 水冷式オイル・クー ラと平行に差圧バルブが取り付けられており、 これ によりエンジンの潤滑がつねに確保されます。こ れにより、 オイルを水冷式オイル・クーラの周囲に 導くことができます。 メイン・オイル・チャンネルのバイパスによって、 両方のターボチャージャにエンジン オイルが供給 ・ されます。 メイン・オイル・チャンネルから、シリンダ・ヘッ ド用のオイル供給が分岐します。以下の潤滑箇所 には、シリンダ・ヘッド内でエンジン・オイルが供 給されます: • • • • タイミング・チェーン・テンショナ インテーク・カムシャフト エグゾースト・カムシャフト ハイドロリック・バルブ・クリアランス・ アジャスタ
オイル回路
エンジンのオイル回路によって、 エンジンのすべて の可動構成部品がエンジン オイルで潤滑または冷 ・ 却されます。 エンジンのオイル回路には、 オイル・ポンプによっ てエンジン・オイルが供給されます。さらに、バ キューム・ポンプがオイル・ポンプによって駆動 し、エンジン・オイルの供給を受けます。以下の構 成部品には、クランクケース内でメイン・オイル・ チャンネルを介してエンジン オイルが供給されま ・ す: • • • • クランクシャフト・ベアリング コンロッド・ベアリング アイドラ・ギヤ オイル・ジェット・ノズル
リターン・チャンネルを介して、エンジン・オイル がオイル・パンに戻ります。
オイル・ポンプ
i 注意事項 オイル・レベルをモニタするためにオイル・レ ベル・コントロール・スイッチが、また油温を モニタするために油温センサが CDI コント ロール・ユニットによって読み取られます。
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P18.00-2260-00
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HD ターボチャージャ ND ターボチャージャ 16 17 18
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オイル回路
タイミング・チェーン・オイル・ ジェット・ノズル チェーン・テンショナ ギヤ・ドライブのアイドラ・ ギヤ
A C D E EN F G
10 11 12
13 14
クランクケース ギヤ・ドライブ シリンダ・ヘッド インテーク・カムシャフト 過給器 バキューム・ポンプ
Y131 オ イ ル・ジ ェ ッ ト・ノ ズ ル・
1 2 3 4 5 6 7 8
エンジン潤滑およびオイル回路
q
9
オイル・パン プレフィルタ オイル・ポンプ(可変容量型) プレッシャ・リミッタ・バルブ 差圧バルブ 水冷式オイル・クーラ オイル・フィルタ・エレメント オイル・フィルタ・バイパス・ バルブ バキューム・ポンプ クランクシャフト・メイン・ ベアリングおよびコンロッド・ ベアリングのオイル・ギャラリ オイル・ジェット・ノズル カムシャフト・メイン・ マウント ハイドロリック・バルブ・ クリアランス・アジャスタ
15
AN B
オイル・ポンプ付きオイル・ パン エグゾースト・カムシャフト オイル・フィルタ・モジュール
シャットオフ・バルブ
39
冷却システムおよび潤滑システム
冷却システムおよび潤滑システム
オイル・ポンプ
オイル・ポンプ
オイル・ポンプは、クリーン・オイル側で容量が制 御されるベーン・タイプ・ポンプとして設計されて います。 制御圧力は 4.7 bar です。
オイル・ジェット・ノズル
オイル・ジェット・ノズルとこれに接続されている ピストン・クラウン冷却のオイル・フィードは、オ イル・ジェット・ノズルのシャットオフ・バルブに オイル・ポンプはギヤ・ドライブによって駆動し、 よって強制的に作動停止します。オイル・ジェッ オイル・プレッシャを最高 10 bar に制限する内蔵 ト・ノズルは、アフタ・スタート段階で CDI コン ・ 式プレッシャ・リミッタ・バルブを備えています。 トロール ユニットにより以下の条件下で作動停止 エンジンが始動するとただちに、 オイル・サクショ します: ン・パイプにプレフィルタを内蔵したインテーク・ • エンジン・オイル温度が -10 °C 以上 ラインを介してエンジン・オイルが吸引され、プ および: レッシャ・ラインを介して水冷式オイル・クーラ内 蔵のオイル フィルタ モジュールに吐出されます。 • 最大作動停止時間(吸気およびエンジン・オイ ・ ・ ル温度に応じた)にまだ達していない 水冷式オイル・クーラにより、 エンジンの冷間始動 または: 段階では素早い加熱が行われ、 暖機段階ではエンジ ン・オイルが十分に冷却されます。 オイルの流れが • エンジン回転数あるいは燃料噴射量が、設定さ 不十分な場合は、 平行して取り付けられているバイ れた限界値にまだ達していない パス・バルブを通じてオイルを水冷式オイル・クー オイル・ジェット・ノズルが一度オンになると、エ ラに導くことができます。 その後で初めて、 エンジ ンジンが作動し続ける限りオフになりません。 ン・オイルがオイル・フィルタ・ユニットに到達し ます。 ここではオイルが外側から内側へ流れ、 その 際にろ過されます。 たとえば、 汚れの割合が高すぎ るために流れが少なすぎる場合は、 平行して取り付 けられているオイル・フィルタ・バイパス・バルブ がオイル フィルタを取り囲んでいる流路を開きま ・ す。
オイル・ポンプ断面図
