Nový štvorvalcový dieselový motor OM 654 znamená štart priekopníckej rodiny motorov značky Mercedes-Benz.
Ciele vývoja boli vytýčené už pred viac ako štyrmi rokmi. Výsledkom je modulárna koncepcia s osobitným dôrazom na integráciu pohonu do rozličných modelov a celý rad inovácií na základnom motore. Vynikajúce hodnoty úspornosti a emisií zvyšujú postavenie prémiového dieselového motora v budúcnosti a podčiarkujú centrálnu úlohu, ktorú hrá dieselový pohon pri dosahovaní náročných celosvetových klimatických cieľov. Svoju svetovú premiéru oslávi prvý celohliníkový dieselový štvorvalcový motor značky Mercedes-Benz v novej Triede E.
V špecifikácii požiadaviek na novú architektúru hnacieho ústrojenstva Mercedes boli v roku 2011 stanovené náročné ciele vývoja, ktoré sa premietli do konštrukcie a vývoja. „V novej rodine motorov sme know-how týkajúci sa dieselových motorov značky Mercedes-Benz zbierali viac ako 80 rokov. Nové prémiové dieselové motory sú úspornejšie a silnejšie, ľahšie a kompaktnejšie – a sú pripravené splniť všetky budúce emisné predpisy na celom svete,“ uviedol Prof. Dr. Thomas Weber, člen predstavenstva Daimler zodpovedný za výskum koncernu a vedúci vývoja divízie Mercedes-Benz Cars.
„Z nášho pohľadu sú dieselové motory v nákladných a osobných motorových vozidlách nenahraditeľné, ak sa majú emisie CO2 spôsobené dopravou aj naďalej znižovať.“ Výsledkom vývoja nového motora je približne o 13 percent nižšia spotreba a emisia CO2 pri súčasne opäť zvýšenom výkone (143 kW namiesto 125 kW).
Najdôležitejšie inovácie nového motora:
- Prvý raz štvorvalcový dieselový motor celohliníkovej konštrukcie
- Oceľové piesty navrhnuté na spaľovanie v stupňovitej priehlbine, klznou vrstvou NANOSLIDE®, so vstrekovaním Common Rail štvrtej generácie
- Usporiadanie všetkých technológií na čistenie výfukových splodín priamo na motore
- Výrazne ľahšia a kompaktnejšia konštrukcia: 168,4 kg namiesto 202,8 kg (-17 %), zdvihový objem dva litre namiesto 2,15 litra, odstup valcov 90 mm namiesto 94 mm
- Nižšia hladina hluku a špičkový kmitový komfort vďaka množstvu opatrení
Aktuálny štvorvalcový motor OM 651 vyrábaný od roku 2008 je motor s najväčším počtom vyrobených kusov v histórii Mercedes-Benz. Dodáva sa od Triedy A až po Triedu S, pre Triedu V a transportér Sprinter. Aj to zvyšuje význam tejto novinky, pretože zlepšenia efektívnosti tak majú priamy vplyv na spotrebu flotily Mercedes-Benz. Svoju svetovú premiéru zažije nový štvorvalcový motor OM 654 ako 220 d v novej Triede E na jar v roku 2016. Potom sa postupne v rôznych výkonových stupňoch a variantoch začne montovať pozdĺžne aj priečne do palety automobilov značky Mercedes-Benz.
Dôsledne odľahčená konštrukcia: celohliníková konštrukcia
Prvý celohliníkový štvorvalcový dieselový motor značky Mercedes-Benz vo variante 143 kW váži 168,4 kg a je tak o 35,4 kg (17 percent) ľahší ako predchádzajúci agregát s výkonom 125 kW – nový rekord v tejto výkonovej triede. Ak namiesto hmotnosti podľa DIN porovnáme hmotnosť prevádzkyschopného motora so všetkými vedľajšími agregátmi, úspora hmotnosti predstavuje dokonca 46 kg – jednoznačne prínos pre agilnosť a spotrebu paliva.
Hlavnými faktormi na zníženie hmotnosti boli zmenšenie zdvihového objemu, prechod z dvojstupňového na jednostupňové preplňovanie, kľuková skriňa z hliníka vrátane klznej dráhy valcov s technológiou NANOSLIDE® a oba závesy motora z plastu.
Kompaktné rozmery: dôležitý konštrukčný cieľ
Hlavné rozmery základného motora s vŕtaním, zdvihom a odstupom valcov určujú v rozhodujúcej miere konštrukčnú dĺžku a výšku motora. Odstup valcov sa v porovnaní s predchádzajúcim motorom znížil z 94 na 90 mm. Z vŕtania (82,0 mm) a zdvihu (92,3 mm) vyplýva priaznivý obsah individuálneho valca skoro 500 cm³ a tieto parametre umožňujú dosiahnuť optimálnu štíhlosť ojnice z pohľadu horenia a trenia. Hliníková kľuková skriňa je v odolnosti navrhnutá na najvyšší výkon (odolá tlakovým špičkám až 205 barov).
