Nowy silnik Diesla Mercedesa 220d

Następca popularnego i cenionego silnik 2.1 CDI to jednostka o mniejszej pojemności, ale większej mocy jednostkowej. Motor OM 654 wyróżnia niska masa oraz zastosowanie na szeroką skalę aluminium. Podobnie jak inne nowe jednostki Mercedesa, gładzie cylindrowe zostały pokryte powłoką NANOSLIDE®. Silnik charakteryzuje się wysoki parametrami. Osiąga moc 195 KM przy 3800 obr./min i 400 Nm w zakresie od 1400-2800 obr./min. Na tle poprzednika, czyli OM 651, nowy motor wyróżnia znacznie większa moc osiągana z jednego litra pojemności skokowej (72 kW zamiast 58,3 kW). Mimo dobrych osiągów motor ma być ekonomiczny. To zasługa m.in. nowoczesnego wtrysku paliwa, niskiego tarcia oraz zainstalowania bezpośrednio na silniku nowoczesnych rozwiązań oczyszczania spalin.

Silnik 220d - w pełni aluminiowy

Silnik OM 654 w wersji o mocy 195 KM to pierwszy całkowicie aluminiowy, 4-cylindrowy silnik wysokoprężny firmy Mercedes-Benz. Jego waga wynosi 168,4 kg, co oznacza, że motor ten jest o 35,4 kg lżejszy od swojego poprzednika rozwijającego moc 170 KM. Różnica mas pomiędzy obiema jednostkami jeszcze bardziej wzrasta, jeśli zamiast masy ustalanej według normy DIN, porównać motory gotowe do uruchomienia, ze wszystkimi akcesoriami. Wtedy ich waga różni się aż o 46 kg, co powinno odbić się na lepszym prowadzeniu nowego modelu i niższym zużyciu paliwa.

Zobacz też: Silnik BMW 1.5 TwinPower Turbo : opis i budowa

W jaki sposób uzyskano tak niską masę? Kluczowymi czynnikami było zmniejszenie pojemności skokowej, przejście z dwustopniowego turbodoładowania do pojedynczego oraz zastosowanie aluminiowej skrzyni korbowej z tulejami cylindrowymi pokrytymi powłoką NANOSLIDE® i dwóch plastikowych mocowań silnika.

Najważniejsze wymiary „gołego” silnika - czyli średnica i skok tłoka oraz odległość między osiami cylindrów - determinują jego całkowitą długość i wysokość. W porównaniu z jednostką 2, rozstaw osi cylindrów został skrócony z 94 do 90 mm. Średnica (82,0 mm) i skok (92,3 mm) nowej jednostki przekładają się na korzystną pojemność pojedynczych cylindrów - tuż poniżej 500 ccm - i zapewniają optymalny współczynnik korbowodowy w odniesieniu do spalania i tarcia. Aluminiową skrzynię korbową zaprojektowano tak, aby poradzić sobie z bardzo wysoką mocą (wytrzymuje maksymalne ciśnienie do 205 barów).  Aby ograniczyć całkowitą wysokość silnika, napęd rozrządu - tak jak w poprzedniku - zlokalizowano w tylnej części jednostki (od strony przekładni). Rozwiązanie to może jednak utrudnić wymianę rozrządu, zmuszając mechanika do wyjęcia motoru z komory silnikowej. Z tyłu, w obszarze chronionym przed skutkami zderzeń, znajduje się również wysokociśnieniowa pompa wtryskowa, napędzana łańcuchem rozrządu (po lewej stronie silnika).

Zobacz też: Silnik Opla 1.0 Turbo 12V SIDI

Aby zamocować silnik w pojeździe możliwie nisko, wałki wyrównoważające Lancestera umieszczono nie poniżej, ale po lewej i prawej stronie wału korbowego. Obok wału, podobnie jak w OM 651, została zlokalizowana pompa oleju - ułatwia to montaż w pojazdach budowanych na różnych architekturach.

Niższe zużycie paliwa

Nowa jednostka napędowa mimo relatywnie wysokiej mocy, ma być oszczędniejsza od poprzednika. Zamontowany w porównywalnym pojeździe, nowy silnik zużywać będzie o około 13% mniej oleju napędowego od poprzednika OM 651. Poza zoptymalizowanym przepływem ładunku oraz zastosowaniem czwartej generacji wtrysku common rail z ciśnieniem do 2050 barów. do oszczędności paliwa przyczynia się około 25-proc. redukcja strat wynikających z tarcia wewnętrznego. Aby je zmniejszyć tarcie inżynierowie:
• zastosowali płaskie, stalowe tłoki z innowacyjnymi, stopniowanymi misami spalania i długimi korbowodami;
• wykorzystali tuleje cylindrowe pokryte powłoką NANOSLIDE®
• zmniejszyli pojemność skokową;
• udoskonalili mechanizm rozrządu.

Aluminiowa skrzynia korbowa i stalowe tłoki

Nietypowym pomysłem inżynierów Mercedesa, jest połączenie aluminiowej skrzyni korbowej i stalowych tłoków. Przecież w wysokiej temperaturze stal ma mniejszą rozszerzalność od aluminium, słabiej od niego przewodzi ciepło i jest cięższa. Dlaczego dotychczas stosowano tłoki aluminiowe.Mercedes postanowił wykorzystać cechy obu materiałów dla zwiększenia wydajności silnika. Przykładowo, dzięki mniejszej rozszerzalności cieplnej stali w miarę wzrostu temperatury operacyjnej rośnie odległość między stalowym tłokiem a aluminiową skrzynią korbową - co pozwala zmniejszyć tarcie o 40-50%. Fakt, że przy porównywalnych gabarytach konstrukcji stal jest wytrzymalsza od aluminium, pozwolił zaprojektować bardzo zwarte, lekkie tłoki, i to z zapasem wytrzymałości. Mniejsza przewodność cieplna stali prowadzi z kolei do wyższych temperatur elementów, co pozwala podnieść wydajność termodynamiczną, zwiększyć palność i ograniczyć czas trwania procesu spalania.

Zobacz też: Silnik Renault 1.6 dCi Twin Turbo 160 KM

Także konstrukcja samych tłoków jest niespotykana. OM 654 to pierwszy stosowany w samochodzie osobowym silnik, w którym zastosowano tłoki z opracowaną przez Mercedes-Benz stopniowaną misą spalania. Nazwa ta wzięła się od kształtu denka w koronie tłoka. Stopniowana misa ma korzystny wpływ na proces spalania i ogranicza obciążenie cieplne w krytycznych obszarach tłoka oraz dostawanie się cząstek sadzy do oleju. Wyższe tempo spalania w porównaniu ze stosowaną wcześniej misą spalania omega przekłada się na wzrost efektywności. Specjalna konfiguracja połączenia kształtu misy, przepływu powietrza i wtryskiwacza wyróżnia się bardzo skutecznym wykorzystaniem powietrza, co umożliwia pracę w obliczu bardzo wysokiego współczynnika nadmiaru powietrza. Rezultat: emisja cząstek stałych mogła zostać ograniczona do szczególnie niskiego poziomu.