Mercedes-Benz OM 471 – de tweede generatie

Deze motor vormt de perfecte combinatie van economie en ecologie. In de lente van 2011 presenteert Mercedes-Benz vooruitlopend op de emissienorm Euro VI en de achtereenvolgende introductie van de trucks Actros, Antos en Arocs voor zwaar internationaal transport, distributietransport en bouwtransport een volledig nieuw ontwikkelde generatie motoren. De OM 471 is het eerste lid van de nieuwe motorfamilie.

De heavy-duty motor slaat met zijn techniek en de hieruit voortvloeiende capaciteiten en eigenschappen een nieuw hoofdstuk op in de motorenbouw voor zware bedrijfswagens. De zescilinder lijnmotor met een cilinderinhoud van 12,8 liter overtuigt door zijn robuuste constructie en technische innovaties, die de klanten zeer veel gebruiksmogelijkheden bieden. Tot de belangrijkste kenmerken behoren de twee bovenliggende nokkenassen, de unieke Common-Rail technologie met X-Pulse inspuiting, de asymmetrische turbo, de krachtige motorrem en de uitlaatgasreiniging met SCR-technologie, uitlaatgasrecirculatie en partikelfilter om te voldoen aan de strenge uitlaatgasvoorschriften conform Euro VI.

Van het begin af aan baarden de, mede dankzij de uitmuntende aerodynamica en geoptimaliseerde nevenverbruikers mogelijk gemaakte indrukwekkende brandstofbesparingen van de OM 471 veel opzien. Het bewijs leverde de nieuwe Mercedes-Benz Actros meteen al in de herfst van 2011 bij de Record Run, een verbruiksproef over een afstand van zo'n 10.000. Meteen hierna maakten ook de klanten melding van het lage verbruik. In de tussentijd bevestigden zowel ondernemers als chauffeurs dat de bouwserie OM 471 de nieuwe norm vormde voor zwarte vrachtwagenmotoren wereldwijd.

Ondernemingen profiteren vooral van de kostenvoordelen: lager brandstof- en olieverbruik, uiterst lange onderhoudsintervallen tot 150.000 km, evenals robuustheid en lange levensduur van de motoren. Chauffeurs waarderen de snelle reactie, de al bij een laag koppel grote trekkrachten, de rustige motorloop en de krachtige motorrem.

Intussen hebben de motoren van de bouwserie OM 471 zich in de praktijk in de vrachtwagens en bussen van Mercedes-Benz en Setra volledig bewezen. Met inbegrip van de nauw verwante motoren voor overzeese markten zijn er inmiddels 250.000 van in gebruik. Geen enkel ander motorplatform kan op hogere aantallen bogen of heeft zich vaker waargemaakt.

De motorontwikkelaars hebben de goede eigenschappen van de OM 471 bij de tweede generatie met allerlei oplossingen verder uitgebouwd. Bij de doorontwikkeling is alle aandacht nadrukkelijk uitgegaan naar de verlaging van de gebruikskosten.

De tweede generatie van de OM 471 onderstreept hiermee opnieuw de kwaliteit van de motoren. Het brandstofverbruik is opnieuw met zo'n drie procent verlaagd en de al bijna spreekwoordelijke robuustheid is verder vergroot. Tegelijkertijd hebben de technici het koppel bij lage toerentallen aanzienlijk weten te verhogen en met een nieuwe topvariant beslaat het assortiment vooraan vijf vermogensklassen.

De Mercedes-Benz OM 471 is per direct leverbaar in de volgende basisuitvoeringen:

De basisvermogensvarianten met 310, 330 en 350 kW worden uitgebreid met drie zogenaamde 'Top Torque'-uitvoeringen. Bij deze motoren wordt voor trucks bij gebruik van de hoogste versnelling van de automatische transmissie Mercedes PowerShift 3 indien nodig een met 200 Nm verhoogd koppel vrijgemaakt. Hierdoor hoeft minder vaak te worden geschakeld en neemt de transportsnelheid toe zonder dat het brandstofverbruik nadelig wordt beïnvloed. Dit wordt bij de tweede generatie van de motor nog versterkt door de verder geoptimaliseerde snelle opbouw van het koppel bij uiterst lage toerentallen.