Na zníženie konštrukčnej výšky je pohon vačkových hriadeľov rovnako ako u predchodcu realizovaný na zadnej strane orientovanej smerom k prevodovke. Na ľavej strane motora v zóne chránenej pred nárazom je umiestnené aj vysokotlakové čerpadlo vstrekovania poháňané rozvodovou reťazou.
Aby bolo možné motor vo vozidle umiestniť čo najhlbšie, vyvažovacie hriadele Lanchester nie sú usporiadané pod kľukovým hriadeľom, ale naľavo a napravo od neho. Aj olejové čerpadlo je rovnako ako u predchodcu umiestnené vedľa kľukového hriadeľa, čo uľahčuje montáž do rôznych architektúr vozidiel.
Kompaktné rozmery motora umožňujú ešte vyššiu flexibilnosť v prispôsobení rozličným typom vozidiel a zvislú montáž agregátu. Ďalší voľný priestor na pravej strane vozidla bol získaný odsadením hnacieho agregátu: zvislá os valcov bola voči stredu kľukového hriadeľa odsadená o dvanásť milimetrov doľava smerom k vstupnej strane. To má za následok aj znížené trenie piestov v klznej dráhe.
Zníženie spotreby: nižšie trenie, lepšie spaľovanie
Pri zabudovaní do porovnateľného vozidla spotrebuje nový motor približne o 13 percent menej paliva ako jeho predchodca. Okrem optimalizovaného vedenia vzduchu na sacej a výfukovej strane a použitia systému vstrekovania Common Rail štvrtej generácie s pracovným tlakom až 2 050 barov je za tým aj zníženie interného trecieho výkonu približne o 25 percent. Umožnili to nasledujúce opatrenia:
- ploché oceľové piesty s inovatívnymi stupňovitými priehlbinami a dlhými ojnicami
- klzná vrstva dráhy piestov NANOSLIDE®
- odsadenie hnacieho agregátu
- zníženie zdvihového objemu
- úprava mnohých detailov, napríklad v prípade pohonu vačkových hriadeľov
Nezvyčajná kombinácia: hliníkové teleso motora a oceľové piesty
Na prvý pohľad sa kombinácia hliníkového telesa a oceľových piestov javí nezvyčajne. Pretože oceľ sa vplyvom horúčavy rozťahuje menej ako hliník, horšie odvádza teplo a je ťažšia. Preto sa doposiaľ používajú hliníkové piesty. Stuttgartskí konštruktéri však tieto zdanlivé nevýhody premenili na výhody. Napríklad nižšia rozťažnosť ocele pri zvyšujúcej sa prevádzkovej teplote prináša zvyšujúcu sa vôľu medzi piestom a hliníkovým valcom a znižuje tak trenie o 40 až 50 percent. Vyššia pevnosť ocele v porovnaní s hliníkom súčasne umožňuje použiť veľmi kompaktné, ľahké piesty, ktoré majú v pevnosti dokonca rezervy na budúce požiadavky. A napokon nižšia teplotná vodivosť ocele vedie k vyššej teplote dielcov a zlepšuje tak termodynamický stupeň účinnosti vyššou vznietivosťou a skrátenou dobou zapaľovania.
Ploché oceľové piesty umožňujú predĺžiť ojnicu na 154 mm. Spolu s odsadením radu valcov smerom von sa tak podarilo znížiť bočné sily piestov – v závislosti od pracovného bodu – až o 75 percent.
Kombinácia inovatívnych oceľových piestov a zdokonalenej povrchovej úpravy klzných plôch piestov NANOSLIDE® umožnila zníženie spotreby a emisie CO2 až o štyri percentá. Nižšia spotreba je pritom v spodnom a stredne vysokom rozsahu otáčok, typickom pre každodenné používanie, ešte výraznejšia.
Svetová premiéra v osobnom motorovom vozidle: proces spaľovania v stupňovitej priehlbine
Nový motor OM 654 je prvý dieselový motor určený pre osobné motorové vozidlá, ktorý využíva proces spaľovania v stupňovitej priehlbine od značky Mercedes-Benz – názov vznikol podľa tvaru priehlbiny spaľovacieho priestoru v pieste. Proces spaľovania bol pritom vyvinutý úplne nanovo. Stupňovitá priehlbina v pieste má pozitívny vplyv na priebeh spaľovania, tepelné zaťaženie kritických zón piestu a prenikanie sadzí do motorového oleja. Vďaka zvýšenej rýchlosti horenia sa zvýšila účinnosť v porovnaní s doterajšou priehlbinou v tvare písmena omega. Špeciálne zladenie tvaru priehlbiny, pohybu vzduchu a vstrekovacej dýzy charakterizuje veľmi dobré využitie vzduchu a umožňuje tak prevádzku pri veľmi vysokom prebytku vzduchu. Emisie častíc tak možno znížiť na mimoriadne nízku úroveň.
