Mercedes-Benz OM 471 – den nye generation

Den perfekte kombination af rentabilitet og reduceret emission: I foråret 2011 foregriber Mercedes-Benz emissionstrinnet Euro VI med en helt nyudviklet motorgeneration og sin successive introduktion af lastbilerne Actros, Antos samt Arocs til langturskørsel med tung last, distributions- og entreprenørkørsel. Det første medlem af den nye motorfamilie får navnet OM 471.

Heavy duty-motoren er indledningen på et helt nyt kapitel i bogen om konstruktion af motorer til tunge erhvervskøretøjer med sin innovative teknik og de hermed opnåede egenskaber. Den sekscylindrede rækkemotor med en slagvolumen på 12,8 liter imponerer med sin robuste konstruktion og kundevenlige tekniske nyheder. De væsentligste egenskaber er to overliggende knastaksler, det enestående common rail-indsprøjtningssystem med X-Pulse trykforstærkning, den asymmetriske turbolader, den effektfulde motorbremse og udstødningsrensningen med SCR-teknik, udstødningstilbageføring og partikelfilter, som lever op til de restriktive Euro VI-udstødningsgasbestemmelser.

Der blev fra starten lagt mærke til OM 471 og dens imponerende forbrugsværdier, som blandt andet blev opnået med en fremragende aerodynamik og optimerede sekundære forbrugere. Og den nye Mercedes-Benz Actros beviste allerede i efteråret 2011 sit værd i forbindelse med rekordforsøget Record Run, hvor forbruget blev testet over en strækning på ca. 10.000 km. I tiden herefter bekræftede kunderne det lave forbrug med positive tilbagemeldinger. Og nu kan både vognmænd og chauffører istemme, at motormodellen OM 471 sætter nye globale standarder inden for motorer til tunge lastbiler.

Vognmændene vil især få glæde af den fordelagtige omkostningsprofil med et lavt brændstof- og olieforbrug, ekstremt lange serviceintervaller på op til 150.000 km og ikke mindst motorernes robuste og langtidsholdbare konstruktion. Chaufførerne vil påskønne den spontane respons, den høje trækkraft allerede ved lave omdrejningstal og den jævne motorgang samt den kraftfulde motorbremse.

Motorerne i modelserien OM 471 har allerede i praksis bevist deres værd såvel i lastbiler som i busser fra Mercedes-Benz og Setra. Inklusive de nært beslægtede motorer til de oversøiske markeder beløber deres antal sig efterhånden til 250.000 enheder – ingen andre motorplatforme til tunge erhvervskøretøjer kan præstere samme volumen eller duelighed.

Udviklingsingeniørerne har med den 2. generation af OM 471-motoren endnu en gang på en overbevisende måde formået at udbygge dens i forvejen gode egenskaber med mange nye detaljer. Den vigtigste målsætning i forbindelse med videreudviklingen har været at holde fokus på motorernes konsekvent lave driftsomkostninger.

2. genereration af motor OM 471 understreger hermed igen motorernes kvalitet. Således er brændstofforbruget reduceret med yderligere op til tre procent, samtidigt med at den allerede nærmest bogstaveligt talte robuste konstruktion er gjort endnu mere robust. Desuden har ingeniørerne formået at øge drejningsmomentet betydeligt og med en ny topvariant udvidet motorprogrammet til fem ydelsesklasser.

Mercedes-Benz OM 471 fås allerede nu i følgende grundvarianter:

Grundydelsesvarianterne med 310, 330 og 350 kW suppleres med tre såkaldte top torque-udførelser. I forbindelse med disse motorer kan den semiautomatiske gearkasse Mercedes PowerShift 3 ved behov frigive et 200 Nm højre drejningsmoment under kørsel i højeste gear. Denne strategi mindsker gearskiftehyppigheden og øger transporthastigheden uden at belaste brændstofforbruget negativt. Effekten forstærkes yderligere i den 2. motorgeneration med yderligere optimering af den hurtige drejningsmomentopbygning ved meget lave omdrejningstal.