Dit wordt weerspiegeld in de nuchtere cijfers voor het maximale vermogen en koppel van de motoren: bij alle motoren van de tweede generatie is het maximale vermogen beschikbaar over een toerentalbereik van 1450 tot 1800 t/min. Ook het hoogste koppel is van ongeveer 900 tot 1450 t/min vrijwel constant. Dit mondt uit in een uitmuntend rijvermogen met een uitzonderlijk groot toerentalbereik.

Een belangrijk bestanddeel van de tweede generatie motoren is de nieuwe generatie van het inspuitsysteem X-Pulse, de unieke, vrij instelbare Common-Rail inspuiting met drukbooster in de injector. De maximale raildruk is verhoogd van 900 tot 1160 bar, wat leidt tot een maximale inspuitdruk van 2700 bar.

De verstuiver beschikt over acht openingen (tot nu toe waren het er zeven), waardoor de maximale doorstroming met zo'n tien procent toeneemt. Ook nieuw zijn de geometrie van de zuigerbodemkommen, de van 17,3:1 tot 18,3:1 aanzienlijk verhoogde compressieverhouding en een verlaagd uitlaatgasrecirculatiepercentage. Alle maatregelen leiden tot een verdere verbetering van het rendement voor het volledige motordiagram. Het resultaat is een aanzienlijke lager brandstofverbruik. In overeenstemming met de nieuwe koppelkromme zijn de topwaarden voor het verbruik in de richting van lage toerentallen verschoven.

Aangezien de motor consequent is geconstrueerd voor een laag brandstofverbruik, neemt als reactie hierop de NOx-emissie toe. Dit wordt door de SCR-technologie met een nieuwe en efficiënte SCR-katalysator tegengegaan. Het verbruik van AdBlue ligt dientengevolge met ongeveer vijf procent van het brandstofverbruik op het peil van de vroegere Euro V-motoren.

De kosten blijven in evenwicht: tegenover het tot drie procent lagere brandstofverbruik staat slechts een licht verhoogde hoeveelheid van het aanzienlijk voordeligere, voor de uitlaatgasreiniging benodigde AdBlue. Anders gezegd: bij een jaarkilometrage van 130.000 km in het internationaal transport en een verbruik van circa 28,5 l/100 km op een veeleisend traject met volle belading verbruikt elke Mercedes-Benz Actros met de tweede generatie van de OM 471-motor per jaar ongeveer 1100 liter minder brandstof en stoot elke truck zo'n drie ton CO₂ minder uit.

De nieuwste generatie X-Pulse met aanzienlijk verhoogde inspuitdruk vormt tegelijkertijd de voorwaarde voor de nieuwe topklassevariant van de OM 471. Deze motor beschikt over een maximumvermogen van 390 kW (530 pk) en een uitmunten maximumkoppel van 2600 Nm. Bij een met 600 t/min stationair draaiende motor wordt al een koppel van 1600 Nm geleverd. Hiermee bereikt de OM 471 vermogens- en koppelwaarden die nog maar een paar jaar geleden waren voorbehouden aan aanzienlijk grotere motoren en achtcilindermotoren.

De OM 471 behoort tot de krachtigste dieselmotoren in zijn klasse. Speciale vermelding verdienen zowel het vermogen van 30,5 kW (41,4 pk) per liter cilinderinhoud als het koppel van 203 Nm per liter cilinderinhoud. Met zijn tot de verbeelding sprekende waarden kan deze motor van topklasse aan alle voorwaarden voldoen, zelfs bij veeleisende toepassingen met een treingewicht van 40 ton of meer. Tegelijk profiteren eigenaars van duidelijke gewichts- en verbruiksvoordelen in vergelijking met grotere motoren met een vergelijkbaar vermogen.

