Nad dieslami zebrały się ciemne chmury, ale Mercedes nadal wierzy, że to znakomite źródło napędu. I wypuszcza zaprojektowany od „zera” nowoczesny silnik OM 654. Zobacz, jaką technikę kryje nowy diesel i dowiedz się, jak Mercedes testuje nowe jednostki napędowe!

To się wydarzyło w Stuttgarcie. Nowy czterocylindrowiec OM 654 został oficjalnie prekursorem nowej rodziny silników wysokoprężnych Mercedes-Benz. Rezerwy wydajności i niska emisja spalin miały zapewnić temu dieslowi pewną i niezagrożoną normami przyszłość. Nowy silnik pojawił się po raz pierwszy w Mercedesie E 220 d wiosną 2016 roku.

I wiecie co?

Mercedes, w odróżnieniu od innych marek, które na ustach mają już niemal wyłącznie napęd elektryczny, słusznie zakłada, że to właśnie wysokiej klasy diesle odegrają kluczową rolę w redukcji emisji zanieczyszczeń i procesie odnowy klimatu. Jest w tym wiele racji, bo technologia z klasy premium zapewne kiedyś w końcu trafi do popularniejszych samochodów, co zapewni jej pole do wpływu na zanieczyszczenie powietrza na masową skalę.

Zdaniem działu rozwoju Mercedesa, silnik Diesla jest niezastąpiony w ciężarówkach i samochodach, jeżeli chcemy realnie myśleć o dalszej redukcji dwutlenku węgla, pochodzącego z ruchu drogowego. Hybrydy? Auta elektryczne? Tak, ale jako równolegle rozwijany segment rynku, a nie pogromcy diesli.

Od roku 1995, w ciągu dwóch dekad zużycie paliwa modeli osobowych (niestety mowa o zużyciu katalogowym, które ostatnimi czasy stało się nierealne) spadło z 9,2 l/100 km (230 g CO2/km) do 5 l/100 km (125 CO2/km). Dziś Mercedes ma aż 68 modeli emitujących poniżej 120 g CO2/km i aż 108 modeli w klasie efektywności energetycznej A+ lub A.

Ubolewamy, że ogłupiony propagandą globalnej cieplarnianej katastrofy świat interesuje się tylko dwutlenkiem węgla – nieszkodliwym na wolnym powietrzu gazem – a nie trującymi tlenkami azotu czy rakotwórczymi węglowodorami i wymusza na producentach samochodów podawanie tylko emisji CO2. Ale tak już jest: w katalogach niemal każdej marki samochodów na pierwszym planie znajduje się – obok spalania – emisja dwutlenku węgla. A teraz wracamy do silnika Mercedesa OM 654.

Czego za chwilę się dowiesz?

Oto skrót najważniejszych tematów:

• pierwszy diesel Mercedesa z aluminiowym blokiem i głowicą cylindrów
• stalowe tłoki o wysokie wytrzymałości
• powłoka Nanoslide na powierzchni cylindrów
• czwarta generacja systemu wtryskowego common rail
• wszystkie elementy układu wydechowego obniżające emisję szkodliwych składników w spalinach zamontowane bezpośrednio na silniku OM 654
• redukcja wagi o 17 procent (168,4 kg vs. 203,8 kg)
• dwa litry pojemności skokowej
• znaczne obniżenie wibracji i hałasu

A teraz pora na szczegóły!

Zaczniemy od szacunku, który należy się poprzednikowi opisywanego diesla. Czterocylindrowy silnik Mercedes OM 651 to bowiem najliczniej produkowana jednostka napędowa w historii tej marki. Dostępna w bardzo szerokiej gamie samochodów, od klasy A do klasy S, a także w klasie V oraz w vanie budowanym na bazie Sprintera.

To dlatego między innymi nowy diesel OM 654 będzie (a raczej już jest) tak ważny: przy tak znacznej liczbie zastosowań, nowy turbodiesel znacząco obniży emisję spalin przez całą flotę samochodów, jakie Mercedes produkuje. A to pozwoli zmieścić się w przyszłych wymaganiach normy Euro, która narzuca konkretną emisję dwutlenku węgla liczoną jako średnia z całej palety produkowanych modeli.

Wypada wtrącić, że to bardzo niesprawiedliwe rozwiązanie, bo właściciel samochodu z wielkim V8 pod maską zatruwa środowisko znacznie bardziej, niż Mercedesy z mniejszymi silnikami i dzięki takim a nie innym unijnym regulacjom może to robić bezkarnie.

Jak to możliwe?

Tak, że jego paliwożerne auto nie musi się mieścić w niskiej emisji CO2, bo unijne przepisy dotyczą średniej emisji całego katalogu produkowanych przez konkretną markę aut. W ten sposób posiadacze „małolitrażowych” Mercedesów pośrednio płacą za to, aby właściciele mocniejszych modeli mogli bardziej zatruwać środowisko. Tak to jest ze współczesną „ekologią”, dlatego wybaczcie nam, że nie będziemy powtarzali po Mercedesie peanów na temat istotności obniżenia emisji CO2 za wszelką cenę.

