Mercedes-Benz OM 471 – de tweede generatie

Het is de perfecte combinatie van zuinigheid en milieuvriendelijkheid. In het voorjaar van 2011 presenteert Mercedes-Benz, vooruitlopend op de emissienorm Euro VI en de opeenvolgende invoering van de Actros, Antos en Arocs voor het zware langeafstandstransport en het distributie- en bouwtransport, een volledig nieuw ontwikkelde motorengeneratie. Het eerste lid van de nieuwe motorenfamilie is de OM 471.

Dankzij zijn techniek en de daaruit resulterende capaciteiten en eigenschappen begint met deze heavy-duty-motor een nieuw hoofdstuk in de motorenbouw voor zware bedrijfsvoertuigen. De zescilinder-in-lijn motor met een cilinderinhoud van 12,8 liter overtuigt door zijn robuuste bouw en technische vernieuwingen met grote voordelen voor de klant. Essentiële kenmerken zijn de twee bovenliggende nokkenassen, het unieke common-rail-injectiesysteem met drukversterking X-Pulse, de asymmetrische uitlaatgasturbolader, de krachtige motorrem en een uitlaatgaszuivering met SCR-techniek, uitlaatgasrecirculatie en partikelfilter om te voldoen aan de strenge Euro VI-emissienorm.

De indrukwekkende verbruiksvoordelen van OM 471 maakten van meet af aan indruk, onder meer ondersteund door een uitstekende aerodynamica en geoptimaliseerde hulpaggregaten.  Het bewijs hiervoor werd in eerste instantie geleverd door de nieuwe Mercedes-Benz Actros in de herfst van 2011 in de Record Run, een verbruiksrit van circa 10.000 km.  Het lage verbruik werd onmiddellijk daarna door de feedback van onze klanten bevestigd. Ondertussen beamen zowel bedrijven als chauffeurs dat de OM 471-serie wereldwijd nieuwe maatstaven zet onder de zware vrachtwagenmotoren.

Vooral bedrijven profiteren van de gunstige kosten: laag brandstof- en olieverbruik, extreem lange onderhoudsintervallen tot 150.000 km en de robuustheid en de lange levensduur van de motoren. Chauffeurs waarderen de snelle respons, de grote trekkracht reeds bij lage toerentallen, de rustige loopcultuur van de motoren en de krachtige motorrem.

Ondertussen hebben de motoren van de OM 471-serie zich in de praktijk bewezen in de vrachtwagens en de bussen van Mercedes-Benz en Setra. Met inbegrip van de nauw verwante motoren voor overzeese markten ligt hun totale aantal ondertussen op 250.000 eenheden. Geen enkel ander platform van zware motoren komt op dergelijke aantallen en heeft zich vaker bewezen.

De motorenontwikkelaars hebben de goede eigenschappen van de tweede generatie OM 471 door een reeks afzonderlijke maatregelen nog verder aangescherpt. Het belangrijkste doel van de verdere ontwikkeling: de motoren zijn consequent ingesteld op lage bedrijfskosten.

Op die manier benadrukt de tweede generatie OM 471 opnieuw de kwaliteit van de motoren. Het brandstofverbruik daalt nogmaals met tot drie procent en hun bijna spreekwoordelijke robuustheid wordt verder vergroot. Tegelijk hebben de ingenieurs het koppel bij lage toerentallen aanzienlijk vergroot en komt het aanbod met een nieuwe topmotor vanaf nu op vijf vermogensniveaus.

De Mercedes-Benz OM 471 is vanaf nu verkrijgbaar in de volgende basisuitvoeringen.

De basismotoren van 310, 330 en 350 kW worden aangevuld met drie zogenoemde 'Top Torque'-uitvoeringen. Bij deze motoren wordt in vrachtwagens in de hoogste versnelling van de geautomatiseerde versnellingsbak Mercedes PowerShift 3 indien nodig 200 Nm meer koppel vrijgegeven. Dankzij deze strategie moet er minder vaak geschakeld worden en stijgt de transportsnelheid, zonder nadelen voor het brandstofverbruik. Deze strategie wordt in de tweede generatie van de motor verder versterkt door de nogmaals geoptimaliseerde snelle koppelopbouw bij zeer lage toerentallen.

