Inovačnou technikou dáva Mercedes-Benz dieselovej technike pre osobné automobily opäť impulzy, ktoré určujú smer budúcnosti. Priekopník dieselových motorov zo Stuttgartu ako prvý na svete nahrádza hliníkové piesty, bežné v dieselových motoroch pre osobné automobily, za novovyvinutú generáciu high-tech piestov z ocele. V kombinácii s inovatívnou technológiou klznej dráhy piestov NANOSLIDE® prináša výhody ešte nižšej spotreby paliva a ešte nižších emisií CO2.
V roku 1936 predstavil Mercedes-Benz svetu prvý osobný automobil s dieselovým motorom a prevzal tak na seba rolu priekopníka v dieselových motoroch. Túto vedúcu pozíciu stuttgartskí motoroví technici v nasledujúcich desaťročiach dôsledne podložili množstvom technických inovácií, ktoré v rozhodujúcej miere prispeli k tomu, čím je dieselový motor v osobných automobiloch dnes: výkonný a predsa úsporný – jedným slovom: efektívny.
Motoroví inžinieri teraz opäť pridávajú na efektívnosti. V septembri 2014 v dieselovom motore V6 modelu Mercedes-Benz E 350 BlueTEC oslávia svetovú premiéru nové high-tech piesty z ocele v sériovo vyrábanom osobnom automobile. Okrem iného vďaka tejto technickej inovácii spotrebuje sedan pri rovnakom výkone (190 kW/258 k) už iba 5,0 litra motorovej nafty na 100 kilometrov – potenciál úspory, podmienený oceľovým piestom, pritom predstavuje približne tri percentá.
Oceľové piesty sú v súčasnosti značne rozšírené v motoroch úžitkových vozidiel v kombinácii s ťažkou kľukovou skriňou zo sivej liatiny, zatiaľ čo v prípade dieselových motorov pre osobné automobily sa za tie roky stali štandardom hliníkové piesty. Úplne novovyvinuté oceľové high-tech piesty z dielne Mercedes-Benz sú v dokonalej harmónii s modernou, oveľa ľahšou hliníkovou skriňou motora a viac razy ocenenou technológiou klznej dráhy piestov NANOSLIDE®, vyvinutou značkou Mercedes-Benz
Využiť výhody materiálu
Oceľ a hliník sa svojimi vlastnosťami výrazne odlišujú: oceľ sa v teple rozťahuje menej ako hliník, horšie odvádza teplo a je raz tak ťažká. Na prvý pohľad sa preto kombinácia hliníkovej skrine a oceľových piestov javí ako problematická. Inžinieri z Mercedes-Benz v nej však predsa objavili ukryté šance budúcnosti tým, že s mimoriadnou výhodou využili očividné rozdiely vo vlastnostiach týchto materiálov.
Skutočnosť, že oceľové piesty majú iba približne štvrtinovú teplotnú rozťažnosť v porovnaní s hliníkovými piestami využili na to, aby tesnejšie dimenzovali oceľový piest v hliníkovej skrini, takže spočiatku sedí v klznej dráhe piestu veľmi tesne. Keď sa však počas prevádzky zvýši teplota, hliníková skriňa sa roztiahne viac ako oceľové piesty – následkom je väčšia tolerancia piestu vo valci a tým aj nižšie trenie. Keďže iba skupina piest/klzná dráha spôsobuje 40 až 50 percent mechanického trenia, otvoril sa tu dôležitý potenciál zvýšenia efektívnosti.
Pevnejšie, menšie, ľahké
Skôr používané oceľové piesty však boli málo vhodné na kombináciu s hliníkovou skriňou motora. Mercedes-Benz preto skoncipoval piesty úplne nanovo. Moderné vyhotovenie oceľových piestov, ktoré sú teraz prvý raz sériovo použité vo vidlicovom dieselovom šesťvalci v E 350 BlueTEC v hliníkovej kľukovej skrini s technológiou klznej dráhy piestov NANOSLIDE®, sú high-tech výrobky, ukované z kvalitnej, mimoriadne pevnej ocele. To znamená veľkú výzvu pre dodávateľov piestov, pretože nové, extrémne pevné ocele sú rovnako náročné vo výrobe.
Zvýšená náročnosť sa však vyplatí, pretože vyššia pevnosť modernej ocele umožňuje kompaktnú konštrukciu piestov. Takto možno takmer úplne kompenzovať aj približne trojnásobne vyššiu hustotu materiálu. Inovatívne oceľové piesty, ktoré budú v budúcnosti pracovať v šiestich spaľovacích komorách švábskeho dieselového motora V6, sú v skutočnosti až o 13 milimetrov nižšie, ako ich doterajšie hliníkové náprotivky (hliníkové piesty v dieselovom V6 motore sú vysoké približne 71,6 milimetrov, oceľové piesty už iba približne 58,6 milimetrov). Vďaka tejto zmenenej geometrii a inteligentnej konštrukcii hmotnosť jednotky piestov, piestnych čapov a krúžkov dosahuje úroveň vyhotovenia s hliníkovými piestmi. Mercedes-Benz tak dokázal takmer úplne kompenzovať hmotnostnú nevýhodu ocele a ešte aj dosiahnuť pevnostnú rezervu pre budúce vyššie špičkové tlaky.
