W całej Europie to właśnie samochodami ciężarowymi transportuje się większość towarów. A ponieważ najpopularniejszym paliwem w ich przypadku jest olej napędowy, bardzo ważne jest, aby ich silniki miały wysoki poziom sprawności i czystości. W końcu chodzi o to, aby transport się opłacał, a powietrze było czyste. Technika, którą producenci stosują w tym celu w swoich pojazdach, jest bardzo kosztowna i musi być wysoce niezawodna, ponieważ tylko ciężarówka, która jeździ, przynosi zyski. Dobrym przykładem wysiłków podejmowanych przez producentów w celu budowy czystszych i bardziej wydajnych napędów są silniki do samochodów ciężarowych i autobusów z typoszeregu OM 471 firmy Mercedes-Benz. Jak podaje firma, po modyfikacjach jednostki napędowej osiągnięto lepszą charakterystykę momentu obrotowego i obniżenie zużycia o 3%. Na pierwszy rzut oka nie wydaje się to być wielką różnicą, ale oznacza 1100 l mniej w ciągu roku, jeśli silnik zamontowany jest w tirze, który rocznie pokonuje 130 000 kilometrów. Szczególnymi cechami przerobionych silników, jak podaje Mercedes, są dwa umieszczone w głowicy wałki rozrządu, system wtrysku Common Rail ze wzmocnieniem ciśnienia „X-Pulse”, asymetryczna turbosprężarka napędzana gazami spalinowymi oraz układ oczyszczania spalin z technologią SCR (selektywna redukcja katalityczna), recyrkulacja spalin i filtr cząstek stałych, który spełnia przepisy normy Euro 6.

Ciśnienie wtrysku 2700 barów

Cechą wyróżniającą unowocześniony układ wtryskowy „X-Pulse” jest wzmocnienie ciśnienia we wtryskiwaczu i możliwość swobodnego modelowania wtrysków. Aby usprawnić wtryskiwanie, konstruktorzy zwiększyli maksymalne ciśnienie w szynie paliwowej z 900 do 1160 barów. Ciśnienie to jest dodatkowo wzmacniane we wtryskiwaczu i osiąga maksymalną wartość 2700 barów. Wtryskiwacze mają teraz osiem zamiast siedmiu otworów, aby zwiększyć maksymalny przepływ. Ponadto nowa geometria komory tłoka umożliwia zwiększenie stosunku sprężania z 17,3:1 do 18,3:1. Razem ze zmniejszonym współczynnikiem recyrkulacji spalin, kroki te mają poprawić sprawność w całej charakterystyce silnika. Konsekwentne dążenie do obniżenia zużycia paliwa prowadzi jednak do zwiększenia emisji tlenków azotu (NOX). Temu ma przeciwdziałać technologia SCR z katalizatorem nowej generacji. Według informacji firmy Daimler, katalizator ten umożliwia utrzymanie zużycia AdBlue na poziomie 5% zużycia paliwa, czyli na poziomie poprzednich silników klasy Euro 5 – mimo większych emisji.

Asymetryczna turbosprężarka

Asymetryczną turbosprężarkę o prostej konstrukcji Mercedes produkuje samodzielnie.

Silnik OM471 może pracować na zmniejszonej praktycznie do zera dawce paliwa na trzech cylindrach i zwiększonej na pozostałych trzech.

Już przy prędkości biegu jałowego osiągane jest 1600 Nm momentu obrotowego. Przy 1000 obrotach na minutę osiągany jest maksymalny moment obrotowy na poziomie 2600 Nm.

Już w poprzedniej generacji do cech szczególnych silników OM 471 należała asymetryczna turbosprężarka. Pozwala ona na prowadzenie spalin z cylindrów 4, 5, 6 bezpośrednio do turbiny, dzięki czemu ciśnienie doładowania rośnie szybciej. Skutkiem tego jest szybki wzrost mocy i momentu obrotowego. Natomiast określona część spalin z cylindrów 1 do 3 zostaje przekierowana do recyrkulacji spalin. Dzięki temu emisje NOX zostają obniżone. Ta zasada działania została zachowana w nowych silnikach. Jednak dotychczasową klapę recyrkulacji spalin w przewodzie recyrkulacji zastąpiono klapą przesuniętą daleko do przodu, w kolektorze wydechowym. Znajduje się ona wyraźnie przed wlotem spalin do turbosprężarki. O ile do tej pory podział spalin między kolektor wydechowy a turbosprężarkę zależał m.in. od kształtu kolektora i od geometrii asymetrycznej turbosprężarki, o tyle teraz podział jest płynnie regulowany w całej charakterystyce silnika. Według informacji Mercedesa skutkuje to skutecznym zarządzaniem ciepłem i ogólnie niższym współczynnikiem recyrkulacji spalin, co wpływa pozytywnie na zużycie paliwa. Nowe położenie klapy umożliwia sterowanie zarówno współczynnikiem recyrkulacji spalin jak i spalinami kierowanymi do turbosprężarki odpowiednio do charakterystyk roboczych silnika. Dzięki temu inżynierowie mogli zrezygnować z rejestrowania recyrkulacji spalin za pomocą czujnika w zwężce Venturiego (obejściu recyrkulacji spalin). Także występujące w dalszym odcinku sterowanie recyrkulacją spalin nie jest już potrzebne. Płynnie regulowana klapa recyrkulacji spalin w nowym położeniu tworzy nowy zakres asymetrii. Spaliny z trzech cylindrów zależnie od potrzeb mogą być doprowadzane do spalania w zakresie od 0 do 100%. W ten sposób klapa recyrkulacji spalin steruje nie tylko strumieniem spalin do recyrkulacji, lecz także turbosprężarką. Ponieważ technologia ta nie może być stosowana w żadnej turbosprężarce oferowanej przez poddostawców, Mercedes sam ją opracował i wyprodukował. Turbosprężarka ta nie wymaga zmiennej geometrii łopatek, dzięki czemu jest mniej skomplikowana technicznie i bardziej odporna na usterki. Kolejnym uproszczeniem jest brak zaworu wastegate.

