Motory MB – Testování nových motorů MB ve Slovinsku

Automobilka Mercedes-Benz proklamuje u nových motorů OM 471 pro těžká nákladní vozidla a autobusy nižší spotřebu paliva a nižší emise CO₂, vyšší výkon i točivý moment.

Proto proběhly testy motorů nejprve na dvacet let staré testovací trase ze Stuttgartu do Hamburku a poté ze slovinské Lublaně do přímořského letoviska Portorože v délce 130 km. Nejprve jsme jeli v městském provozu ve slovinském hlavním městě Lublaně a poté po dálnici k moři. Nejprve jsme zkusili manuální systém a poté byl na dálnici využit inteligentní tempomat Predictive Powertrain Control (PPC). Po rovině a z kopce jsme jeli rychlostí 83 km/h., do kopce 75 km/h a z kopce až 89 km/h. Tahač o hmotnosti 18 tun měl zapojen návěs s nákladem o hmotnosti 40 tun. Testovaný tahač Actros 1848 LS 4x2 měl motor OM 471 o maximálním výkonu 350 kW/1800 min^-1. Velmi členitá testovací trasa nedělala tahači žádné problémy, plynule přecházel do stoupání i klesání a hlučnost byla minimální. Motor má slušnou akceleraci při rozjezdech i jízdě na rovném úseku. Celková spotřeba na 130kilometrovém úseku vyšla na 29,5 litrů/100 km. Lze také konstatovat, že se zlepšila jízdní dynamika díky vyššímu točivému momentu.

Výrobce garantuje úsporu 1100 litrů paliva za rok a o tři tuny méně emisí CO₂, které platí při ujetí 130 000 km za rok.

Jako dokonalé spojení ekonomiky a ekologie představil Mercedes-Benz již na jaře 2011, s velkým předstihem před zavedením emisní normy Euro 6, zcela nově vyvinutou generaci motorů, která byla určena pro postupně nově zaváděná těžká nákladní vozidla Actros, Antos a Arocs pro těžkou dálkovou, rozvážkovou a stavební dopravu. Prvním členem nové řady motorů je OM 471. Motor pro těžký provoz otvírá svou technikou a z ní plynoucími schopnostmi a vlastnostmi novou kapitolu v konstrukci motorů pro těžká užitková vozidla. Řadový šestiválec se zdvihovým objemem 12,8 litru má robustní konstrukcí a řadu technických inovací. Mezi zásadní znaky patří dva montované vačkové hřídele v hlavě válců, jedinečná vstřikovací soustava Common-Rail se zvyšováním tlaku X-Pulse, asymetrické výfukové turbodmychadlo, výkonná motorová brzda a čištění výfukových plynů s technikou SCR, recirkulací výfukových plynů a filtrem pevných částic, které splňuje přísnou emisní normu Euro VI. Motor OM 471 vzbudil hned na začátku pozornost svými výsledky v oblasti spotřeby paliva, k nimž přispěla mimo jiné i aerodynamika a optimalizace činnosti vedlejších spotřebičů. Jako důkaz absolvoval nejprve nový Mercedes-Benz Actros na podzim 2011 rekordní jízdu s celkovou délkou 10 000 km. Bezprostředně poté potvrzovali nízkou spotřebu paliva i zákazníci. Podnikatelé profitují především z nízkých nákladů, které plynou z nízké spotřeby paliva a oleje, extrémně dlouhých servisních intervalů až 150 000 km, jakož i robustnosti a dlouhé životnosti motorů. Řidiči oceňují spontánní reakce, vysokou úroveň hnací síly již při nízkých otáčkách a kultivovanost motorů i jejich výkonnou motorovou brzdu. Motory řady OM 471 se již osvědčily v praktickém provozu v nákladních vozidlech i autobusech značek Mercedes-Benz a Setra. Včetně úzce příbuzných motorů pro zámořské trhy bylo vyrobeno již 250 000 těchto poháněcích jednotek – žádná jiná platforma motorů pro těžký provoz nedosahuje vyšších výrobních počtů. Vývojáři motorů u nejnovější generace ještě více zvýraznili dobré vlastnosti motorů OM 471 mnoha jednotlivými opatřeními. Nejdůležitějším cílem dalšího vývoje bylo důsledné zaměření na nízké provozní náklady. Nejnovější generace motorů OM 471 tak opět zdůrazňuje kvality této řady. Díky ní se podařilo snížit spotřebu paliva o další až tři procenta a také robustnost byla dále zvýšena. Inženýři zároveň výrazně zvýšili točivý moment při nízkých otáčkách a rozšířili nabídku na pět výkonových stupňů s novou vrcholnou verzí.