Zobaczmy, jak nowy silnik prezentuje się na tle poprzednika od strony najważniejszych parametrów technicznych. Najpierw nowy silnik, oznaczany jako 220 d…

Mercedes 220 d OM 654 (nowy, od 2016 roku) – dane techniczne: silnik czterocylindrowy, rzędowy, diesel, z turbodoładowaniem i chłodzeniem powietrza doładowującego, pojemność skokowa: 1950 cm3, pojemność skokowa każdego cylindra: 487,5 cm3, rozstaw cylindrów: 90 mm, średnica cylindra x skok tłoka: 82,0 x 92,3 mm, stosunek średnicy cylindra do skoku tłoka: 1,12; moc maksymalna: 143 kW (195 KM) przy 3800 obr./min, maksymalny moment obrotowy: 400 Nm przy 1600-2400 obr./min, moc jednostkowa: 72 kW na litr pojemności skokowej, stopień sprężania: 15,5; norma emisji spalin: Euro 6, masa silnika: 168,4 kg.

A teraz dla porównania – stara jednostka napędowa, również oznaczana jako 220 d…

Mercedes 220 d OM 651 (stary, od 2008 roku) – dane techniczne: silnik czterocylindrowy, rzędowy, diesel, z turbodoładowaniem i chłodzeniem powietrza doładowującego, pojemność skokowa: 2143 cm3, pojemność skokowa każdego cylindra: 537 cm3, rozstaw cylindrów: 94 mm, średnica cylindra x skok tłoka: 83,0 x 99,0 mm, stosunek średnicy cylindra do skoku tłoka: 1,193; moc maksymalna: 125 kW (170 KM) przy 3000-4200 obr./min, maksymalny moment obrotowy: 400 Nm przy 1400-2800 obr./min, moc jednostkowa: 58,3 kW na litr pojemności skokowej, stopień sprężania: 16,2; norma emisji spalin: Euro 6, masa silnika: 203,8 kg.

Diesel OM 654 vs. OM 651 - Popatrzmy na te dane...

A warto się nim przyjrzeć, bo z punktu widzenia kierowcy stary silnik wcale nie był gorszy. Co więcej, notuje konkretne przewagi. Na przykład stała moc, dostępna w przedziale od 3000-4200 obr./min, pozwala na bardzo efektywne wykorzystanie energii paliwa podczas zmiany biegów.

O co dokładnie chodzi?

Jeżeli zmienimy bieg przy np. 4000 obrotów, a po zmianie biegów na obrotomierzu będą 3000 obrotów na minutę, to silnik nadal (przy gazie wciśniętym do podłogi) daje do dyspozycji swoje 170 KM. To idealna sytuacja. Jak w przypadku silnika Mercedes OM 651.

Nowy silnik OM 654 ma pojedynczy „wyskok” mocy maksymalnej, czyli po zmianie biegu w tym punkcie obroty spadną, a wraz z nimi moc. Ale w dieslu z tak wysokich obrotów rzadko korzystamy.

Ważniejszy jest „ciąg” czyli…

…moment obrotowy na niskich i średnich obrotach. Tego obu silnikom nie brakuje, ale starsza konstrukcja znowu notuje przewagę. Ma bowiem szerszy zakres, w którym do dyspozycji mamy 400 Nm momentu obrotowego. Dla OM 651 jest to przedział 1400-2800 obrotów, a dla OM 654 mamy 1600-2400 obrotów na minutę.

To 1400 wobec 800, czyli bardzo duża różnica!

A to, biorąc pod uwagę wiele lat badań i doskonalenia technologii, podpowiedź, że priorytetem przy konstrukcji nowego turbodiesla OM 654 było przede wszystkim obniżenie emisji spalin i zużycia paliwa. Różnica pojemności przy tak mocno doładowanych silnikach ma niewielkie znaczenie (co nie znaczy że go nie ma w ogóle).

Różnica masy to jednak jednoznaczny atut silnika Mercedes OM 654. Na pierwszy rzut oka nowy silnik jest lżejszy od OM 651 o około 35 kg, ale…

…jeżeli uwzględnimy osprzęt i akcesoria, które niezbędne są silnikowi do pracy, różnica sięgnie aż 46 kg. To bardzo dużo!

Kluczowymi elementami, które pozwoliły osiągnąć tak imponujący wynik, były:

• obniżona pojemność skokowa
• zmiana podwójnego turbodoładowania na pojedyncze turbo
• aluminiowa skrzynia korbowa
• mocowanie silnika z tworzywa sztucznego

Jeżeli zastanawiacie się, po co było Mercedesowi obniżenie pojemności z 2,15 do 1,95 litra, to jeden argument już macie: obniżenie masy. Średnica cylindra i skok tłoka warunkują o długości sinika i jego wysokości, oczywiste więc jest że także o masie jednostki napędowej.

