Mercedes-Benz OM 471: la seconda generazione

L'unione perfetta di economia ed ecologia: nella primavera del 2011, in anticipo sul livello di emissioni Euro VI e sul successivo lancio dei nuovi autocarri pesanti Actros, Antos e Arocs per il trasporto di linea, la distribuzione e il cantiere, Mercedes-Benz presenta una generazione di motori completamente nuovi. Il primo membro di questa nuova famiglia di propulsori è il modello OM 471.

Con la sua tecnica, e con le capacità e caratteristiche che ne derivano, questo propulsore Heavy Duty apre un nuovo capitolo nella storia della costruzione dei motori destinati ai veicoli industriali pesanti. Il sei cilindri in linea da 12,8 litri di cilindrata convince per la struttura robusta e le innovazioni tecniche che apportano grandi benefici per i Clienti. Le sue caratteristiche principali sono i due alberi a camme compositi in testa, l'innovativo sistema di iniezione common rail con amplificatore di pressione X-PULSE, il turbocompressore a gas di scarico asimmetrico, il potente freno motore e la depurazione dei gas di scarico con tecnologia SCR, il sistema di ricircolo dei gas di scarico e il filtro antiparticolato per ottemperare alle severe direttive Euro VI.

Fin dall'inizio fanno scalpore i consumi estremamente ridotti dell'OM 471, favoriti tra l'altro da un'aerodinamica eccellente e dall'ottimizzazione delle utenze secondarie. La dimostrazione la fornisce il nuovo Actros Mercedes-Benz nell'autunno del 2011 nella Record Run, una prova sui consumi lunga circa 10 000 km. Subito dopo i bassi consumi vengono testimoniati dai feedback dei Clienti. Le conferme arrivano sia dagli imprenditori sia dagli autisti: la serie OM 471 fissa in tutto il mondo nuovi parametri di riferimento tra i motori per autocarri pesanti.

Le aziende traggono vantaggio soprattutto dai costi ridotti: bassi consumi di carburante e di olio, lunghissimi intervalli di manutenzione che arrivano fino a 150 000 km, robustezza e longevità dei motori. Gli autisti apprezzano la spontaneità in partenza, la grande ripresa già ai bassi regimi, la fluidità dei propulsori e il loro potente freno motore.

Nel frattempo, i motori della serie OM 471 hanno dato prova concreta della loro validità a bordo degli autocarri e degli autobus Mercedes-Benz e Setra. Includendo nel computo anche il gruppo strettamente imparentato dei motori per i mercati oltremare, questi propulsori sono ormai arrivati a quota 250 000 unità; non esiste piattaforma motoristica Heavy Duty che abbia mai superato queste cifre e dato tanto spesso ottima prova di sé.

Per la seconda generazione dell'OM 471 i progettisti hanno potenziato nettamente le buone caratteristiche di questo motore con tanti accorgimenti. L'obiettivo più importante di quest'opera di perfezionamento è stato contenere sistematicamente i costi di esercizio: i motori sono stati progettati sistematicamente per mantenere bassi i consumi.

La seconda generazione dell'OM 471 sottolinea quindi nuovamente la qualità di questi motori. Il consumo di carburante scende ancora del 3% e la robustezza del propulsore, già quasi proverbiale, è di nuovo aumentata. Parallelamente gli ingegneri hanno incrementato sensibilmente la coppia ai bassi regimi e realizzato una nuova motorizzazione di punta, portando così a cinque le versioni di potenza disponibili.

Il Mercedes-Benz OM 471 è disponibile già adesso nelle versioni di base riportate nel prospetto.

Alle versioni di base da 310, 330 e 350 kW si aggiungono tre varianti denominate "Top Torque". Gli autocarri equipaggiati con questi motori dispongono all'occorrenza di 200 Nm di coppia in più nella marcia più alta del cambio automatizzato PowerShift Mercedes 3. Questa strategia riduce la frequenza degli innesti e aumenta la velocità di trasporto senza incrementare i consumi di carburante. Per il motore di seconda generazione l'efficienza risulta ancora più elevata, grazie ad una più rapida erogazione della coppia ai bassissimi regimi.