De nøgne tal, som bruges til at angive drivlinenes maksimale ydelses- og drejningsmoment, kan dog blot bruges som et introducerende indblik i, hvad der venter kunderne: Den maksimale ydelse er i alle motorer af 2. generation nærmest konstant til rådighed i et bredspektret omdrejningstalsområde mellem 1.450 og 1.800 o/min. Også det maksimale drejningsmoment er nærmest konstant til rådighed fra omkring 900 til 1.450 o/min. Det giver fremragende køreegenskaber med et usædvanligt bredt effektivt omdrejningsområde.

En væsentlig komponent i den nye motorgeneration udgøres af 2. generation af indsprøjtningssystemet X-Pulse, det enestående common rail-system med trykforstærkning i injektoren og fleksibilitet i indsprøjtningssystemet. Det maksimale railtryk er øget fra 900 til 1.160 bar, hvilket giver et maksimalt indsprøjtningstryk på 2.700 bar.

Indsprøjtningsdysen er udført med otte huller (tidligere syv), hvilket øger den maksimale gennemstrømning med omkring ti procent. En nyhed er desuden stempelfordybningernes ændrede geometri, den betydelige forøgelse af kompressionsforholdet fra 17,3:1 til 18,3:1 samt den reducerede udstødningstilbageføringsrate (AGR-rate). Resultatet af alle disse foranstaltninger er en yderligere forbedring af virkningsgraden i hele motorkarakteristikken. Og et betydeligt lavere brændstofforbrug. I tråd med den nye drejningsmomentkurve har forbrugskarakteristikkens topværdier bevæget sig i retningen af lave omdrejningstal.

Fordi motoren er konstrueret med konsekvent fokus på det lave brændstofforbrug, er NOx-emissionsværdierne til gengæld steget. Den nyskabende og effektive SCR-teknik i SCR-katalysatoren modvirker dette. Derfor ligger AdBlue-forbruget på omkring fem procent af brændstofforbruget og dermed på højde med de tidligere Euro V-motorer.

Omkostningsregnskabet er i balance: Det op til tre procent lavere brændstofforbrug resulterer i en blot let forøget mængde af det betydeligt billigere AdBlue til udstødningsrensning. Med andre ord: Så vil hver enkelt Mercedes-Benz Actros med 2. generation af motor OM 471 og et årligt kilometertal på 130.000 km ved langturskørsel samt et forbrug på cirka 28,5 liter pr. 100 km på en krævende vejstrækning med fuld last opnå en årlig besparelse på omkring 1.100 liter brændstof og udstøde omkring tre ton mindre CO₂.

Den sidste nye generation af X-Pulse med et betydeligt højere indsprøjtningstryk udgør samtidigt forudsætningen for introduktionen af den nye topmotorvariant af OM 471. Den præsterer en ydelse på 390 kW (530 hk) og et fremragende maksimalt drejningsmoment på 2.600 Nm. Allerede med sit tomgangsomdrejningstal på 600 o/min præsterer den nye motor et kraftfuldt drejningsmoment på hele 1.600 Nm. Hermed stiger OM 471 op i en ydelses- og drejningsmomentliga, som for få år siden var forbeholdt de betydeligt større og ottecylindrede motortyper.

OM 471 er en af de kraftigste dieselmotorer i sin klasse. Såvel ydelsen på 30,5 kW (41,4 hk) per liter slagvolumen og drejningsmomentet på 203 Nm per liter slagvolumen fortjener at blive fremhævet. Med sine fremragende værdier opfylder den nye topmotormodel alle krav, der stilles i forbindelse med selv de mest krævende transportopgaver ved en total vogntogsvægt på 40 ton og mere. Samtidigt drager vognmanden klart fordel af positive vægt- og forbrugsværdier i forhold til større motorer med sammenlignelige ydelsesværdier.

