Mercedes C250 CDI met 2.1 twinturbo

Nieuwe viercilinder-dieselmotoren van Mercedes-Benz

Passend voor de 150e verjaardag van uitvinder Rudolf Diesel presenteert Mercedes-Benz een volledig nieuw ontwikkelde generatie van viercilinder-dieselmotoren. De motoren zetten volledig nieuwe maatstaven als het gaat om vermogen, koppel, uitstoot en vooral zuinigheid. In zijn sterkste variant haalt de nieuwe vierclinder uit een cilinderinhoud van 2.143 cc een vermogen van 150 kW/204 pk, 20 procent meer dan zijn voorganger. Het koppel steeg van 400 naar 500 Nm, een toename van 25 procent. Ondanks de 25 kW meer vermogen verbruikt de nieuwe viercilinder duidelijk minder dan zijn voorganger, die toch al zeer zuinig was. In de middenklasse-personenauto verbruikt deze met 150 kW-motor slechts 5,4 liter diesel per 100 km (NEDC-norm), met de ook nieuwe 125 kW/170 pk sterke motor zelfs niet meer dan 5,1 liter per 100 km. Daarmee daalt ook de CO2-uitstoot met tot 13 procent. De nieuwe viercilinder-dieselmtoor voldoet nu al aan de toekomstige EU5-uitlaatgasnorm.

Door alleen te melden dat de nieuwe viercilinder-dieselmotoren van Mercedes-Benz krachtiger, schoner en zuiniger zijn, doet men ze beslist tekort. De motoren zorgen ook voor een indrukwekkende ervaring tijdens het rijden. Ze zijn krachtig en soepel en tegelijkertijd voor een viercilindermotor opmerkelijk stil. Dat zorgt voor rijplezier van hoog niveau, en zuinig zijn de motoren ook nog. In vergelijking met de voorgaande motorgeneratie onderscheidt de nieuwe krachtbron zich door een betere opbouw van het koppel vanuit lagere toerentallen en de beste koppelkarakteristiek in zijn klasse. Zo kan bij lage toerentallen zeer zuinig worden gereden.

De nieuwe dieselmotor zal in tal van Mercedes-Benz-modellen, inclusief de Sprinter, in verschillende uitvoeringen worden gebruikt. Met zijn grote vermogenspotentieel biedt de motor volop mogelijkheden voor het zogeheten “downsizing”, de toepassing van motoren met een kleinere cilinderinhoud en minder cilinders, om het brandstofverbruik effectief terug te dringen. Dankzij de souplesse en de kracht van de motor kan aan de hoge eisen worden voldaan die Mercedes-Benz-klanten stellen op het gebied van comfort en rijplezier. Voor de toepassing in personenwagens zijn voorlopig drie varianten gepland.

Intensief testprogramma: 100.000 uur op de testbank en tien miljoen kilometer getest
Na een ontwikkelingstijd van 48 maanden, waarbij de modernste computertechniek werd toegepast, liep het eerste prototype in augustus 2005. Daarna draaiden de motoren nog zo’n 100.000 uur op de testbank om de nieuwe krachtbron onder alle omstandigheden optimaal te beproeven. Met verschillende testauto’s werd in totaal rond de tien miljoen kilometer afgelegd, zelfs in woestijnen en in poolgebieden, door stof, modder en water.

De nieuwe motor kan zowel in lengterichting als overdwars worden ingebouwd en is ook geschikt voor vierwielaandrijving, uitbreiding met de door Mercedes-Benz ontwikkelde innovatieve uitlaatgasreiniging BlueTEC. Daarnaast kan de motor in de toekomst ook worden toegepast als zuinige verbrandingsmotor in combinatie met hybride-technologie.
Unieke innovatieve technologieën

Zijn koppelkarakteristiek, efficiëntie, beperkte uitstoot en stille loop heeft de nieuwe motor te danken aan een reeks van innovatieve technologieën. Sommige daarvan zijn volledig nieuw ontwikkeld en in geen enkele andere op dit moment in serie geproduceerde dieselmotor te vinden. Tot de belangrijkste kenmerken van de nieuwe motor behoren:
• Twee turboladers voor meer vermogen en een optimaal koppelverloop
• ‘Common-rail’-techniek van de vierde generatie met een tot 400 bar hogere druk van maximaal 2.000 bar en gemodificeerde piëzo-injectoren voor nog nauwkeuriger gedoceerde inspuiting
• Maximale ontstekingsdruk van 200 bar voor meer vermogen
• De oliepomp en waterpomp worden naar behoefte aangestuurd voor minder energieverbruik
• Een motorblok van gietijzer en een cilinderkop van aluminium
• Drijfstangen van gesmeed staal, gewichtsgeoptimaliseerd
• Geoptimaliseerde koeling op plaatsen waar dat nodig is die de 200 bar ontstekingsdruk en hoog specifiek vermogen mogelijk maakt
• Twee in het motorblok gepositioneerde Lancaster balansassen ter reductie van de motortrillingen
• Vliegwiel met radiale trillingsdemping, waardoor trillingen tussen motor en aandrijflijn worden opgevangen