Zadbano o możliwie optymalną pojemność każdego cylindra, która przy założonych parametrach mocy, momentu obrotowego, przedziału użytecznych prędkości obrotowych i docelowego zużycia paliwa, wyniosła nieco poniżej 500 cm3 na każdy cylinder silnika OM 654. Przy okazji uzyskano optymalną kinematykę pracy korbowodów, z korzyścią dla strat mocy na tarcie wewnętrzne silnika. Blok silnika zaprojektowano dla „ekstremalnie dużych mocy”, domyślamy się więc, że pojawią się mocniej wysilone wersje silnika OM 654.

(Aktualizacja: Mercedes oficjalnie mówi o 90 kW z litra pojemności, co przy dwulitrowym turbodieslu dałoby 245 koni mechanicznych. Odpowiednio wzrośnie też zapewne moment obrotowy, jeżeli tak wysilony motor trafi do produkcji.)

Aby zredukować wysokość silnika z przodu auta i tym samym umożliwić stylistom zaprojektowanie nisko opadającej maski silnika, napęd rozrządu znalazł się (tak jak w silniku OM 651) z tyłu jednostki napędowej. Tam również, w przestrzeni chronionej (oczywiście do pewnego stopnia) przed skutkami kolizji, zamontowano pompę wtryskową wysokiego ciśnienia, umieszczoną po lewej stronie silnika i napędzaną łańcuchem zębatym.

Dla zapewnienia pojazdom jak najniżej położonego środka ciężkości, co pozytywnie wpływa na stabilność jazdy, zadbano o to, aby silnik OM 654 dało się jak najniżej zamontować w samochodzie. Na przykład wałki wyrównoważające nie zostały zamontowane pod wałem korbowym, lecz po jego bokach.

Oś pionowa cylindrów jest przesunięta względem wału korbowego o 12 mm w stronę „dolotową” silnika, dla dodatkowej redukcji tarcia. Innymi słowy, gdybyście od przodu spojrzeli na przekrój silnika OM 654, to cylindry byłyby nieco w bok od spodziewanej centralnej pozycji względem wału korbowego.

Mercedes 220 d OM 654 vs. OM 651 - mniej tarcia + lepsze spalanie = niższe zużycie paliwa

Gdyby zainstalować nowy silnik Mercedes OM 654 w konkretnym samochodzie, w którym zamontowano wcześniej silnik OM 651, to zużycie paliwa prawdopodobnie spadłoby średnio o około 13 procent.

Czy to dużo?

To zależy, o jakim aucie mówimy. Jeżeli spalanie dla silnika OM 651 wynosiło np. 10 l/100 km, do w OM 654 spadnie do 8,7 l/100 km. Jeżeli weźmiemy pod uwagę auto palące 5 l/100 km, to nowy silnik powinien obniżyć spalanie do 4,35 l/100 km. Nie są to liczby, które można by było zbagatelizować, chociaż…

…dla właściciela Mercedesa, który kosztuje grubo ponad sto tysięcy złotych, takie różnice zapewne nie będą miały większego znaczenia. Dla ludzi świadomych realnych zagrożeń ekologicznych, zaletą może być natomiast redukcja emisji węglowodorów i tlenków azotu.

Aluminiowy blok silnika i stalowe tłoki

Nie, to nie jest błąd!

Nowy silnik Mercedes OM 654 nie ma żeliwnego bloku silnika ani tłoków z lekkiego stopu. Jest dokładnie odwrotnie! Stalowe tłoki są cięższe, gorzej przewodzą ciepło, czyli na pierwszy (i kolejny…) rzut oka wydają się niezbyt optymalnym rozwiązaniem.

Oficjalnie, Mercedes twierdzi, że inżynierowie ze Stuttgartu przemienili te wady w zalety. Mniej oficjalnie nietrudno się domyślić, że obciążenie cieplne wysilonych silników Diesla osiągnęło już taki poziom, że aluminiowe tłoki przestały znosić takie obciążenia przy dużych przebiegach.

Tłumaczenia Mercedesa są bardzo pokrętne i dość dziwne z technicznego punktu widzenia. Mniejsza rozszerzalność cieplna stali ma zapewniać większą szczelinę między tłokiem a cylindrem, co w konsekwencji ma redukować tarcie. Stalowe tłoki mogą być bardzo filigranowe – i to akurat jest prawda. Natomiast niższa przewodność cieplna powoduje, że stalowy tłok słabiej odprowadza ciepło, jest bardziej gorący – co Mercedes przyznaje w informacjach o nowym silniku – a to nie zawsze jest korzystne zjawisko. Łatwiej wtedy o samozapłon paliwa, ale istnieją warunki, w których rozgrzane elementy mogą przeszkadzać w zaplanowanej pracy silnika, szczególnie pod znacznym obciążeniem.

