Mercedes-Benz OM 471 – druga generacja

Magazyn

Kwadratura koła: mniejsza paliwochłonność i emisja CO2 , a większa moc i moment obrotowy.

Oszczędność 1100 litrów paliwa w ciągu roku, emisja CO2 mniejsza o około trzech ton – to dwa z istotnych parametrów dalekobieżnego ciągnika siodłowego, wyposażonego w oferowany przez Mercedes-Benz silnik heavy duty OM 471 drugiej generacji, przy rocznym przebiegu 130 000 km. Cztery lata po wprowadzeniu tej rewolucyjnej generacji silników wchodzi teraz na rynek kolejne stadium ich rozwoju – dzięki któremu oferowany przez Daimler Trucks Actros Mercedes-Benz uzyskuje jeszcze większą przewagę ekonomiczną względem konkurencji. Inżynierom Mercedes-Benz udała się przy tym istna kwadratura koła: po raz kolejny obniżyli zużycie paliwa nawet o 3%, a jednocześnie, za sprawą wyższego momentu obrotowego, polepszyli dynamikę jazdy. Ukoronowaniem tego typoszeregu jest jego maksymalna moc, wynosząca 390 kW (530 KM), i moment obrotowy 2600 Nm. Warto też wspomnieć o jeszcze wytrzymalszej konstrukcji. Krótko mówiąc: druga generacja silnika OM 471 po raz kolejny wyznacza wzorce wśród silników heavy duty do ciężkich pojazdów użytkowych.

6-cylindrowy silnik rzędowy OM 471: nowy rozdział w technologii silników.

Perfekcyjne połączenie ekonomii z ekologią: wiosną 2011 marka Mercedes-Benz zaprezentowała nowo skonstruowaną generację silników – uprzedzając normę spalin Euro VI i wprowadzane sukcesywnie na rynek ciężkie samochody ciężarowe Actros, Antos i Arocs, przeznaczone do ciężkiego transportu dalekobieżnego, dystrybucyjnego i budowlanego. Pierwszym członkiem nowej rodziny silników został OM 471.

Jest to silnik klasy heavy duty, który swoim poziomem technicznym oraz wynikającymi z niego zaletami otwiera nowy rozdział w branży silników do ciężkich pojazdów użytkowych. Sześciocylindrowa jednostka w układzie rzędowym, o pojemności skokowej 12,8 litra, zwraca na siebie uwagę mocną konstrukcją oraz technicznymi innowacjami, bardzo użytecznymi dla klientów. Do istotnych elementów jej wyposażenia należą dwa wałki rozrządu typu wieloczęściowego umieszczone w głowicy, unikalny system wtryskowy Common Rail z układem zwiększania ciśnienia wtrysku X-Pulse, asymetryczna turbosprężarka, hamulec silnikowy o dużej mocy oraz system oczyszczania spalin z technologią SCR, recyrkulacją spalin i filtrem cząstek stałych, pozwalający spełniać surowe normy emisji spalin określone w Euro VI.



Silnik ten zdobywa uznanie zarówno wśród przedsiębiorców, jak i kierowców.

Żywe zainteresowanie wzbudzały od samego początku imponujące zalety silnika OM 471 pod względem oszczędności paliwa, uzyskane między innymi dzięki świetnej aerodynamice i udoskonaleniu dodatkowych odbiorników energii. Najpierw udowodnił je nowy Mercedes Actros jesienią 2011 podczas "Record Run" – testu zużycia paliwa na odcinku ok. 10 tys. km. Wkrótce potem o niskiej paliwochłonność zaczęli też informować klienci. Obecnie i przedsiębiorcy, i kierowcy potwierdzają: typoszereg OM 471 wyznacza standardy wśród ciężkich silników do samochodów ciężarowych na całym świecie.

Dla przedsiębiorstw istotny będzie zwłaszcza korzystny poziom kosztów: niskie zużycie paliwa i oleju, nadzwyczaj długie przebiegi międzyprzeglądowe do 150 tys. km, a także wytrzymałość i długa żywotność silników. Kierowcy docenią żwawe przyspieszenie, znaczną elastyczność silnika już na niskich obrotach, a także spokojną pracę napędu i skuteczność hamulca silnikowego.