“Common-rail”-inspuiting van de vierde generatie
Met de komst van de nieuwe dieselmotor past Mercedes-Benz ook de vierde generatie van de beproefde directe “common-rail”-inspuiting voor het eerst in serieproductie toe. Het belangrijkste kenmerk is de maximale raildruk, die nu met 400 bar gestegen is tot maximaal 2.000 bar. Deze hogere potentiële druk was nodig om het vermogen tot 150 kW/204 pk en het koppel tot 500 Nm te laten toenemen en tegelijkertijd de uitstoot te verminderen. Volledig nieuw ontwikkelde piëzo-injectoren zijn een belangrijk kenmerk van de CDI-techniek. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de eigenschap van piëzo-keramiek, dat zijn kristalstructuur onder elektrische spanning binnen enkele microseconden verandert. De nieuwe injectoren zijn voorzien van in serie geschakelde piëzo-elementen, waarmee de inspuitnaald direct wordt aangestuurd en ook grotere volumeveranderingen met een precisie van enkele duizendste millimeters mogelijk zijn. Zo kan het beschikbare inspuitvolume worden vergroot en kan de inspuithoeveelheid bijzonder snel en nauwkeurig – met zelfs meervoudige inspuitingen per cyclus – worden bepaald, afhankelijk van de belasting van de motor en het toerental. Dat heeft een gunstig effect op verbruik, emissie en verbrandingsgeluid. Tegelijkertijd loopt de motor stationair veel rustiger dan voorheen.

Door het innovatieve aansturingsconcept werkt de injector geheel zonder lekkage. Hierdoor is niet meer, zoals vroeger, een lekolieleiding nodig om de minimale hoeveelheden lekbrandstof terug in het systeem te leiden. Daardoor wordt de warmtehuishouding van het injectiesysteem verbeterd, zodat ook bij een raildruk van maximaal 2.000 bar geen brandstofkoeling nodig is. En dat bespaart weer energie en wordt er bij hoge belasting van de motor 1 kW minder energie benodigd voor de aandrijving van de brandstofpomp.

200 bar ontstekingsdruk en geoptimaliseerde verbrandingskamer
De brandstof wordt in de verbrandingskamer met een zorgvuldig berekende geometrie ingespoten, waartoe ook de precies berekende uitsparingen in de zuigerbodems behoren. In vergelijking met de voorgaande motor werd de verbrandingskamer vlakker en kreeg hij een iets grotere diameter. De compressieverhouding werd verminderd van 17,5:1 tot 16,2:1. Hierdoor is het verbrandingsproces zo geoptimaliseerd, dat er minder schadelijke emissies ontstaan. Vooral bij de uitstoot van stikstofoxides (NOx) is er sprake van een belangrijke vermindering.

De maximale ontstekingsdruk is mede bepalend voor het vermogen en het verbruik. De nieuwe viercilinder-dieselmotor van Mercedes-Benz is op dit gebied koploper bij de dieselmotoren voor personenauto’s met een druk van 200 bar. Voor een snelle start zijn gloeibougies van keramiek ingebouwd, die een hogere temperatuur bereiken dan metalen gloeibougies (1.250°C in plaats van 1.050°C) en bovendien nauwelijks slijten.

Twee turboladers voor volop koppel bij elk toerental
Twee turboladers voorzien de nieuwe dieselmotor van lucht. Daarmee past Mercedes-Benz voor het eerst bij een dieselmotor voor personenwagens in een systeem toe waarbij de inlaatlucht in twee fasen wordt gecomprimeerd. Het doel is daarbij om de nadelen van één uitlaatgasturbo op te heffen. Hiertoe behoort de traagheid van een grote turbocompressor, die bijvoorbeeld blijkt uit het traag op gang komen van de auto, het zogeheten “turbogat”. Bovendien zijn bij de toepassing van één turbo vlot optrekken en maximaal vermogen nauwelijks te combineren met een gunstig brandstofverbruik bij maximaal vermogen. De compacte bouwwijze van deze ‘beademingsunit’ bestaat uit een kleine hogedruk-(HD) uitlaatgasturbo en een grote lagedruk-(ND) uitlaatgasturbo. Beide omvatten ze een turbine en een daardoor aangedreven compressor en ze zijn beide in serie geschakeld. De voordelen van deze geleiding van de verbrandingsluchttoevoer via twee uitlaatgasturbo’s zijn een betere vulling van de cilinders (meer vermogen) en daardoor een groter koppel, zelfs bij lage toerentallen. Ook wordt het brandstofverbruik verminderd en de bestuurder merkt dat er geen sprake meer is van een ‘turbogat’. Over het gehele toerenbereik wordt een goede koppelkarakteristiek geboden met duidelijk betere prestaties, waarbij de motor direkt op het gaspedaal reageert.