Widocznie jednak zamiana aluminiowych tłoków na stalowe była konieczna. Stuttgart chwali się, że siły działające na tłok zostały zredukowane nawet o 75 procent w niektórych położeniach.

Stopniowana misa spalania…

…co to takiego? Mercedes jest bardzo dumny z nowego kształtu komory spalania, który w najprostszym tłumaczeniu właśnie tak został nazwany. A konkretnie chodzi o kształt wgłębienia w tłoku.

Rozwiązanie to ma mieć liczne zalety, na przykład dobrze wpływać na homogeniczność procesu spalania, obciążenie termiczne krytycznych stref tłoka oraz przenikanie sadzy do oleju silnikowego.

W porównaniu ze starym kształtem, przypominającym literę omega, znanym z poprzedniego silnika OM 651, wgłębienie w tłoku jednostki napędowej Mercedes OM 654 ma pozwalać na pracę z większym nadmiarem powietrza i przyczyniać się do redukcji emisji cząstek stałych.

Patrząc w przyszłość: redukcja zanieczyszczeń

Nowy diesel od Mercedesa zaprojektowano z misją spełnienia przyszłych norm emisji spalin (RDE – Real Driving Emissions – emisja spalin w realnych warunkach drogowych).

Już na etapie projektowania uwzględniono zaostrzenie wymagań przez nowy cykl WLTP (Worldwide  harmonized Light vehicles Test Procedure – ogólnoświatowa, zharmonizowana procedura testowa dla lekkich pojazdów), który stworzono aby zbliżyć do siebie zużycie paliwa uzyskiwane podczas testu standaryzowanego i realnej, codziennej jazdy.

Do zadania zabrano się z pełną determinacją – wszelkie komponenty silnika, które mają wpływ na emisję spalin, zostały zamontowane bezpośrednio na silniku. W połączeniu z lepszą izolacją termiczną oraz zoptymalizowaną powłoką katalizatora, silnik świetnie daje sobie radę z zimnym startem i podczas jazdy z niskim obciążeniem.

A to w przypadku nowoczesnego diesla wcale nie jest takie oczywiste, często zapewnienie optymalnej temperatury pracy silnika i jego układów oczyszczających spaliny wymaga od elektroniki sterującej zdecydowanych interwencji, aby silnikowi nie zrobiło się za zimno.

Dzieje się tak dlatego, że w silniku wysokoprężnym stosunkowo niewielka część energii jest tracona na ciepło i czasem tego ciepła jest po prostu za mało, aby wszystko pracowało dobrze w chłodnie dni lub tuż po rozruchu silnika. Motor OM 654 ma sobie dobrze radzić w takich warunkach bez specjalnego zarządzania temperaturą.

Rozbudowany system EGR

Silnik Mercedes OM 654 wyposażono w wielokanałowy system recyrkulacji spalin (EGR – exhaust gas recirculation). Daje on do dyspozycji komputera sterującego niskociśnieniowy i wysokociśnieniowy (chłodzony wodą) obieg recyrkulacji gazów wydechowych. Odpowiednio dozując spaliny z tych układów z powrotem do cylindrów można uzyskać zamierzony efekt, czyli znaczną redukcję szkodliwych składników w spalinach. Naprawdę szkodliwych, nie tylko dwutlenku węgla.

W przypadku niskociśnieniowej recyrkulacji spalin (low-pressure EGR) spaliny są pobierane po przejściu przez filtr cząstek stałych i katalizator, a dostarczane z powrotem do silnika między przepustnicą używaną do wytworzenia podciśnienia a turbosprężarką.

Wysokociśnieniowa recyrkulacja spalin (high-pressure EGR) pobiera spaliny między zaworami wylotowymi a turbiną sprężarki, czyli przed ich oczyszczeniem, a dostarcza z powrotem do silnika między intercoolerem a przepustnicą.

Dla zdziwionych – a zaskoczenie spotka chyba każdego, nas kiedyś także – dzisiejsze diesle też mają przepustnicę, tyle że służy ona innym celom niż w silnikach benzynowych. Jej głównym zadaniem jest wytworzenie niewielkiego podciśnienia, które umożliwi zassanie spalin z układu EGR z powrotem do cylindrów silnika.

Dodatkowo, przepustnica ta zamyka się całkowicie podczas gaszenia silnika, aby zabezpieczyć jednostkę napędową przez tzw. rozbieganiem, czyli zassaniem oleju do cylindrów (na przykład z nieszczelnej turbosprężarki) i potraktowaniu go jak solidnej dawki paliwa.

Silnik nabiera wtedy obrotów w niekontrolowany sposób. Stąd przepustnica w dieslu bywa także nazywana „przepustnicą komfortowego gaszenia”.

A jak wygląda podróż spalin do rury wydechowej?

Na powyższym zdjęciu widać różnicę w zabudowie elementów systemu oczyszczającego spaliny w starym dieslu OM 651 (na górze) oraz w nowym OM 654 (na dole). W nowej konstrukcji wszystkie elementy, których wydajność zależy od (wysokiej) temperatury, zostały umieszczone bezpośrednio na silniku.