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クーラント・ポンプ
クーラント ポンプはクーラントをクーラント回路 ・ で循環させます。 プラスチック製であるため、 軽量 化に貢献しています。
機能
クーラント・ポンプは、ベルト・プーリを介して V ベルトで駆動します。ベルト・プーリの回転動作 が、 ハブを介してシャフトに伝達されます。 シャフ トを介してインペラが駆動し、 それによりクーラン トが循環します。 クーラントの流れは、スロットル・バルブ・アク チュエータの左側に配置されているクーラント ポ ・ ンプ・スイッチオーバ・バルブによって、バキュー ムで停止させることができます。その際、レギュ レーティング・バルブがインペラを介して移動し、 それによりクーラント・フィードが閉じます。
クーラント・ポンプ断面図
1 2 3 4 5
ベルト・プーリ コントロール・ロッド レギュレーティング・バルブ 真空室 バキューム接続部
6 7 8 9 10
インペラ クーラント・ドレン
ロール・ダイヤフラム
ロッド・シール コンプレッション・スプリング
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冷却システムおよび潤滑システム
クーラント・ポンプ
電気システムおよびエレクトロニクス
エンジン・コントロール・ユニット
CDI コントロール・ユニット
CDI コントロール・ユニットはエア・クリーナ・ハ ウジング上に取り付けられています。CDI コント ロール ユニットの下側には冷却フィンが装備され ・ ており、このフィンがエア・クリーナ・ハウジング の内側に突き出し、 吸引されたエアによって冷却さ れます。 CDI コントロール・ユニットの役割は、以下のサ ブ・タスクに分類されます: • • • • • • • エンジン・トルク制御 インジェクション制御 過給 減速カットオフ 温度管理 EGR エミッション・コントロール CDI コントロール・ユニットは、ドライブ CAN バ ス(CAN C)とシャーシ CAN バス(CAN E)間の インタフェースとして用いられます。 すべてのシステムの構成部品と機能をモニタする ため、 エンジン・コントロールは故障メモリと高性 能なダイアグノシス機能を備えています。これら の機能は以下の点に関係するものです: • • • 故障メモリの点検 エンジン・コントロール・ダイアグノシス ヨ ー ロ ッ パ・オ ン ボ ー ド・ダ イ ア グ ノ シ ス (EOBD) • CAN バスを介したダイアグノシス • K ケーブルを介したダイアグノシス
エア・クリーナ・ハウジング上の CDI コントロール・ユニット
1 2 CDI コントロール・ユニット
冷却フィン
3 4
エア・クリーナ・ハウジング エア・クリーナ
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クイック・スタート・グロー・システム
電子制御式のクイック・スタート・グロー・システ ムは、 個の予熱アウトプット・ステージと 4 個の 1 セラミック・グロー・プラグで構成されています。 クイック・スタート・グロー・システムにより、水 温が高い時、 プレグローなしでただちにエンジンを 始動することができます。エンジンの冷間始動特 性と暖機始動特性を改善するために、 制御可能なグ ロー温度により徐々にアフタ・グローを行います。 その際、CDI コントロール・ユニットがグロー・プ ラグの 電圧を時間と温度に応じて予熱アウトプッ ト・ステージを介して制御します。 それにより、以下の利点が得られます: • • • • • 短いプレグロー時間 安定したアイドリング 低い CO 値 優れた応答特性 制御可能なグロー温度 グロー方式は、以下に分類されます: • • • • • • プレグロー スタート待機状態グロー アフタ・グロー ダイアグノシス・グロー DPF グロー エマージェンシ・グロー
a エンジン損傷の危険
セラミック製グロー・プラグの取扱いに関する 安全上の注意事項 • 必ず、未開封のメーカ・オリジナル・パッ ケージに入ったグロー プラグのみを使用し ・ てください。 • グロー・プラグを落とした場合は、 決してそ のグロー・プラグを使用してはなりません。 • 警告:グロー・プラグは衝撃に対して非常に 弱いため、 エンジン損傷の原因となるおそれ があります ! セラミック・インサートにヘ ア・ライン・クラックが形成されている可能 性があります。 その結果、部品がゆるみ、エ ンジン作動中に燃焼室内に落ちることがあ ります。 グロー・プラグは、常に細心の注意 を払って取り扱ってください ! • シリンダ・ヘッドを取り外す前に、グロー・ プラグを取り外す必要があります。 また、 ま ずシリンダ・ヘッドを取り付けてから、 次に グロー・プラグを取り付けます。
セラミック製グロー・プラグ
i 注意事項 プレグロー・システム、グロー・プラグまたは ラ イ ン で 故 障 が 発 生 す る と、故 障 が プ レ グ ロー・インジケータ・ランプにより表示され、 さらに CDI コントロール・ユニットに保存され ます。
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電気システムおよびエレクトロニクス
グロー・システム
ニューマチック
バキューム・コントロール
バキューム・コントロール