De objectieve cijfers van het maximale vermogens- en koppelniveau van de motoren vertellen slechts een deel van het verhaal. Het maximumvermogen staat namelijk bij alle motoren van de tweede generatie over een breed toerentalbereik van 1.450 tot 1.800 t/min bijna constant ter beschikking. Ook het maximumkoppel blijft tussen 900 en 1.450 t/min zo goed als constant. Dit vertaalt zich in uitstekende rijeigenschappen met een buitengewoon breed nuttig toerentalbereik.

Een essentieel onderdeel van de nieuwe motorengeneratie is de tweede generatie van het injectiesysteem X-Pulse, het unieke common-rail-systeem met drukversterking in de injector en vrij moduleerbaar injectiesysteem. De maximale raildruk wordt verhoogd van 900 tot 1.160 bar, waardoor de maximale injectiedruk 2.700 bar wordt.

De injectieverstuiver is voorzien van 8 gaten (tot nu toe waren dat er zeven), waardoor het maximale debiet circa tien procent wordt vergroot. Nieuw zijn daarnaast de geometrie van de zuigeruitsparing, de duidelijk gestegen compressieverhouding van 17,3:1 tot 18,3:1 en het aanmerkelijk gereduceerde EGR-niveau. Alle maatregelen samen leiden tot een verdere rendementsverbetering in het volledige motorkenveld. Hierdoor ligt het brandstofverbruik beduidend lager. Op de verbruiksgrafiek verschoven de beste waarden in de richting van de lage toerentallen, hetgeen past bij de nieuwe koppelcurve.

Aangezien de motor consequent werd ontworpen met het ook op een laag verbruik, stijgen hierdoor echter de schadelijke NOx-emissies.  Die worden bestreden door de SCR-techniek met een nieuwe, efficiënte SCR-katalysator. Daarom ligt het verbruik van AdBlue met ongeveer vijf procent van het brandstofverbruik op hetzelfde niveau als bij de vroegere Euro V-motoren.

Het kostenplaatje klopt. Het brandstofverbruik is met drie procent gedaald en daar tegenover staat alleen een verhoogd verbruik van het duidelijk goedkopere AdBlue voor de uitlaatgasreiniging. Anders gezegd: indien jaarlijks 130.000 km worden afgelegd in het langeafstandstransport, met een gemiddeld verbruik van ongeveer 28,5 liter/100 km, op een veeleisend traject met volledige belasting, bespaart iedere Mercedes-Benz Actros met de tweede generatie OM 471-motoren per jaar circa 1100 liter brandstof en stoot hij ongeveer drie ton minder CO₂ uit.

De nieuwste generatie X-Pulse met een duidelijk verhoogde injectiedruk legt tegelijk ook de voorwaarde voor de nieuwe topmotor binnen de OM 471-reeks. Die levert een vermogen van 390 kW (530 pk) en een uitstekend maximaal koppel van 2600 Nm. Bij zijn stationair toerental van 600 t/min levert de motor al een krachtig koppel van 1600 Nm. Daarmee laat de OM 471 koppel- en vermogenscijfers optekenen die tot voor kort voor beduidend grotere motoren en achtcilinders voorbehouden waren.

De OM 471 is een van de krachtigste dieselmotoren in zijn klasse. Zowel het vermogen van 30,5 kW (41,1 pk) per liter cilinderinhoud als het koppel van 203 Nm per liter cilinderinhoud verdienen aandacht. Met zijn uitstekende waarden voldoet de nieuwe topmotor aan alle vereisten, zelfs bij zeer veeleisend gebruik met een treingewicht van 40 ton en meer. Tegelijk genieten gebruikers van duidelijke gewichts- en verbruiksvoordelen in vergelijking met grotere motoren met een vergelijkbaar vermogen.

