Mercedes-Benz OM 651

NOVÁ TECHNIKA
Mercedes-Benz OM 651
Mercedes-Benz OM 651
NOVÁ TECHNIKA
text: Martin Vaculík, foto: Mercedes-Benz
TECHNICKÉ ÚDAJE
Nové
čtyřválce
revoluce
přeplňování
i vstřikování
Označení
200 CDI
Konstrukce
Zdvihový objem (cm3):
Vrtání x zdvih (mm):
Kompresní poměr
Výkon (kW):
100
Při otáčkách (min-1): 3000 – 4600
Točivý moment (N.m): 330
Při otáčkách:
1600 – 2800
přijatelné výrobní
náklady.
Připraveny jsou tři
výkonové verze – krom zmíněné
nové dvouturbové
250 CDI i dvě jednoturbové, nahrazující
stávající provedení.
Pod označením
200 CDI tak je motor
naladěn na 100 kW
a 330 N.m, coby 220 CDI
na 125 kW a 400 N.m. Čili
parametry (až na točivý moment o 60 N.m vyšší u verze
200 CDI) stejné jako u poslední
evoluce současného motoru,
jednotky OM 646.
Právě poslední evoluce
původního agregátu byla jistým
mezikrokem k současnému stavu.
V březnu roku 2006 totiž výrobce
do modernizované třídy E zavedl
upravené agregáty 200 a 220 CDI,
které měly mírně snížený kompresní poměr z 18,0:1 na 17,5:1
a místo vstřikování Bosch dostaly
Delphi – již s novým čerpadlem
PO DLOUHÝCH LETECH VYLEPŠOVÁNÍ STÁVAJÍCÍ
KONSTRUKCE VYVINUL MERCEDES-BENZ ZCELA NOVÉ
VZNĚTOVÉ ČTYŘVÁLCE, KOMPATIBILNÍ NEJEN S AKTUÁLNÍMI
EKOLOGICKÝMI NORMAMI, ALE I S VYSOKÝMI OČEKÁVÁNÍMI
ZÁKAZNÍKŮ OHLEDNĚ VÝKONU A KULTURY CHODU. MĚLY
BY BÝT TÉŽ SCHOPNY SPOLUPRACOVAT S CHYSTANÝMI
HYBRIDNÍMI POHONNÝMI ÚSTROJÍMI.
Z
aokrouhlený zdvihový
objem 2,2 litru by nahrával
myšlence, že jde o další
evoluci agregátu z roku
1997, který byl svého času jedním
ze dvou prvních nositelů Common
Railu. Nicméně podrobnější zkoumání odhalí, že vše je jinak. Místo
motoru s takřka čtvercovou konfigurací vrtání a zdvihu (88,0x88,3) přichází výrazný „nadčtverec“ (83,0 x
x 99,0), kompresní poměr poklesl ze
17,5:1 až na 16,2:1, pohon rozvodů
se přesunul na zadní stranu k setrvačníku, což je řešení pro motory
osobních vozů velmi netypické. Na
motorech je použita zcela nová
generace vstřikovacího systému
Delphi s tlakem až 2000 barů a piezoelektricky ovládanými vstřikovači.
Vrcholná výkonová verze, která
bude nabízena pod obchodním
označením 250 CDI, je přeplňována
dvojicí sériově zapojených nestejně
velkých turbodmychadel. Kromě
výkonu (150 kW při 4200 otáčkách)
autodiesel
16
udivuje především točivým momentem celých 500 N.m v rozsahu od
1600 do 1800 min-1.
Příprava
mezikrokem
Trochu překvapením
je technologie výroby
bloku, který je odlit v celku
z litiny s vyvrtanými válci.
Nejlepší vznětové motory
současnosti (BMW, Toyota, Honda) jsou přitom
celohliníkové konstrukce
s ocelovými vložkami.