Niet alleen de nieuwe sterkste uitvoering, maar ook alle andere vermogensvarianten van de OM 471 profiteren van het nieuwe inspuitsysteem. Weliswaar blijven de maximumwaarden qua vermogen en koppel nominaal ongewijzigd, maar de vermogens- en koppelkrommen stijgen in het onderste toerentalbereik aanzienlijk sterker, waardoor de motoren een nieuwe karakteristiek krijgen.. In alle vermogensklassen bereiken de motoren nu al onder 800 t/min een koppel van minstens 2000 Nm. Afhankelijk van de vermogensklasse wordt het maximumkoppel nu al bijna tussen 800 en 950 t/min behaald.

De vermogenskrommen van de nieuwe motoren zijn net zo overtuigend. Het nominale toerental bedraagt nu 1600 t/min, maar ook bij de huidige waarde van 1800 t/min ligt het vermogen maar één procent onder het maximum. Afhankelijk van de vermogensvariant wordt 95 procent van het maximale vermogen al bij ongeveer 1300 tot 1400 t/min behaald.

In de praktijk betekent dit een uitstekend rijvermogen onder alle denkbare omstandigheden in een extreem breed te gebruiken toerentalbereik van zo'n 1000 t/min. Met name bij lage toerentallen kunnen de toch al krachtige motoren nu minstens één vermogensklasse hoger wordt ingeschaald.

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, zoals tot nu toe, betekent een verlaging van het toerental met drie procent. Dit resulteert bij banden van 315/70 R 22,5 in een toerental van niet meer dan zo'n 1150 t/min bij een snelheid van 85 km/h. Dankzij de nieuwe schakelkarakteristiek gaat dit niet ten koste van de rijprestaties. Integendeel: de motoren beschikken op hellingen over duidelijk meer reserve.

Dit extra vermogen is niet alleen merkbaar op de autosnelweg, maar ook op rijks- en regionale wegen. Het voorbeeld van de uiterst populaire Actros 1845 maakt dit inzichtelijk. Bij een snelheid van 65 km/h maakt de motor met de nieuw as in de hoogste versnelling nauwelijks 900 t/min. De motor ontplooit bij dit toerental al bijna het volledige koppel van 2200 Nm en heeft dan nog altijd het een en ander over. Met de eerdere combinatie van motor en as zat de Actros 1845 in de hoogste versnelling bij dezelfde snelheid op iets meer dan 900 t/min, waarbij het koppel van bijna 2000 Nm al aan het afnemen was.

Het komt hierop neer: de tweede generatie van de Mercedes-Benz OM 471 koppelt merkbaar betere rijprestaties aan een duidelijk lager verbruik.

Tot de eigenschappen van de OM 471 behoorde van het begin af aan de asymmetrische turbo. Voor een snelle opbouw van de turbodruk met een bijbehorende vlotte toename van vermogen en koppel worden de uitlaatgassen van de cilinders vier tot zes zonder omwegen rechtstreeks de turbine in geleid. Van de uitlaatgassen van de cilinders een tot drie wordt daarentegen een gedefinieerde hoeveelheid voor de uitlaatgasrecirculatie afgetakt. Hiermee wordt de NOx-emissie verlaagd.

Deze oplossing is in principe aangehouden, maar op detailniveau wel in belangrijke mate doorontwikkeld. In plaats van de bestaande uitlaatgasrecirculatieklep in het uitlaatgasrecirculatiepad is er nu een ver naar voren geplaatste uitlaatgasrecirculatieklep in het uitlaatgasspruitstuk, duidelijk voordat het uitlaatgas de turbo binnengaat.

Waar de verdeling van uitlaatgassen tussen uitlaatspruitstuk en turbo tot nu toe van de vorm van het spruitstuk en de geometrie van de asymmetrische turbo afhankelijk was, is de verdeling nu traploos en uitermate precies voor het volledige gebied van het motordiagram in te stellen. Hieruit vloeien een effectief thermomanagement en een in zijn geheel lager uitlaatgasrecirculatiepercentage voort, hetgeen het brandstofverbruik ten goede komt.

