Лидер прибавил эффективности

Мотор Mercedes-Benz OM 471 появился весной 2011 года в преддверии разработки новых тяжелых грузовиков Actros, Antos и Arocs, отвечающих экологическим требованиям Евро-6. Это рядный 6-цилиндровый дизель рабочим объемом 12,8 л. OM 471 получил два верхних распределительных вала, топливную систему Common Rail, форсунки с усилителем давления впрыска X-Pulse второго поколения, асимметричный турбонагнетатель, мощный моторный тормоз и систему контроля выбросов, основанную на технологиях SCR, EGR с использованием сажевого фильтра. Межсервисный интервал грузовиков с двигателем OM 471 увеличили до 150 тыс. км. Мотор демонстрировал низкий расход топлива и масла.
После модификации новое поколение двигателей Mercedes-Benz OM 471 предлагается в пяти вариантах:
310 кВт (421 л.с.) при 1600 об/мин, 2100 Н∙м при 1100 об/мин;
330 кВт (449 л.с.) при 1600 об/мин, 2200 Н∙м при 1100 об/мин;
350 кВт (476 л.с.) при 1600 об/мин, 2300 Н∙м при 1100 об/мин;
375 кВт (510 л.с.) при 1600 об/мин, 2500 Н∙м при 1100 об/мин;
390 кВт (530 л.с.) при 1600 об/мин, 2600 Н∙м при 1100 об/мин.
В модельный ряд был добавлен топовый вариант двигателя. Базовые варианты двигателей мощностью 310, 330 и 350 кВт пополнены тремя версиями, отличающимися увеличенным крутящим моментом — Top Torque. Дополнительные 200 Н∙м крутящего момента имеют весомое значение при движении грузовика на верхней ступени автоматизированной коробки передач Mercedes PowerShift 3. Добавленный крутящий момент приводит к уменьшению частоты переключения передач и увеличивает среднюю скорость без какого-либо негативного влияния на расход топлива. Это также помогает быстрому увеличению крутящего момента на очень низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя.
Двигатели нового поколения развивают пиковую мощность в широком диапазоне частоты вращения коленчатого вала: между 1450 и 1800 об/мин. Характеристики крутящего момента — также впечатляющие. Момент также остается в широком диапазоне — начиная с частоты вращения около 900 до 1450 об/мин. Все двигатели развивают крутящий момент не менее 2000 Н∙м при частоте вращения немногим меньше 800 об/мин.
Форсунки с системой X-Pulse второго поколения развивают давление 2700 бар. Давление в топливной системе Common Rail было увеличено с 900 до 1160 бар. Распылители форсунок нового поколения двигателей Mercedes-Benz OM 471 имеют 8 отверстий. Первоначально было 7. Несмотря на увеличение количества отверстий, скорость истечения потока из сопел была увеличена на 10%.
Новой особенностью работы топливной системы является ассиметричный впрыск. Если требуется выполнить регенерацию сажевого фильтра при работе двигателя на малых нагрузках, то для повышения температуры отработавших газов увеличивается пропускная способность EGR примерно до 50%, а не тратится дополнительное топливо. Более того, при увеличении рециркуляции количество подаваемого топлива плавно уменьшается. Это делается с целью предотвращения неполного сгорания топлива, которое в этой ситуации привело бы к повышению выбросов твердых частиц сажи. Подача топлива может быть уменьшена в 1-3 цилиндрах, а эффективность работы EGR — для 4-6 цилиндров. В крайних случаях подача топлива в первые три цилиндра может быть прекращена, в то время как другие три цилиндра будут работать как будто на полном газу. Ни на мощность двигателя, ни на увеличение им потребления топлива такое снижение подачи топлива, вплоть до полного прекращения его подачи, не оказывает влияния. Это только приводит к уменьшению уровня выброса частиц.
Асимметрический режим подачи топлива происходит незаметно для водителя. Когда водитель увеличивает нагрузку на двигатель путем нажатия на педаль акселератора, режим ассиметричной работы форсунок отключается, уровень подачи топлива выравнивается по всем цилиндрам.