Hliník má nižší hmotnost
i tepelnou kapacitu, takže
vozidlo méně váží a jeho
motor se rychleji zahřívá,
vykazuje příznivější
emise a nižší ovlivnění
spotřeby paliva chladným podnebím. Samotný Mercedes-Benz
technologii celohliníkových dieselů používá
na vidlicových
třílitrových
šestiválcích (280
a 320 CDI). Pravděpodobně bylo nutné udržet
u skromnějšího čtyřválce
220 CDI
250 CDI
R4, 16V
2143
83,0 x 99,0
16,2 : 1
125
150
3200 – 4600
4200
400
500
1400 – 2800 1600 – 1800
představované zcela nové motory
budou používat systém tohoto
výrobce.
Revoluční
vstřikování
Zde se mnozí zarazí. Vstřikování
Delphi aplikované na fordech,
renaultech, kiách a hyundaiích totiž
v minulosti mnoho jejich majitelů
pěkně potrápilo nadměrnou citlivostí
na jakost paliva, krátkou životností
vstřikovačů i jejich opakujícími se
závadami. Nicméně zkušenosti
s dvouletým používáním na mercedesech (které jsou kilometrově
značně vytěžovány) ukazují, že
za většinu problémů mohlo starší
čerpadlo DFP2 nezvyklé radiální
konstrukce. V něm docházelo ke
tření materiálů ve vysokých rychlostech a pod vysokými tlaky, následně
pravděpodobně k uvolňování mikro-
DFP3, ale ještě se solenoidovými
vstřikovači. Zavedena u nich byla
též turbodmychadla s elektrickým
nastavováním lopatek statoru (místo pneumatického). Přineslo jim to
více výkonu (v případě 220 CDI již
současných 125 kW a 400 N.m),
ale též kritizovanou hlučnost
a nevyrovnaný průběh točivého
momentu se skokovým nástupem
pod dvoutisícovou hranicí. Zejména
v nové třídě C představené
v roce 2007 a ve spojení
s manuální převodovkou
bylo evidentní, že vozidlo
Nejvýkonnější verze 250 CDI nechává
je hlučnější, méně pružné
možnostem konstrukce volný průběh a nesnaží
a méně úsporné než
se o umělé vyhlazení křivek.
srovnatelný produkt mnichovské konkurence. Na
Výkonová charakteristika
druhou stranu MercedesTočivý moment
-Benz tím učinil takřka
Výkon
(N.m)
strategický krok, když se
(kW)
po letech opět odvážil
opustit svého dlouholetého partnera – firmu Bosch.
S funkcí systému Delphi
zde byla spokojenost,
takže i nyní
Celkový pohled odhaluje zvětšený mezichladič
s předchůdci
Motor OM 651 ve srovnání
Specifický
výkon (kW/l)
1983: OM 601 – 2,0D (atmosférický
í
předkomůrkový osmiventil, vstřikován
řadovým čerpadlem s tlakem 300 barů)
Specifický točivý
moment (N.m/l)
Impozantní nárůst specifických
výkonů dieselů Mercedes-Benz
l
1997: OM 640 – 220 CDI (šestnáctiventi
,
hadla
dmyc
turbo
etrií
geom
s pevnou
vstřikováním Bosch a s tlakem 1200 barů)
2006: OM 646 evo – 220 CDI
m,
(šestnáctiventil s VNT turbodmychadle
vstřikování Delphi s tlakem 1800 barů)
l
2008: OM 651 – 250 CDI (šestnáctiventi
s dvojicí nestejně velkých
turbodmychadel, piezoelektrické
vstřikování Delphi s tlakem 2000 barů)
Otáčky (x 1000 min-1)
autodiesel
17
NOVÁ TECHNIKA
Mercedes-Benz OM 651
Mercedes-Benz OM 651
Systém dvoustupňového přeplňování
Podtlakový aktuátor
Přemostění malého
kompresoru – otevírá se
při vysokých otáčkách
Klapka obtokového kanálu
malého turbodmychadla.
Otevírá se při vyšším
zatížení a pouští výfukové
plyny do větší turbíny.
Malé vysokotlaké
turbodmychadlo pro
nízké otáčky
Klapka Waste-gate
obtokového kanálu velké
turbíny chránícího ji před
přetížením.
Podtlakové aktuátory
Velké nízkotlaké
turbodmychadlo pro vysoké otáčky
Výstup stlačeného
vzduchu do mezichladiče
skopického otěru, který poškozoval
vstřikovače.