バキューム・ポンプは、オイル・ポンプ・ドライブ により間接的に駆動します。 バキューム・ポンプは バキュームを生成し、 ブレーキ・ブースタへのメイ ン・ラインを介してバキューム・システムに接続さ れています。 システムには、以下が含まれます: • バキューム・タンク • ウエスト・ゲート・コントロール・バキューム・ トランスデューサ • ブースト・プレッシャ・コントロール・ フラップ・バキューム・トランスデューサ • EGR クーラ バイパス スイッチオーバ バルブ ・ ・ ・ • ブースト・エア・バイパス・フラップ・ スイッチオーバ・バルブ • クーラント・ポンプ・スイッチオーバ・バルブ パルス幅変調シグナルにより、 以下の構成部品が制 御されます: • ブースト・プレッシャ・コントロール・フラッ プ・バキューム・トランスデューサ – ブースト・プレッシャ・コントロール・フ ラップは無段階で開き、HD および ND ター ボチャージャ間の排気ガス流を制御します。 ウエスト・ゲート・コントロール・バキューム・ トランスデューサ – ウエスト・ゲートは 無段階で開きます。 排気 ガス流の一部が ND ターボチャージャを通 過してエグゾースト・システムに導かれま す。 ブースト・エア・バイパス・フラップ・スイッ チオーバ・バルブ – バイパス フラップが開き、 ターボチャー ・ HD ジャの負荷を軽減します。 EGR クーラ バイパス スイッチオーバ バルブ ・ ・ ・ – EGR ラジエタ前方のパイパスが開き、排気 ガス流が EGR ラジエタを通じて導かれま す。 クーラント・ポンプ・スイッチオーバ・バルブ – クーラント・ポンプに内蔵されている制御メ カニズムにより、クーラント・ポンプへの クーラントの流入口が塞がれます。
•
•
•
•
バキューム・ポンプ
i 注意事項 ウエスト・ゲート・コントロールおよびブース ト・プレッシャ・コントロール・フラップのバ キューム・トランスデューサのベンチレーショ ンは、同じベンチレーション・フィルタによっ て行われます。
a エンジン損傷の危険
バキューム・ラインを取り付ける際、バキュー ム・ラインとバキューム・アクチュエータのそ れぞれのカラー・コードに注意します。さもな いと、エンジンが損傷するおそれがあります。
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11 12 13 14 15
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エンジン 651.911 のバキューム・システム
Y31/4 ウェスト・ゲート・コントロール・
á
バキューム・トランスデューサ
Y85
EGR クーラ・バイパス・スイッチオーバ・ Y93
a 7 8 9 10
バキューム・コントロール
走行方向を示す矢印 周辺圧力 シリンダ・ヘッド バキューム・ポンプ クーラント・ポンプ EGR クーラ・バイパス・バキューム・ アクチュエータ
ブースト・プレッシャ・コントロール・ フラップ・バキューム・アクチュエータ ウエスト ゲート バキューム アクチュエータ ・ ・ ・ ブースト・エア・バイパス・フラップ・ バキューム・アクチュエータ バキューム・タンク Y31/4 および Y93 用のベンチレーション・ フィルタ
q
バルブ ブースト・プレッシャ・コントロール・ フラップ・バキューム・トランスデューサ Y132 ブースト・エア・バイパス・フラップ・ スイッチオーバ・バルブ Y133 クーラント・ポンプ・スイッチオーバ・ バルブ
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ニューマチック
環境保護
排出ガス低減
排出ガス低減のための措置
新型ディーゼル・エンジン OM 651 の開発における 広範囲にわたる技術新規事項により、 未処理排出物 質 を さ ら に 低 減 す る こ と が 可 能 に な り ま し た。 BlueTEC 技術を採用することなく、欧州公害規制 「ユーロ 5」 をクリアしています。 この新しいエンジ ンは、欧州公害規制「ユーロ 6」およびアメリカの BIN5 規制の限界値をクリアする潜在能力を持って います。
CO2 排出ガスの低減
新しいコモン・レール技術は、 より柔軟性の高いイ ンジェクション タイミングのための前提条件を満 ・ たしています。 それにより、 よりソフトなエンジン 作動、 より低い燃費および排出ガスの低減が実現し ています。 その結果、2 排出量を 13 % 削減する CO ことができました。そのために決定的となった新 規事項は、400 bar 増して最高 2,000 bar にまで上 昇したレール・プレッシャ、ならびにダイレクト・ ノズル・ニードル制御による新しいピエゾ・イン ジェクタ・コンセプトです。
機械的な措置
• クリーン・オイル側で容量制御するオイル・ポ ンプ、プレッシャ・レベル制御機能付き(特性 マップ) • 摩擦損失が最適化されたバキューム・ポンプ • PVD モノリス・コーティングを施したピスト ン・ピン
窒素酸化物の低減
圧縮比を 16.5 : 1 から 16.2: 1 に低下させること により、 燃焼プロセスを最適化し、 未処理排出物質 を持続的に減少させることに成功しました。 とりわけ窒素酸化物に関しては、 明らかな改善が実 現しました。 EGR により、排気ガス中の窒素酸化物の割合が低 下します。
技術的な実現
