Mercedes-Benz - Nový motor CDI

Vývoj motoru OM 651 je ukončen a do sériové výroby přijde na podzim. Jeho zatím tři výkonové verze jsou určeny pro několik tříd osobních i lehkých užitkových automobilů Mercedes-Benz, mohou být ve voze uloženy podélně i napříč, zvládnou možnosti pohonu všech kol i pokrokovou metodu čištění výfukových plynů BlueTec; vzhledem ke své hospodárnosti určitě zamíří i do systémů hybridního pohonu. Přechod na motory menších objemů s redukovaným počtem válců je v dnešní době téměř existenční nutností, protože kritéria spotřeby paliva a emisí nabývají na významu.

Úplné technické údaje o novém motoru OM 651 sice nejsou ještě k dispozici, nicméně základní včetně důležitých detailů už známe. Jde o dlouhozdvihový čtyřválec se čtyřventilovým rozvodem DOHC, o objemu 2143 cm3 (ø 83 x 99 mm), který se pyšní tím, že např. nejsilnější varianta 150 kW dosahuje ve voze střední třídy spotřeby EU 5,4 l/100 km, což je o 0,5 litru méně než u předchůdce s téměř stejným objemem, ale výkon narostl o 25 kW. Měrný výkon tak činí 70 kW/l proti dřívějším 58,2 kW/l. Jsou připraveny tyto verze: 200 CDI s výkonem 100 kW (136 k)/4600 min‑1 a točivým momentem 330 N.m/1600 – 2800 min‑1; 220 CDI s výkonem 125 kW (170 k)/4800 min‑1 a točivým momentem 400 N.m/1400 – 2800 min‑1, a konečně špičková 250 CDI, kde tyto hodnoty činí 150 kW (204 k)/4200 min‑1 a 500 N.m/1600 – 1800 min‑1…

Zásadním opatřením pro tento příznivý vývoj je dvoustupňové přeplňování s novou generací vstřikování paliva common rail čtvrté generace a piezoelektrickými vstřikovači. Pohyb v sérii zapojených piezoelementů řídí jehlu vstřikovací trysky s přesností tisícin milimetru, takže dávky jsou přesnější a mohou následovat v rychlejším sledu. Tlak v potrubí se zvýšil ze 1600 na 2000 barů, dalšími zásahy se snížil příkon vysokotlakového čerpadla při zatížení o 1 kW. Pro redukci škodlivin ve výfuku optimalizací průběhu spalování byl snížen kompresní poměr ze 17,5:1 na 16,2:1 (shodný u tří výkonových verzí). Také tlak pro vznícení směsi, který při plném zatížení spolurozhoduje o výkonu motoru a jeho spotřebě ve vztahu k emisím, byl posunut na 200 barů, což znamená v tomto směru špičku mezi sériovými diesely. Keramické žhavicí svíčky s teplotou 1250 °C (o 200 °C víc než kovové) zajišťují lepší spuštění motoru. Dvoustupňové přeplňování přináší vysoký točivý moment v celém rozsahu otáček, využívá dvojice menších turbodmychadel, eliminujících nepříjemnou prodlevu při reakci na změnu jízdního režimu. V kompaktním modulu je v sériovém uspořádání menší turbodmychadlo vysokotlakové (HD) a větší nízkotlakové (ND).

Nejprve procházejí výfukové plyny turbínou HD s průměrem oběžného kola 38,5 mm, umístěnou přímo na sběrném potrubí, která točí až 248 000 min‑1. Obtok s regulační klapkou ve skříni turbíny HD řídí průchod plynů turbínou, která při zavřené klapce využívá všechnu jejich kinetickou i tepelnou energii. To je případ nízkých otáček motoru, kdy je třeba dosáhnout optimálního plnicího tlaku. S nárůstem otáček se klapka otevírá a převedením části plynů do obtokového kanálu se zabraňuje přetížení vysokotlakového stupně turbodmychadla. Oba proudy výfukových plynů se poté spojují a jejich zbývající energie je využita v turbíně ND s průměrem 50 mm, jejíž otáčky se pohybují kolem 185 000 min‑1. Proti přetížení chrání i tuto turbínu podtlakem ovládaná klapka. Dosáhne-li motor středních otáček, klapka turbíny HD je již natolik otevřená, že turbína prakticky žádnou práci nevykonává, a energie plynů se s malými ztrátami zužitkuje v turbíně ND. Také na straně stlačovaného vzduchu jsou obě dmychadla propojena v sérii a disponují obtokem. Nasávaný vzduch po průchodu filtrem vstupuje do dmychadla ND s průměrem 56,1 mm, kde je v závislosti na výkonu turbíny stlačován.

Poté se dostává do dmychadla HD (průměr kola 41 mm), rotujícího společně s turbínou, kde probíhá druhý stupeň stlačení. Od středních otáček výše dmychadlo HD zvládá proud vzduchu jenom s obtížemi, takže dochází k jeho značnému zahřívání. To je signál pro otevření obtoku, jenž uvolňuje přímou cestu k chladiči stlačovaného vzduchu. Je‑li regulační klapka plně otevřena, turbína HD se točí naprázdno a stlačování probíhá pouze v jednostupňové formě. Toto relativně složité řízení dvojice turbodmychadel vede ke zlepšení plnicí účinnosti, získání potřebného točivého momentu v nízkých otáčkách a zároveň ke snížení spotřeby paliva. Plnění motoru dále podporuje zvětšený chladič vzduchu, schopný zchladit vzduch až o 140 °C. Došlo k vylepšení přesnosti dodávky ochlazených spalin v poměru k čerstvému vzduchu pro spalování, ovlivňující teplotu hoření, která mj. rozhoduje o tvorbě škodlivin.

Mezi inovace patří také umístění řízení ventilového rozvodu na zadní stranu motoru, což vede ke klidnějšímu chodu i přesto, že kvalitní vyvážení zajišťuje dvojice vyrovnávacích hřídelů. Při uložení motoru podélně je možno zvětšit prostor mezi motorem a přední částí kapoty pro lepší ochranu chodce při střetu s automobilem. Řada opatření pak vede ke snížení pasivních odporů nebo umožňuje provoz elektricky poháněných systémů (např. vodní a olejové čerpadlo) jen v případě potřeby. Konstruktéři jsou přesvědčeni, že metodou dalších malých krůčků lze motor dále vylepšovat.

Dvojité přeplňování turbodmychadly:
1 – podtlakový regulační člen, 2 – klapka regulace výfukových plynů mezi oběma turbínami, 3 – klapka obtoku zabraňující přetížení nízkotlakové turbíny, 4 – nízkotlakové turbodmychadlo, 5 – hrdlo pro vedení stlačeného vzduchu ke chladiči, 6 – obtok vysokotlakového turbodmychadla, 7 – vysokotlakové turbodmychadlo


Zdroj: Automobil 07/08
Autor: Pavel Biskup