Do chwili obecnej silniki z typoszeregu OM 471 udowodniły swoje praktyczne walory w samochodach ciężarowych oraz autobusach marki Mercedes-Benz i Setra. Łącznie z ich bliskimi krewniakami wysyłanymi za ocean, liczba sprzedanych silników tego typu wynosi obecnie 250 tys. sztuk – żadna inna platforma napędowa nie osiągnęła tego poziomu sprzedaży i nie sprawdziła się w takiej ilości.



Konsekwentne ukierunkowanie na niskie koszty dla klienta.

W drugiej generacji silnika OM 471 konstruktorzy znów poszerzyli jego wcześniejsze zalety o liczne ulepszenia. Technicznym udoskonaleniom przyświecał główny cel: konsekwentne ukierunkowanie silnika na niskie koszty eksploatacji.

Dzięki temu w drugiej generacji OM 471 znów uwidacznia się jakość tych silników. Zużycie paliwa po raz kolejny spadło, nawet o trzy procent, a niemal przysłowiowa wytrzymałość jeszcze bardziej się polepszyła. Jednocześnie nasi inżynierowie znacząco zwiększyli moment obrotowy na niskich obrotach, a wprowadzając nowy, najsilniejszy silnik rozszerzyli ofertę do pięciu klas mocy.



Nowość: pięć klas mocy do 390 kW (530 KM).

Silnik Mercedes-Benz OM 471 jest dostępny od zaraz w następujących wersjach podstawowych:

Moc

Moment obrotowy

310 kW (421 KM) przy 1600 obr/min

2100 Nm przy 1100 obr/min

330 kW (449 KM) przy 1600 obr/min

2200 Nm przy 1100 obr/min

350 kW (476 KM) przy 1600 obr/min

2300 Nm przy 1100 obr/min

375 kW (510 KM) przy 1600 obr/min

2500 Nm przy 1100 obr/min

390 kW (530 KM) przy 1600 obr/min

2600 Nm przy 1100 obr/min

Uzupełnieniem klas mocy 310, 330 i 350 kW są trzy tak zwane wersje „Top Torque". W silnikach tych, stosowanych w samochodach ciężarowych, na najwyższym biegu automatycznej skrzyni Mercedes PowerShift 3 odblokowywana jest rezerwa momentu obrotowego 200 Nm. Dzięki takiej strategii uzyskuje się mniejszą częstość przełączeń biegów oraz większą prędkość transportową bez dodatkowego zużycia paliwa. W drugiej generacji omawianego silnika dodano do niej zoptymalizowane, szybkie narastanie momentu obrotowego na bardzo niskich obrotach.

Ale suche liczby odpowiadające maksymalnej mocy i momentowi obrotowemu tych napędów pokazują jedynie część ich walorów: we wszystkich silnikach drugiej generacji maksymalna moc dostępna jest na niemal stałym poziomie w szerokim zakresie prędkości obrotowej od 1450 do 1800 obr/min. Również najwyższy moment obrotowy utrzymuje się mniej więcej na stałym poziomie między 900 a 1450 obr/min. Wynika stąd bardzo wygodna dynamika pojazdu z niezwykle szerokim użytecznym zakresem obrotów.



Nowość: najnowsza generacja układu wtryskowego X-Pulse.

Istotnym elementem składowym nowej generacji silników jest druga generacja układu wtryskowego X-Pulse, unikalnego systemu Common Rail ze wzmacnianiem ciśnienia we wtryskiwaczu i możliwością swobodnego modelowania wtrysku. Maksymalne ciśnienie w szynie zwiększono z 900 do 1160 barów, przez co maksymalne ciśnienie wtrysku wynosi 2700 barów.

Zastosowano dyszę wtryskową o ośmiu otworach (dotychczas było siedem otworów), co zwiększyło maksymalny przepływ o około dziesięciu procent. Wśród nowości jest także geometria zagłębienia w denku tłoka, kompresja zwiększona z 17,3:1 do 18,3:1 oraz obniżony stopień recyrkulacji spalin. Efektem wszystkich tych modyfikacji jest dalsze polepszenie sprawności silnika na całej jego mapie charakterystyk. Uzyskuje się przez to znacznie mniejsze zużycie paliwa. Odpowiednio do nowej charakterystyki momentu obrotowego, optymalne wartości na mapie zużycia paliwa przesunęły się w stronę niskich obrotów.