オイル回路に関与する以下の構成部品の最適化に より、 未処理排出物質のさらなる低減を実現してい ます: • タイミング・チェーンのウォッシャ・ノズルの 廃止 • 制御圧力を 2.5 bar に低下 • カットオフ可能なピストン・クラウン冷却 • ランチェスタ・バランス・シャフトのローラ・ ベアリングによる支持 • アイドラ・ギヤ • 圧力抵抗の低下
i 注意事項 略語 PVD は「物理気相成長法」を表していま す。これは、素材蒸気を結露させることによっ て原材料に直接コーティングを施すコーティ ング手法または薄膜技術のことです。
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温度管理
新たに設計された温度管理は、 暖機運転および冷却 の最適化の他に、以下の機能順序を含んでいます: • 最大ヒータ燃焼 • 過熱保護 • アフタ・スタート段階
エミッション・コントロール
エグゾースト・システムでエミッション・コント ロールすることにより、 多くの有害物質を前段階で 変換することができます。酸化触媒とパティキュ レート・フィルタ(DPF)を使用することにより、 排気ガス中の以下の有害物質を低減することがで きます:
拡張された温度管理により、CO 値が低下します。 以下に記載されている表は、新たな措置とそれに • 窒素酸化物(NOx) • 炭化水素(HC) よってもたらされる結果を示しています。 • 一酸化炭素(CO) • カーボン粒子
措置 切換え可能なオイル・ジェット・ノズル およびクーラント・ポンプ 2 分割式ウォータ・ジャケット
結果 これにより冷間始動後のウォーミングアップが素 早く行われるようになる。
これにより制御と排熱が向上する。
最適化された EGR 冷却能力
燃焼室内の温度と酸素濃度が低下し、混合気がよ り低温になり、ススの形成が防止される。吹き出 す排気ガス流が少なくなる。
クリーン・オイル側で容量制御される オイル・ポンプ
これにより駆動抵抗が低下する。
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環境保護
排出ガス低減
サービス・インフォメーション
新規事項
2 ステージ・ターボチャージャ
ターボチャージャのバキューム・アクチュエータ は、 取り付けた状態で個別に交換することができま す。 ここで特に注意する必要のある重要ポイントは、 以 下のとおりです: • コントロール・ケーブルのカラー・コード • 耐熱性のあるペイントを施したナットで固定す ること
クランクシャフト
トーショナル・バイブレーション・ダンパ(TSD) は、4 本のボルトで固定されています。 このように して、作用する力を 4 本のボルトに分散させ、ボ ルトごとにかかる力を少なくしています。取付け を容易にするためのスペシャル・ツールがありま す。 CDI コントロール・ユニットは、カムシャフト・セ ンサのシグナルをエンジン コントロールのための ・ 代替値として用います。クランクシャフト用セン サが故障した場合は、 カムシャフト・センサにより エンジンをエマージェンシ機能で作動させ、 始動す ることができます。
オイル・ジェット・ノズル
オイル・ジェット・ノズルは個別に交換することが できます。 正確な取付け位置は、ポジション・ボル トによって決まります。
ガスケット
排気ガス周辺のガスケットは、 ピンの付いたポリゴ ン・ラインでできています。 便利な脱落防止付きの シールとボルトを先に固定することによって、 取付 けが容易になります。 さらに、 ガスケットには取付 け点検ピンが付いています。 取付け後に、 ガスケッ トが取り付けられているか点検することができま す。
取付け点検ピン(矢印)付きガスケット(ブースト・エア・ディストリビュータ・パイプの例)
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ピエゾ・インジェクタ
ピエゾ・インジェクタには、24 桁の I2C コードが 付いています。 I2C コードにより、新品時のピエゾ・インジェクタ を個別にさらに厳密にチューニング (燃料噴射量お よび噴射時間)することができます。 ピエゾ・インジェクタを新品と交換する場合、ス ター・ダイアグノシスでこのコードを CDI コント ロール・ユニットに伝送する必要があります。
データ・マトリックス・コード
いくつかの構成部品にはマトリックス コードが付 ・ いています。 このコードは、 主にレーザ技術で印字 されます。 このコードには、 品質および取付けにとってのみ重 要な意味を持つインフォメーションが含まれてい ます。 メインテナンスには、 このコードは重要では ありません。
ピエゾ・インジェクタ
1 2
データ・マトリックス・コード
I2C コード
i 注意事項 ここに示した新規事項と注意事項は、リペア・ インストラクションではありません ! ディーゼル・エンジン OM 651 の修理およびメ インテナンスに関する詳しいインフォメー ションは、ワークショップ・インフォメーショ ン・システム(WIS)を参照してください。
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サービス・インフォメーション
新規事項
スペシャル・ツール
エンジン
ソケット・レンチ
用途 ピストン冷却を制御する切換えバルブの 取外し用。
部品番号 W 651 589 00 09 00 FG 18 セット B
ホールディング・クランプ