Spaliny, po opuszczeniu turbosprężarki, trafiają najpierw do katalizatora utleniającego (DOC). Tuż za nim znajduje się mieszalnik przeciwstrumieniowy (mniej kanciaste tłumaczenie nie przyszło nam do głowy :)  ) gdzie wtryskiwany jest dodatek AdBlue. Moduł, gdzie dozowane jest AdBlue, ma chłodzenie wodne.

AdBlue to nazwa handlowa 32-procentowego, wodnego roztworu mocznika, który umożliwia redukcję tlenków azotu do azotu i wody w katalizatorze SCR (Selective Catalytic Reduction – Selektywna Redukcja Katalityczna). Spaliny z rozpylonym mocznikiem trafią do filtra cząstek stałych, czyli DPF (Diesel Particulate Filter – Filtr Cząstek w silnikach Diesla), który jest rozwiązaniem hybrydowym. Ścianki jego kanałów zostały pokryte warstwą redukującą tlenki azotu, stąd nazwa SDPF (SCR + DPF).

Dopiero po takiej „kuracji” spaliny trafiają do rury wydechowej i w końcu do naszych płuc. Takie oczyszczanie spalin wiąże się ze znacznym kosztem, ale ulga dla środowiska w porównaniu z samochodami bez filtra cząstek stałych, zdolnymi spełniać zaledwie normę Euro 3, jest ogromna.

Diesel OM 654 - Mniejszy hałas i niższe wibracje

Silniki Diesla w samochodach osobowych imponują niskim spalaniem i wysokim momentem obrotowym, dostępnym już w niskich rejestrach obrotomierza. Także w kategorii komfortu zbliżają się do swoich benzynowych odpowiedników.

Moglibyśmy tu pisać o zastosowanych rozwiązaniach, ale znamy ten silnik z autopsji (np. z Mercedesa E 220 d) i już wiemy, że nowy diesel OM 654 jest wyraźnie cichszy od OM 651, który znany jest nie tylko z potężnej mocy i kosztownych awarii układu wtryskowego, lecz także z typowo dieslowskiego klekotu.

Producent postarał się, aby było jak najciszej – zoptymalizowano strukturę bloku silnika, połączenie silnika ze skrzynią biegów. Nawet profile zębów w skrzyni przekładniowej miały ulec zmianie w kontekście generowanego hałasu, docierającego do kabiny. Dopracowano także przepływ powietrza pod maską oraz kanał, zasysający powietrze do filtra powietrza.

Od 100 do 1000 wersji w 25 lat

O tym, jak kompleksowym zadaniem jest współczesna produkcja i sprzedaż samochodów na globalnym rynku niech świadczy wzrost liczby wersji (model, moc, norma emisji spalin, specyficzne odmiany na konkretne rynki) produkowanych przez Mercedesa diesli.

Przez ostatnie 25 lat liczba wersji silników wysokoprężnych, wytwarzanych przez markę Mercedes-Benz, wzrosła ze stu do tysiąca. To trudna do wyobrażenia liczba, ale globalna sprzedaż jest bezlitosna: poza lokalnymi wymaganiami prawnymi trzeba także dostosować diesle do jakości paliw.

Nowy silnik OM 654 ma nie tylko znacznie zredukować liczbę niezbędnych wersji (bo jedna odmiana spełni wiele standardów międzynarodowych), lecz także uelastycznić produkcję, pozwalając na jej skalowanie w razie potrzeby.

Taki efekt osiągnięto dzięki modułowej konstrukcji nowego diesla. Zamiast za każdym razem projektować podzespoły dostosowane do konkretnej normy czy rynku, używa się różnych gotowych „klocków”, z których każdy wystarczy zaprojektować tylko raz.

Przy odpowiednio dużej liczbie takich modułów układanka staje się bardzo elastyczna. Aby natomiast ułatwić montaż silnika w wielu modelach i z wieloma skrzyniami biegów, połączenie diesla ze skrzynią biegów zostało ustandaryzowane w całej palecie modeli.

Dodatkowym uproszczeniem jest umieszczenie całego układu oczyszczania spalin na silniku, dzięki czemu nie trzeba projektować skomplikowanych układów wydechowych oddzielnie dla każdego modelu Mercedesa – poza silnikiem pozostanie do zabudowy jedynie rura i tłumik(i).

Diesel – napęd przyszłości?

Według strategii Mercedesa – jak najbardziej tak!

Na długoterminowej mapie technologicznej marki nowoczesne silniki spalinowe nadal zajmują wiodącą rolę, wbrew powszechnemu „pompowaniu” w mediach tematu samochodów elektrycznych. Pisaliśmy już o tym, że diesle znacznie obniżają średnią emisję floty produkowanych przez Mercedesa samochodów.