Delphi bylo dlouho jediným ze
čtyř výrobců systémů Common
Rail, který nepoužíval piezoelektrické ovládání vstřikovačů. Právě
přelomová konstrukce vstřikovačů,
u nichž piezočlánek přímo pohybem
jehly otevírá a zavírá trysku, je asi
nejzajímavějším a nejunikátnějším prvkem tohoto motoru. Přímé
ovládání, kdy nezvykle dlouhý
piezočlánek „nasčítá“ dostatečně
dlouhý pohyb k otevření jehly, je
revoluční z hlediska spolehlivosti,
výrobních nákladů i přesnosti
a rychlosti regulace vstřikovače.
Ovládací mechanismus, dělící proud
nafty mezi dávku a přepad, je totiž
Průřezová kresba zepředu ukazuje složitý pohon
pomocných agregátů, včetně viskospojky ventilátoru
autodiesel
18
poradí s vytáčením. Nejvýkonnější
dvouturbová verze má jednoznačnou výkonovou špičku při
4200 min-1, což je dáno snahou
vyždímat z motoru maximum. Prostřední 220 CDI, u níž jsou špičkové
hodnoty potlačeny ve prospěch
pružnosti a lineárního průběhu, se
chlubí fascinujícími rozsahy otáček.
Nejvyššího výkonu 125 kW dosahuje od 3200 do 4800 min-1, točivý
moment 400 N.m je k dispozici od
1400 do 2800 otáček. Podobné je to
u verze 200 CDI. Ač tedy dvě slabší
varianty mají základní výstupní
parametry shodné se současnými
motory, tak krom deklarované nižší
hlučnosti a spotřeby paliva nabídnou i daleko lepší pružnost. Zcela
zmizet by měl kritizovaný skokový
průběh točivého momentu.
Nová, ale
nejporuchovější části vstřikovačů,
vyzkoušená
takzvaný nadměrný zpětný tok patří
k nejčastěji diagnostikovaným závatechnika
dám (vozidlo pak pod plným plynem
Systém dvoustupňového přeplňování sériovým zapojením dvojice
náhle ztratí výkon a přejde do nouzového režimu). Nové vstřikovače
nestejně velkých turbodmychaDelphi vůbec žádný přepad nemají,
del si výrobce odzkoušel již na
odpadá tak nutnost návratu paliva do původním motoru OM 646 ve verzi
pro současnou generaci dodávky
nádrže, chlazení i problémy s pěněním nafty. Vysokotlaké čerpadlo také
Sprinter – byly jím vybaveny verze
nemusí vykonávat zbytečnou práci,
313 a 315 CDI. Na novém motoru je
takže při plné zátěži odebírá motoru
použit pouze ve variantě 250 CDI,
kde by již pro výkon 150 kW muselo
až o jeden kilowatt výkonu méně
být jediné turbo buď příliš velké
než u konvenčních systémů
(a tudíž se značnou prodlevou
s přepadem. Hlavní vliv
na parametry
nových motorů
však má mimoI nové piezoelektrické vstřikovače Delphi si
řádně přesná
zachovaly tradiční štíhlou konstrukci
regulace
vstřikovaného
množství
a vyšší maximální dávka.
Ve vysokých
otáčkách má totiž
vstřikovač jen velmi málo času na
dopravu potřebné
dávky, i proto točivý
moment vznětových
motorů s rostoucími otáčkami
obvykle poměrně rychle klesá. Díky novým vstřikovačům
Delphi si tak OM651 dobře
NOVÁ TECHNIKA
Umístění rozvodů vzadu u setrvačníku je obvyklé pouze u nákladních
automobilů. Stejné řešení má i dvanáctiválec Audi.
Složitý pohon vyvažovacích hřídelí, vysokotlakého čerpadla
a rozvodů je umístěn vzadu u setrvačníku, čili opačně
než obvykle. Zde leží v uzlu torzních kmitů a jeho namáhání je
nejpříznivější, hlučnost nejnižší.
reakce z nízkých otáček),
nebo by trpělo příliš vysokým
namáháním.
První malé turbodmychadlo je
hned za výfukovými svody a je
označováno jako vysokotlaké.