Základní výkonové varianty s 310, 330 a 350 kW jsou doplněny třemi verzemi s označením „Top Torque“. U těchto motorů je při jízdě na nejvyšší převodový stupeň automatizované převodovky Mercedes PowerShift 3 v případě potřeby zvýšen točivý moment o 200 Nm. Tato strategie snižuje potřebný počet řazení a zvyšuje rychlost přepravy bez negativního vlivu na spotřebu paliva. Její význam je u nejnovější generace těchto motorů posílen ještě rychlejším nárůstem točivého momentu ve velmi nízkých otáčkách. Strohá čísla udávající maximální hodnoty výkonu a točivého momentu těchto motorů uvedenou skutečnost odrážejí pouze částečně. Nejvyšší výkon je u všech motorů nové generace k dispozici na téměř konstantní úrovni v širokém rozsahu otáček od 1450 do 1800 min^-1. Také nejvyšší točivý moment je téměř konstantní od 900 do 1450 min^-1. Z toho plyne výborná jízdní charakteristika s mimořádně širokým pásmem využitelných otáček.

Nejnovější generace vstřikovací soustavy X-Pulse. Zásadní součástí nové generace motorů je nejnovější generace vstřikovací soustavy X-Pulse, jedinečného systému Common-   Rail se zvyšováním tlaku ve vstřikovačích a možností libovolného řízení průběhu vstřikovacího procesu. Maximální tlak ve společném potrubí byl zvýšen z 900 na 1160 barů, což umožňuje dosahovat maximálního vstřikovacího tlaku 2700 barů. Dosavadní sedmiotvorové vstřikovací trysky byly nahrazeny osmiotvorovými tryskami, čímž se zvýšil maximální průtok o deset procent. Kromě toho je nová geometrie vybrání dna pístu a kompresní poměr byl výrazně zvýšen ze 17,3:1 na 18,3:1, přičemž míra recirkulace výfukových plynů byla snížena. Souhrn všech opatření přinesl další zvýšení účinnosti v celém rozsahu provozních podmínek. Výsledkem je výrazně nižší spotřeba paliva. Důsledkem nového průběhu křivky točivého momentu je také posunutí nejnižší spotřeby paliva do oblasti nižších otáček. Protože je motor důsledně koncipován pro nízkou spotřebu paliva, dochází při spalování k vyšší tvorbě emisí NOx. Proto byl systém SCR vybaven novým a účinným katalyzátorem SCR. Spotřeba aditiva AdBlue odpovídá přibližně pěti procentům spotřeby paliva, což je přibližně na úrovni předchozích motorů Euro V. Bilance nákladů je pozitivní. Až o tři procenta nižší spotřeba paliva je doprovázena jen mírně zvýšenou spotřebou výrazně levnějšího AdBlue pro čištění výfukových plynů. Jinak řečeno – při ročně ujeté vzdálenosti 130 000 km v dálkové dopravě a spotřebě paliva cca 28,5 l/100 km na náročné trase s plným zatížením ušetří každý Mercedes-Benz Actros s nejnovější generací motoru OM 471 za rok přibližně 1100 litrů paliva a vypustí do ovzduší přibližně o tři tuny méně emisí CO₂.

Vrcholná verze s výkonem 390 kW (530 k). Nejnovější generace X-Pulse s výrazně vyšším vstřikovacím tlakem tvoří zároveň předpoklad pro zavedení nové vrcholné verze řady OM 471, která dosahuje nejvyššího výkonu 390 kW (530 k) a vynikajícího maximálního točivého momentu 2600 Nm. Již při volnoběžných otáčkách 600 min^-1 nabízí nový motor suverénní točivý moment 1600 Nm. OM 471 tak vstupuje do oblasti výkonových parametrů, které byly ještě před několika lety vyhrazeny výrazně větším motorům a osmiválcům. OM 471 patří mezi nejvýkonnější vznětové motory své třídy. Pozornost si zasluhují rovněž hodnoty výkonu 30,5 kW (41,4 k) na litr zdvihového objemu a točivého momentu 203 Nm na litr zdvihového objemu. Nová vrcholná verze splňuje všechny požadavky dokonce i na velmi náročný provoz se soupravami o celkové hmotnosti 40 tun a více. Provozovatelé zároveň těží ze zřetelných výhod v oblastech hmotnosti a spotřeby paliva v porovnání s většími motory podobných výkonových parametrů.