Ponieważ silnik zaprojektowano, kierując się niskim zużyciem paliwa, więc z drugiej strony podniosła się emisja NOx z silnika. Przeciwdziała temu technologia SCR z nowatorskim, wydajnym katalizatorem SCR. Zużycie płynu AdBlue wynosi około pięciu procent zużycia paliwa, czyli na poziomie wcześniejszych silników Euro V.

Bilans kosztów wygląda dobrze: uzyskanej redukcji zużycia paliwa, dochodzącej do trzech procent, towarzyszy jedynie lekko zwiększone zużycie płynu AdBlue, który jest znacznie tańszy. Ujmując to inaczej: zakładając roczny przebieg 130 000 km w transporcie dalekobieżnym i zużycie paliwa na poziomie około 28,5 l/100 km na trudnym odcinku z pełnym dociążeniem, każdy Mercedes Actros wyposażony w silnik OM 471 drugiej generacji zaoszczędzi w ciągu roku około 1100 litrów paliwa i wyemituje w przybliżeniu o trzy tony mniej CO2.



Nowość: silnik o najwyższej mocy 390 kW (530 KM).

Najnowsza generacja X-Pulse ze znacznie zwiększonym ciśnieniem wtrysku stanowi nieodzowny element w nowej wersji silnika OM 471 o najwyższych osiągach. Jego osiągi to moc 390 kW (530 KM) i doskonały maksymalny moment obrotowy 2600 Nm. Przy czym już na jałowych obrotach 600 obr/min nowy silnik podaje aż 1600 Nm. Tym samym napęd OM 471 wkracza w takie zakresy mocy i momentu obrotowego, które jeszcze kilka lat temu były zastrzeżone dla dużo większych silników ośmiocylindrowych.

OM 471 zalicza się w swojej klasie do najsilniejszych napędów wysokoprężnych. Na uwagę zasługuje w nim zarówno moc jednostkowa wynosząca 30,5 kW (41,4 KM) na litr pojemności skokowej, jak i jednostkowy moment obrotowy: 203 Nm na litr pojemności skokowej. Swoimi znakomitymi parametrami nasz nowy napęd w pełni kwalifikuje się nawet do trudnej eksploatacji z masą zestawu drogowego 40 ton i większą. Wielką zaletą z punktu widzenia użytkowników jest korzystniejsza masa i zużycie paliwa w porównaniu do większych silników o podobnych osiągach.



Nowość: wysoki moment już przy najniższej prędkości obrotowej.

Nie tylko w nowej najmocniejszej wersji, ale i we wszystkich innych klasach mocy silnika OM 471 dochodzą do głosu zalety nowego układu wtryskowego. Wprawdzie wartości maksymalne mocy i momentu obrotowego pozostają nominalnie bez zmian, jednak w zakresie najniższych obrotów krzywe mocy i momentu obrotowego narastają o wiele szybciej, przez co napędy te uzyskują nową charakterystykę. Na wszystkich poziomach mocy już teraz przy niecałych 800 obr/min uzyskiwany jest moment obrotowy co najmniej 2000 Nm. Natomiast maksimum momentu obrotowego osiągane jest – zależnie od klasy mocy – już przy około 800–950 obr/min.

Odpowiednio korzystnie wygląda w naszych nowych silnikach charakterystyka mocy. Nominalna prędkość obrotowa wynosi obecnie 1600 obr/min, ale nawet w zestawieniu z dotychczasową wartością 1800 obr/min moc wynosi tylko o jeden procent mniej od maksymalnej. Zależnie od wariantu mocy, 95 procent mocy maksymalnej uzyskuje się już przy około 1300-1400 obr/min.

W praktyce oznacza to bardzo dogodną dynamikę napędu we wszelkich możliwych warunkach eksploatacji, w ekstremalnie szerokim użytecznym zakresie obrotów zaczynającym się od ok. 1000 obr/min. Zwłaszcza przy niskiej prędkości obrotowej napędy te – już wcześniej cechujące się sporymi osiągami – plasują się teraz o co najmniej klasę wyżej niż dotąd.



