新世代的奔驰V8---M177 Evo
随着奔驰S级 W223 MP试驾感受解禁，V8 M177 Evo 自然也成为#2026维也纳发动机年会# 的第三篇。这台发动机在欧洲不仅用在奔驰S580，迈巴赫S680上，更是会用在后面的AMG车型上。这和之前奔驰M 176/M 177/M 178的多变种策略并不一样。奔驰是怎么考虑的？下面就仔细看看。PS：6000字干文预警

M177 Evo 虽然名字里带的是Evo，但其实他相对于M177来说，基本上可以说是重新做过的一台机器了。因为他在燃烧，机械设计，后处理理念上都完全不同。他也代表着奔驰高性能内燃机理念在新世代的一次重大演进。M177 Evo 目前提供两种不同的配置：一种是功率为 395 kW、扭矩为 750 Nm 的中级版本；另一种是功率达 450 kW、扭矩达 850 Nm 的高性能版本。 值得注意的是，这两种规格的基础发动机架构完全相同。

【新发动机设计背景】
新一代 V8 发动机旨在为所有未来的排放法规奠定最佳基础，并覆盖广泛的客户群体。 因此，必须首先分析燃油车高端车型细分市场中客户与市场的需求，并将其整合至开发理念中。据此，M177 Evo项目初期便确立了一个核心目标：开发一款能够满足不同顶级车型多样化需求的 V8 发动机，能涵盖以威严气场为卖点的S级车型、以舒适为导向的迈巴赫产品以及追求性能需求AMG车型 。

所以在此核心目标的指引下，所有项目开发时的技术决策都必须以这一广泛的需求为基准。因此，M177 Evo的技术规范既要一方面符合法律法规，例如排放、车外噪声及安全的要求，也要满足通过对主要市场进行深入分析后所确立的客户预期。

Lambda=1 对高性能V8发动机来说极具挑战性，M177 Evo 的入门级版本仍想要达成其前代机型的性能水平，并通过模块化设计将其竞争力延续到未来。因此，研发的第一步是确定燃烧过程，并辅以具备成本效益的涡轮增压单元。 此外，M177 Evo不仅会在新车型上应用，也在初期于现有的车型系列中使用，因此发动机的尺寸也必须考虑现有车型的空间布局，这也对发动机的设计方案产生了影响。所以，为了满足紧凑的安装空间要求，该发动机沿用了前代产品的缸径/行程比以及Hot-V的涡轮布置形式。不过随着 48V的第二代ISG的全面引入，所有带系也和M256一样被取消。

M177 Evo发动机无论什么型号将遵循一人一机的原则进行制造。因此，在开发初期，研发团队就与生产、质量及组装专家建立了紧密的协作关系。发动机的生产地点从之前Untertürkheim发动机工厂转移到了之前为AMG生产发动机的Affalterbach工厂。

【总发动机设计】
简单来说：从十字曲轴向平面曲轴的转变，是实现性能目标并满足排放要求的核心措施。

但为了弥补平面曲轴的劣势，奔驰通过侧向布置一套设计紧凑的Lanchester balancer，几乎可以完全抵消平面曲轴带来的自由力与力矩。曲轴箱采用 Rotacast铸造工艺制造，该工艺通过在气缸孔、轴承座及平衡轴轴承等功能区域实施受控凝固，能够对微观组织与机械性能进行定向开发 。 此外，在发动机定义阶段，研发重点之一是在满足燃烧过程更高需求的同时尽可能减少材料使用，所以实际运动部件的往复惯性质量与旋转质量得以基本维持原样，这一定程度上保证了AMG 衍生机型具备运动化的发动机特性。尽管采用了多种新技术，新款 V8 的总重仍几乎维持在前代机型的水平。

Hot-V在高性能发动机里是一个极具挑战性的结构。首先确定了涡轮方案：通过将排气歧管集成到涡轮壳体中，减小了热质量，同时也获得了更大的流道截面积。基于冷启动要求与安装空间的考量，每列气缸一级三元必须布置在 Hot-V 区域的末端。这样一来，排气歧管、涡轮壳体以及一级三元可以和外界空气进行充足的对流换热，相当于能够从排气中带走部分热能，从而提高气缸出口温度的温度限制。