Emisie spalín: pripravený na požiadavky budúcnosti
Nový dieselový motor je pripravený na budúcu emisnú legislatívu (RDE – Real Driving Emissions). Okrem toho bol počas vývoja braný ohľad aj na nový merací cyklus WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure), ktorý v porovnaní s cyklom NEFZ chce dosiahnuť, aby hodnoty normovanej spotreby podľa možnosti zodpovedali hodnotám reálnej spotreby.
Všetky komponenty potrebné na efektívne zníženie emisií sú zabudované priamo na motore. Vďaka tepelnoizolačným opatreniam a zdokonaleným vrstvám katalyzátora možno úplne vypustiť teplotný manažment na strane motora, doposiaľ potrebný pri prevádzke pri studenom štarte a v prevádzke s nízkym zaťažením. Okrem emisných výhod vyplývajú z toho aj úspory spotreby, najmä pri jazdách na krátke vzdialenosti. Vďaka usporiadaniu komponentov v blízkosti motora má systém dodatočnej úpravy spalín nízku tepelnú stratu a optimálne pracovné podmienky.
Nový motor je vybavený systémom viaccestného spätného vedenia spalín (AGR). Kombinuje chladené vysokotlakové a nízkotlakové spätné vedenie spalín. Takto možno významne znížiť emisie priamo na výstupe z motora v celom jeho pracovnom rozsahu s ťažiskom spaľovania optimalizovanom z hľadiska spotreby.
Spaliny z turbodúchadla sa dostanú najskôr do dieselového oxidačného katalyzátora. Potom prechádzajú cez spádový zmiešavač, v ktorom sa pomocou vodou chladeného dávkovacieho modulu primiešava kvapalina AdBlue® . Cez špeciálne navrhnutú zmiešavaciu trasu sa kvapalina AdBlue® v prúde spalín v najkratšom čase odparí a rovnomerne privedie na povrch následného filtra pevných častíc s vrstvou na zníženie oxidov dusíka (sDPF). Za sDPF sa ešte nachádza katalyzátor SCR na ďalšiu katalytickú redukciu oxidov dusíka. Až potom sa očistené spaliny dostanú do výfukovej sústavy.
Hlukové vlastnosti: menej hluku a kmitov
Dieselové motory v osobných motorových vozidlách presviedčajú nízkou spotrebou a vysokým krútiacim momentom. Aj svojimi komfortnými vlastnosťami sa stále viac približujú svojim benzínovým kolegom. Už vo fáze návrhu koncepcie nového dieselového motora boli s týmto cieľom optimalizované okrem iných aj štruktúra telesa motora a jeho napojenie na prevodovku, k tomu pribudli vylepšenia v súvislosti s ozubenými kolesami a vedením vzduchu. Nové závesy motora z plastu taktiež významne prispievajú k novej úrovni komfortu.
Znížená komplexnosť: varianty možno realizovať jednoduchšie
Za posledných 25 rokov sa počet výkonových, automobilových, emisných a národných variantov dieselových motorov používaných vo vozidlách značky Mercedes-Benz vďaka odlišným legislatívnym požiadavkám a technickým predpokladom, ako napríklad kvalita dostupných palív, drasticky zvýšil – z počtu výrazne menej ako 100 na súčasných viac ako 1 000. Pri vývoji novej generácie motorov bolo cieľom čo najviac znížiť počet variantov. Tento cieľ je v novom dieselovom motore dosiahnutý dvoma spôsobmi riešenia a zároveň je možná flexibilná výroba, v ktorej možno krátkodobo zohľadniť kolísanie počtov kusov jednotlivých derivátov v závislosti od požiadaviek trhu:
- Rodina motorov má modulárnu konštrukciu: jednoduchou výmenou jednotlivých modulov možno realizovať varianty bez potreby vývoja kompletne nových agregátov.
- V spektre konštrukčných radov boli zjednotené rozhrania medzi pohonnou jednotkou a vozidlom. Najmä všetky prvky dodatočnej úpravy spalín sú teraz usporiadané priamo na motore, nie na vozidle.
| Motor | 220 d OM 654 |
220 d Predchodca OM 651 |
|
| Počet/usporiadanie valcov | 4/radové | ||
| Počet ventilov na jeden valec | 4 | ||
| Zdvihový objem na jeden valec | cm³ | 487,5 | 537 |
| Zdvihový objem | cm³ | 1 950 | 2 143 |
| Odstup valcov | mm | 90 | 94 |
| Vŕtanie | mm | 82 | 83 |
| Zdvih | mm | 92,3 | 99 |
| Zdvih/vŕtanie | 1,12 | 1,193 | |
| Dĺžka ojnice | mm | 140 | 144 |
| Menovitý výkon | kW/k | 143/195 | 125/170 |
| pri | 1/min | 3 800 | 3 000 – 4 200 |
| Max. krútiaci moment | Nm | 400 | 400 |
| pri | 1/min | 1 600 –2 400 | 1 400 – 2 800 |
| Špecifický výkon | kW/l | 72 | 58,3 |
| Kompresia | 1: | 15,5 | 16,2 |
| Emisná norma | EU6 | EU6 | |
| Hmotnosť motora (DIN) | kg | 168 | 199 |