Vysoký točivý moment již od nejnižších otáček. Z nového vstřikování profituje nejen nejvýkonnější verze, ale i všechny ostatní výkonové varianty motoru OM 471. Hodnoty nejvyššího výkonu a točivého momentu jednotlivých motorů sice zůstávají nominálně beze změny, ale křivky průběhu výkonu a točivého momentu mají v oblasti nejnižších otáček výrazně strmější růst, a odrážejí tak novou charakteristiku motorů. Ve všech výkonových stupních dosahují nové motory již při necelých 800 min^-1 točivého momentu minimálně 2000 Nm. V závislosti na výkonovém stupni je maxima točivého momentu dosaženo již přibližně mezi 800 a 950 min^-1. Podobně výhodný je v důsledku toho také průběh výkonové křivky nových motorů. Jmenovité otáčky činí nyní 1600 min^-1, ale i při dosavadních 1800 min^-1 poskytuje motor výkon, který je jen o jedno procento nižší než maximum. V závislosti na výkonové variantě je 95 procent maxima výkonu dosaženo již při cca 1300 až 1400 min^-1. To v praxi znamená vynikající provozní vlastnosti za všech myslitelných podmínek v extrémně širokém pásmu využitelných otáček cca 1000 min^-1. Zejména v nízkých otáčkách zanechávají již beztak výkonné motory nyní dojem, že patří minimálně o jednu výkonovou třídu výš.

Nižší otáčky v důsledku nižšího stálého převodu. Mercedes-Benz používá tuto novou charakteristiku pro delší standardní stálý převod. Jeho hodnota i = 2,533 místo dosavadní i = 2,611 znamená snížení úrovně otáček o tři procenta. U pneumatik 315/70 R 22,5 z toho plynou otáčky pouhých 1150 min^-1 při rychlosti jízdy 85 km/h. Díky nové výkonové charakteristice to není na úkor jízdních výkonů. Motory naopak disponují ve stoupání výrazně vyššími rezervami. Toto zvýšení jízdní dynamiky je patrné nejen při jízdě po dálnici, nýbrž i na ostatních silnicích. Dokládá to například mimořádně oblíbený Actros 1845. Při rychlosti jízdy 65 km/h má motor s novým stálým převodem na nejvyšší stupeň otáčky jen necelých 900 min^-1. Motor dosahuje již při těchto otáčkách téměř svého maximálního točivého momentu 2200 Nm, a vykazuje přitom dokonce ještě výrazné rezervy. S dosavadním motorem a stálým převodem jel Actros 1845 na nejvyšší převodový stupeň při stejné rychlosti s otáčkami přesahujícími hranici 900 min^-1, ale točivý moment necelých 2000 Nm byl již v sestupné oblasti. Sečteno a podtrženo to znamená, že nejnovější generace motorů Mercedes-Benz OM 471 kombinuje citelně vyšší jízdní výkony s výrazně nižší spotřebou paliva.

Patentované řešení recirkulace výfukových plynů. Mezi zvláštnosti motoru OM 471 patřilo od začátku asymetrické turbodmychadlo. Za účelem rychlého nárůstu plnicího tlaku s odpovídajícím rychlým nárůstem výkonu a točivého momentu jsou výfukové plyny z válců čtyři až šest přiváděny bez oklik přímo k oběžnému kolu turbíny. Naproti tomu definovaná část výfukových plynů z válců jedna až tři je odkláněna do systému recirkulace výfukových plynů, který slouží ke snižování emisí NOx. Toto řešení bylo v principu zachováno, avšak v detailech rozhodujícím způsobem zdokonaleno. Místo dosavadních klapek AGR v okruhu AGR je nyní jedna klapka AGR umístěna ve sběrném výfukovém potrubí, daleko před vstupem výfukových plynů do turbodmychadla. Zatímco dosud bylo rozdělování výfukových plynů mezi sběrným výfukovým potrubím a turbodmychadlem závislé mimo jiné na tvaru sběrného potrubí a geometrii asymetrického turbodmychadla, lze nyní rozdělování výfukových plynů plynule a velmi precizně regulovat v celém rozsahu provozních podmínek. Z toho pramení účinné řízení chladicí soustavy a všeobecně nižší míra AGR s přínosy pro spotřebu paliva. Jak míru AGR, tak i proudění výfukových plynů k turbodmychadlu lze vhledem k nové poloze klapky řídit v závislosti na provozní charakteristice motoru. Díky tomu již není nutné sledování recirkulace výfukových plynů senzorem ve Venturiho trubici (obtoku recirkulace výfukových plynů), ani následná regulace AGR. Plynule nastavitelná klapka AGR ve své nové poloze otvírá kromě toho novou šíři asymetrie. Zcela podle potřeby může být 0 až 100 procent výfukových plynů ze tří příslušných válců přiváděno zpět do válců, což je v konstrukci motorů jedinečné. Klapka AGR tak ovládá nejen proudění výfukových plynů do systému recirkulace výfukových plynů, ale i k turbodmychadlu.