I valori di potenza e coppia massima riflettono però soltanto una parte del carattere di questi propulsori: per tutti i motori di seconda generazione la potenza massima si mantiene infatti pressoché costante su un ampio intervallo di regime, compreso tra 1.450 e 1.800 giri/min. Anche la coppia massima rimane praticamente costante dai 900 ai 1450 giri/min circa. Il risultato è un'eccellente guidabilità con una gamma di regime utile straordinariamente ampia.

Un elemento fondamentale della nuova generazione di motori è la seconda generazione del sistema di iniezione X-PULSE, il sistema common rail unico nel suo genere che dispone di un amplificatore di pressione integrato nell'iniettore e permette di modellare liberamente il sistema di iniezione. La pressione massima nel rail è stata aumentata da 900 a 1.160 bar, ottenendo una pressione massima di iniezione di 2.700 bar.

L'iniettore è del tipo a otto fori (in precedenza erano sette), di conseguenza la portata massima è aumentata del 10% circa. Tra le novità figurano anche la geometria della camera ricavata sul cielo del pistone, il netto aumento del rapporto di compressione da 17,3:1 a 18,3:1 e la ridotta percentuale di gas di scarico ricircolati (tasso EGR). Nel loro insieme tutte queste misure migliorano ulteriormente il rendimento su tutta la mappatura del motore. Ne consegue una netta riduzione del consumo di carburante. In linea con la nuova curva di coppia, i valori migliori nel diagramma caratteristico dei consumi si spostano verso la fascia di basso regime.

Poiché il motore è progettato sistematicamente per mantenere bassi i consumi, sono aumentate per contro le emissioni grezze di NOx. Questo inconveniente è contrastato da un nuovo ed efficiente catalizzatore SCR. Il consumo di AdBlue, pari al 5% circa del consumo di carburante, si attesta pertanto sui livelli dei precedenti motori Euro V.

Il bilancio dei costi è positivo: ad una riduzione del consumo di carburante che può arrivare fino al 3% si contrappone una quantità leggermente superiore di AdBlue, ma l'additivo per la depurazione dei gas di scarico costa molto meno del gasolio. In altre parole: con una percorrenza annua di 130.000 km nel trasporto di linea ed un consumo di circa 28,5 litri/100 km su un percorso impegnativo a pieno carico, un Actros Mercedes-Benz equipaggiato con la seconda generazione del motore OM 471 risparmia circa 1.100 litri di carburante ed emette indicativamente tre tonnellate di CO₂ in meno.

Il sistema X-PULSE di ultima generazione dispone di una pressione di iniezione nettamente superiore, che crea i presupposti per la nuova motorizzazione di punta dell'OM 471. Questa versione di potenza raggiunge i 390 kW (530 CV) e una coppia massima eccezionale di 2600 Nm. Già ai 600 giri/min, che costituiscono il regime minimo, il nuovo motore è capace di partenze poderose a 1600 Nm di coppia. Il motore OM 471 si spinge quindi in fasce di potenza e di coppia che soltanto fino a pochi anni fa erano riservate agli otto cilindri e a propulsori di cilindrata nettamente superiore.

Il modello OM 471 figura tra i motori diesel più potenti della categoria. Meritano attenzione sia i 30,5 kW (41,4 CV) di potenza per litro di cilindrata sia i 203 Nm di coppia per litro di cilindrata. Con questi valori straordinari la nuova motorizzazione di punta soddisfa tutti i requisiti persino negli impieghi molto gravosi con peso complessivo dell'autoarticolato di 40 tonnellate e oltre. Contemporaneamente gli imprenditori beneficiano degli evidenti vantaggi in termini di peso e di consumi rispetto a motori più grandi di analoga potenza.

