Unter der Lupe: Neue Premium-Dieselmotorenfamilie: Sparsamer und stärker, leichter und kompakter

Der neue Vierzylinder-Diesel OM 654 markiert den Start einer richtungsweisenden Motorenfamilie bei Mercedes-Benz. Erstmalig in einem Pkw-Dieselmotor wird dort das Stufenmulden-Brennverfahren angewendet – benannt nach der Form der Verbrennungstasche im Kolben. Zu den Innovationen zählen ebenso die Kombination von Alugehäuse und Stahlkolben sowie die weiter entwickelte NANOSLIDE® Laufbahnbeschichtung.

Seine Weltpremiere hat der neue Vierzylinder OM 654 als 220 d in der neuen E‑Klasse im Frühjahr 2016 gefeiert. Eingebaut in einem vergleichbaren Fahrzeug, verbraucht der neue Motor rund 13 Prozent weniger Kraftstoff als sein Vorgänger. Verantwortlich dafür ist neben der optimierten Luftführung auf der Ansaug- und Abgasseite und dem Einsatz der Common-Rail-Einspritzung der vierten Generation mit Drücken bis zu 2050 bar die Reduzierung der internen Reibleistung um rund 25 Prozent. Erreicht wurde dies durch

  • flache Stahlkolben mit innovativen Stufenmulden und langen Pleuel
  • umfangreiche Maßnahmen zur Reibungsreduktion wie NANOSLIDE® Beschichtung der Zylinderlaufbahnen
  • Schränkung des Triebwerks
  • Reduzierung des Hubraums
  • konsequenten Leichtbau

Ungewöhnliche Kombination: Alu-Gehäuse und Stahlkolben

Auf den ersten Blick scheint die Kombination von Alugehäuse und Stahlkolben ungewöhnlich. Denn Stahl dehnt sich bei Hitze weniger aus als Aluminium, leitet die Wärme schlechter und ist schwerer. Deshalb werden bislang Alukolben verwendet. Die Stuttgarter Motorkonstrukteure münzten diese scheinbaren Nachteile allerdings in Vorteile um. Beispielsweise sorgt die geringere Ausdehnung von Stahl bei steigenden Betriebstemperaturen für wachsendes Spiel zwischen Kolben und Alugehäuse und reduziert damit die Reibung um 40 bis 50 Prozent. Die gegenüber Aluminium höhere Festigkeit von Stahl erlaubt gleichzeitig sehr kompakt gebaute, leichte Kolben, die sogar zusätzliche Festigkeitsreserven bieten. Schließlich führt die geringere Wärmeleitfähigkeit von Stahl zu erhöhten Bauteiltemperaturen und verbessert so den thermodynamischen Wirkungsgrad mit höherer Zündwilligkeit und reduzierter Brenndauer.

Durch die Kombination der innovativen Stahlkolben mit der weiter entwickelten NANOSLIDE® Laufbahnbeschichtung ergeben sich Verbrauchs- und CO2-Emissionsvorteile von bis zu vier Prozent. Dabei sind die Verbrauchsvorteile im für den Alltag wichtigen unteren und mittleren Drehzahlbereich noch deutlicher.

Weltpremiere im Pkw: Das Stufenmulden-Brennverfahren

Erstmalig in einem Pkw-Dieselmotor wird im neuen OM 654 das Mercedes-Benz Stufenmulden-Brennverfahren angewendet – benannt nach der Form der Verbrennungstasche im Kolben. Das Brennverfahren wurde komplett neu entwickelt. Die Stufenmulde wirkt sich positiv auf den Verbrennungsverlauf, die thermische Bauteilbelastung kritischer Kolbenbereiche und den Rußeintrag in das Motorenöl aus. Durch die gegenüber der bisherigen Omega-Mulde gesteigerte Brenngeschwindigkeit steigt der Wirkungsgrad. Die spezielle Abstimmung von Muldenform, Luftbewegung und Einspritzdüse ist gekennzeichnet durch eine sehr gute Luftausnutzung und ermöglicht den Betrieb bei sehr hohem Luftüberschuss. So lassen sich die Partikelemissionen auf ein besonders niedriges Niveau absenken.

Abgas-Emissionen: Für die Zukunft gerüstet

Der neue Dieselmotor ist auf die Erfüllung der zukünftigen Emissionsgesetzgebung (RDE – Real Driving Emissions) ausgelegt. Alle für die effiziente Emissionsminderung relevanten Komponenten sind direkt am Motor verbaut. Unterstützt durch Isolationsmaßnahmen und weiterentwickelte Katalysatorbeschichtungen kann ein motorseitiges Temperaturmanagement im Kaltstart- und Niedriglastbetrieb vollständig entfallen. Neben den Vorteilen bei den Emissionen ergeben sich daraus Verbrauchseinsparungen insbesondere bei kurzen Wegstrecken. Durch die motornahe Anordnung hat die Abgasnachbehandlung einen geringen Wärmeverlust und optimale Arbeitsbedingungen.

Der neue Motor verfügt über eine Mehrwege-Abgasrückführung (AGR). Sie kombiniert die gekühlte Hochdruck- und Niederdruck-AGR. So können bereits die Rohemissionen des Motors im gesamten Kennfeld bei verbrauchsoptimaler Lage des Verbrennungsschwerpunkts deutlich weiter abgesenkt werden.

Die Produktion des OM 654 erfolgt im Stammwerk Untertürkheim sowie bei der 100-prozentigen Daimler-Tochter MDC Power im thüringischen Kölleda.

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