用途 カムシャフト・スプロケットを締め付ける、 またはゆるめる際に、カムシャフトを 固定するためのもの。
部品番号 W 651 589 01 40 00 FG 05 セット C
l
取付けインサート
用途 スリーブ・チェーンのアウタ・リンクを 圧入し、リベット留めするためのもの。
部品番号 W 651 589 04 63 00 FG 05 セット C
50
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リーク・テスト・アダプタ
用途 ブースト・エア・システムの リーク・テスト用。
部品番号 W 651 589 02 91 00 FG 09 セット B
ホルダ
用途 脱着時に高圧ポンプのピニオンを 保持するためのもの。
部品番号 W 651 589 04 40 00 FG 07 セット B
バルブ・テスト・アダプタ
用途 プレッシャ・コントロール・バルブの リターン量を測定するためのもの。
部品番号 W 651 589 01 91 00 FG 07 セット B
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スペシャル・ツール
エンジン
スペシャル・ツール
エンジン
3 ピン・アダプタ・ケーブル
用途 カムシャフトのスピード・センサを 点検するためのもの。
部品番号 W 651 589 01 63 00 FG 15 セット B
5 ピン・アダプタ・ケーブル
用途 EGR、スロットル・バルブおよび インテーク・ポート・シャットオフの アクチュエータ等で、抵抗および電圧を 点検するためのもの。
部品番号 W 651 589 00 63 00 FG 15 セット B
インパクト・クロー
用途 フューエル・インジェクタの取外し用。
部品番号 W 651 589 00 33 00 FG 07 セット B
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リヤ・ラジアル・シャフト・シール・リング取付け用ツール
用途 クランクシャフトのリヤ・ラジアル・ シャフト・シール・リングを取り付ける ためのもの。
部品番号 W 651 589 01 61 00 FG 03 セット B
取付け用ツール
用途 ドライブ・ギヤの脱着時にバランス・ シャフトを固定するためのもの。
部品番号 W 651 589 02 63 00 FG 03 セット C
フロント・ラジアル・シャフト・シール・リング取付け用ツール
用途 クランクシャフトのフロント・ラジアル・ シャフト・シール・リングを取り付ける ためのもの。
部品番号 W 651 589 00 61 00 FG 03 セット B
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スペシャル・ツール
エンジン
スペシャル・ツール
エンジン
ホルダ
用途 取付けボルトをゆるめる際に クランクシャフト・ベルト・プーリを 固定するためのもの。
部品番号 W 651 589 00 40 00 FG 03 セット B
P58.20-2241-00
i 注意事項 ワークショップ設備、市販のツールおよびスペ シャル・ツールに関するさらに詳しいインフォ メーションは、インターネットの下記 URL を 参照してください: http://gotis.aftersales.mercedes-benz.com
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略語
AGR
EGR
HFM
ホット・フィルム・エア・マス・センサ
CAN
コントロール・エリア・ネットワーク
H2O
水
CDI
コモン・レール・ダイレクト・インジェクション
IHU
内部高圧形状
CO
一酸化炭素
LIN
ローカル・インターコネクト・ネットワーク
CO2
二酸化炭素
NEFZ
新欧州走行サイクル(NEDC)燃費調査
DAS
ダイアグノシス・アシスタント・システム
NOx
窒素酸化物
DPF
パティキュレート・フィルタ
O2
酸素
EOBD
ヨーロッパ・オンボード・ダイアグノシス
PVD
物理的気相成長法
Euro NCAP
ヨーロッパ自動車アセスメント
TSD
トーショナル・バイブレーション・ダンパ
HC
炭化水素
WIS
ワークショップ・インフォメーション・システム
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q
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索引
C
CDI コントロール・ユニット ..................................42 CO2 措置 ...................................................................46
こ
コンロッド ................................................................15
E
EGR ...........................................................................32 EGR ルート ..............................................................33
さ