【热力学系统 】
与奔驰的其他发动机一样，M177 Evo 采用了奔驰最新的燃烧系统架构。其特征实火花塞位于排气门之间，并配备了压力为 350bar的中置喷油嘴。这一广为人知的燃烧系统具有极高的抗爆震性、良好的混合气均质化效果以及较低的循环波动。所选定的喷雾路径即使在极晚的点火提前角下，也能确保稳定的催化器加热。

从发动机开发伊始，便确立了采用米勒循环的宗旨，旨在显著提升其在 Lambda 1工况下的功率输出。作为米勒循环的核心要素，进气门早关，也就是EIVC主要优化了三个关键的发动机参数

降低爆震倾向：EIVC 通过在进气行程结束前关闭进气门，使缸内充量发生膨胀，从而降低了缸内的温度和压力。虽然压力的下降可以通过提高增压压力来补偿，但压缩终了温度仍会有明显的降低。这使得燃烧相位能够提前，进而降低涡轮前排气温度

增加涡轮前后的温降：EIVC 带来的高增压压力需求意味着需要更大的压气机功率。涡轮从排气质量流量中提取这部分能量，从而增加了涡轮前与涡轮后之间的压差/温差（T3-T4 delta）。这有效降低了涡轮后排气温以及第一级三元催化载体的温度，而这正是 Lambda 1 工况下主要的功率限制因素。

减少泵气损失：在部分负荷下，缸内充量通常通过进气歧管节流至大气压以下来减少，这会产生节流损失。EIVC 通过缩短进气持续时间来减少缸内质量，从而降低了节流损失和燃油消耗。选择 EIVC 方案，通过提高热效率、减少泵气损失以及确保在整个燃油特性图中维持Lambda1工况，从本质上为实际油耗带来了显著收益。

不过，将米勒循环应用于高功率区间会带来了显著的工程挑战，特别是在高负荷工况下维持热效率与动态稳定性方面。为了应对这些复杂的热力学问题并优化动力输出，一个关键的技术解决方案是在 M177 Evo 发动机架构中引入了平面曲轴，当然了，整个燃烧过程设计均针对EIVC策略进行了精细化定制。通过采取这些措施，确保了该发动机的最大功率输出即便在满足 Lambda 1的苛刻要求下，依然维持在 113 kW/l 的升功率水平，与前代机型持平。

【平面曲轴的应用】
通常情况下，搭载非电气化涡轮增压器的发动机需要在最大功率输出与瞬态响应性能之间进行权衡。在采用十字曲轴的 V8 发动机中，单列气缸组内的点火间隔具有 90°CA 和 270°CA 的非均匀特征，这加剧了上述固有的权衡难题。这种不均匀性会对单个气缸的换气过程产生负面影响，在增加残余废气含量的同时降低了气缸充气效率。相比之下，采用平面曲轴的 V8 发动机在单列气缸组内拥有 180°CA 的均匀点火间隔，因此气缸间的相互干扰降至最低。在给定的负荷阶跃目标下，这些优势有助于提升发动机的设计功率输出。此外，由于单缸空燃比更容易控制，这确保了发动机运行更加平顺，并降低了原始排放。基于这些优点，M177 Evo 选择了平面曲轴，从而将米勒循环在 V8 发动机上的应用扩展到了全新的功率水平。然而，平面曲轴会改变 V8 发动机的频谱特性，使其声浪更接近四缸发动机。为了尽量减少这种影响，工程师开发了一种特殊的相位偏移排气凸轮。

【声学凸轮轴的引入】
对于搭载 8 缸发动机的车辆而言，情感共鸣是决定性的卖点，而排气声浪在其中扮演着核心角色。但在车外噪声法规日益严格的背景下，如何维持奔驰以及AMG客户所期待的，建立在采用十字曲轴V8 发动机特性之上的声浪成为的难题。
在十字曲轴设计中，曲柄销相互错开 90 度，导致两侧气缸组的点火顺序不对称。这种排气脉冲的不均匀性，除了产生主要燃烧阶次及其倍数外，还产生了特别的半阶发动机排气频率，从而构成了典型且浑厚的 V8 声浪，即通常所说的煮水声。