Ikke alene den nye topvariant, men også alle de øvrige ydelsesvarianter af OM 471 er udstyret med den nye indsprøjtning og de hermed forbundne fordele. Ganske vist er motorernes maksimale ydelses- og drejningsmomentværdier nominelt uændrede, men ydelses- og drejningsmomentkurverne i det nederste omdrejningstalsområde er betydeligt kraftigere og giver derfor motorerne en ny karakteristik. I alle ydelsesklasser opnår motoren allerede ved lidt mindre end 800 o/min et drejningsmoment på mindst 2.000 Nm. Afhængigt af ydelsesklassen nås det maksimale drejningsmoment nu allerede mellem omkring 800 og 950 o/min.

Lignende udprægede fordele bemærkes derfor også, når det gælder de nye motorers effektkurver. Det nominelle omdrejningstal udgør nu 1.600 o/min, men også i forbindelse med de hidtidige 1.800 o/min ligger ydelsen blot en procent under maksimalværdien. Afhængigt af ydelsesvarianten nås 95 procent af den maksimale ydelse allerede ved omkring
1.300 til 1.400 o/min.

Det giver fremragende køreegenskaber i praksis under alle tænkelige kørselsforhold med et ekstremt bredspektret effektivt omdrejningstalsområde omkring 1.000 o/min. Specielt ved lave omdrejningstal kan de i forvejen kraftfulde motorer nu placeres mindst en ydelsesklasse højere end hidtil.

Mercedes-Benz udnytter den nye karakterstik til at opnå en længere standardudveksling på bagakslen. En udveksling på i=2,533 i stedet for den hidtidige på i=2,611 sænker omdrejningstalsniveauet med tre procent. Det giver med dæktypen 315/70 R 22,5 et omdrejningstal på omkring blot 1.150 o/min ved en hastighed på 85 km/h. Takket være den nye ydelseskarakteristik er dette muligt uden at gå på kompromis med ydelsen. Tværtimod så har motorerne et betydeligt større kraftoverskud på stigninger.

Denne fordel mærkes ikke kun på motorveje, men også på motortrafikveje og landeveje. F.eks. i den populære Actros 1845. Ved en hastighed på 65 km/h drejer dens motor med den nye aksel i højeste gear kun med knapt 900 o/min. Ved dette omdrejningstal anvender motoren allerede næsten hele sit drejningsmoment på 2.200 Nm, idet den sågar stadig har et betydeligt trækkraftoverskud. Med den hidtidige motor- og akselkonstruktion kørte Actros 1845 i højeste gear og ved samme hastighed med lidt mere end 900 o/min og et drejningsmoment på knapt 2000 Nm med en allerede faldende tendens.

Samlet set betyder dette, at 2. generation af Mercedes-Benz OM 471 kombinerer en mærkbart højere ydelse med et betydeligt lavere forbrug.

Motor OM 471 har fra begyndelsen som noget særligt været udstyret med en asymmetrisk turbolader. Til hurtig opbygning af ladetrykket med en tilsvarende kvik ydelses- og drejningsmomentstigning ledes udstødningsgassen fra cylinder fire til seks direkte ind i turbinen uden omveje. Mens der derimod fra cylinder et til tre ledes en defineret mængde udstødningsgas ind i udstødningstilbageføringen. Det har til formål at reducere NOx-emissionen.

Denne løsning er i princippet uændret, idet der dog er gennemført en afgørende videreudvikling af detaljerne. Det tidligere udstødningstilbageføringsspjæld i udstødningstilbageføringsstien er nu erstattet af et spjæld, som er placeret længere fremme i udstødningsmanifolden, et godt stykke fra udstødningsindgangen til turboladeren.

Hvor fordelingen af udstødningsgassen mellem udstødningsmanifold og turbolader tidligere blandt andet afhang af manifoldens udformning og den asymmetriske turboladers geometri, reguleres fordelingen nu trinløst og meget præcist i hele motorkarakteristikkens område. Det giver en effektiv termostyring og en generelt lavere udstødningstilbageføringsrate med positiv effekt for brændstofforbruget.