Nowość: obniżenie prędkości obrotowej przez wydłużone przełożenie osi.

Mercedes-Benz wykorzystuje tę nową charakterystykę, stosując dłuższe standardowe przełożenie na osi tylnej. Stopień przełożenia wynoszący i = 2,533 zamiast dotychczasowego i = 2,611 oznacza zmniejszenie prędkości obrotowej silnika o trzy procent. Na przykład z ogumieniem 315/70 R 22,5 będzie to prędkość obrotowa zaledwie ok. 1150 obr/min przy prędkości jazdy 85 km/h. Dzięki nowej charakterystyce mocy nie zubaża to dynamiki pojazdu. Wręcz przeciwnie: silniki wykazują teraz znacznie większą rezerwę mocy na wzniesieniach.

Przydaje się to nie tylko na autostradach, lecz i na szosach krajowych. Dla przykładu weźmy, jako pojazd szczególnie popularny, Actrosa 1845. Przy 65 km/h, z nową osią, jego silnik na najwyższym biegu ma prędkość obrotową zaledwie 900 obr/min. A już na tych obrotach napęd rozwija w przybliżeniu cały swój moment obrotowy wynoszący 2200 Nm, i wykazuje nawet sporą rezerwę. Przy dotychczasowej konfiguracji silnika i osi Actros 1845 na najwyższym biegu przy takiej samej prędkości jazdy miał nieco ponad 900 obr/min, a jego moment obrotowy wynoszący 1800 Nm.

Podsumowując: druga generacja silnika Mercedes-Benz OM 471 łączy w sobie odczuwalnie lepszą dynamikę pojazdu ze znacznie niższym zużyciem paliwa.



Nowość: opatentowane rozwiązanie w zakresie recyrkulacji spalin.

Do wyjątkowych cech silnika OM 471 należała od samego początku asymetryczna turbosprężarka. Aby szybko uzyskiwać ciśnienie doładowania, którego efektem jest odpowiednio szybkie narastanie mocy i momentu obrotowego, spaliny z cylindrów od czwartego do szóstego prowadzone są bezpośrednio do turbiny. Natomiast z cylindrów od pierwszego do trzeciego określona ilość spalin trafia odgałęzieniem do układu recyrkulacji. Recyrkulacja służy obniżeniu emisji NOx (tlenków azotu).

Rozwiązanie to zostało w ogólności zachowane, co do szczegółów jednak wprowadzono decydujące ulepszenia. Zamiast dotychczasowej klapy spalin (AGR) na odcinku recyrkulacyjnym zastosowano klapę umieszczoną bardziej z przodu, w kolektorze wydechowym, przed miejscem wejścia spalin do turbosprężarki.

Dotychczas rozdzielanie spalin pomiędzy kolektor wydechowy a turbosprężarkę zależało między innymi od kształtu kolektora oraz geometrii asymetrycznej turbosprężarki – teraz natomiast jest ono bezstopniowo i z dużą precyzją regulowane w całym zakresie mapy silnika. Pozwala to na skuteczne kontrolowanie temperatury oraz na generalnie niższy stopień recyrkulacji, co korzystnie wpływa na zużycie paliwa.

Dzięki nowemu umiejscowieniu klapy, zarówno stopień recyrkulacji, jak i wielkość przepływu spalin do turbosprężarki można teraz sterować odpowiednio do charakterystyk napędu. Dlatego nie trzeba już kontrolować recyrkulacji spalin za pomocą czujnika umieszczonego w zwężce Venturiego (w obejściu układu recyrkulacji), nie jest też konieczne regulowanie recyrkulacji w dalszym etapie procesu.

Umieszczona w nowym miejscu, sterowana bezstopniowo klapa AGR otwiera ponadto nową przestrzeń asymetrii: obecnie bowiem, stosownie do zapotrzebowania, spaliny z trzech źródłowych cylindrów można kierować do dopalenia w ilości od zera do stu procent – jest to rozwiązanie unikalne w branży silnikowej. Tym sposobem klapa AGR nie tylko reguluje wypływ spalin do recyrkulacji, ale także steruje pracą turbosprężarki.