Już w 2015 roku – jednak to napiszemy, bo niska emisja CO2 oznacza też niższe zużycie paliwa – średnia emisja floty Mercedesa wynosiła 123 g dwutlenku węgla na kilometr. W tym samym roku średnie zużycie paliwa (co prawda liczone wedle nijak mającego się do rzeczywistej jazdy testu spalania NEDC) wynosiło 5 l/100 km i teoretycznie spadło aż o 40 proc. w ciągu 15 lat.

Nikt oczywiście nie podaje, jaki udział w takim wyniku miała ewentualna optymalizacja oprogramowania sterującego silnikami pod testy spalania, ale tego – o ile w ogóle – dowiemy się zapewne dopiero za kilka lat, kiedy afera spalinowa doczeka się rzetelnego śledztwa i wyjaśnienia...

Jak dotąd Mercedes bardzo zdecydowanie zareagował na zarzuty o fałszowaniu wyników testów spalania – już w 2017 roku marka zapowiedziała, że wezwie do serwisów trzy miliony samochodów z silnikami Diesla. Można się łatwo domyślić, że będzie wśród nich wiele modeli z silnikiem OM 651. Według szacunków analityków Mercedes-Benz planował zainwestować w „aktualizację” oprogramowania silników 220 milionów euro.

Mercedes ma swój plan i mocno się go trzyma – mimo rozwijania technologii hybrydowej, wodorowej i czysto elektrycznej, koncern nadal stawia na oszczędne diesle. Jedno z opracowań, finansowanych przez UE, potwierdziło pionierską rolę diesli w redukcji średniego zużycia paliwa samochodów na ogólnym rynku.

Wedle uzyskanych danych, w jedenastu krajach UE, w których średnie spalanie nowych aut nie przekracza 5 l/100 km, udział diesli w rynku przekracza 70 procent. We wszystkich krajach EU i EFTA udział diesli wyniósł średnio 53 procent, i są to dane z 2014 roku.

To jaki plan ma Mercedes?

Taki, który zapewni marce zachowanie wiodącej pozycji wśród marek premium. W Stuttgarcie świetnie się na tym znają i są na tyle pewni przewagi technologicznej i jakościowej (Mercedesy już nie rdzewieją tak bardzo jak W210 czy pierwsze Sprintery, a szczególnie ich drzwi…) że otwarcie prezentują swoją strategię.

• optymalizacja wydajności silników przy wykorzystaniu najnowszych dostępnych technologii, połączona z doskonaleniem aerodynamiki samochodów, obniżaniem ich masy i poprawą zarządzania energią,
• dalsze zwiększanie wydajności samochodów poprzez szerszy udział napędu hybrydowego: już w 2017 roku Mercedes miał dziesięć modeli hybrydowych na rynku, w tym S 500 e, C 350 e, GLE 500 e 4MATIC, GLC 350 e, E 350 e,
• sukcesywne wprowadzanie lokalnie zeroemisyjnych pojazdów na akumulatory lub ogniwa paliwowe, w których paliwem jest wodór.

Warto odnotować, że Mercedes jako jeden z niewielu koncernów nie powiela mitu o zeroemistyjnej motoryzacji elektrycznej, tylko otwarcie pisze o lokalnej zeroemisyjności. Prąd do ładowania samochodów elektrycznych nie bierze się z niczego, w wielu krajach jego produkcja oznacza konkretną emisję zanieczyszczeń do atmosfery.

Produkcja samochodów nie jest zeroemisyjna niezależnie od rodzaju napędu, dlatego naszym zdaniem powinno się kłaść większy nacisk na ograniczenie planowanego starzenia produktów i ograniczenie produkcji nowych aut dzięki temu, że stare będą dłużej użytkowane. „Stare” to oczywiście pojęcie umowne, mamy na myśli modele kilkuletnie, które w przypadku luksusowych marek już w wieku ok. 10 lat stają się nieopłacalne w naprawie.

Producenci mają  z tego zysk, bo klient zamiast do warsztatu, idzie do salonu po nowe auto. Będzie ono bardziej ekologiczne w użytkowaniu, ale jego wyprodukowanie oznacza konkretne obciążenie środowiska.

Pamiętacie Mercedesa E 290 Turbodiesel? Trudno go zapomnieć nie tylko ze względu na buszującą rdzę, lecz także z racji niezniszczalnego silnika Diesla.

A wracając do nowego diesla Mercedesa…

…marka ma w ofercie kilka samochodów elektrycznych, począwszy od B 250 e z 2015 roku, poprzez czwartą generację Smarta w roku 2016…

…i to w zasadzie tyle. Niewiele! Mercedes-Benz pracuje nad nową platformą dla aut elektrycznych o zasięgu 400-500 km. Zapowiada też gamę modeli napędzanych ogniwami paliwowymi, ale Niemców wyprzedziły firmy koreańskie, które mają takie auta w normalnej sprzedaży konsumenckiej. Pierwszym Mercedesem na wodór, produkowanym wielkoseryjnie, ma być GLC.