Både udstødningstilbageføringsraten og udstødningsstrømmen til turboladeren kan nu på grund af spjældets nye placering reguleres i overensstemmelse med motorens driftskarakteristik. Derfor er det ikke længere nødvendigt at registrere udstødningstilbageføringen ved hjælp af en sensor i Venturi-røret (bypass i udstødningstilbageføringen) eller at efterregulere udstødningstilbageføringen.

Det trinløst regulerede udstødningstilbageføringsspjæld giver med sin nye placering desuden en større asymmetrisk bredde: Helt efter behov kan mellem 0 og 100 procent af udstødningsgassen fra de cylindere tilføres til forbrændingen – hvilket er helt enestående inden for motorkonstruktion. Udstødningstilbageføringsspjældet regulerer hermed ikke alene udstødningsstrømmen til udstødningstilbageføringen, men også turboladeren.

Den asymmetriske indsprøjtning er også en nyhed. Under normal drift forsynes injektorerne på alle seks cylindere i OM 471 med den samme mængde brændstof. Hvis regenerering af dieselpartikelfilteret er nødvendig på grund af lavere belastning, indstilles en højere udstødningstilbageføringsrate helt op til 50 procent for at øge udstødningstemperaturen.

For i så fald at forhindre ufuldstændig forbrænding med et tilsvarende højere antal sodpartikler i udstødningsgassen tilbageføres brændstofmængden til cylinder et til tre samtidigt trinløst ved en forøgelse af udstødningstilbageføringsraten, idet den samtidigt øges i cylinder fire til seks. I ekstreme situationer kan den indsprøjtede mængde reduceres helt ned til nul for de første tre cylindere, mens de øvrige tre cylindere arbejder under fuld gas. Denne reduktion med eventuel cylinderfrakobling påvirker ikke ydelsen eller brændstofforbruget, men øger derimod udstødningskvaliteten, hvorved sodpartikelemissionen desuden falder.

Indsprøjtningsforskydningen mærkes ikke af chaufføren. Det samme gælder, når belastningen stiger ved tryk på speederpedalen, og indsprøjtningen igen forskydes, så den bliver ensartet på alle cylindere.

Den nye asymmetriske turbolader bidrager til en hurtig og høj ydelsesstigning ved lave omdrejningstal. Den er udviklet af Mercedes-Benz og produceres på motorfabrikken i tyske Mannheim. Den egenproducerede turbolader sikrer de nøjagtige egenskaber i forhold til det, der kræves af OM 471. Turboladeren imponerer med sin fremragende virkningsgrad. De meget snævre tolerancer som standard sikrer den højeste grad af kvalitet og en lang levetid.

Som tidligere er den asymmetriske turbolader udstyret med en fast turbinegeometri. I teknisk henseende er denne variant en anelse mindre kompleks og dermed mindre fejldisponeret i forhold til eksempelvis en turbolader med variabel turbinegeometri. Det faktum, at der ikke anvendes en Wastegate-ventil, giver også en mere enkel udførelse. Den således mindre komplekse turboladerudførelse eliminerer visse potentielle fejlkilder som f.eks. utætheder – hvilket er et yderligere plus for OM 471-motorens robusthed og levetid.

Mercedes-Benz ser i 2. generation af OM 471 ikke alene bort fra anvendelse af en Wastegate-ventil til turboladeren, men også fra montering af en ladetrykregulering. Sammen med bortfaldet af udstødningstilbageføringssensoren og udstødningstilbageføringsreguleringen betyder det, at den termodynamiske detaljeoptimerede motor drives komplet for-styret.