最高出力 ......................................................................7 最大トルク ..................................................................7 酸化触媒 ....................................................................34
あ
圧縮比 ........................................................................10
し
出力曲線 ......................................................................7 潤滑システム ............................................................38 シリンダの配置 ........................................................10 シリンダ・ヘッド .....................................................13
い
インジェクション技術 .............................................20 インテーク・ポート・シャットオフ ......................30
す え
エア・インテーク .....................................................29 エア・ガイド ............................................................29 エミッション・コントロール ..................................47 エンジン重量 ............................................................10 エンジン・クーリング・システム ..........................36 スイッチオーバ・バルブ EGR ラジエタ・バイパス ..................................44 クーラント・ポンプ ...........................................44 ブースト・エア・バイパス・フラップ .............44 ストッパ限界 ............................................................28 ストローク ................................................................10 スペシャル・ツール 3 ピン・アダプタ・ケーブル .............................52 5 ピン・アダプタ・ケーブル .............................52 インパクト・クロー ...........................................52 ソケット・レンチ ...............................................50 バルブ・テスト・アダプタ ................................51 フロント・ラジアル・シャフト・シール・ リング取付け用ツール .....................................53 ホールディング・クランプ ................................50 ホルダ ............................................................51, 54 リーク・テスト・アダプタ ................................51 リヤ・ラジアル・シャフト・シール・リング 取付け用ツール .................................................53 取付けインサート ...............................................50 取付け用ツール ...................................................53 スロットル・バルブ .................................................31
お
オイル回路 ................................................................38 オイル・ジェット・ノズル .....................................40 オイル・パン ............................................................14 オイル・ポンプ ........................................................40 温度管理 ......................................................... 8, 36, 47
か
