Druga generacja silnika OM 471 Mercedes-Benz

, 10 lipca 2015, 11:22

Mercedes-Benz udoskonalił swój popularny silnik OM 471, który już w 2011 roku spełniał restrykcje normy emisji spalin Euro 6. Jego nowa wersja ma spalać 3% mniej paliwa, dysponując większym momentem obrotowym (2600 Nm). Nowa maksymalna moc wynosi 390 kW (530 KM).

Wiosną 2011 r. Mercedes-Benz, uprzedzając wprowadzenie obowiązku przestrzegania normy spalin Euro VI oraz sukcesywne wprowadzanie ciężkich samochodów ciężarowych Actros, Antos i Arocs do transportu dalekobieżnego, dystrybucji lokalnej i transportu budowlanego, zaprezentowal całkowicie nową generację silników. Pierwszym członkiem tej nowej rodziny silników jest OM 471. Silnik ten dzięki wprowadzonym rozwiązaniom technicznym oraz wynikającym z nich możliwościom i właściwościom otworzył nowy rozdział w budowie silników stosowanych w ciężkich pojazdach użytkowych.

Sześciocylindrowy silnik rzędowy o pojemności 12,8 litra posiada dwa montowane w głowicy wałki rozrządu, układ wtryskowy Common-Rail wraz z układem zwiększającym ciśnienie wtrysku X-Pulse, turbosprężarkę z asymetryczną obudową, hamulec silnikowy o wysokiej mocy, układ oczyszczania spalin wykorzystujący technologię SCR, układ recyrkulacji spalin i filtr cząsteczek spełniający rygorystyczne wymogi normy emisji spalin Euro VI.

Silniki serii produkcyjnej OM 471 sprawdziły się w praktyce w samochodach ciężarowych oraz autobusach Mercedes-Benz i Setra. Uwzględniając silniki produkowane na rynki za oceanem ich liczba osiągnęła 250 tysięcy jednostek. Żadna inna platforma silników do pojazdów ciężarowych i autobusów nie osiągnęła większej liczby sprzedanych sztuk.

Konstruktorzy silników ponownie znacznie udoskonalili silnik OM 471 w jego najnowszej generacji, stosując różnorodne rozwiązania. Inżynierowie znacznie zwiększyli moment obrotowy przy jednocześnie niskiej prędkości obrotowej i umożliwili poszerzenie oferty, która obecnie objemuje pięć wersji silników o różnych wartościach mocy.

Silnik Mercedes-Benz OM 471 jest od teraz dostępny w pięciu głównych wersjach:

Moc

Moment obrotowy

310 kW (421 KM) przy 1600 obr./min

2100 Nm przy 1100 obr./min

330 kW (449 KM) przy 1600 obr./min

2200 Nm przy 1100 obr./min

350 kW (476 KM) przy1600 obr./min

2300 Nm przy 1100 obr./min

375 kW (510 KM) przy 1600 obr./min

2500 Nm przy 1100 obr./min

390 kW (530 KM) przy 1600 obr./min

2600 Nm przy 1100 obr./min

Podstawowe wersje silnika o wartościach mocy 310, 330 i 350 kW uzupełniono o trzy wersje, tzw. wersje „Top Torque”. Podczas jazdy samochodem ciężarowym z jedną z tych wersji silnika na najwyższym biegu zautomatyzowanej skrzyni biegów Mercedes PowerShift 3 w razie potrzeby następuje zwiększenie momentu obrotowego o 200 Nm. Strategia ta pozwala zmniejszyć częstotliwość przełączania biegów i zwiększyć prędkość transportu, nie zwiększając jednocześnie zużycia paliwa.

Istotnym elementem nowej generacji silników jest najnowsza generacja układu wtryskowego X-Pulse, układu wtrysku common rail wyposażonego w układ zwiększający ciśnienie wtrysku i funkcję łatwej modyfikacji wtrysku. Maksymalne ciśnienie w szynie paliwowej zostało zwiększone z 900 do 1160 barów, co sprawia, że maksymalne ciśnienia wtrysku wynosi 2700 barów.

Zastosowane zostały ośmiootworowe dysze wtryskowe (dotychczas siedmiootworowe), dzięki czemu maksymalny przepływ zwiększył się o około 10%. Ponadto nowością są: geometria niecek w tłokach, stopień sprężania podniesiony wyraźnie z 17,3:1 na 18,3:1 oraz obniżony stopień recyrkulacji spalin (EGR). Wszystkie nowości przyczyniają się do dalszej poprawy współczynnika sprawności w całej gamie silników. Skutkiem tego jest wyraźnie zmniejszone zużycie paliwa. Zgodnie z nową krzywą momentu obrotowego najlepsze wartości przesuwają się w kierunku niższych wartości obrotów silnika.