Niet alleen de nieuwe topmotor, maar ook alle andere vermogensvarianten van de OM 471 profiteren van de nieuwe injectie. Hoewel de maximale waarden van vermogen en koppel van de motoren op papier onveranderd blijven, stijgen de vermogens- en koppelcurven in het laagste toerentalbereik aanmerkelijk sneller, waardoor de motoren een nieuwe karakteristiek krijgen. Bij alle vermogensvarianten leveren de motoren al vanaf iets minder dan 800 t/min een koppel van minstens 2000 Nm. Naargelang het vermogensniveau wordt het maximumkoppel al tussen circa 800 en 950 t/min bereikt.

De vermogenscurves van de nieuwe motoren vallen al even voordelig uit. Het nominaal toerental bedraagt nu 1600 t/min, maar ook bij 1800 t/min, dat tot nu toe het nominaal toerental was, ligt het vermogen maar een procent onder het maximum. Naargelang de vermogensvariant wordt 95 procent van het maximaal vermogen reeds bij circa 1300 tot 1400 t/min bereikt.

Dat betekent in de praktijk dat het voertuig onder alle denkbare omstandigheden over uitstekende rijkwaliteiten beschikt, met een extreem breed nuttig toerentalbereik van ongeveer 1000 t/min. Vooral bij lage toerentallen moeten de toch al krachtige motoren minstens een vermogensklasse hoger ingedeeld worden dan tot dusver het geval was. 

Mercedes-Benz gebruikt deze nieuwe karakteristiek voor een langere standaardoverbrenging van de achteras. Een overbrenging van i=2,533 in plaats van i=2,611 tot nog toe zorgt voor een verlaging van het toerentalniveau van drie procent. In combinatie met 315/70 R 22,5 -banden komt dat neer op een toerental van slechts 1150 t/min bij 85 km/u. Dankzij de nieuwe vermogenskarakteristiek moet hiervoor niet aan rijprestaties worden ingeboet. Integendeel: de motoren vertonen duidelijk hogere reserves op hellingen.

Dit voordeel komt niet alleen op de snelweg maar ook op gewestwegen tot uiting. Dit wordt duidelijk als we het voorbeeld van de erg geliefde Actros 1845 bekijken. Bij een snelheid van 65 km/u maakt zijn motor met de nieuwe as in de hoogste versnelling nu net geen 900 omwentelingen per minuut. De motor ontwikkelt bij dit toerental reeds bijna zijn volledig koppel van 2200 Nm en vertoont daarbij nog duidelijk reserves. Met de vorige configuratie van motor en as maakte de Actros 1845 in de hoogste versnelling tegen dezelfde snelheid iets meer dan 900 toeren per minuut, terwijl zijn koppel van bijna 2000 Nm reeds begon af te nemen.

Samengevat betekent dit: de tweede generatie van de Mercedes-Benz OM 471 combineert een merkbaar hoger vermogen met een duidelijk lager verbruik.

De asymmetrische turbolader was van meet af aan een van de bijzonderheden van de OM 471-motor.Voor een snelle opbouw van de laaddruk en een overeenkomstige vlotte stijging van vermogen en koppel worden de uitlaatgassen van de vierde tot de zesde cilinder zonder omweg rechtstreeks terug naar de turbine geleid. Van de uitlaatgassen van de eerste tot de derde cilinder wordt daarentegen een specifieke hoeveelheid afgesplitst voor de uitlaatgasrecirculatie. Die dient om de NOx-emissies te verlagen.

Deze oplossing bleef in principe behouden, maar werd op een doorslaggevende manier in detail verder ontwikkeld. In plaats van de tot dusver gebruikte EGR-klep in het EGR-pad is de EGR-klep nu ver naar voren verschoven in het uitlaatspruitstuk, duidelijk voordat het uitlaatgas de turbolader bereikt.

Tot nog toe was de verdeling van de uitlaatgassen tussen het uitlaatspruitstuk en de turbolader afhankelijk van de vorm van het spruitstuk en de geometrie van de asymmetrische turbolader. Nu is de verdeling echter traploos en zeer nauwkeurig regelbaar in het hele bereik van de motorgrafiek. Dit resulteert in een doeltreffend warmtebeheer en een algemeen verlaagd EGR-niveau, wat voordelen inhoudt voor het brandstofverbruik.