過給 ...........................................................................24 ガスケット ................................................................48 カムシャフト ............................................................16
き
気筒数 ........................................................................10 ギヤ・ドライブ ........................................................18
せ
ゼロ・ボリューム・キャリブレーション ...............23 センサ・ホイール .....................................................16
く
クイック・スタート・グロー・システム ...............43 クーラント・ポンプ .................................................41 クランクケース ........................................................12 クランクシャフト .....................................................15 クランク・メカニズム .............................................15 グロー・システム .....................................................43
そ
総排気量 ......................................................................7
て
データ・マトリックス・コード ..............................49
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索引
ね
燃焼方式 ................................................................... 10 燃料噴射量修正 ........................................................ 23
ふ
ブースト・プレッシャ・コントロール ...................26
へ は
排出ガス低減 ........................................................... 46 バキューム・コントロール ..................................... 44 バキューム・トランスデューサ ウエスト・ゲート・コントロール .................... 44 ブースト・プレッシャ・コントロール・ フラップ ........................................................... 44 バキューム・ポンプ ................................................ 44 パティキュレート・フィルタ ................................. 34 バランス・シャフト ................................................ 15 バルブ・クリアランス・アジャスタ ..................... 17 バルブ・メカニズム ................................................ 17 ベルトの取回し ........................................................19 ベルト・ドライブ .....................................................19
ほ
ボア ...........................................................................10
め
メイン燃料噴射量修正 .............................................23
れ
冷却回路 ....................................................................37 冷却システム ............................................................36
ひ
ピエゾ・インジェクタ ...................................... 21, 49
ろ
ローラ・タイプ・ロッカ・アーム ..........................17
新世代 4 気筒直列エンジン [モデル 204、906、ディーゼル・エンジン OM 651] q
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