Mercedes-Benz OM 471, 2.generace: Účinnost i výkon

Před čtyřmi roky byla odhalena třetí generace dálkové řady Actros a s ní také nový řadový šestiválec OM 471 Euro VI. Agregát s objemem válců 12,8 litru prošel v současnosti vydatnou úpravou, proto si nejdříve připomeňme jeho velké entrée v roce 2011.

Současný

Agregát OM 471 byl v první řadě nazvané BlueEfficiency Power splňující požadavek Euro VI. Nabízí výkonové rozmezí 310 – 375 kW a točivý moment 2100 – 2500 N.m. Téměř plný výkon poskytuje už při 1400 min^-1. V souvislosti s tímto agregátem měl před čtyřmi roky premiéru vstřikovací systém common rail X-Pulse. Nejvyšší tlak ve společném potrubí činil 90 MPa, ve vstřikovačích byl zvyšován až na 210 MPa. Technickou parádu tohoto motoru tvoří asymetrické turbodmychadlo. Co můžeme očekávat od nového vydání šestiválce OM 471?

Nový

Poslední generace motoru OM 471 umocňuje kvalitu této řady BlueEfficiency Power. Díky ní se podařilo snížit spotřebu paliva o další až tři procenta. Inženýři zároveň výrazně zvýšili točivý moment při nízkých otáčkách a rozšířili nabídku na pět výkonových stupňů s novým vrcholným provedením 390 kW.

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 N.m. 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.

Plochá křivka

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 1450-1800 za minutu. Téměř nejvyšší točivý moment je v závislosti na výkonové verzi dostupný již od 750 – 950 min^-1. Z toho plyne výborná ekonomika provozu. Díky maximu točivého momentu dostupnému až do 1450 min^-1 nabízí agregát mimořádně široké rozmezí ekonomických otáček.

Zlepšené X-Pulse

Zásadní součástí nové generace motoru OM 471 je upravená vstřikovací soustava X-Pulse. Nejvyšší tlak ve společném potrubí byl zvýšen z 90 na 116 MPa, což umožňuje dosahovat ve vstřikovačích extrémního vstřikovacího tlaku 270 MPa.

Vstřikovací trysky obdržely ve srovnání se současným motorem OM 471 o jeden otvor navíc a mají jich celkem osm. Znamená to tedy při stejném průtoku nafty její lepší rozprášení, tudíž i rychlejší a homogennější vznícení. Díky tomu mohl být zvýšen kompresní poměr na 18,3:1. Výrobce jej dosáhl změnou geometrie dna pístu, který při jemnějším rozstřiku nafty trpí menším tepelným namáháním.

Více NOX a Adblue

Spolu se zvětšením kompresního poměru souvisí omezení recirkulace výfukových plynů, které přispívá například k delší životnosti motorového oleje. Zároveň však při spalování nafty vzniká větší množství oxidů dusíku. Proto byl systém SCR vybaven novým a účinným katalyzátorem. Spotřeba aditiva Adblue narostla a odpovídá přibližně pěti procentům spotřeby nafty, což je přibližně na úrovni předchozích motorů Euro V.

Souhrn těchto úprav přinesl zvýšení účinnosti motoru v celém rozsahu provozních podmínek, zároveň dochází k menší produkci sazí, z čehož profituje životnost filtru pevných částic.

Nový vrchol

Upravené vstřikování X-Pulse s výrazně vyšším vstřikovacím tlakem tvoří zároveň předpoklad pro zavedení nové vrcholné verze řady OM 471 o výkonu 390 kW a točivém momentu 2600 N.m.

OM 471 patří mezi nejvýkonnější vznětové motory své třídy. Pozornost si zasluhují rovněž hodnoty výkonu 30,5 kW na litr zdvihového objemu a točivého momentu 203 N.m na litr. Nová vrcholná verze splňuje všechny požadavky dokonce i na velmi náročný provoz se soupravami o celkové hmotnosti čtyřicet tun a více. Provozovatelé zároveň těží ze zřetelných výhod v oblastech hmotnosti a spotřeby paliva v porovnání s většími motory podobných výkonových parametrů.

Tah od volnoběhu

Již při volnoběžných otáčkách 600 za minutu nabízí nový motor točivý moment 1600 N.m. jednotka OM 471 tak vstupuje do oblasti výkonových parametrů, které byly ještě před několika lety vyhrazeny výrazně větším motorům a osmiválcům.