Asymetrické vstřikování optimalizuje kvalitu výfukových plynů.

Rovněž nové je asymetrické vstřikování. V normálním provozu jsou vstřikovače všech šesti válců motoru OM 471 zásobovány stejným množstvím paliva. Je-li při nízkém zatížení nezbytná regenerace filtru pevných částí, je ke zvýšení teploty výfukových plynů nastavena vysoká míra AGR až kolem 50 procent. Aby se v tomto případě zabránilo neúplnému spalování s vyšším podílem pevných částic ve výfukových plynech, je při zvýšení míry AGR zároveň plynule snižováno množství paliva vstřikovaného do válců jedna až tři a zvyšováno množství paliva pro válce čtyři až šest. V extrémním případě může být sníženo vstřikované množství pro první tři válce až na nulu, zatímco ostatní tři válce pracují jako při maximálním zatížení. Na výkon, ani spotřebu paliva nemá toto snižování množství vstřikovaného paliva až k úplné deaktivaci válců žádný vliv, naproti tomu se zvyšuje kvalita výfukových plynů a klesají emise pevných částic. Pro řidiče jsou tyto změny nepostřehnutelné. To samé platí, když se sešlápnutím pedálu plynu zvýší zatížení motoru a palivo je vstřikováno do všech válců opět rovnoměrně.

Turbodmychadlo z vlastní výroby s vynikající účinností. K rychlému a vysokému zvýšení výkonu při nízkých otáčkách přispívá nové asymetrické výfukové turbodmychadlo, které bylo vyvinuto značkou Mercedes-Benz a je vyráběno v motorárně Mannheim. Konstrukce vlastního turbodmychadla tak mohla být precizně přizpůsobena požadavkům motorů OM 471. Turbodmychadlo přesvědčí i svou vynikající účinností. Velmi přísné tolerance v sériové výrobě zajišťují nejvyšší kvalitu a dlouhou životnost. Asymetrické turbodmychadlo má stejně jako dosud pevnou geometrii rozváděcích lopatek turbíny. Z technického hlediska je tato jednodušší varianta mnohem méně náchylná k poruchám, než například turbodmychadlo s variabilní geometrií rozváděcích lopatek. Ke zjednodušení přispívá rovněž upuštění od obtokového ventilu. Tento krok snižuje komplexnost turbodmychadla a eliminuje potenciální zdroje závad, jako jsou například netěsnosti – to je další plusový bod pro robustnost a dlouhou životnost motorů OM 471.

Ještě robustnější díky menšímu počtu senzorů a předvídavému řízení pracovních procesů motoru. Mercedes-Benz se u nejnovější generace motorů OM 471 zřekl nejen obtokového ventilu pro turbodmychadlo, ale i regulace plnicího tlaku. Společně s eliminací senzoru AGR a regulace AGR to znamená, že termodynamicky až do detailu optimalizovaný motor je provozován s předvídavým řízením pracovních procesů. Motor pracuje díky tomuto řízení ještě hospodárněji. Přesné, „předvídavé“ řízení veškerých parametrů vede k optimální účinnosti bez oklik v podobě jednotlivých systémů regulace a jejich kombinací. Například propracovaná strategie řízení emisí nahrazuje veškeré dosud běžné individuální systémy regulace recirkulace výfukových plynů a plnicího tlaku, a díky tomu pracuje výrazně účinněji. Motor je zároveň ještě robustnější díky eliminaci četných komponentů a dílů. Základní myšlenka je stejně jednoduchá jako logická – co motor nemá, to se ani nemůže porouchat. Místo na senzory s následnou regulací sází Mercedes-Benz na různé podpůrné režimy, například při provozu se studeným motorem, se studeným nasávaným vzduchem nebo se studeným systémem dodatečného čištění výfukových plynů. Stejně tak jsou v řídicí jednotce uloženy režimy pro provoz ve středních a vysokých nadmořských výškách, jakož i pro pasivní a aktivní regeneraci nebo regeneraci při volnoběhu. S výjimkou aktivní regenerace se přitom jedná o zcela plynulé průběhy regulace, kdy může být motor provozován vždy v oblasti optimální účinnosti.

Převzato z časopisu

Fotogalerie