1,1 млрд. евро са инвестирани само в разработването на авангардните OM 654 и OM 656
Стартът на новата гама от дизелови двигатели на Mercedes бе дадено с интегрирането на четирицилиндровия агрегат OM 654 в Е 220 d от пролетта на 2016 година. През 2017 година ще се появи следващият представител на гамата от модулни двигатели, които използват еднаква архитектура на всеки от цилиндрите с работен обем от 0,5 литра, еднакви компоненти на системите за газоразпределение като клапани и гърбици, еднакви инжектори, мотовилкови шийки и лагери, основни лагери на коляновия вал, мотовилки, бутала, бутални болтове и прочее. Нарича се OM 656 и както показва сигнатурата на Mercedes разполага с шест цилиндъра. Огромната разлика спрямо предшественика OM 642 е, че с него Mercedes отново се завръща към редовата подредба, която дълго време бе характерна за марката. За частично компенсиране на увеличената дължина разстоянието между осите на цилиндрите е намалено от 106 мм на 90 мм. Междувпрочем модулната архитектура бе използвана още в началото на 90-те години, когато атмосферните машини с четири, пет и шест цилиндъра (OM604, OM605 и OM606) имаха работен обем от 2,0, 2,5 и 3,0 литра, като последните два се предлагаха и в турбо версии.
Стоманени бутала и алуминиев блок
Според конструкторите въпреки че мощността е значително увеличена в сравнение с тази на сегашния V6 агрегат OM 642 (от 258 к.с. на 313 к.с.), новият двигател изразходва със 7 процента по-малко гориво. Особено важен елемент в конструкцията на OM 656 е комбинирането на стоманени бутала с изцяло алуминиев блок. На пръв поглед, комбинацията от алуминиев блок и стоманени бутала изглежда необичайна, защото стоманата се разширява по-малко от алуминия, когато е гореща, има по-малка топлопроводимост и е по-тежка. Това обяснява и факта защо в момента широко се използват именно алуминиеви бутала. Инженерите от Щутгарт обаче са успели да превърнат тези недостатъци в предимства. Как на практика става това? По-ниското ниво на температурно разширение на стоманата при повишаване на работната температура гарантира запазване на достатъчно голяма хлабина между буталото и алуминиевия блок, благодарение на което триенето се намалява с 40 до 50 процента. Същевременно с това по-голямата здравина на стоманата в сравнение с алуминия позволява създаването на компактни, леки бутала, в които има още много резерв. И най-накрая, но не и по важност, по-ниската топлопроводимост на стоманата води до постигане на по-висока температура на детайла, респективно горивната камера, с по-малко топлоотдаване. Така не само се повишава термодинамичната ефективност, но се подобряват условията за възпламеняването на гориво-въздушната смес и се намалява времето за горене.
Иновативен горивен процес
Комбинацията от стоманени бутала и оптимизация на буталните пръстени, както и усъвършенстваното покритие на стените на цилиндрите NANOSLIDE®, са елементи от уравнението за намаляване на разхода на гориво на новия двигател. Друг такъв е специфичната стъпаловидна форма на камерата, която е създадена след множество компютърни анализи и стендови тестове, при което се намалява топлинното натоварване в критични зони и се ограничава отвеждането на сажди, отиващи в моторното масло. Същевременно с това формата създава условия за повишаване на скоростта на горене във сравнение с предишната „омега“ горивна камера. Всичко това се постига освен с формата на самата камера и с движението на въздушния поток и струята на инжектора, като не допуска достигане на гориво в охладени зони. По този начин машината може да работи с много високо ниво на излишък на въздух (тоест с много бедни смеси).
Новата „редова“ архитектура на двигателя осигурява повече място за разполагане на системата за принудително пълнене и по-ефективно позициониране на тази за обработка на газовете. Осигуряването на достатъчно въздух за работата на двигателя в гореспоменатия специфичен режим, както и възможността за гарантиране на достатъчен капацитет при по-големи натоварвания и високи обороти (въртящият момент от 650 Нм е само с 30 Нм по-висок от този при OM 642, но нивото му е по-високо при по-високи оборотни режими) се осигурява от система за каскадно пълнене, като по-малкият турбокомпресор е с променлива геометрия. Към това се добавя и системата за впръскване common rail с налягане от 2050 бара.