Non solo la nuova versione di massima potenza, ma anche tutte le altre varianti dell'OM 471 adottano il nuovo sistema di iniezione. Anche se a livello nominale i valori massimi di potenza e di coppia rimangono invariati, le curve di potenza e di coppia nella fascia di regime più bassa salgono notevolmente, conferendo ai motori una nuova caratteristica. In tutti i livelli di potenza i propulsori erogano ora una coppia di almeno 2000 Nm già poco sotto gli 800 giri/min. A seconda della versione di potenza, la coppia massima viene raggiunta adesso già tra gli 800 e i 950 giri/min.

Risultano quindi vantaggiose anche le curve di potenza dei nuovi motori. Il regime nominale si attesta ora sui 1600 giri/min, ma già a 1800 giri/min, ossia a quello che era il regime nominale della generazione precedente, la potenza erogata è di appena l'1% inferiore al valore massimo. Il 95% della potenza massima viene messo a disposizione già a circa 1300 - 1400 giri/min, secondo la versione di potenza.

All'atto pratico tutto ciò si traduce in un'eccellente guidabilità in tutte le possibili condizioni, con una fascia di regime utile estremamente ampia, pari a circa 1000 giri/min. Soprattutto ai bassi regimi, questi motori potenti fin dalle origini si collocano ora almeno una classe di potenza più in alto dei precedenti.

Mercedes-Benz sfrutta questa nuova caratteristica per allungare il rapporto al ponte standard. Un valore i=2,533, in luogo del precedente i=2,611, comporta una riduzione del numero di giri del 3 percento. Con gli pneumatici 315/70 R 22,5 si ottiene così, ad una velocità di 85 km/h, un regime di appena 1150 giri/min circa, che grazie alla nuova caratteristica di potenza non compromette in alcun modo le prestazioni di marcia. Tutt'altro: i motori mostrano di avere molte più riserve in salita.

Questo margine aggiuntivo si fa apprezzare non soltanto in autostrada, ma anche sulle strade statali e provinciali. Lo dimostra chiaramente un modello particolarmente amato come l'Actros 1845. Con il nuovo assale, ad una velocità di 65 km/h il suo motore gira nella marcia più alta ad appena 900 giri/min scarsi. A questo regime il propulsore riesce già ad erogare quasi la sua coppia massima di 2200 Nm e mostra di avere persino ancora parecchie riserve. Con la precedente configurazione di motore e assale, l'Actros 1845, nella marcia più alta e alla stessa velocità, girava leggermente sopra i 900 giri/min, mentre la coppia di quasi 2000 Nm si trovava a questo regime già in fase calante.

Riassumendo, la seconda generazione del motore Mercedes-Benz OM 471 coniuga prestazioni di marcia apprezzabilmente superiori con consumi nettamente inferiori.

Tra le particolarità del motore OM 471 figura, sin dall'inizio della sua carriera, il turbocompressore asimmetrico. Per generare rapidamente la pressione di sovralimentazione, e consentire quindi a coppia e potenza di salire velocemente, i gas di scarico dei cilindri quattro, cinque e sei vengono convogliati direttamente nella turbina senza deviazioni. Una quantità ben precisa dei gas di scarico dei cilindri uno, due e tre viene invece dirottata al sistema di ricircolo, che serve a ridurre le emissioni di NOx.

Questa soluzione è stata mantenuta nelle sue linee generali, ma perfezionando in misura determinante i dettagli. La farfalla EGR, che prima si trovava lungo il percorso dei gas ricircolati, è stata ora collocata molto più a monte nel collettore di scarico, proprio prima del punto in cui i gas di scarico entrano nel turbocompressore.

Mentre in precedenza la ripartizione dei gas di scarico tra collettore e turbocompressore asimmetrico dipendeva anche dalla forma dell'uno e dalla geometria dell'altro, ora essa può essere regolata in modo continuo e con grande precisione sull'intera gamma di mappatura. Ne conseguono un'efficace gestione termica e un tasso EGR in generale più basso, con effetti positivi sui consumi di carburante.