Warto wiedzieć
Wtrysk wysokociśnieniowy

Podniesienie ciśnienia wtrysku w silnikach Diesla powoduje wzrost mocy przy jednoczesnym obniżeniu emisji. To dlatego, że przy wyższym ciśnieniu układ wtryskowy może wprowadzić do cylindrów więcej paliwa w dostępnym czasie i bardziej elastycznie dzielić paliwo na kilka częściowych wtryśnięć. Dzięki temu turbosprężarka może na przykład wpompować do komory spalania więcej powietrza i w ten sposób lepiej ją wypełnić. Oprócz tego wyższe ciśnienie umożliwia zastosowanie mniejszych otworów wtryskowych, co z kolei pozwala na lepsze rozpylenie paliwa w momencie wtrysku i jego zmieszanie z zasysanym powietrzem. W połączeniu z częściowymi wtryśnięciami prowadzi to do zmniejszenia emisji.

 

Warto wiedzieć
Technologia SCR
Katalizator SCR (selektywna redukcja katalityczna) zmniejsza ilość tlenków azotu w spalinach nawet o 95%. W tym celu na podstawie danych z elektroniki silnika, takich jak obroty czy temperatura robocza, dozownik wtryskuje wodny roztwór mocznika AdBlue do strumienia spalin. W ten sposób powstaje amoniak, który w katalizatorze SCR reaguje z tlenkami azotu, tworząc nieszkodliwy azot i wodę.

Silnik tymczasowo trójcylindrowy

Kolejną nowością w silniku OM 471 jest asymetryczny wtrysk. Przy normalnej jeździe wtryskiwacze wszystkich sześciu cylindrów są zaopatrywane w identyczną ilość paliwa. Jeśli przy niewielkim obciążeniu konieczna jest regeneracja filtra cząstek stałych, elektronika ustawia wysoki współczynnik recyrkulacji spalin, sięgający 50%, aby obniżyć temperaturę spalin. Aby w tym przypadku nie doszło do niepełnego spalania i wytwarzania odpowiednio większej ilości sadzy w spalinach, regulacja silnika jednocześnie zmniejsza płynnie ilość paliwa w cylindrach 1 do 3, zwiększając równolegle ilość paliwa w cylindrach 4 do 6. W skrajnym przypadku ilość paliwa wtryskiwana do pierwszych trzech cylindrów może być ograniczona do zera, podczas gdy pozostałe trzy cylindry mogą pracować jak przy maksymalnym obciążeniu. Ta redukcja aż do wyłączenia cylindrów nie wpływa podobno na moc oddawaną i zużycie paliwa, natomiast jakość spalin wzrasta, a emisja cząstek sadzy maleje. Mercedes oferuje silnik OM 471 w konstrukcji sześciocylindrowej rzędowej o pojemności 12,8 l, z pięcioma mocami od 310 kW/421 KM do 390 kW/530 KM. Najmocniejsza wersja posiada moment obrotowy 2600 Nm i już przy prędkości obrotowej biegu jałowego 600 min-1 wytwarza moment obrotowy 1600 Nm. Na wszystkich poziomach mocy silniki przy prędkości obrotowej lekko poniżej 800 min-1 wytwarzają minimalny moment obrotowy 2000 Nm. W zależności od mocy osiągają maksymalny moment obrotowy już między 800 i 950 min-1. Nowa charakterystyka silników umożliwia firmie Mercedes-Benz zastosowanie dłuższego standardowego przełożenia na tylnej osi, co również pozytywnie wpływa na zużycie paliwa. Przełożenie i=2,533 zamiast dotychczasowego i=2,611 to o 3% niższy poziom prędkości obrotowej. Według danych producenta z ogumieniem 315/70 R 22,5 oznacza to prędkość obrotową 1150 min-1 przy prędkości jazdy 85 km/h. Ma to znaczenie nie tylko na autostradach. Mercedes pokazuje to na przykładzie Actrosa 1845. Przy prędkości 65 km/h jego silnik z nową osią, pracuje na najwyższym biegu z prędkością prawie 900 min-1. Przy tej prędkości obrotowej silnik osiąga prawie maksymalny moment obrotowy, wynoszący 2200 Nm i ma jeszcze rezerwy. W dotychczasowym układzie silnika i osi, na najwyższym biegu i przy równym tempie, Actros 1845 osiągał prędkość obrotową 900 min-1, a moment obrotowy wynosił blisko 2000 Nm, przy czym znajdował się już w opadającym odcinku charakterystyki.