Zowel het uitlaatgasrecirculatiepercentage als de stroming van uitlaatgassen naar de turbo kunnen dankzij de nieuwe locatie van de klep in overeenstemming met de bedrijfskarakteristieken van de motor worden geregeld. Daarom hoeft de uitlaatgasrecirculatie niet meer met behulp van een sensor in de venturibuis (de omleiding van de uitlaatgasrecirculatie) te worden vastgelegd. Ook is een verderop gelegen uitlaatgasrecirculatieregeling niet langer noodzakelijk.

De traploos instelbare uitlaatgasrecirculatieklep op de nieuwe plaats opent bovendien een nieuwe bandbreedte voor de asymmetrie: de uitlaatgassen van de drie geefcilinders kunnen naar behoefte tussen 0 en 100 procent aan de verbranding worden toegevoerd, een unicum in de motorenbouw. De uitlaatgasrecirculatieklep regelt hiermee niet alleen de stroom van uitlaatgassen naar de uitlaatgasrecirculatie maar ook de turbo.

Ook nieuw is de asymmetrische inspuiting. Bij normaal weggebruik worden de injectoren van alles zes cilinders van de OM 471 van een gelijke hoeveelheid brandstof voorzien. Wanneer bij geringe belasting het dieselpartikelfilter moet worden geregenereerd, wordt ter verhoging van de uitlaatgastemperatuur een hoog uitlaatgasrecirculatiepercentage van rond 50 procent ingesteld.

Om in een dergelijk geval een onvolledige verbranding met een bijbehorend groter aantal roetdeeltjes te voorkomen, wordt de hoeveelheid brandstof in de cilinders een tot drie bij een toename van het uitlaatgasrecirculatiepercentage tegelijk traploos verlaagd en parallel hieraan in de cilinders vier tot zes verhoogd. In het uiterste geval kan de ingespoten hoeveelheid voor de eerste drie cilinders tot nul worden teruggebracht, terwijl de overige drie cilinders als bij vollast werken. Het afgegeven vermogen en het brandstofverbruik wordt door deze vermindering tot aan het uitschakelen van de cilinder niet beïnvloed, de kwaliteit van de uitlaatgassen neemt daarentegen toe terwijl de uitstoot van roetdeeltjes afneemt.

De chauffeur merkt niets van deze aanpassing. Hetzelfde geldt wanneer door het gaspedaal in te trappen de last stijgt en de inspuiting weer gelijkmatig over alle cilinders plaatsvindt.

Medeverantwoordelijk voor de snelle en grote vermogenstoename bij lage toerentallen is een nieuwe asymmetrische turbo. Deze is door Mercedes-Benz zelf ontwikkeld en wordt geproduceerd in de motorenfabriek Mannheim. De eigen turbo garandeert een precieze afstemming op de vereisten van de OM 471. De turbo overtuigt door zijn uitmuntende rendement. Bij de serieproductie zijn uiterst kleine toleranties ingesteld om voor de hoogste kwaliteit en een lange levensduur te kunnen zorg dragen.

De asymmetrische turbo is, zoals altijd, voorzien van een vaste turbinegeometrie. Technisch is deze variant veel minder complex en dus veel minder kwetsbaar dan een turbo met een variabele turbinegeometrie. Het besluit af te zien van een wastegateklep heeft ook geleid tot vereenvoudiging. Hierdoor neemt de complexiteit van de turbo af en wordt een mogelijke storingsbron (zoals lekkage) uitgesloten. Ook dit komt ten goede aan de robuustheid en lange levensduur van de OM 471.

Mercedes-Benz ziet bij de tweede generatie van de OM 471 niet alleen af van een wastegateklep voor de turbo, maar ook van een turbodrukregeling. Samen met het wegvallen van de uitlaatgasrecirculatiesensor en uitlaatgasrecirculatieregeling betekent dit dat de tot in de kleinste details geoptimaliseerde motor volledig indirect wordt bediend.