Vyššia účinnosť, nižšia spotreba
Vďaka použitiu oceľových piestov zlepšili inžinieri aj účinnosť. Pretože vďaka nižšej teplotnej vodivosti ocele v porovnaní s hliníkom nastávajú v spaľovacom priestore vyššie teploty. Tým rastie vznietivosť paliva a doba jeho horenia sa zníži. Výsledkom je nižšia spotreba a emisia škodlivín. Nižšiu teplotnú vodivosť ocele zohľadnil Mercedes-Benz konštrukčnými prispôsobeniami, napríklad zmenenými chladiacimi kanálmi v piestoch.
Prax dokazuje, že inovatívne oceľové piesty optimalizujú termodynamické vlastnosti a súčasne výrazne znižujú trenie. Merania okrem toho ukázali, že výrazné zníženie spotreby je dosahované najmä v každodenne využívanom spodnom a strednom rozsahu otáčok.
Výhoda ocele
Do budúcnosti vidia motoroví inžinieri z Mercedes-Benz aj ďalšie výhody v použití oceľových high-tech piestov:
• Oceľ umožňuje nielen nižšie dimenzovanie piestu, zároveň ponúka vyššie rezervy v porovnaní s mechanickými namáhaniami. To je výhodné najmä pre ďalšie koncepcie downsizingu.
• Oceľové piesty sú pevnejšie ako hliníkové, nimi vybavený dieselový motor môže pracovať s vyššími teplotami a dosiahnuť tak vyššiu termodynamickú účinnosť.
• Keďže motoroví inžinieri vzhľadom na nižšiu teplotnú rozťažnosť v porovnaní s hliníkom dokázali oceľovými piestami znížiť medzeru medzi stenou valca a piestom až po prvý piestny krúžok, vzniká menej škodlivín a surových emisií.
Dôsledný ďalší vývoj
Inovatívnymi oceľovými piestami Mercedes-Benz opäť dôsledne zdokonalil techniku dieselového motora. To, že stuttgartskí inžinieri bez prestania pracujú na perspektívnosti dieselového motora, často dokázali už v minulosti a osvedčili sa tak ako stáli priekopníci dieselového motora.
Napríklad dieselový motor V6, ktorý teraz ide v E 350 BlueTEC do sériovej výroby s novými oceľovými piestami, od svojho prvého vystúpenia v roku 2008 vo W212 absolvoval už viaceré kroky zdokonalenia. Profituje aj z ďalšej inovácie vyvinutej v Mercedes-Benz: technológie klznej dráhy piestov NANOSLIDE®. Spoločnosť Daimler zaviedla túto technológiu ako priekopník už v roku 2006 v zážihovom motore V8 z dielne AMG. Pomocou drôtovej elektrometalizácie (LDS) roztaví železo-uhlíkové drôty a prúdom inertného plynu sa tieto kvapôčky kovu nanesú na vnútornú stenu valca ľahkej hliníkovej kľukovej skrine. Vďaka veľmi presnému opracovaniu takto vytvorenej nanokryštalickej vrstvy železa vznikne takmer zrkadlovo hladký povrch s drobnými pórmi, ktoré výrazne znižujú trenie medzi piestnou skupinou a klznou dráhou piestu v porovnaní s puzdrami zo sivej liatiny a ktorý je extrémne vysoko odolný voči opotrebovaniu. Medzi ďalšie výhody patria nižšia hmotnosť motora, nižšia spotreba paliva a nižšie emisie CO2.
Celkovo vytvára dieselový motor V6 z dielne Mercedes-Benz v súčasnosti oveľa menej emisií CO2 ako počas svojho prvého nasadenia v Triede E. V roku 2009 vytváral E 320 CDI 179 gramov kombinovaných emisií CO2 na kilometer, v zdokonalenej Triede E v roku 2013 to bolo ešte 144 gramov kombinovaných emisií. Okrem iných aj vďaka použitiu oceľového piestu má teraz E 350 BlueTEC emisiu výrazne nižšiu ako 140 gramov. Súbežne sa podarilo zvýšiť výkon od roku 2008 zo 155 kW (211 k) na súčasných 190 kW (258 k).
Mercedes-Benz je v technike dieselových motorov o krok vpredu
Nové piesty budú čoskoro použité aj v štvorvalcových dieselových motoroch z dielne Mercedes-Benz. Joachim Schommers, vedúci základného vývoja motorov značky Mercedes-Benz: „Vychádzame z toho, že piesty z ocele nájdu v budúcnosti široké použitie aj v dieselových motoroch pre osobné automobily.“
Na fotografiách:
1-2/ Hliníkový piest vľavo a nový oceľový piest vpravo.
Zdroj+foto: Mercedes-Benz