La nuova posizione della farfalla permette di regolare tanto il tasso EGR quanto il flusso dei gas di scarico destinato al turbocompressore in funzione delle caratteristiche di esercizio del motore. Non sono quindi più necessari né il sensore nel tubo di Venturi (bypass del ricircolo dei gas di scarico) per la misurazione dei gas ricircolati né una regolazione EGR a valle.

Nella sua nuova posizione, la farfalla EGR a regolazione continua permette inoltre di sfruttare meglio il flusso asimmetrico: i gas di scarico dei tre cilindri eroganti possono infatti essere inviati alla combustione in porzione variabile tra zero e 100% in funzione del fabbisogno, con un'ampiezza di regolazione unica nel settore motoristico. La farfalla EGR, quindi, non regola soltanto il flusso dei gas di scarico da inviare al sistema EGR, ma anche il turbocompressore.

Un'altra novità è l'iniezione asimmetrica. Nelle normali condizioni di marcia gli iniettori di tutti e sei i cilindri dell'OM 471 ricevono la stessa identica quantità di carburante. Quando, con il motore a basso carico, è necessaria una rigenerazione del filtro antiparticolato diesel, il tasso EGR viene innalzato fino alla fascia del 50% per far salire la temperatura dei gas di scarico.

Per evitare combustioni incomplete, che comporterebbero una maggiore percentuale di particolato di fuliggine nei gas di scarico, con l'aumentare del tasso EGR la quantità di carburante viene progressivamente ridotta nei cilindri da uno a tre e parallelamente aumentata nei cilindri da quattro a sei. Nel caso più estremo è possibile ridurre fino a zero la quantità iniettata per i primi tre cilindri, mentre gli altri tre lavorano come a pieno carico. Questa riduzione, che può arrivare fino all'esclusione dei cilindri, non influisce sull'erogazione di potenza e sui consumi di carburante, mentre produce per contro una migliore qualità dei gas di scarico e l'abbattimento delle emissioni di particolato.

La regolazione è impercettibile per il conducente, anche quando questi preme sull'acceleratore e, di fronte all'aumento del carico, l'iniezione torna a svolgersi regolarmente per tutti i cilindri.

Il rapido ed elevato aumento della potenza ai bassi regimi si deve anche ad un nuovo turbocompressore asimmetrico, progettato da Mercedes-Benz e prodotto nello stabilimento motori di Mannheim. Questo turbocompressore di produzione interna garantisce una risposta precisa alle esigenze del motore OM 471. Il turbocompressore si fa apprezzare per lo straordinario rendimento. Le tolleranze strettissime della produzione di serie assicurano la massima qualità e longevità.

Il turbocompressore asimmetrico dispone come prima di una turbina a geometria fissa. A livello tecnico, questa variante è molto meno complessa, e quindi anche molto meno soggetta a problemi di un turbocompressore con turbina a geometria variabile. Per semplificare la forma costruttiva si è rinunciato anche alla valvola wastegate. Questa scelta rende il turbocompressore meno complesso ed evita possibili cause di guasto, come ad esempio le perdite di tenuta, aggiungendo un altro punto a favore della robustezza e della longevità dell'OM 471.

Per la seconda generazione del motore OM 471, Mercedes-Benz non ha rinunciato soltanto alla valvola wastegate del turbocompressore, ma anche alla regolazione della pressione di sovralimentazione. Considerata anche l'eliminazione del sensore EGR e della regolazione EGR, la gestione di questo motore, che è stato ottimizzato fin nei minimi dettagli a livello termodinamico, è completamente di tipo predittivo.

