新款MAN D3876发动机技术亮点解析

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【重型车网  投稿】这款 15.2 升直列六缸发动机 D3876 是曼恩新开发的一款性能强大、效率高且极其可靠的卡车柴油发动机，能够完成艰巨的运输任务。D3876 是曼恩欧六发动机系列中的最新顶级型号，它能够为长途运输车辆和牵引车辆提供 2500 至 3000 Nm 的强劲扭矩和 520 至 560 马力的动力，为重载运输提供 640 马力的动力。        新款直列六缸发动机 D3876 采用了 D20/D26 发动机的基本理念和高强度材料，延续了这一经过百万公里考验的方案。其中包括蠕墨铸铁 (GJV450) 在发动机缸体和气缸盖上的应用以及发动机和曲轴主轴承坚固的基本形状。

        以该方案为基础，曼恩的工程师们在设计 D3876 时参考了所有先进的发动机体系并实现了大量技术创新。他们将 D3876 打造成一款极其可靠同时也非常省油的发动机：对比测试表明，560 马力的欧 6 发动机 D3876 比 540 马力的欧 5 发动机的燃油消耗减少了三个百分点，并且其扭矩提高了 200 Nm。新 D38 的高效彰显无遗。

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双级废气涡轮增压器        搭载了带有中冷系统的双级涡轮增压器的 MAN D3876 在低转速下就能输出强劲的扭矩和出色的起步动力。该增压系统由两个不同大小的涡轮增压器串联组成。小尺寸的高压增压器在转速较低时就会响应。随着转速和负荷的提高，大尺寸的低压增压器会为其提供越来越多的辅助。如果要求很高的发动机性能，则低压增压器会承担压缩机工作的主要部分。曼恩通过这种增压方案实现了理想的发动机燃烧气体供给，进而能够在很宽的转速区间内提供最佳的扭矩曲线。这款发动机在 930 至 1350 rpm 的转速区间均能迸发出最大扭矩。这种发动机特性有助于主传动比高的车辆在高速上以更经济的方式低速驾驶。另一方面则可以在上坡时长时间保持高转速，而无需降低档位。

        双级增压方案以成熟的技术为基础，代表着极长的使用寿命。由于压缩机工作分配至两个增压器并且每个增压器只需要提供总增压压力的一部分，涡轮增压器元件的负荷也由此减轻。

        配备双级涡轮增压系统和双级增压空气冷却系统的 MAN D3876：低压增压器 (1)，增压空气中冷器 (2)，高压增压器 (3)，增压空气主冷却器 (4)

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采用低温理念的双级增压空气冷却系统        增压空气的温度对燃烧的影响非常之大，因此也关系到发动机的效率，原因是：较冷的空气中含有更多的氧气（体积）。因此，MAN D3876 采用了带有一个低温冷却回路的双级增压空气冷却系统。主增压空气冷却器可以将压缩后的燃烧气体冷却至低于发动机冷却水的温度。这种通过两次增压空气冷却和两个冷却剂回路的间接增压空气冷却系统实现了更高的整体冷却性能。

        双级增压空气冷却系统的另一个优点是减少了高压涡轮增压器的热负荷。总而言之，这种方案可以提高组件的可靠性和使用寿命。
        喷射压力高达 2 500 bar 的共轨燃油喷射系统
        曼恩在 D3876 发动机上采用了第三代共轨燃油喷射系统，该系统能够以高达 2500 bar 的压力将燃油喷入气缸中。由此一来，燃料得到了更精细的雾化。该系统将喷射精确分为预喷射、主喷射和后喷射。发动机的点火压力高达 250 bar。结合新一代共轨系统的杰出特性，燃烧过程达到了极高的效率，而这正是低油耗的关键所在。此外，燃烧时产生的颗粒也非常少。

喷射压力高达 2500 bar 的共轨燃油喷射系统控制单元 (1)，燃油高压泵 (2)；共轨 (3)，喷射器 (4)

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高强度材料实现减重160 kg        MAN 在发动机缸体和气缸盖上使用了高强度材料 GJV450（蠕墨铸铁）。结合经过重量优化的设计（例如带有铸造发动机支架的铝铸飞轮外壳），曼恩使发动机的重量比最强劲的欧 5 发动机 D28 V8 轻了 160 公斤。因此，D3876 成为其性能级别中最轻的发动机。塑料油底壳和气门罩也对 D3876 发动机的瘦身发挥了所用。
        油底壳材料的优势是能够形成曼恩的专利蜘蛛网状底部结构。这种底部结构通过对声波进行漫反射来减少噪音，从而使运行噪音更低、更为悦耳。