Warto też skomentować ambicje Mercedesa co do zasięgu samochodów elektrycznych, które marka zamierza produkować. Przejście z testu spalania NEDC na cykl WLTP (wrzesień 2018) z pewnością skróci zasięg „elektryków” o mniej więcej 20 procent. W międzyczasie jednak można liczyć na dalszy rozwój technologii związanej z akumulatorami, co powinno zwiększyć gęstość energii, a w rezultacie pojemność baterii i zasięg samochodów.

Mercedes nie testuje na klientach…

…a przynajmniej bardzo się stara, aby wyłapać wszelkie potencjalnie awaryjne rozwiązania jeszcze zanim silniki trafią pod maski samochodów w salonach sprzedaży. Nie jest łatwo w to uwierzyć, zważywszy na skalę problemów z poprzednim dieslem OM 651, ale popatrzcie tylko na te liczby.

Zanim jakikolwiek nowy silnik Mercedesa trafi do przedprodukcyjnych testów drogowych, już ma za sobą rozległą procedurę testową na hamowni silnikowej. W specjalnie wybudowanym centrum testowym (lokalizacja: Stuttgart-Untertürkheim) na trzech piętrach znajdują się w sumie 72 stanowiska do testowania silników!

Hamownie silnikowe pracują przez cały rok, dwadzieścia cztery godziny na dobę, poza czasem potrzebnym na przezbrojenie pod nowy silnik lub wymianę jednostki napędowej na identyczną silniki testowane są niemal non stop.

Nowy diesel OM 654 „przejechał” na stacjonarnych hamowniach Mercedesa 25 tysięcy godzin, zanim trafił do drogowej fazy testowej pod maską Merdecesa klasy E.

Oprogramowanie hamowni silnikowych w centrum testowym Mercedesa pozwala na stacjonarną symulację różnych warunków drogowych, obciążenia samochodu, stylu prowadzenia auta, w zasadzie można tu zrobić z silnikiem wszystko.

Wszystko – czyli co?

Poza zimnym rozruchem, testami układu wyłączającego silnik na postoju i „jazdami” wytrzymałościowymi, można symulować także jazdę pod górę. W jednym z testów silnik poddawany jest obciążeniu, odpowiadającemu podjazdowi o nachyleniu 40 proc. aby sprawdzić np. obciążenie układu smarowania.

Poza wzrostem obciążenia, silnik naprawdę się przechyla na specjalnej, ogromnej kołysce, aby jak najpełniej zasymulować rzeczywiste warunki jazdy pod solidną górę!

W różnych fazach rozwojowych, nowy silnik poddawany jest także testom przyspieszonego zużycia. Testy takie trwają od 500 do 2400 godzin i obejmują zarówno jazdę pod pełnym obciążeniem, jak i z obciążeniem częściowym. Obciążenie na hamowni, w pewnym uproszczeniu, odpowiada stosunkowi mocy lub momentu obrotowego silnika do jego maksymalnych możliwości.

Zachowanie podzespołów w podwyższonej temperaturze pod względem zachowania ich pierwotnych właściwości oraz pod względem niezawodności odbywa się przy pełnej mocy silnika. Także niewielkie obciążenia mogą stanowić dobry test dla silnika, choćby dlatego, że właśnie w takich warunkach w oleju silnikowym tworzy się tzw. czarny szlam.

Niektóre testy są naprawdę mordercze dla materiałów, z których wykonano silnik – jedna z procedur wytrzymałościowych zakłada obniżenie temperatury cieczy chłodzącej silnik ze 110 do zaledwie 25 stopni Celsjusza w ciągu jednej minuty!

Ale i to nie koniec – po takim schłodzeniu silnik dostaje „pełny gaz” i musi wytrzymać jazdę z pełną mocą i ze stałą prędkością, jeszcze przy zimnej cieczy chłodzącej. Takie testy to żadna nadgorliwość, jeżeli weźmiemy pod uwagę ogromne obciążenie termiczne współczesnych silników Diesla.

Jeżeli motor ma trafić do seryjnej produkcji, musi przetrwać takie „katowanie” bez szwanku. Oczywiście nie oznacza to stuprocentowej bezawaryjności – przeciwnie, w czasie testów każdego silnika każdej marki notowane są awarie, ale muszą mieścić się w założonym przedziale ilościowym i czasowym.

Do tego dochodzi typowe zużycie eksploatacyjne – elementy i podzespoły silnika na hamowni zużywają się tak jak podczas realnej jazdy, której warunki symuluje hamownia…

…na pewno zużywają się tak samo?

Oczywiście, że nie. Hamownia, choćby nie wiadomo jak rozbudowana, nie zastąpi testów drogowych. Zbyt wiele jest zjawisk, które trudno przewidzieć, aby poprzestać na stacjonarnych testach samego silnika.