相比之下，采用平面曲轴的 M177 Evo 发动机具有对称的点火顺序，类似于两台并联的直列四缸发动机。此处，曲柄销互错 180 度，导致排气脉冲在两侧气缸组中均匀分布。由此产生的排气声浪主要由发动机的 2 阶和 4 阶频率主导。因此，其声浪特性与传统 V8 发动机显著不同。 如果不采取针对性措施，定义经典 V8 声浪的关键半阶频率将在排气声中大幅减弱甚至完全消失。为了在 M177 Evo 上实现富有情感的 V8 声浪，研发团队开发了一种特殊的声学凸轮轴。这一创新填补了发动机固有的平面曲轴特性与预期的十字曲轴音质之间的鸿沟。该项改进在排气脉冲中引入了明确的不对称性，从而显著提升了特征性的“半阶频率”，特别是在约 3000 rpm 的中低转速区间。因此，该措施在不损害平面曲轴设计固有优势的前提下，还原了典型的 V8 听感。

此外，可以根据所需的特性，将排气声浪从内敛从容调整为运动激昂。因为发动机出来的声浪还可以通过排气系统进行进一步的设计进行与调节。例如，通过以合适的方式连接两条独立的排气管路，如采用 X 型管或 H 型管，有针对性地影响特定的引擎阶次频率。这显著降低了被认为刺耳且难听的 2 阶频率的主导地位，使声音更加和谐。 此外，通过将共振元件与吸音元件进行有针对性且精确匹配的组合，并配合排气管截面积的优化调校，即可实现理想的声学特性。在加上排气阀门的影响，声浪的调整可能性就很多了。这种声浪设计的灵活性，结合了发动机内部的技术创新与精密的排气系统设计，使 M177 Evo 能够广泛应用于多种车型，并突显了其在不同细分市场中的多功能性。

M177 Evo还设计了多种二级吸音措施与部件。这包括针对结构部件刚度与声音传递辐射特性的优化，以及新增的泡沫组件或对现有元件，如发动机罩盖的强化。

【进气系统与米勒循环优化 】
为了在Lambda-1限制下充分挖掘米勒循环的高功率潜力，M177 Evo发动机针对缸内高湍流度、高流量系数及低残余废气进行了全面优化。研发团队通过大量CFD模拟重新设计了进气道，采用清晰的分离边缘、优化的气门空气动力学过渡区以及集成式短喇叭口，显著降低了压力波动与损失。在相同的EIVC米勒循环设定下，新设计的滚流强度相比前代机型大幅跃升，进气流量也成功提升了15%。

【双涡管涡轮的升级】
涡轮增压器的几何特征直接决定了发动机的峰值功率与瞬态响应，这在应对欧7排放法规及非电气化架构中尤为关键。为此，研发团队对双涡流涡轮进行了深度改进，核心在于大幅缩短涡道隔板与涡轮叶轮之间的距离。这一优化不仅改善了流场分离，显著降低了大气门重叠期间的排气压力，维持了低残余废气水平，从而完美支持大重叠角的米勒循环策略以拉高峰值功率；同时，较小的隔板比例还强化了脉冲增压效果，配合瞬态气门正时技术，使发动机在搭载450kW级大尺寸涡轮时，依然能实现370kW级机型的敏捷瞬态响应。此外，针对局促的Hot-V安装空间，弯曲形状的隔板在平衡两涡道流动特性的同时，经过了严密的热机械疲劳数值优化，确保了涡轮壳体在极端热应力下的高寿命，最终在换气效率、抗爆震特性、瞬态响应与耐用性之间实现了完美平衡。