Nowość: asymetryczny wtrysk polepszający jakość spalin.

Kolejna nowość to asymetryczny wtrysk. Przy normalnej eksploatacji wtryskiwacze wszystkich sześciu cylindrów w silniku OM 471 otrzymują identyczną ilość paliwa. Kiedy przy małym obciążeniu konieczna staje się regeneracja filtra cząstek stałych, w celu zwiększenia temperatury spalin ustawiany jest wysoki stopień recyrkulacji, dochodzący do 50 procent.

Aby zapobiec niecałkowitemu spalaniu, które wiązałoby się z wyższą zawartością sadzy w spalinach, w momencie zwiększenia stopnia recyrkulacji ilość paliwa w cylindrach od pierwszego do trzeciego jest bezstopniowo obniżana, a jednocześnie w cylindrach od czwartego do szóstego – podnoszona. W skrajnym przypadku ilość wtryskiwanego paliwa może w pierwszych trzech cylindrach spaść do zera, podczas gdy pozostałe trzy cylindry działają pod pełnym obciążeniem. Opisana tu regulacja, która może dochodzić do odłączania cylindrów, nie wpływa na wyjściową moc, ani też na zużycie paliwa, natomiast polepsza się jakość spalin, a maleje emisja sadzy.

Przesunięcie obciążenia cylindrów odbywa się niezauważalnie dla kierowcy. Niewyczuwalny jest także moment, gdy wskutek naciśnięcia pedału gazu zwiększa się obciążenie i przywracany jest równomierny wtrysk we wszystkich cylindrach.



Nowość: turbosprężarka własnej produkcji, o rekordowym współczynniku sprawności.

Za szybkie narastanie mocy przy niskiej prędkości obrotowej odpowiada między innymi nowa asymetryczna turbosprężarka. Została ona zaprojektowana przez Mercedes-Benz, a wytwarzana jest w fabryce silników w Mannheim. Opisywana turbosprężarka zapewnia precyzyjne dostosowanie do wymogów silnika OM 471. Na uwagę zasługuje jej doskonały współczynnik sprawności. Wąskie zakresy tolerancji obowiązujące w produkcji seryjnej gwarantują najwyższą jakość i długą żywotność urządzenia.

Asymetryczna turbosprężarka cechuje się, tak jak wcześniej, stałą geometrią turbiny. Od strony technicznej konstrukcja taka jest o wiele mniej złożona, a tym samym mniej podatna na awarie, niż turbosprężarka ze zmienną geometrią turbiny. Dla uproszczenia konstrukcji między innymi zrezygnowano z zaworu wastegate. Zmniejszając złożoność turbosprężarki, powyższa modyfikacja likwiduje źródło potencjalnych usterek, jakim są nieszczelności – jest to kolejny plus po stronie wytrzymałości i żywotności silnika OM 471.



Nowość: jeszcze większa odporność na awarie dzięki rezygnacji z czujników oraz sterowaniu wstępnemu.

W drugiej generacji silnika OM 471 inżynierowie Mercedes-Benz zrezygnowali nie tylko z zaworu wastegate przy turbosprężarce, ale także z regulacji ciśnienia doładowania. Wraz z usunięciem czujnika recyrkulacji (AGR) oraz regulacji AGR oznacza to, że nasz silnik, od strony termodynamicznej starannie zoptymalizowany, pracuje z czystym sterowaniem wstępnym.

Dzięki nowemu sposobowi sterowania silnik uzyskuje jeszcze większą wydajność. Precyzyjne wysterowanie wszystkich parametrów daje optymalny współczynnik sprawności, bez pośredniczących elementów regulacyjnych. Na przykład inteligentna strategia regulacji emisji zastępuje stosowaną dotychczas oddzielną regulację recyrkulacji spalin i ciśnienia doładowania, przez co działanie napędu jest znacznie wydajniejsze.

Jednocześnie silnik stał się jeszcze mniej podatny na awarie dzięki rezygnacji z wielu podzespołów i części. Konstruktorzy kierowali się ideą prostą i zwięzłą: to, czego nie zamontujemy, nie będzie powodować awarii.