Denne driftsstyring betyder, at motoren arbejder endnu mere effektivt. Den målrettede for-styring af samtlige justeringsværdier giver en optimal virkningsgrad uden omveje omkring separate reguleringer og kombinationer af disse. Den avancerede emissionsreguleringsstrategi overtager for eksempel den hidtidige almindeligvis separate regulering af udstødningstilbageføring og ladetryk og fungerer på denne måde langt mere effektivt.

Samtidigt er motoren blevet endnu mere robust som følge af, at talrige komponenter og dele er bortfaldet. Grundidéen har været lige dele simpel som logisk: Hvis noget ikke er monteret, kan det heller ikke gå i stykker.

I stedet for sensorer med efterregulering satser Mercedes-Benz på forskellige understøttelsestilstande, f.eks. i forbindelse med drift med kold motor, med kold indsugningsluft eller med kold udstødningsefterbehandling. Der er også integreret tilstande til mellemstore og kraftige højder samt passiv og aktiv regenerering eller regenerering i tomgang. Med undtagelse af den aktive regenerering er der grundlæggende tale om trinløs regulering, hvor motoren konstant kan drives i det optimale virkningsgradsområde.

Hos Mercedes-Benz inddrager vi samtlige komponenter i køretøjet, når vi taler om fartskrivere, brændstofforbrug og emission. Det har Actros og co. siden 2011 været et vidnesbyrd om med regulerede sekundære aggregater og innovative brændstofbesparende kompressorer.

Den aktuelle optimering består i et nyt klimaanlæg. Anlæggets kølekompressor arbejder med en højere virkningsgrad, og luftstyringen imponerer med behovsorienteret regulering af den friske luft og recirkulationen. Klimaanlægget bidrager på den måde også til en forbrugsoptimering i de tunge lastbiler fra Mercedes-Benz.

Fremskridtene imponerer: Siden 2011 er det gennemsnitlige forbrug reduceret med 13 procent ved indførelsen af den ny Actros iht. Euro VI-udstødningsstandarden, den forudseende fartpilot Predictive Powertrain Control (PPC) og 2. motorgeneration sammenlignet med forgængermodellen af Actros. Og dette selv om Actros, der allerede havde bevist sit værd, i forvejen var en af Europas mest økonomiske lastbiler i forhold til Euro V.

Til sammenligning er det i erhvervskøretøjsbranchen almindeligt at opnå langfristede årlige fremskridt på omkring 1,0 til 1,5 procent – så Mercedes-Benz har virkelig bevist sine fremragende evner inden for teknik og innovation.

I 2011 lagde Mercedes-Benz sig langt i front med de første motorer med udstødningsstandarden Euro VI. Det scenarie gentager sig nu med 2. generation af OM 471. Med 2. motorgeneration er det lykkedes at kombinere fremragende rentabilitet med usædvanligt fordelagtige ydelsesegenskaber. En fascinerende udvikling har hermed nået sit foreløbige højdepunkt med denne motor. Men Mercedes-Benz stopper ikke her og vil fortsat arbejde videre for at bevare førertrøjen inden for tunge lastbiler og inden for brændstoføkonomi.

2. generation af Mercedes-Benz OM 471 findes også til turistbusser fra EvoBus. De treakslede varianter af Mercedes-Benz Travego og Setra ComfortClass 500 fås i en udførelse med en ydelse på 350 kW (476 hk) og et drejningsmoment på 2.300 Nm. Som standard er de dog udstyret med den mere kompakte sekscylindrede rækkemotor Mercedes-Benz OM 470 med 10,7 l slagvolumen. Denne ydelsesklasse af OM 471 er sågar standard i topmodelserien Setra TopClass. Disse superhøjdækkere kan også efter ønske udstyres med ydelsesvarianten 375 kW (510 hk) og et drejningsmoment på 2.500 Nm.

Setra dobbeltdækkeren S 431 DT imponerer ikke alene på grund af sin højde, men også på grund af den suveræne motorkraft: Mercedes-Benz OM 471 er her standard med sin ydelse på 375 kW (510 hk) og sit drejningsmoment på 2.500 Nm.