Z uwagi na to, że silnik był projektowany z myślą o niższym zużyciu paliwa, wzrosła emisja tlenków azotu (NOx), którą redukuje efektywny katalizator wykorzystujący technologię SCR. Zużycie czynnika AdBlue stanowiące równowartość 5% zużycia paliwa kształtuje się na poziomie zużycia występującego we wcześniejszych silnikach spełniających wymagania normy Euro V.

Bilans kosztów wychodzi korzystnie: niemal do 3% niższe spalanie paliwa idzie w parze z jedynie niewielkim wzrostem ilości tańszego czynnika AdBlue stosowanego do oczyszczania spalin. Zatem przy rocznym przebiegu wynoszącym 130 tysięcy km w transporcie dalekobieżnym i spalaniu około 28,5 litra/100 km na trudnym odcinku przy pełnym obciążeniu modele Mercedes-Benz Actros wyposażone w silniki OM 471 drugiej generacji mogą oszczędzić rocznie około 1100 litrów paliwa, a emisja CO2 może być mniejsza o prawie 3 tony.

Mercedes-Benz wykorzystuje nową charakterystykę do dłuższego standardowego przełożenia tylnej osi. Przełożenie i = 2,533 zamiast dotychczasowego i = 2,611 oznacza obniżenie obrotów o 3%. W związku z tym dla ogumienia 315/70 R 22,5 prędkość obrotowa wynosi jedynie około 1150 obr./min przy prędkości 85 km/h. Dzięki nowej charakterystyce mocy nie traci na tym wydajność jazdy. Przeciwnie, silniki wykazują wyraźnie wyższe rezerwy mocy na stromych odcinkach tras.

Ta zaleta jest widoczna nie tylko na autostradach, lecz również na drogach krajowych i lokalnych. Przykładem może być jeden z bardziej popularnych modeli Actros 1845. Przy prędkości 65 km/h silnik z nowym przełożeniem tylnego mostu osiąga na najwyższym biegu zaledwie 900 obr./min. OM 471 rozwija przy takich obrotach już niemal pełny moment obrotowy 2200 Nm, zachowując jednocześnie znaczne rezerwy. Dotychczasowa konstrukcja silnika i osi w modelu Actros 1845 pozwalała na jazdę na najwyższym biegu w takim samym tempie przy ponad 900 obr./min, a jego moment obrotowy równy prawie 2000 Nm znajdował się już w niższym zakresie.

Recyrkulacja spalin

Charakterystyczną cechą silnika OM 471 było od samego początku wyposażenie w turbosprężarkę z asymetryczną obudową. W celu szybkiego wytworzenia się ciśnienia doładowania przy jednocześnie odpowiednio szybkim wzroście mocy i momentu obrotowego, spaliny są odprowadzane z cylindrów 4–6 bezpośrednio do turbiny bez okrężnej drogi. Natomiast z cylindrów 1–3 określona ilość spalin jest odprowadzana do układu recyrkulacji spalin. Takie rozwiązanie pozwala obniżyć emisję NOx.

Podstawowe założenia pozostały niezmienione. Dopracowane zostały jedynie pewne szczegóły. Dotyczy to klapy EGR, która jest obecnie wysunięta daleko do przodu w kolektorze wydechowym, wyraźnie przed wejściem spalin do turbosprężarki.

Dotychczas dystrybucja spalin pomiędzy kolektorem wydechowym a turbosprężarką była zależna między innymi od kształtu kolektora i geometrii turbosprężarki o asymetrycznej obudowie. Obecnie dystrybucja odbywa się bezstopniowo i bardzo precyzyjnie w całym zakresie charakterystyki silnika. Pozwala to na lepsze zarządzanie termiczne oraz osiągnięcie niższego wskaźnika EGR, co ma pozytywny wpływ na zużycie paliwa.

Zarówno wskaźnikiem EGR, jak i przepływem spalin do turbosprężarki można sterować, dzięki nowemu położeniu klapy, zgodnie z charakterystyką eksploatacyjną silnika. Nie ma już potrzeby rejestracja procesu recyrkulacji spalin przez czujnik zwężki Venturiego (bypass układu recyrkulacji spalin) oraz dodatkowiej regulacja EGR.