Dlatego nowy diesel Mercedes OM 654 – jak każdy inny współcześnie produkowany silnik tej marki – trafia następnie do samochodu, a samochód na hamownię podwoziową. Tutaj zaczyna się optymalizacja współpracy silnika ze skrzynią biegów i całym samochodem. Stąd auto może już trafić tylko na drogę.

A raczej na drogi, bo mówimy tu o bardzo różnorodnych warunkach. Na przykład mróz minus trzydzieści stopni Celsjusza na drogach północnej Szwecji. Albo 40-stopniowy upał na wysokości 2500 m w Hiszpanii. Gdyby to nie wystarczyło, do dyspozycji jest jeszcze tunel klimatyczny i komora ciśnieniowa, symulująca wysokości do 4000 metrów.

Oddzielną procedurą są testy wytrzymałościowe. Żeby nie trwały „wiecznie”, Mercedesy wjeżdżają na tor do jazdy z wysoką prędkością, aby w miarę szybko zasymulować przejechanie 250 tys. km przez typowego kierowcę podczas typowej, codziennej jazdy.

To też nie zrobiło na Was wrażenia?

Pomyślcie więc, że cały budynek z hamowniami Mercedesa w Untertürkheim jest certyfikowaną elektrociepłownią, która dostarcza moc elektryczną do sieci przesyłowej. Siedemdziesiąt dwa dwustukonne silniki to dziesięć megawatów – całkiem konkretna moc! To oczywiście przykładowe wyliczenia – na hamowniach pracują różne silniki z różną mocą chwilową, dlatego zarządzaniem ich mocą sumaryczną zajmuje się dedykowany system. A teraz…

…wracamy do konstrukcji diesla OM 654

Pisaliśmy już o tym, że Mercedes postawił na modularną konstrukcję tego silnika. Nie miał innego wyjścia – to racjonalne rozwiązanie redukuje niepotrzebne koszty I upraszcza projektowanie. Można powiedzieć, że w pewnym stopniu korzysta na tym także klient.

Ponieważ nowy silnik ma „na sobie” także układ oczyszczania spalin, to trzeba było tak go zaprojektować, aby zmieścił się pod maską wszystkich Mercedesów, w których planowano jego zastosowanie, a więc także w modelach przednionapędowych, z poprzecznie ustawionym zespołem napędowym.

Dzięki mniejszym rozmiarom bloku silnika osiągnięto całkowite wymiary z osprzętem podobne, jak w tradycyjnym silniku V6. Jedno jest pewne:

Człowiek bez komputera by tego nie zaprojektował

Po prostu nie zdążyłby tego zrobić – tylko dzięki komputerowo wspomaganemu projektowaniu i produkcji można dziś budować silniki o tak wyśrubowanych parametrach i w tak krótkim czasie.

Najpierw powstaje trójwymiarowy, cyfrowy model silnika. Zanim powstanie prawdziwy model trójwymiarowy, symulowany jest proces odlewniczy. To bardzo ważne, bo sam fakt zaprojektowania jakiegoś podzespołu nie oznacza jeszcze, że uda się go wykonać w wielkoseryjnej produkcji.

Po fazie symulacji, przy wykorzystaniu szybkiego prototypowania (rapid prototyping – modny ostatnio termin) pierwsze formy odlewnicze powstają nawet jeszcze tego samego dnia!

„Drukuje” je specjalna drukarka piaskowa.

Drukarka piaskowa?

Tak. W końcu formy odlewnicze wytwarzane są z sypkiej masy, połączonej spoiwem. I niech ten moment zostanie spoiwem całego artykułu – moglibyśmy pisać dalej, ale byłby to już żargon znany prawie wyłącznie specjalistom obeznanym z technologią produkcji.

Dość powiedzieć, że gdy masowa produkcja silnika Mercedesa już się rozpocznie, to potem jest już tylko optymalizacja, optymalizacja i jeszcze raz optymalizacja całego procesu. Tak, jak przy publikacji reklam w Google. To niekończący się proces – zawsze znajdzie się coś, co da się zrobić lepiej, taniej, szybciej…

…i można z dużym prawdopodobieństwem prognozować, że tak będzie wyglądała motoryzacja w najbliższym czasie. Samochody będą musiały spełniać coraz bardziej wyśrubowane normy. Będą doskonalone za wszelką cenę. Cenę, którą finalnie zawsze zapłaci kierowca, czy to przy zakupie, czy serwisie samochodu.

Cenimy Mercedesa za determinację w rozwoju diesli. Niewiele firm na świecie ma tak ogromny wkład w rozwój silników wysokoprężnych jak Daimler-Benz. A skoro tak znacząca marka wkłada tak dużo pracy w nową rodzinę silników spalinowych, to kres napędu spalinowego raczej szybko nie nastąpi. Inaczej by się to nie opłacało. A przecież to biznes – dużym graczom zawsze musi się opłacać.

Tekst: Michał Krasnodębski, zdjęcia: Mercedes.