Con questo tipo di gestione il motore lavora in modo ancora più efficiente. La gestione predittiva precisa di tutti i valori di regolazione produce un rendimento perfetto senza dover ricorrere a più regolazioni singole e alla loro combinazione. L'intelligente strategia di regolazione delle emissioni, ad esempio, sovrappone la regolazione del ricircolo dei gas di scarico e quella della pressione di sovralimentazione, finora separate, e opera così in modo nettamente più efficace.

Inoltre, la soppressione di numerosi componenti ed elementi rende il motore ancora più robusto. L'idea di fondo è tanto semplice quanto convincente: tutto quello che non c'è non può nemmeno guastarsi.

Invece di puntare sui sensori e sulla regolazione retroattiva, Mercedes-Benz adotta diverse modalità di assistenza, ad esempio per il funzionamento in condizioni di bassa temperatura del motore, dell'aria di aspirazione o del post-trattamento dei gas di scarico. Sono previste anche apposite modalità per l'impiego alle medie ed alte altitudini, per la rigenerazione passiva ed attiva o per la rigenerazione al minimo. Fatta eccezione per la rigenerazione attiva, si tratta di regolazioni continue che consentono al motore di funzionare sempre nella fascia di rendimento ideale.

L'attenzione di Mercedes-Benz per il TCO, il consumo di carburante e le emissioni investe tutti i componenti del veicolo. L'Actros e i suoi colleghi lo dimostrano dal 2011 con i loro gruppi secondari regolati e gli innovativi compressori d'aria a basso consumo di carburante. L'attuale ottimizzazione ha per oggetto un nuovo climatizzatore.

Il suo compressore frigorifero presenta un maggiore rendimento e la gestione dell'aria si distingue per la regolazione secondo il fabbisogno di aria esterna e aria ricircolata. Anche il climatizzatore può così dare il suo contributo alla riduzione dei consumi degli autocarri pesanti Mercedes-Benz.

I progressi sono sbalorditivi: con il lancio del nuovo Actros omologato Euro VI, l'introduzione del Tempomat Predictive Powertrain Control (PPC) che tiene conto della topografia del percorso e l'adozione della seconda generazione di motori, dal 2011 ad oggi i consumi medi sono scesi del 13% rispetto al collaudato Actros di precedente generazione. Senza contare che già il precedente Actros a norma Euro V si posizionava tra gli autocarri più parsimoniosi del mercato europeo.

Considerato che nel settore dei veicoli industriali i progressi destinati a durare sono comunemente dell'ordine dell'1,0 - 1,5% all'anno, risulta ancora più evidente la straordinaria competenza tecnologica e spinta innovatrice di Mercedes-Benz.

Nel 2011 Mercedes-Benz si è portata molto avanti con i primi motori conformi al livello di emissione Euro VI. La storia si ripete ora con la seconda generazione dell'OM 471. La seconda generazione di motori coniuga la massima redditività con prestazioni straordinarie. Ma il cammino continua, perché il numero uno tra gli autocarri pesanti e numero uno in fatto di consumi non ha intenzione di fermarsi.

La seconda generazione del Mercedes-Benz OM 471 è disponibile anche per gli autobus da turismo EvoBus. Per le versioni a tre assi del Travego Mercedes-Benz e della Setra ComfortClass 500 è disponibile a richiesta la variante da 350 kW (476 CV) di potenza e 2300 Nm di coppia. La dotazione di serie prevede invece il più compatto sei cilindri in linea Mercedes-Benz OM 470 da 10,7 l di cilindrata. Questo livello di potenza dell'OM 471 è addirittura di serie per la Serie di punta Setra TopClass. Per questi autobus a pianale super-rialzato è disponibile a richiesta la versione da 375 kW (510 CV) di potenza e 2500 Nm di coppia.

L'autobus a due piani Setra S 431 DT si rivela superiore non soltanto per la sua altezza, ma anche per la magistrale potenza del suo motore: i valori di serie del Mercedes-Benz OM 471 ammontano in questo caso a 375 kW (510 CV) di potenza e 2500 Nm di coppia.