Met deze indirecte bediening werkt de motor nog efficiënter. De doelgerichte aansturing van alle regelwaarden leidt tot een optimaal rendement zonder het omslachtige gebruik van afzonderlijke regelingen en de combinatie daarvan. De uitgekiende strategie van de emissieregeling bijvoorbeeld overlapt de tot nu toe gebruikelijke afzonderlijke regelingen van de uitlaatgasrecirculatie en turbodruk en werkt hierdoor aanzienlijk efficiënter.

Tegelijkertijd wordt de motor door het wegvallen van allerlei componenten en onderdelen een stuk robuuster. Het basisidee is net zo eenvoudig als logisch: wat niet wordt gemonteerd, kan geen problemen veroorzaken.

In plaats van met sensoren eerst te detecteren en vervolgens te regelen, maakt Mercedes-Benz gebruik van verschillende modi ter ondersteuning, zoals bij het werken met een koude motor, koude aanzuiglucht of koude uitlaatgasnabehandeling. Zo worden ook modi voor het gebruik in het midden- en hooggebergte en voor de passieve en actieve regeneratie of regeneratie bij een stationair draaiende motor toegepast. Met uitzondering van de actieve regeneratie gaat het hierbij gewoonlijk om traploze regelingen waarmee de motor steeds met optimaal rendement kan worden gebruikt.

Als het gaat om totale eigendomskosten, brandstofverbruik en emissie beziet Mercedes-Benz de truck als geheel. Dat laten de Actros en zijn collega's al sinds 2011 zien met geregelde nevenaggregaten en innovatieve, brandstofbesparende luchtcompressoren. Onderdeel van de actuele verbeteringen is de nieuwe airconditioning.

De koelcompressor heeft een hoger rendement en het luchtmanagement overtuigt met een op de behoeften afgestemde regeling van frisse lucht en luchtrecirculatie. De airco levert zo ook een bijdrage aan de verlaging van het brandstofverbruik van de zwaartransporttruck van Mercedes-Benz.

De vorderingen zijn indrukwekkend: sinds 2011 is het gemiddelde verbruik door de introductie van de nieuwe Actros conform de emissienorm Euro VI, de anticiperende cruisecontrol Predictive Powertrain Control (PPC) en de tweede generatie motoren met 13 procent omlaaggegaan ten opzichte van de beproefde voorganger. En die beproefde Actros conform Euro V behoorde al tot de zuinigste trucks van Europa.

In de bedrijfswagenbranche zijn verbeteringen van zo'n 1,0 tot 1,5 procent per jaar echter gebruikelijk – het verschil toont de technische competentie en het innovatieve vermogen van Mercedes-Benz aan.

In 2011 liep Mercedes-Benz met de eerste motoren conform emissienorm Euro VI ver voorop. De geschiedenis herhaalt zich nu met de tweede generatie van de OM 471. De tweede generatie motoren combineert optimaal rendement met buitengewoon prestatievermogen. Met deze motor kent een opwindende ontwikkeling voorlopig zijn hoogtepunt. Maar de reis gaat verder, de nummer 1 onder de zwaartransporttrucks en de nummer 1 voor brandstofverbruik blijft niet stilstaan.

De tweede generatie van de Mercedes-Benz OM 471 is ook leverbaar voor de touringcars van EvoBus. De drieassige uitvoeringen van de Mercedes-Benz Travego en de Setra ComfortClass 500 kunnen optioneel worden geleverd met de variant met een vermogen van 350 kW (476 pk) en een koppel van 2300 Nm. Standaard worden ze uitgerust met de compactere Mercedes-Benz zescilinder lijnmotor OM 470 met een cilinderinhoud van 10,7 liter. Deze vermogensklasse van de OM 471 is voor het topmodel Setra TopClass zelfs standaard. Voor deze superhoogdekkers kan als optie de uitvoering met een vermogen van 375 kW (510 pk) en een koppel van 2500 Nm worden geleverd.

De Setra dubbeldekker S 431 DT steekt niet alleen dankzij zijn hoogte overal bovenuit, maar ook door zijn motorvermogen: hiervoor wordt standaard de Mercedes-Benz OM 471 met een vermogen van 375 kW (510 pk) en een koppel van 2500 Nm geleverd.