Obecnie, zamiast czujników z wtórną regulacją, Mercedes-Benz stawia na różne wspomagające tryby pracy, na przykład przy nierozgrzanym silniku, z zimnym powietrzem zasysanym lub przy doczyszczaniu spalin w niskiej temperaturze. Zaprogramowano też odpowiednie tryby do eksploatacji na średnich i dużych wysokościach, do pasywnej i aktywnej regeneracji, czy też do regeneracji na obrotach jałowych. We wszystkich trybach z wyjątkiem aktywnej regeneracji regulacje odbywają się bezstopniowo, dzięki czemu silnik pracuje zawsze w zakresie optymalnego współczynnika sprawności.



Nowość: układ klimatyzacyjny oszczędzający paliwo.

W kwestii kosztów TCO, zużycia paliwa i emisji zanieczyszczeń inżynierowie Mercedes-Benz rozpatrują wszystkie składowe elementy pojazdu. Widać to po Actrosie i jego kolegach, w których od roku 2011 stosuje się regulowane podzespoły dodatkowe oraz innowacyjne paliwooszczędne sprężarki powietrza. Częścią aktualnej optymalizacji jest nowy układ klimatyzacyjny.

Jego sprężarka chłodnicza pracuje z lepszym współczynnikiem sprawności, a w zarządzaniu powietrzem dopływ powietrza świeżego i obiegowego jest regulowany stosownie do zapotrzebowania. Tym sposobem układ klimatyzacyjny przyczynia się do oszczędności paliwa w ciężkich samochodach ciężarowych Mercedes-Benz.



Zużycie paliwa w ciągu tylko czterech lat zmniejszyliśmy o 13 procent.

Imponujący postęp: od roku 2011, dzięki wprowadzeniu na rynek nowego Actrosa spełniającego normę emisji spalin Euro VI, przewidującego tempomatu Predictive Powertrain Control (PPC) oraz drugiej generacji silników, średnie zużycie paliwa spadło w porównaniu do poprzedniego modelu Actrosa o 13 procent. A przy tym już poprzedni Actros, spełniający normę Euro V, zaliczał się do najbardziej paliwooszczędnych samochodów ciężarowych w Europie.

Ogólnie w branży pojazdów użytkowych osiągany jest w tej kwestii długofalowo postęp wynoszący około 1,0–1,5 % rocznie – widać stąd inżynierski kunszt i innowacyjność marki Mercedes-Benz.

W roku 2011 Mercedes-Benz uplasował się w dalekiej czołówce, oferując pierwsze silniki spełniające normę spalin Euro VI. Teraz mamy podobną sytuację, gdy wchodzi druga generacja OM 471. Druga generacja silników łączy najwyższe walory ekonomiczne z doskonałymi osiągami dynamicznymi. Obserwujemy tu chwilową kulminację fascynującego procesu ulepszeń. Ale przed nami dalsza droga – numer jeden wśród ciężkich samochodów ciężarowych i zarazem numer jeden pod względem paliwooszczędności nie zamierza się zatrzymywać.


Druga generacja silnika OM 471 w autobusach turystycznych marki Mercedes-Benz i Setra.

Druga generacja silnika Mercedes-Benz OM 471 dostępna jest również dla autobusów turystycznych EvoBus. W trójosiowych wersjach Mercedesa Travego oraz Setry ComfortClass 500 opcjonalnie stosuje się wariant o mocy 350 kW (476 KM) i momencie obrotowym 2300 Nm. Standardowo wyposażane są one w 6-cylindrowy silnik rzędowy Mercedes-Benz OM 470 mający konstrukcję bardziej kompaktową, o pojemności skokowej 10,7 l. W najwyższym typoszeregu Setra TopClass ta klasa mocy silnika OM 471 stanowi wyposażenie standardowe. Są to autobusy superwysokopokładowe, w których na życzenie ustawia się moc na 375 kW (510 KM), a moment obrotowy na 2500 Nm.

Dwupoziomowa Setra S 431 DT wyróżnia się nie tylko wysokością, ale także potężnym napędem: standardowo montuje się w niej silnik Mercedes-Benz OM 471 o mocy 375 kW (510 KM) i momencie obrotowym 2500 Nm.


Nie ma jeszcze żadnych komentarzy