Als logische aanvulling op het turboladersysteem is ook de intercooler vergroot. Deze vermindert de temperatuur van de samengeperste en verwarmde lucht met zo’n 140 graden, zodat er meer lucht in de verbrandingsruimte kan stromen. Achter de laadluchtkoeler zorgt een elektrisch bediende klep voor een nauwkeurige dosering van verse lucht en de hoeveelheid teruggevoerde uitlaatgassen. Voor het optimaliseren van de hoeveelheid teruggevoerd uitlaatgas wordt deze in een krachtige warmtewisselaar afgekoeld. Samen met een speciale HFM-module (Hittefilm luchtmassameting) in de verse-luchttoevoer, die het motormanagementsysteem exact informeert over de hoeveelheid vers aangeleverde lucht, wordt zo de uitstoot van stikstofoxides duidelijk verminderd. Het resultaat: een goede opwarming van de motor, minder schadelijke emissies bij koude motor door een warmere verbranding, minder uitstoot bij een warme motor door gekoelde uitlaatgasrecirculatie en een langere levensduur. De motor kan tot bij temperaturen van rond het vriespunt zonder wachttijd voor voorgloeien worden gestart, waarbij de motor als gevolg van de uiterst effectief werkende beademingstechnologie direct stabiel loopt.

Aan de achterzijde van de motor geplaatste distributie
Tot de belangrijke innovaties bij de viercilinder-dieselmotor behoort ook de aan de achterkant van het motorblok geplaatste distributie. Daarmee kan, wanneer de motor in lengterichting wort ingebouwd en de motorkap naar achteren oploopt, beter op de steeds strenger wordende wettelijke eisen voor voetgangersbescherming worden ingespeeld. Bovendien veroorzaakt de krukas daardoor aan de achterkant van de motor minder trillingen als aan de voorkant. De eveneens nieuw ontwikkelde klepbediening zorgt voor minder wrijvingsweerstand bij de in- en uitlaatkleppen, 16 in het totaal. De bovenliggende inlaatnokkenas en uitlaatnokkenas, de Lanchaster-balansassen en de nevenaggregaten worden aangedreven door een combinatie van tandwielen en een korte kettingaandrijving. Het geluid dat normaliter gepaard gaat met tandwielaandrijving werd door detailaanpassingen verminderd.

Uniek bij een in serie geproduceerde dieselmotor zijn ook de elektrisch inschakelbare water- en oliepomp, die indien nodig worden ingeschakeld. De zuigers worden gekoeld via een oliepomp met een centrale schakelklep voor alle vier de zuigersproeiers. Daarmee zijn de omstandigheden voor alle cilinders gelijkwaardig. Door de forse afmeting worden ook bij volledige belasting van de motor de zuigers optimaal gekoeld, wat ten goede komt aan de levensduur van de motor. Door de geregelde oliepomp wordt bovendien de doorstroming en daarmee het verbruik verminderd. De waterpomp kan eveneens indien nodig worden ingeschakeld. Net zoals de inschakelbare oliepomp draagt deze bij tot het snel verwarmen van de verbrandingsruimte, waardoor het verbruik en de ruwe uitstoot worden verminderd.

Het ontwikkelingspotentieel is nog niet ten einde
Ondanks zijn unieke prestaties, zijn voorbeeldige karaktereigenschappen en zijn uitstekende verbruik zit de nieuwe viercilinder-dieselmotor van Mercedes-Benz nog niet aan het plafond van zijn mogelijkheden. Het potentieel van de extreem flexibele inspuitingstiming wordt nog verder ontwikkeld, om de uitstoot nog verder af te bouwen. Bovendien zal de combinatie van deze nieuwe dieselmotor gecombineerd met nieuwe verbruikstechnologieën het verbruik verder doen verminderen, zoals bij hybride-voertuigen.

Het diesel-succesverhaal van Mercedes-Benz wordt vervolgd
Met de nieuwe dieselmotoren geeft Mercedes-Benz een overtuigend antwoord op de vragen van de toekomst en zet daarmee opnieuw een mijlpaal in de geschiedenis van de dieseltechniek. Ook zet de fabrikant een lange traditie voort. Al in 1936 beleefde de dieselmotor zijn première in een Mercedes-Benz-personenauto, de legendarisch geworden 260 D. Sindsdien heeft Mercedes-Benz als dieselpionier de techniek van de motor met zelfontbrander consequent verder ontwikkeld en verbeterd. Tot de hoogtepunten behoren de eerste turbodieselmotor in de Mercedes-Benz 300 SD (1977), het debuut van de vierkleppentechniek (1995), de eerste diesel-personenauto’s met partikelfilter in Californië (1985), de directe “common-rail”-inspuiting (1997), het onderhoudsvrije diesel-partikelfilter (2003), dat Mercedes-Benz al geruime tijd standaard in alle dieselmodellen levert, alsmede de introductie van de BlueTEC-technologie voor de schoonste diesel ter wereld (2006).