Zupełnie nowy Mercedes-AMG GLC – dwa oblicza

Czterocylindrowy silnik AMG o pojemności 2,0 l z elektryczną turbosprężarką

Sercem nowych modeli Mercedes-AMG GLC jest czterocylindrowy silnik AMG o pojemności 2,0 l, który łączy innowacyjne rozwiązania techniczne i wysoką wydajność z wzorową efektywnością. Jednostka napędowa pozostaje wierna tradycji AMG: została nie tylko w całości opracowana w zakładzie firmy w Affalterbach, ale jest tam również montowana, zgodnie z zasadą „Jeden człowiek, jeden silnik”. W ten sposób Mercedes-AMG scala kunszt swoich wysoko wykwalifikowanych pracowników z najnowszymi metodami produkcji Przemysłu 4.0 i wysokim stopniem cyfryzacji.

Silnik o wewnętrznym M139l (l oznacza montaż wzdłużnie) jest jak dotąd jedynym seryjnym silnikiem na świecie z układem turbodoładowania wykorzystującym elektryczną turbosprężarkę. Układ ten bezpośrednio wywodzi się z techniki, którą zespół F1 Mercedes-AMG Petronas od wielu lat z powodzeniem wykorzystuje w najwyższej klasie sportu motorowego. Nowa postać turbodoładowania gwarantuje szczególnie spontaniczną reakcję w całym zakresie obrotów. Rezultat: jeszcze bardziej dynamiczne wrażenia z jazdy przy jednoczesnym zwiększeniu efektywności.

Zasada działania elektrycznej turbosprężarki w szczegółach

Elektronicznie sterowany silnik elektryczny o grubości około 4 cm jest umieszczony bezpośrednio na wale turbosprężarki, pomiędzy kołem turbiny po stronie spalin (wydechu) a kołem sprężarki po stronie sprężonego powietrza (wlotowej). Bezpośrednio napędza on wałek turbosprężarki, przyspieszając wirnik sprężarki, zanim
w konwencjonalny sposób zrobi to strumień spalin.

Znacząco poprawia to reakcję już z obrotów biegu jałowego i w całym zakresie prędkości obrotowych. Silnik spalinowy jeszcze szybciej reaguje na wciśnięcie pedału gazu. Ponadto elektryfikacja turbosprężarki umożliwia uzyskanie wyższego momentu obrotowego przy niskich obrotach. Przy okazji poprawia też zrywność i optymalizuje przyspieszenie przy ruszaniu z miejsca. Nawet gdy kierowca zdejmie stopę z pedału gazu lub zahamuje, układ jest w stanie przez cały czas utrzymywać wysokie ciśnienie doładowania – zapewniając nieprzerwaną, bezpośrednią reakcję.

Elektryczna turbosprężarka jest zasilana 48-woltową pokładową instalacją elektryczną i pracuje z prędkością do 175 000 obr./min, co umożliwia bardzo duży przepływ powietrza. Aby temperatura robocza przez cały czas była optymalna, turbosprężarka, jednostka elektryczna i energoelektronika są podłączone do układu chłodzenia silnika spalinowego.

Turbosprężarka w GLC 63 S jest jednak znacznie większa niż w GLC 43. Zapewnia to większy przepływ powietrza, a tym samym – wyższą moc. Ponadto zintegrowany silnik elektryczny jest w tym przypadku zasilanym przez 400-woltowy układ wysokiego napięcia.

Jednostka M139l ma zamknięty blok silnika. Taka konstrukcja zapewnia wysoką sztywność przy niskiej masie i umożliwia uzyskanie szczytowego ciśnienie spalania na poziomie do 160 barów. Obszary wokół cylindrów są w dużej mierze zamknięte, a w pokrywie znajdują się jedynie mniejsze kanały na płyn chłodzący i olej silnikowy. Kolejną wyróżniającą cechą silnika jest dwustopniowy wtrysk benzyny. W pierwszym etapie paliwo do komór spalania dostarczają szczególnie szybkie i precyzyjne wtryskiwacze piezoelektryczne, pracujące pod ciśnieniem do 200 barów. Drugi etap obejmuje wtrysk kanałowy do kolektora dolotowego (z zaworami elektromagnetycznymi), niezbędny do osiągnięcia wysokiej mocy maksymalnej silnika.