Dankzij de nieuwe positie van de klep kunnen zowel het EGR-niveau als de stroom van uitlaatgassen naar de turbolader geregeld worden naargelang de bedrijfskenmerken van de motor. Daarom hoeft de uitlaatgasrecirculatie niet langer door een sensor in de venturi-leiding (de bypass van de uitlaatgasrecirculatie) geregistreerd te worden en is de EGR-regeling verder in het circuit niet meer nodig.

De nieuwe positie van de traploos bestuurbare EGR-klep opent bovendien een nieuwe bandbreedte van de asymmetrie. Naargelang de behoefte kan 0 tot 100% van de uitlaatgassen uit de eerste tot de derde cilinder aan de verbranding toegevoegd worden – uniek in de motorenbouw. De EGR-klep regelt hierbij niet alleen de stroom van uitlaatgassen naar de uitlaatgasrecirculatie maar ook de turbolader.

Ook de asymmetrische injectie is nieuw. In de normale rijmodus worden de injectoren van alle zes cilinders van de OM 471 van een gelijke hoeveelheid brandstof voorzien. Als bij een lage belasting een regeneratie van de dieselpartikelfilter nodig is, wordt een hoog EGR-niveau ingesteld (tot max. 50 procent) om de temperatuur van de uitlaatgassen te verhogen.

Om in dat geval te voorkomen dat de verbranding onvolledig is en er een groter aantal roetdeeltjes in het uitlaatgas terechtkomt, wordt de hoeveelheid brandstof in de eerste tot de derde cilinder bij een stijging van het EGR-niveau tegelijk traploos verminderd en parallel daarmee in de vierde tot de zesde cilinder verhoogd.  In extreme gevallen kan de geïnjecteerde hoeveelheid voor de eerste tot de derde cilinder tot nul verminderd worden, terwijl de andere drie cilinders op volle kracht werken. De vermogensafgifte en het brandstofverbruik worden door deze vermindering, waarbij cilinders uitgeschakeld kunnen worden, niet beïnvloed, terwijl de kwaliteit van de uitlaatgassen stijgt en de uitstoot van roetpartikels daalt.

De chauffeur merkt niets van dit proces. Hetzelfde geldt wanneer een druk op het gaspedaal ervoor zorgt dat de belasting stijgt en de injectie opnieuw voor alle cilinders gelijkmatig verloopt.

De snelle en hoge vermogenstoename bij lage toerentallen is mede te danken aan een nieuwe asymmetrische turbolader. Hij werd door Mercedes-Benz ontwikkeld en wordt in de motorenfabriek in Mannheim geproduceerd. De zelf ontwikkelde turbolader garandeert een nauwkeurige aanpassing aan de behoeften van de OM 471.De turbolader overtuigt door zijn uitstekend rendement. Zeer strikte toleranties in de serieproductie staan in voor een uitstekende kwaliteit en een lange levensduur.

De asymmetrische turbolader beschikt net als voorheen over een vaste turbinegeometrie. Technisch is deze variant veel minder complex en daardoor net zo gevoelig als bijvoorbeeld een turbolader met variabele turbinegeometrie. Ook de wastegate-klep ontbreekt, wat de eenvoud van het systeem ten goede komt. Deze ingreep zorgt voor een minder complexe turbolader en elimineert een potentiële bron van problemen zoals lekkages – nog een pluspunt voor de robuustheid en de lange levensduur van de OM 471.

Niet alleen de wastegate-klep ontbreekt bij de tweede generatie van de OM 471, maar ook een laaddrukregeling. Ook de EGR-sensor en de EGR-regeling ontbreken. Dit betekent dat de motor, die op het gebied van thermodynamica tot in het kleinste detail werd geoptimaliseerd, volledig voorgestuurd wordt bediend.