Обработката на газовете става в моторния отсек
Благодарение на изключително близкото разполагане на системите за обработка на газовете, включваща оксидационен катализатор, DPF и SCR (директно до двигателя) в сравнение с тези при предшественика и разполагането на топлинна изолация се избягва необходимостта на температурен мениджмънт при студен старт или при ниско натоварване. Принос за това има и системата за променливо управление на отварянето на клапаните CAMTRONIC, спомагащо за по-бързо нагряване на системата. Сега, след като емисиите на дизеловите двигатели се гледат под лупа, всичко това е от особена важност. Принос за по-ефективното очистване от азотните окиси има и двупътната EGR система с охладен контур за високо налягане и за ниско налягане.
Четирицилиндровият агрегат вече с 2,0 литра работен обем
От 2008 година „мултифункционалният“ двигател OM 651 в различни разновидности на мощност задвижва почти всичко леки автомобили, които Mercedes произвежда, от А-класата до голямата S-класа, както и лекотоварния Sprinter, а вече и модели на Infiniti, като Q50, Q30 и QX30. Това го прави най-широко разпространеният двигател в историята на компанията Mеrcedes-Benz. При такава история замяната му с агрегат с по-малък работен обем настина се превръща в предизвикателство. Както и по-големият си събрат OM 656 новият четирицилиндров OM 654 използва алуминиев блок и глава (OM 651 е с чугунен блок).
Това позволява намаляването на теглото с цели 35,4 кг, а когато двигателят е оборудван с всички периферни агрегати и зареден с течности разликата в теглото става 46 кг. Това в известна степен се дължи и на намаленото разстоянието между осите на цилиндрите (от 94 на 90 мм). Интересно е да се отбележи, че при почти еднакъв диаметър на цилиндъра (83 при предишния срещу 82 мм при сегашния двигател) значително намален е ходът на буталото, което е предпоставка за намаляване на въртящия момент. Благодарение на новата система за турбопълнене впръскването с налягане от 2050 бара и по-ефективният горивен процес това се компенсира. Максималният въртящ момент на новия агрегат е същият (400 Нм) като досегашния и дори се задържа при по-тесен работен диапазон 1600-2400 об/мин (1400-2800 при OM 651), но пък след него кривата на снижаване е по-малко стръмна, а това позволява постигане на мощност от 195 к.с. срещу 170 к.с. при OM 651.
Благодарение на по-компактната архитектура и разполагането на двата балансиращи вала от двете страни на блока, машината е и доста по-къса. При предишните компановки инженерите е трябвало да проектират различни системи за обработка на газовете в зависимост от подподовата конструкция (където те са разположени) на съответното возило, в която се интегрира машината. При новия двигател всичко е разположено около двигателя, в моторния отсек. За да се осигури място за това машината се наклонява на цели 30 градуса настрани (в повечето случаи този ъгъл не надвишава 15 градуса). Това създава малко неудобства от страната на всмукателната система, но не е проблем за инженерите, тъй като машината с турбопълнене им по-компактна архитектура така или иначе. Още едно предимство на разполагането на системата за обработка на газовете в моторния отсек е скъсяването на тръбопроводите на системата за рециркулация на газовете EGR, тъй като принципно те се отвеждат след DPF филтъра, който досега се разполагаше някъде под пода на автомобила.
От трите милиарда евро инвестиции в нови двигатели през последните години, 1,1 милиарда евро са вложени в разработването на новите дизелови машини. Още 1,5 милиарда са инвестирани за промяна на производствените линии (новите машини вече могат да се произвеждат на едни и същи поточни системи). Сумата е с около 40 процента по-висока от тази при предишните поколения двигатели поради факта че OM 654 и OM 656 са много по-авангардни от предшествениците си.
(следва: бензиновите мотори)
Текст: Георги Колев