Поршневая группа мотора была модернизирована. Двигатель получил оптимизированные поршневые кольца и модифицированные поршни. Форму днища поршня переработали. Степень сжатия двигателя была увеличена с 17,3:1 до 18,3:1. В последние годы степень сжатия дизелей уменьшали в связи с ужесточением экологических требований. Снижение степени сжатия способствует уменьшению выбросов оксидов азота, однако ведет к снижению эффективности работы двигателя: ухудшается рабочий процесс рециркуляции отработавших газов — EGR. Отработавшие газы увеличивают температуру поступающего воздуха и уменьшают количество необходимого для горения кислорода в воздухе. Поэтому, чем меньше в камеру сгорания попадает отработавших газов, тем лучше. При модернизации двигателя количество отработавших газов, поступающих в цилиндр, было снижено. Таким образом, инженеры, работающие над усовершенствованием процесса сгорания, добились заметных успехов. Соответственно были переработаны карты управления подачей топлива. Все это позволило изменить характеристику протекания крутящего момента в сторону более низкой частоты вращения.
Выбросу вредных оксидов азота с отработавшими газами противостоит система SCR, которая включает инновационный и эффективный каталитический нейтрализатор. Потребление двигателями Mercedes-Benz OM 471 раствора AdBlue, необходимого для работы системы SCR, тем не менее, остается на уровне дизелей Евро-5 — 5% от расхода топлива.
Использование AdBlue для достижения высоких экологических показателей позволяет снизить на 3% топливные расходы по сравнению с использованием других технологий, используемых для этих целей.
При магистральных перевозках с годовым пробегом 130 тыс. км и расходе топлива около 28,5 л/100 км, требующегося для движения грузовика с полной нагрузкой, каждый Mercedes-Benz Actros с двигателем OM 471 последнего поколения может сэкономить около 1100 л топлива в год и уменьшить выброс в атмосферу около 3 т диоксида углерода.
Номинальная рабочая частота вращения коленчатого вала двигателей OM 471 составляет 1600 об/мин против 1800 об/мин у предшественников: и даже при такой частоте вращения развиваемая мощность всего на 1% меньше максимальной. В зависимости от варианта двигателя, 95% его максимальной мощности достигается в диапазоне 1300-1400 об/мин. Другими словами, водитель может воспользоваться практически полной мощностью в диапазоне около 1000 об/мин.
Новый ассиметричный турбокомпрессор вносит свой вклад в быстрое и заметное увеличение мощности при низких оборотах. Агрегат турбонаддува был разработан компанией Mercedes-Benz и производится на заводе по выпуску двигателей в Мангейме. Турбокомпрессор отличается выдающейся эффективностью. Долговечность и качество агрегата обеспечивают жесткие производственные допуски.
Как и турбокомпрессор предшествующей модели, новый ассиметричный агрегат имеет фиксированную геометрию турбины. С технической точки зрения такой вариант конструкции турбокомпрессора менее сложный и вследствие этого менее предрасположен к поломкам, чем агрегат с переменной геометрией — VNT. В отличие от традиционных турбокомпрессоров, новый агрегат Mercedes-Benz не имеет перепускного клапана, что ведет к дальнейшему упрощению конструкции. Такое решение делает более надежным за счет снижения потенциального источника отказов, таких, как утечки отработавших газов.
Mercedes-Benz отказался не только от перепускного клапана турбонагнетателя: инженеры компании при конструировании нового поколения двигателей OM 471 вообще отказались от отдельной системы управления давлением наддувочного воздуха. Также был ликвидирован датчик EGR и отдельная система контроля EGR. Управление работой двигателя с его тщательно оптимизированными термодинамическими процессами — приоритетная задача в новом моторе. В результате, управление двигателем осуществляется более точно, что делает его работу более эффективной. Увеличение точности регулировок всех необходимых переменных приводит к увеличению коэффициента полезного действия дизеля без применения дополнительных сложных индивидуальных систем управления и их комбинаций.