Moc 310 kW (421 KM) i moment obrotowy 500 Nm

Innowacyjna technika 2,0-litrowego czterocylindrowego rzędowego silnika Mercedesa-AMG GLC 43 4MATIC pomaga uzyskać moc maksymalną 310 kW (421 KM), rozwijaną przy 6750 obr./min. Maksymalny moment obrotowy 500 Nm jest dostępny przy 5000 obr./min. W zależności od sytuacji jednostkę krótkotrwale wspomaga dodatkowe 10 kW (14 KM) generowane przez alternator zespolony z rozrusznikiem z napędem pasowym. W rezultacie mamy tu do czynienia z tzw. miękką (inaczej łagodną) hybrydą, która poza tymczasowym zwiększeniem mocy umożliwia realizację zwiększających efektywność funkcji hybrydowych, takich jak żeglowanie oraz rekuperacja energii. Jednocześnie 48-woltowa instalacja zwiększa komfort, ponieważ działanie funkcji start/stop jest tu prawie niezauważalne.

GLC 43 4MATIC przyspiesza od 0 do 100 km/h w 4,8 s. Prędkość maksymalna samochodu została elektronicznie ograniczona do 250 km/h.

Hybryda E PERFORMANCE o mocy systemowej 500 kW (680 KM) i systemowym momencie obrotowym 1020 Nm

W modelu GLC 63 S E PERFORMANCE silnik M139l wytwarza moc 350 kW (476 KM) przy 6725 obr./min. Czyni go to najmocniejszym seryjnie produkowanym czterocylindrowym silnikiem na świecie. Maksymalny moment obrotowy wynoszący 545 Nm jest dostępny w zakresie 5250-5500 obr./min. Jednostkę połączono z synchronicznym silnikiem elektrycznym z magnesami trwałymi, opracowanym w Affalterbach wysokowydajnym akumulatorem oraz w pełni zmiennym napędem na wszystkie koła AMG Performance 4MATIC+. Moc systemowa 500 kW (680 KM) i maksymalny systemowy moment obrotowy 1020 Nm zapewniają imponujące osiągi: przyspieszenie od 0 do 100 km/h trwa zaledwie 3,5 s i kończy się dopiero przy ograniczonej elektronicznie prędkości 275 km/h.

204-konny silnik elektryczny umieszczono przy tylnej osi, gdzie został zintegrowany z elektrycznie przełączaną dwubiegową przekładnią i elektronicznie sterowanym mechanizmem różnicowym o ograniczonym poślizgu. To wszystko tworzy kompaktową elektryczną jednostkę napędową (EDU). Eksperci określają układ ten mianem hybrydy P3. Znajduje się tam również lekki, wysokowydajny akumulator, który zlokalizowano nad tylną osią.

Taka kompaktowa konstrukcja ma wiele zalet: silnik elektryczny działa bezpośrednio na tylną oś, dzięki czemu może bezpośrednio przekształcać swoją moc w napęd – w celu zapewnienia dodatkowego przyspieszenia podczas ruszania, przyspieszania lub wyprzedzania. Jego pełna siła napędowa może zostać natychmiastowo wykorzystana, umożliwiając szczególnie szybki start. Co więcej, zauważalny skok osiągów zapewnia elektronicznie sterowany tylny mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu, który poprawia dynamikę hybrydy na wyjściu z zakrętów.

W celu zapewnienia lepszej przyczepności w razie poślizgu tylnych kół siła napędowa silnika elektrycznego jest również kierowana do przedniej osi. Umożliwia to mechaniczne połączenie w pełni zmiennego napędu na wszystkie koła za pomocą wału napędowego i przednich półosi. Umiejscowienie jednostki przy tylnej osi poprawia rozkłady masy oraz obciążenia osi samochodu, stanowiąc podstawę dla przekonującego prowadzenia.

Koncepcja AMG oferuje bardzo wysoką efektywność rekuperacji – układ dopuszcza jedynie minimalne straty mechaniczne i hydrauliczne w silniku oraz skrzyni biegów. Zautomatyzowana dwubiegowa przekładnia przy tylnej osi, o specjalnie skalibrowanym przełożeniu, zapewnia rozpiętość od wysokiego momentu obrotowego na kołach w celu sprawnego ruszania aż po bezpieczną ciągłą moc przy wyższych prędkościach. Elektryczny silnik załącza drugi bieg najpóźniej przy około 140 km/h, co odpowiada maksymalnej prędkości obrotowej silnika elektrycznego, wynoszącej około 13 500 obr./min.

Równolegle do przyrostu osiągów za sprawą silnika elektrycznego projektanci zdołali poprawić efektywność samochodu, obniżając emisję spalin oraz zużycie paliwa.