Ponadto sterowana bezstopniowo w swym nowym położeniu klapa EGR zapewnia nowy zakres asymetrii: w zależności od zapotrzebowania spaliny mogą być doprowadzane do trzech cylindrów dozujących w celu spalania w zakresie od 0 do 100%, co stanowi unikalne rozwiązanie w budowie silników. Tym samym klapa AGR steruje nie tylko strumieniem spalin do układu recyrkulacji spalin, lecz również turbosprężarką.

Inne nowości

Nowością jest również asymetryczny wtrysk. W normalnych warunków eksploatacyjnych wtryskiwacze wszystkich sześciu cylindrów silnika OM 471 są zaopatrywane w identyczną ilość paliwa. Jeżeli przy niższym obciążeniu jest konieczna regeneracja filtra cząstek spalin, wówczas w celu podwyższenia temperatury spalin ustawiany jest wysoki zakres EGR do poziomu 50%.

Aby w tym przypadku uniknąć niepełnego spalania powodującego odpowiednio wysoki udział cząstek sadzy w spalinach, zmniejszona zostaje bezstopniowo ilość paliwa w cylindrach 1–3 przy jednoczesnym wzroście wskaźnika EGR, a jednocześnie następuje jej zwiększenie w cylindrach 4–6. W skrajnych przypadkach ilość wtryskiwanego paliwa może by zredukowana do zera w pierwszych trzech cylindrach, podczas gdy pozostałe trzy cylindry będą pracować jak przy pełnym obciążeniu. Redukcja ta aż do odłączenia cylindrów nie ma wpływu na oddawanie mocy oraz zużycie paliwa, wzrasta natomiast jakość spalin i zmniejszone zostaje tworzenie się cząstek sadzy.

Przesunięcie odbywa się w sposób niezauważalny dla kierowcy. To samo dotyczy sytuacji, gdy poprzez naciśnięcie pedału gazu wrasta obciążenie i wtrysk odbywa się ponownie, równomiernie do wszystkich cylindrów.

Turbosprężarka

Asymetryczna turbosprężarka – tak samo jak wcześniejsze urządzenia tego typu— posiada stałą geometrię turbiny. Pod względem technicznym wariant ten jest o wiele mniej skomplikowany niż turbosprężarka ze zmienną geometrią turbiny. Do uproszczenia przyczynia się również rezygnacja z zaworu Wastegate. To rozwiązanie zmniejsza złożoność turbosprężarki i pozwala na uniknięcie potencjalnego źródła usterek, jak np. nieszczelności.

Rezygnacja z kilku części i czujników

Mercedes-Benz rezygnuje w nowej generacji silnika OM 471 nie tylko z zaworu wastegate dla turbosprężarki, lecz również z regulacji ciśnienia doładowania. Odejście od czujników i regulacji EGR oznacza, że silnik zoptymalizowany będzie pracował według pierwotnych nastawów.

Dzięki takiemu układowi sterowania silnik pracuje efektywniej. Precyzyjne wstępne sterowanie wszelkimi wielkościami nastawczymi pozwala osiągnąć optymalny współczynnik sprawności bez okrężnej drogi poprzez dokonanie odpowiednich regulacji i ich kombinacji.

Silnik staje się bardziej wytrzymały dzięki rezygnacji z licznych komponentów i części. Myśl przewodnia jest zarówno prosta, jak i kluczowa: to, co nie jest zamontowane, nie może powodować uszkodzenia.

Zamiast na czujniki z dodatkową regulacją firma Mercedes-Benz stawia na różne tryby wspomagające, na przykład przy eksploatacji z zimnym silnikiem, z zimnym powietrzem zasysanym lub dodatkową obróbką spalin na zimno. Istnieją również tryby do zastosowania na średnich i dużych wysokościach, jak również dla biernej i aktywnej regeneracji lub regeneracji w zakresie małego gazu. Za wyjątkiem aktywnej regeneracji jest tu mowa wyłącznie o bezstopniowych regulacjach, dzięki którym silnik może być eksploatowany nieustannie w zakresie optymalnego współczynnika sprawności.

W 2011 r. pierwsze silniki Mercedes-Benz spełniały wymagania normy Euro VI jeszcze przed jej obowiązywaniem. Tak samo jest obecnie w przypadku silnika 2. generacji OM 471.

Komentarze

Komentarz musi być dłuższy niż 5 znaków!

Proszę zaakceptuj regulamin!

Brak komentarzy!