Hierdoor werkt de motor nog efficiënter. De doelgerichte voorsturing van alle instelwaarden zorgt voor een optimaal rendement zonder omweg via afzonderlijke instellingen en hun combinaties.   De uitgedachte strategie van de emissieregeling vervangt bijvoorbeeld de tot dusver gebruikelijke afzonderlijke regeling van uitlaatgasrecirculatie en laaddruk en heeft daardoor een beduidend hoger rendement.

Tegelijk wordt de motor nog robuuster, doordat heel wat componenten en onderdelen ontbreken. De grondgedachte is even eenvoudig als overtuigend: wat niet ingebouwd wordt, kan ook niet tot een defect leiden.

In plaats van een beroep te doen op sensoren met een bijsturing achteraf, maakt Mercedes-Benz nu gebruik van verschillende modi ter ondersteuning, bijvoorbeeld voor de werking met koude motor, met koude aanzuiglucht of met een koude uitlaatgasnabehandeling. Op dezelfde manier zijn er modi voorzien voor het gebruik op gemiddelde en grote hoogte en voor de passieve en actieve regeneratie of regeneratie bij stationair toerental. Met uitzondering van de actieve regeneratie gaat het hierbij doorgaans om een traploze besturing, waardoor de motor voortdurend met een optimaal rendement kan werken.

Voor de TCO, het brandstofverbruik en de emissies houdt Mercedes-Benz rekening met alle componenten van het voertuig. De Actros en zijn collega's met hun geregelde hulpaggregaten en innovatieve brandstofbesparende luchtcompressoren leveren hiervan het bewijs. Ook een vernieuwde airconditioning maakt deel uit van de huidige optimalisering.

De koelcompressor ervan werkt met een hoger rendement en het luchtbeheer overtuigt door een op de behoefte afgestemde regeling van verse lucht en circulatielucht. Op die manier draagt ook de airconditioning bij tot het verlaagde gebruik van de zware vrachtwagens van Mercedes-Benz.

De vooruitgang is indrukwekkend. Sinds 2011 is het gemiddelde verbruik, door de invoering van de nieuwe Actros conform emissienorm Euro VI, de vooruitziende cruise control Predictive Powertrain Control (PPC) en de tweede motorengeneratie, 13 procent gedaald ten opzichte van het gewaardeerde vorige model van de Actros. Nochtans werd ook de Actros conform Euro V al tot de zuinigste vrachtwagens in Europa gerekend.

Gewoonlijk wordt in de sector van de bedrijfsvoertuigen een vooruitgang op lange termijn van circa 1,0 tot 1,5 procent per jaar geboekt, een duidelijk bewijs van de uitstekende technische competentie en het innovatievermogen van Mercedes-Benz.

In 2011 reed Mercedes-Benz met de eerste motoren conform emissienorm Euro VI ver voorop. Ook met de tweede generatie van de OM 471 is dat het geval. De tweede motorengeneratie combineert zuinigheid met een uitzonderlijk prestatievermogen. Toch gaat de weg verder, de nummer één onder de zware vrachtwagens en de nummer één inzake brandstofverbruik zal niet stil blijven staan.

De tweede generatie van de Mercedes-Benz OM 471 is ook beschikbaar voor de reisbussen van EvoBus. In de uitvoering met drie assen van de Mercedes Travego en de Setra ComfortClass 500 wordt optioneel de versie met een vermogen van 350 kW (476 pk) en een koppel van 2.300 Nm gemonteerd. Standaard worden ze uitgerust met de compactere zescilinder-in-lijn Mercedes-Benz OM 470 met een cilinderinhoud van 10,7 l. Dit vermogensniveau van de OM 471 behoort in de topserie Setra TopClass zelfs tot de standaarduitrusting. In deze superhoogdekkers wordt desgewenst de versie met een vermogen van 375 kW (510 pk) en een koppel van 2.500 Nm gemonteerd.

De Setra dubbeldekker S 431 DT valt niet alleen op door zijn hoogte, maar ook door de soevereine kracht van zijn motor. Hij is namelijk standaard uitgerust met de Mercedes-Benz OM 471 met een vermogen van 375 kW (510 pk) en een koppel van 2.500 Nm.