Z nového vstřikování profituje nejen nejvýkonnější verze, ale i všechny ostatní výkonové varianty. Hodnoty nejvyššího výkonu a točivého momentu stávajícího i nového motoru OM 471 sice zůstávají nominálně beze změny, ale křivky průběhu výkonu a točivého momentu novinky mají v oblasti nejnižších otáček výrazně strmější růst. Ve všech výkonových stupních dosahují nové motory již při necelých 800 min^-1 točivého momentu minimálně

2000 N.m.

Průběh výkonu

Díky změnám je průběh výkonové křivky nových motorů výrazně výhodnější. Jmenovité otáčky maxima výkonu činí nyní 1600 min^-1, ale v závislosti na výkonové variantě je 95 procent maxima výkonu dosaženo již při cca 1300 až 1400 min^-1. Křivka neklesá výrazně ani za maximem výkonu, protože i při 1800 min^-1 je jen o jedno procento nižší než maximum.

To v praxi znamená vynikající provozní vlastnosti za všech myslitelných podmínek v extrémně širokém pásmu využitelných otáček cca 1000 za minutu. Zejména v nízkých otáčkách zanechávají již beztak výkonné motory nyní dojem, že patří minimálně o jednu výkonovou třídu výš.

Delší stálý převod

Díky zlepšení průběhu točivého momentu v nízkých otáčkách mohl výrobce nabídnout strmější převod diferenciálu i 2,533 místo v současnosti nejdelšího 2,611. V praxi to znamená snížení otáček motoru při stejné rychlosti o tři procenta, což u pneumatik standardního rozměru 315/70 R 22.5 znamená při rychlosti 85 km/h na dvanáctý převodový stupeň jen 1150 min^-1. Díky novému průběhu točivého momentu to není na úkor jízdních výkonů. Naopak ve stoupání má dvanáctka ještě dost velkou rezervu snížení rychlosti pro své využití.

Při rychlosti jízdy 65 km/h má motor s novým stálým převodem a dvanáctkou otáčky necelých 900 min^-1. Motor dosahuje již při těchto otáčkách točivého momentu 2200 N.m a vykazuje přitom dokonce ještě výrazné rezervy. S dosavadním motorem a stálým převodem otáčky přesahovaly hranici 900 min^-1, ale k dispozici bylo jen 2000 N.m.

Patentovaná recirkulace

Mezi zvláštnosti motoru OM 471 patřilo od začátku asymetrické turbodmychadlo. Za účelem rychlého nárůstu plnicího tlaku s odpovídajícím rychlým nárůstem výkonu i točivého momentu jsou výfukové plyny ze čtvrtého až šestého válce přiváděny bez oklik přímo k oběžnému kolu turbíny. Část výfukových plynů z prvního až třetího válce je odkláněna do systému recirkulace výfukových plynů. Toto řešení bylo v principu zachováno, ale místo dosavadních klapek EGR v okruhu je nyní jedna klapka umístěna již ve sběrném výfukovém potrubí. Tím lze rozdělování výfukových plynů plynule a velmi precizně regulovat v celém rozsahu provozních podmínek. Míru recirkulace 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 na obtoku ani následná regulace EGR. Turbodmychadlo s pevnými lopatkami nepotřebuje ani obtokový ventil či regulaci plnicího tlaku. Společně s eliminací senzoru EGR a regulace to znamená, že termodynamicky optimalizovaný motor je provozován s předvídavým řízením pracovních procesů.

Méně čidel

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.

Plynule nastavitelná klapka EGR ve své nové poloze otvírá kromě toho novou šíři asymetrie. Podle potřeby může být nula až sto procent výfukových plynů ze tří příslušných válců přiváděno zpět do válců, což je v konstrukci motorů jedinečné. Klapka EGR tak ovládá nejen proudění výfukových plynů do systému recirkulace výfukových plynů, ale i k turbodmychadlu.

Oddělené 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 až padesátiprocentní recirkulace výfukových plynů.

Aby se v tomto režimu zabránilo nedokonalému spalování s vyšším podílem pevných částic ve výfukových plynech, je při zvýšení míry EGR zároveň snižováno množství nafty vstřikovaného do prvního až třetího válce a naopak zvyšováno do ostatních válců.

V extrémním případě může být vstřikované množství do první poloviny válců až nulové, zatímco ostatní tři pracují při maximálním zatížení.