【排放系统的硬件与标定】
M177 Evo 发动机要广泛应用于梅赛德斯-奔驰的多个车型系列。其开发的核心目标之一是为所有潜在应用建立统一的排放理念，从而优化应用协同效应并简化变体管理。通过对废气后处理组件进行空间布局优化集成，这一目标得以成功实现。 废气后处理系统的核心是紧耦合催化器系统。它包含一个直径为 5.2 英寸、长度为 116.8 毫米、孔密度为 600 cpsi 的主三元。其位于热端的第二个壳体内，还集成了一个额外的催化转化器，直径 5.66 英寸 x 长度 52 毫米 / 600 cpsi，以及一个GPF 直径 5.66 英寸 x 长度 105 毫米 / 200 cpsi。 M177 Evo 的废气后处理系统采用模块化设计，能够灵活适配各特定应用场景的边界条件。 通过利用最新技术，催化转化器的耐温性能得到了提升，同时降低了其起燃温度。

在标定方面，为了让M177 Evo满足目前全球所有已知的排放标准，就要建立一套稳健且尽可能全球一致的标定策略，也是排放与 OBD的高级目标。此外，所有为满足法规要求而采取的必要措施，必须在尽可能不被客户察觉出和普通车辆有什么不同。 一项关键挑战在于整合应对未来排放法规的基础要素，包括欧 7中的OBM要求。鉴于 M177 Evo 的首发版本符合欧 6 标准，其标定与组件在设计时便考虑了未来升级的潜力，且仅需极小的改动即可实现。 由于第一级催化转化器采用紧耦合布置，后处理系统的加热时间被缩减至最短。得益于最新的热力学考量，喷射策略允许发动机在催化器加热工况下以更高燃效运行，同时保持极低的原始排放。 在 48V ISG2系统的支持下，M177 Evo 能够实现极其广泛的发动机启动特性——从迈巴赫那种难以察觉的平顺启动，到 AMG 富有情感共鸣的轰鸣启动。

这些启动过程始终优先考虑Emissions Neutrality，并确保在极端工况下的启动可靠性。 统一的排气系统增强了 OBD 标定的稳健性与质量。这使得相关市场的标定策略得以统一，从而缩短开发周期并提升标定品质。此外，针对未来的法规要求，部分诊断程序的持续时间可以被缩短，这在一定程度上得益于 48V ISG2 系统以及 Lambda 1运行策略。 曲轴的平面设计也为 OBD 标定带来了额外优势。由于点火顺序均匀，那些需要曲轴飞轮信号的诊断程序从中受益。因此，利用来自每个气缸的清晰信号，标定工作可以得到显著优化。

【整车性能的对比】
在搭载 395 kW 功率及 750 Nm 扭矩版本的 S580 车型上，它在任何工况下都能提供游刃有余的加速感与从容不迫的驾驶姿态。 在开发过程中，涡轮增压器的布局被赋予了极高的权重，目标是同步优化动力输出与瞬态响应。这一点至关重要，因为涡轮增压器尺寸的增加通常与车辆响应性的下降直接相关。通过大量的标定措施，动力与瞬态响应的优化目标得到了进一步保障。 以静止起步场景为例进行的直接对比，清晰地展示了从前代机型的 370 kW 到新款 M177 Evo 395 kW 的动力飞跃。事实证明，尽管 M177 Evo 为追求更高的最大输出功率而可能采用了更大规格的涡轮增压器，但它仍在峰值性能与动态响应之间实现了极佳的平衡。 尽管前代车型的最大功率仅设定为 370 kW，但在 20 米全油门静止起步测试中，其表现较之搭载新款 M177 Evo 发动机的对比车辆落后了 1.1 米。

【最后总结】
M177 Evo 代表奔驰在新世代高性能 V8 内燃机的进一步演进路数。该发动机的开发在确保长期符合未来的排放法规，同时保留高端细分市场所期待的性能、驾驶性和情感属性。在one engine fits all的全球化概念指导下，该发动机通过单一的模块化架构，同时满足了奔驰、迈巴赫以及 AMG 应用中广泛的客户与监管需求。 总体而言，M177 Evo 证明了当先进燃烧理念、优化的热力学设计与针对性的声学校准融入整体系统方案时，高性能 V8 内燃机在未来的监管环境下依然具有生命力。该发动机为广泛的豪华及性能导向型车型应用提供了稳健且灵活的技术基石。