Zainspirowany Formułą 1, opracowany w Affalterbach: wysokowydajny akumulator AMG

Inspirację dla opracowania litowo-jonowej jednostki magazynującej energię stanowiły rozwiązania techniczne sprawdzone w hybrydowych bolidach Formuły 1 zespołu Mercedes-AMG Petronas. W trakcie prac rozwojowych eksperci z zakładu silników F1 High Performance Powertrains (HPP) w Brixworth prowadzili intensywną wymianę idei z projektantami Mercedes-AMG z Affalterbach. Tak powstał wysokowydajny akumulator AMG, który łączy wysoką moc i możliwość częstego, szybkiego pobierania energii z niewielką masą. Do tego dochodzi wysoka gęstość mocy. Oznacza to, że na przykład podczas szybkiej jazdy w pagórkowatym terenie kierowca może natychmiast wykorzystać pełny potencjał mocy na podjazdach, a na zjazdach intensywnie korzystać z rekuperacji.

Moc ciągła 80 kW (109 KM) i moc szczytowa 150 kW (204 KM)

Wysokowydajny akumulator GLC 63 S E PERFORMANCE ma pojemność 6,1 kWh, zapewnia moc ciągłą 80 kW (109 KM) oraz, przez 10 sekund, moc szczytową 150 kW (204 KM). Ładowanie odbywa się poprzez rekuperację lub z zewnętrznego źródła, prądem przemiennym (AC) z mocą do 3,7 kW. Akumulator jest zaprojektowany z myślą o szybkim dostarczaniu i pobieraniu energii, a nie o uzyskaniu jak największego zasięgu. Mimo to dostępny zasięg w trybie elektrycznym – wynoszący 12 kilometrów – zapewnia praktyczne pole aktywności, np. umożliwia cichy i lokalnie bezemisyjny przejazd z dzielnicy mieszkalnej na obrzeża miasta lub na drogę szybkiego ruchu.

Ciągłe dążenie do innowacji: bezpośrednie chłodzenie ogniw akumulatora

Podstawą wysokiej wydajności 400-woltowego akumulatora AMG jest innowacyjny system bezpośredniego chłodzenia: po raz pierwszy zaawansowany technologicznie płyn chłodzący na bazie cieczy nieprzewodzącej prądu opływa i indywidualnie chłodzi wszystkie 560 ogniw. Aby optymalnie dostarczać moc, każda bateria potrzebuje określonej temperatury. Jeśli zasobnik energii jest zbyt zimny lub zbyt gorący, tymczasowo traci moc lub musi zostać wyłączony w celu ochrony go przed uszkodzeniem z powodu przegrzania. Stałe okno temperaturowe akumulatora ma zatem decydujący wpływ na jego wydajność, żywotność i bezpieczeństwo.

System AMG ma za zadanie zapewnić równomierne rozprowadzanie ciepła w akumulatorze. Dzięki temu zawsze pracuje on w stałym, optymalnym przedziale temperatur roboczych, średnio wynoszącym 45 stopni Celsjusza – bez względu na to, jak często jest ładowany lub rozładowywany. Może się co prawda zdarzyć, że podczas jazdy z wysoką prędkością średnia temperatura zostanie przekroczona, jednak mechanizmy zabezpieczające są skonfigurowane w taki sposób, aby akumulator nie tracił swojej maksymalnej mocy, a jego temperaturę można było obniżyć poprzez bezpośrednie chłodzenie.

Strategia pracy: energia elektryczna zawsze do dyspozycji

Bazowa strategia pracy wywodzi się z hybrydowego zespołu napędowego bolidu Formuły 1 Mercedes-AMG Petronas. Podobnie jak w najwyższej lidze motorsportu maksymalna siła napędowa jest dostępna zawsze, gdy kierowca przywołuje ją poprzez kick-down – na przykład aby mocno przyspieszyć na wyjściu z zakrętu lub przeprowadzić błyskawiczne wyprzedzanie. Wysoka wydajność rekuperacji i doładowywanie akumulatora w zależności od potrzeb sprawiają, że bateria zawsze dysponuje zapasem energii elektrycznej, a jej poziom może być często uzupełniany.

Hybrydowy napęd o wysokich osiągach może kontrolować przyczepność jednego koła

Hybrydowy napęd przynosi korzyści również w obszarze kontroli dynamiki samochodu. Gdy tylko jedno z kół zasygnalizuje zbyt duży poślizg, zamiast hamowania przez ESP® do sterowania trakcją można wykorzystać tu również silnik elektryczny. Aby uzyskać odpowiedni efekt, inteligentny system ogranicza moment napędowy jednostki elektrycznej przenoszony na koło za pośrednictwem tylnego mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu. W rezultacie ESP® nie musi interweniować wcale albo jego ingerencja może być opóźniona. Zaleta: silnik spalinowy może pracować z wyższym momentem obrotowym, co poprawia osiągi. Ponadto energię, która inaczej zostałaby zmarnowana podczas hamowania, można wykorzystać do doładowania akumulatora.