采用耐冲击材质与专利降噪结构的油底壳

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高负荷部件的新冷却理念：Top-Down 冷却系统

        MAN D38 气缸盖首次使用 Top-Down 冷却系统。首先对喷射器 (1) 和气门座 (2) 进行冷却。
        曼恩在 D3876 采用了冷却水自上到下流经发动机的冷却系统，是首款采用这种冷却系统的卡车柴油发动机。Top-Down 冷却系统的理念是首先冷却气缸盖中热负荷较高的位置。尤其是喷射器、排气门和气门座得到了冷却和保护。
        此外，Top-Down 冷却系统还能确保所有气缸均得到均匀的冷却。这种工艺能够有的放矢地防止峰值温度和热应力。由于冷却剂得到了合理的供给，因此发动机通过相对较小的冷却剂流量实现了较高的冷却性能。另一方面，冷却剂流量的优化供给使得冷却剂泵的功率消耗减少，因此也有助于降低油耗。

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拱形气门首次应用于卡车发动机

        MAN D3876 中的拱形气门：气门盘 (1) 的隆起，,气门座圈 (2)

        在 D3876 上，曼恩首次将拱形气门应用在卡车柴油发动机上。这种设计通过拱形结构使气门盘得到了额外的加固，从而防止进气门和排气门（每个气缸四个）变形。每次打开和关闭气门时都会对气门进行加速和制动，此过程每公里都会重复无数次。气门盘上的拱形加强部分几乎可以完全消除加速过程在气门座圈范围造成的气门变形。这样就能够提高气门和气门座圈的使用寿命，使 D3876 成为一台极为可靠的卡车发动机。

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钢制活塞减少摩擦并提高使用        在 MAN D38 上，气缸中的燃气动力由锻钢活塞传输。锻钢活塞具有多个优点：由高强度钢合金制成的活塞可以结合较低的压缩高度使用。较短的活塞通过较长的连杆将力传递至曲轴，非常接近垂直力传递的理想状态。除此之外，紧凑的活塞结构使活塞和气缸壁之间的接触面积更小，因此也减少了摩擦。摩擦减少不但会降低损耗，也使活塞和衬套的使用寿命更长。
每个气缸均具有 8 个气缸盖螺栓
        作为一台高性能发动机，曼恩为 D3876 的每一个气缸都设计了八个气缸盖螺栓，使产生的动力能够均匀分配至气缸衬套。
        优点是：气缸衬套在负荷下仍能够保持非常均匀的圆形，几乎不会变形。因此衬套和活塞环之间的密封性非常好。这样可以减少机油消耗并延长颗粒过滤器的使用寿命。气缸盖密封件的负荷也因为均匀的压力而减少。曼恩通过这种设计确保了整个使用寿命期间的气缸盖密封性。

带有火力环 (1) 的锻钢活塞，8 个气缸盖螺栓连接 (2)

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防油炭火力环        D38 的另一个设计特点也代表着长效的发动机寿命：火力环被放入气缸衬套上端的一个方形凹槽中。这个位于气缸衬套上方的保护环能够阻止燃烧气体进入活塞和衬套之间，从而最大限度地减少活塞火力岸上的机油积炭。由于油炭可以磨蚀材料，曼恩通过使用火力环将气缸衬套磨损减少至最低程度。
        封装的电缆束
        D38 发动机上的电缆首次敷设在泡沫填充的电缆束中。电缆通过泡沫材料固定：在长年运行中，泡沫材料能够大大降低导致材料疲劳的振动。电缆不但具有更长的使用寿命，并且能够有效避免发动机装配时的损伤。此外，也为防止貂鼠撕咬提供了更多的保护。
        针对高空气需求的 MAN 空气压力管理系统

更大排量的按需控制双缸空压机用于 D3876：驱动器 (1)，多片式离合器 (2)