В то же время, благодаря отказу от отдельных систем управления в пользу единой, что повело за собой уменьшение многочисленных компонентов и частей, двигатель стал более надежным. Отказаться от некоторых датчиков позволяют инструменты математического моделирования. Зная исходные данные и законы физики, инженеры могут рассчитать некоторые параметры и не проводить их измерения. Конечно, все математические модели проходят тщательную верификацию прежде чем их начинают применять в качестве подпрограмм в блоке управления двигателем. Такие подпрограммы принято называть режимами (modes). Mercedes-Benz использует различные режимы для помощи в управлении двигателем, например — «холодный двигатель», «впуск холодного воздуха» или «холодная система преобразования отработавших газов». Подходящие режимы также были запрограммированы для работы грузовика на средних и больших высотах, а также для пассивной и активной регенерации сажевого фильтра или регенерации на холостом ходу. За исключением активной регенерации все режимы управления регулируются бесступенчато, что позволяет двигателю работать все время в диапазоне максимально возможной эффективности.
К новым агрегатам относятся оптимизированная система кондиционирования. Ее компрессор работает более эффективно: система распределения воздуха использует как свежий, так и рециркулируемый воздух. Таким образом система кондиционирования воздуха помогает достичь экономии топлива.
Новый топовый двигатель развивает мощность 390 кВт (530 л.с.), обеспечивая максимальный момент 2600 Н∙м. Даже на частоте вращения холостого хода 600 об/мин новый двигатель выдает высокий крутящий момент, равный 1600 Н∙м. Всего несколько лет назад такую мощность могли предложить лишь 8-цилиндровые агрегаты.
Новые двигатели Mercedes-Benz OM 471 — одни из самых мощных дизелей в своем классе. Они развивают литровую мощность 30,3 кВт (41,4 л.с.) и крутящий момент 203 Н∙м с каждого литра рабочего объема.
Благодаря возросшим мощностным характеристикам модернизированных двигателей грузовики Mercedes-Benz будут комплектоваться в серийном исполнении ведущими мостами с уменьшенным передаточным отношением редуктора. Вместо главной передачи с отношением 2,611:1 будет использоваться передача с отношением 2,533:1. Изменение передаточного отношения главной передачи позволяет на 3% уменьшить обороты двигателя. Таким образом, при установке шин размером 315/70R22.5 грузовик будет двигаться со скоростью 85 км/ч при работе двигателя с частотой 1150 об/мин. При этом мощность двигателя не уменьшается.
Грузовик популярной модели Actros 1845 с агрегатами новой модели может двигаться на высшей передаче со скоростью 65 км/ч, и при этом двигатель будет делать менее 900 об/мин. Такой частоты вращения достаточно, чтобы мотор развил крутящий момент, близкий к максимальному значению 2200 Н∙м, а водитель имел бы достаточную мощность в резерве. Actros 1845 с прежним двигателем и редуктором главной передачи двигался со скоростью 85 км/ч при работе двигателя с частотой более чем 900 об/мин. При этом его мотор развивал крутящий момент 2000 Н∙м. В результате снижения оборотов двигателя Actros 1845 с обновленным OM 471 расходует меньше топлива.
Моторы Mercedes-Benz OM 471 последнего поколения также будут устанавливаться на туристические автобусы EvoBus. Для 3-осного варианта автобуса Mercedes-Benz Travego, а также Setra ComfortClass 500 как опциальный вариант предлагается двигатель мощностью 350 кВт (476 л.с.) с крутящим моментом 2300 Н∙м. В стандартном исполнении эти автобусы оснащаются более компактными 6-цилиндровыми агрегатами Mercedes-Benz OM 470 рабочим объемом 10,7 л.
Двигатель Mercedes-Benz OM 471 используется как стандартный агрегат для автобусов серии Setra TopClass. В этих туристических лайнерах могут быть по запросу установлены моторы мощностью 375 кВт (510 л.с.) с крутящим моментом 2500 Н∙м. Для двухпалубного автобуса Setra S 431 DT этот двигатель является стандартным.