Turbínu o průměru 38,5 mm
roztáčejí výfukové plyny rychlostí až
248 000 min-1. Poté proudí do větší
nízkotlaké turbíny, kde je využíván
zbytek jejich energie. Výstupní tlak
z jejího kompresoru je při nízkých
otáčkách malý, ale sčítá se s tlakem
malého turbodmychadla. Jak otáčky
a zátěž rostou (a s nimi i průtok
výfukových plynů), dostává se malé
turbodmychadlo pozvolna na hranici
maximální efektivní hltnosti svého
kompresoru. Poté začíná být otevírán obtokový kanál velkého průměru
a stále větší část plynů proudí přímo
do velké nízkotlaké turbíny. Při plné
zátěži při vysokých otáčkách již je
obtokový ventil malého turba zcela
otevřen, takže většina plynů směřuje na lopatky velkého kompresoru
(s průměrem 50 mm), které roztáčí
rychlostí nanejvýše 185 000 min-1.
I tato velká turbína je proti přetížení
chráněna obtokovým kanálem (tzv.
waste-gate).
Zatímco výfukové plyny postupují
od malé turbíny k velké, tak nasávaný vzduch proudí opačně – nejprve
do velkého (průměr 56,1 mm), poté
do malého kompresoru (průměr
41 mm). Při nízkém zatížení to
velké totiž generuje jen malý tlak
a předstlačuje vzduch pro malé. Při
vysokém zatížení vytváří
výsledný plnicí tlak hlavně
velký kompresor. Aby
nemusel být protlačován
z ním následujícím malým (čímž
by docházelo ke ztrátám a nárůstu
teploty vzduchu), k tomu slouží
obtokový kanál kolem něj. Stlačený vzduch pak míří rovnou do
mezichladiče. Regulace, tj. pozvolné
zapojování a předávání rolí mezi
sériově zapojenými turbodmychadly,
je na rozdíl od paralelních systémů
naprosto plynulá bez jakýchkoliv
skokových efektů „nakopnutí druhého turba“. K vyváženému chodu
přispívá také systém klapek v sacím
potrubí, které přivíráním kanálů
regulují proudění ve válcích – cílem
je dostatečně rychlý a „vířivý“ proud
již při malém průtoku.
Bude mu stačit
převodovka?
Mercedes-Benz C220 CDI s motorem OM 646 má nyní normovanou
průměrnou spotřebu 5,9 l/100 km.
S novou generací motoru o stejném
označení a výstupním výkonu tato
klesne na 5,1 l/100 km, což je
jen o 0,2 l/100 km horší hodnota
než u nedostižného BMW 320d
(které je však takřka o 100 kg lehčí).
Verze C250 CDI bude mít spotřebu
5,4 l/100 km, čili i ona je o půl litru
úspornější než současné 220 CDI.
Svoji roli jistě má i niminalizace
energetických nároků příslušenství – třeba vodní pumpa je nyní
elektrická
a olejové čerpadlo
má proměnný výkon. Po zavedení
do třídy C (pravděpodobně koncem
tohoto roku) bude motor uváděn i do
dalších modelových řad. Významnou roli bude hrát v nové třídě E
(kde jsou na rozdíl od mnichovského konkurenta čtyřválcové diesely tahounem celkových prodejů)
a použit bude i v existující generaci
užitkového modelu Sprinter. Otazníky visí nad převodovkami, zejména
zda u verze 250 CDI
bude možná
volba manuálního ústrojí. Točivý
moment 500 N.m
je totiž již za hranicí možností
současné šestistupňové převodovky, kterou Mercedes-Benz používá
ve všem od SLK po sprintera. Buď
bude vyvinuto nové ústrojí, nebo se
nám výběr motorizací s manuální
převodovkou zúží již na pouhé
dvě varianty. Uvedení slabší verze
třílitrového šestiválce s označením
C280 CDI (140 kW, 440 N.m) coby
nástupce někdejších oblíbených
pětiválců C270 CDI se totiž u třídy C
zřejmě již nedočkáme, vedle C250
CDI by byla zbytečnou. Výrazné snížení hlučnosti bylo jedním z hlavních cílů při vývoji nového motoru.
Na snímku měření akustiky v laboratoři.
autodiesel
19