        MAN 在 EfficientLine 车型上引入了辅助设备按需调节系统，以实现节油的目的。旗舰车 TGX D38 上同样采用了这一技术，并针对此功率等级汽车的高空气需求对 APM 进行了优化：曼恩为 D3876 装配了一个 476 ccm 排量的可关断双缸空压机，比小型发动机上使用的单缸 APM 的排量增加了 40%。
        空气压力管理系统 APM 仅在发动机需要压缩空气时开启压缩机：在长途运输中，压缩机在 90% 的时间内都保持断开状态。这样能够减少发动机的额外功率需求，因此有助于降低燃油消耗。
        针对更高的空气需求（也就是多个空气弹簧车轴）或重载应用，客户还可以选择性能更高的 720 ccm 排量永久双缸空压机。

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强大的持续制动器：EVB、Turbo EVB 和 Intarder 3        作为顶配型号的 D3876 可以搭载发动机制动器 EVB（排气门制动装置）或首次应用在重型车辆上的更加强劲的 Turbo EVB。这两种高端持续制动器在较低的行驶速度下也能提供很高的制动力。D3876 上的 EVB 在中间转速区间尤其高效，能够在 2400 rpm 的转速下提供 340 kW 的最大制动功率。

        具有 600 kW 制动效率的 Turbo EVB 用于重型车辆：排气歧管 (1)、排气门 (2)、控制气缸 (3)、高压涡轮增压器 (4)
        Turbo EVB 通过在发动机制动时适当增压，将 2400 rpm 转速时的制动效率显著提高至 600 kW。由于冷却系统的负荷较低，因此该制动器能够提供 600 kW 极高持续制动功率：一个不可忽视的安全优势。Turbo EVB 将于 2015 年起首次装配重型车辆，之后会用于普通公路车辆。
        低维护费用带来高成本效率
        在 D3876 的早期开发阶段，维修工程专家就参与进来，目的是实现最便捷的发动机维护和修理。例如在不拆卸空气滤清器的情况下就可以接触到配气机构。而喷射系统的扩展诊断功能也能提供更多详细信息，从而减少维修车间的工作。
        在 D3879 的开发过程中，曼恩在特定组件中沿用了来自 D20/D26 的成熟组件。其中包括燃油过滤器、带有油分离器的机油过滤模块、冷却剂泵、节流阀、用于废气再循环的控制气缸、风扇驱动、取力器、发电机、起动机和空气压缩机等。这样一来，曼恩在 15.2 L 发动机上实现了与小型发动机相同的保养和维修便捷性。除此之外，也确保了这个强劲的发动机能够轻松进行零件更换。

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D38 的欧 6 废气净化系统        为了符合极为严格的欧 6 排放标准，MAN D3876 采用了冷却外部高压废气再循环系统 (EGR)、选择性催化还原系统 (SCR) 以及一个封闭的颗粒过滤器系统 (CRT)。与较小的曼恩发动机不同，再循环的废气会经过两级冷却。废气首先被导入一个高温 EGR 冷却器中。该冷却器集成于发动机冷却剂回路中。然后由集成在增压空气冷却系统低温冷却回路中的低温 EGR 冷却器对废气进行进一步冷却。

        MAN D3876 的双级废气再循环系统：EGR 截止阀 (1)、高温冷却器 (2)、低温冷却器 (3)、与已冷却的增压空气混合 (4)
        此方案使废气再循环率达到了 40%，因而实现了极低的氮氧化物排放。废气后处理系统需要减少的氮氧化物也变少了。与欧 5 发动机相比，曼恩将 AdBlue®（尿素）消耗量进一步减少了近 60 %，TCO 成本优势显现无遗。除此之外，用于该尺寸发动机的废气消音器的元件也得以更加紧凑：TGX D38 搭载的 15.2 L 排量发动机不可避免地具有较大的废气流量，然而其废气消音器的尺寸却与搭载 D20 或 D26 发动机的车辆的废气消音器尺寸相同。因此，在 TGX D38 的框架中可以容纳同样的油箱体积。
        凭借优化的共轨燃油喷射系统以及无烟燃烧过程，柴油颗粒过滤器需要过滤的烟尘颗粒也因此减少。这样就产生了更低的排气背压，进而对降低燃油消耗做出了贡献。此外，由于颗粒过滤器通常不需要进行活性再生，因此 D3876 也不需要燃料后喷射。在进行保养时，通过检修盖板可以轻松接近柴油颗粒过滤器，且行驶里程达到 500,000 公里后才需要在维修车间进行更换和清洁。