AutoRai

19-2-2002

Mercedes-Benz presenteert nieuwste generatie viercilinders

In de loop van dit jaar introduceert Mercedes-Benz een nieuwe generatie viercilinder benzinemotoren. Deze ultramoderne krachtbronnen, die in de C-Klasse debuteren zijn later ook beschikbaar voor de andere modellen.

Op het programma staan vier versies van de ultramoderne 1,8-liter, allen voorzien van het exclusieve TWINPULSE-systeem dat maximaal rijplezier combineert met uitstekende souplesse en een minimaal verbruik. Dit wordt gerealiseerd door de combinatie van verschillende technologieën zoals drukvulling via de compressor, intercooler, vier kleppen techniek, variabele kleptiming, Lanchester-balansassen en het adaptieve gaspedaal.
Het vermogen van de nieuwe viercilindermotor varieert van 105 kW (143 pk) tot 141 kW (193 pk). Vanaf eind 2002 lanceert Mercedes-Benz voor het eerst een exclusieve, direct ingespoten benzinemotor van 125 kW of 170 pk. s Werelds eerste motor van dit type combineert de veelbelovende technieken van directe injectie met drukvulling via een compressor en balansassen. De afkorting CGI op de achterzijde van de Mercedes-Benz modellen staat voor (Stratified) Charged Gasoline Injection en is in de toekomst het logo waaraan deze moderne technologie te herkennen is.

De directe benzine-inspuiting zorgt voor een tot 19 procent lager brandstofverbruik ten opzichte van de vergelijkbare C-Klasse, maar biedt toch meer vermogen. Concreet stelt de C 200 CGI zich tevreden met 7,8 liter loodvrije benzine per 100 kilometer (gecombineerd verbruik volgens de Europese cyclus*). Meer dan 75 % van het koppel is al beschikbaar vanaf 1500 omw/min. Bij 3000 omw/min bereikt de direct ingespoten motor zijn maximum koppel van maar liefst 250 Nm; een opmerkelijk hoge waarde die constant blijft tot 4500 omw/min. Overigens moet wel worden opgemerkt dat zwavelhoudende brandstoffen het verbruiksvoordeel kunnen reduceren.

TWINPULSE: meer dynamiek, minder verbruik

De vergelijking met hun voorgangers bewijst dat de drie nieuwe viercilindermotoren van Mercedes-Benz voldoen aan alle eisen op het vlak van zuinigheid en dynamische eigenschappen, zelfs wanneer ze voorzien zijn van een conventionele inspuiting. Zo trekt de nieuwe C 180 KOMPRESSOR op van 0 tot 100 km/h in 9,7 seconden en haalt hij een topsnelheid van 222 km/h : 1,3 seconde en 12 km/h sneller dan de huidige C 180 Limousine.

* Getest met zwavelvrije super plus brandstof
Het brandstofverbruik neemt af met één liter en blijft beperkt tot 8,4 liter per honderd kilometer (gecombineerd verbruik volgens de Europese cyclus), wat tien procent beter is dan de huidige C 180. Dankzij een koppel van 220 Nm (15 % meer dan zijn voorganger die 190 Nm haalde), dat al beschikbaar is vanaf 2500 omw/m, voldoet deze viercilindermotor aan de strengste eisen op het gebied van trekkracht en souplesse.

De nieuwe C 200 KOMPRESSOR verbruikt 11 % minder dan de huidige C 200 Kompressor. Deze nieuwe viercilindermotor bereikt een maximum koppel van 240 Nm bij 3000 o/m, tegenover 230 Nm voorheen. De meest krachtige versie van de nieuwe viercilindermotor, de C 230 KOMPRESSOR (141 kW/192 pk en 260 Nm), wordt aangeboden in de Sportcoupé. Hij is 0,7 liter per 100 kilometer zuiniger in vergelijking met zijn voorganger.

Hoog thermisch rendement en zeer gunstige koppelkromme

De Mercedes-ingenieurs zijn er met hun nieuwe generatie viercilindermotoren in geslaagd uitstekende verbruikswaarden te behalen door het werkgebied van de motor te verschuiven naar toerentallen waarbij een optimaal thermisch rendement wordt behaald. De vermindering van de cilinderinhoud tot 1,8 liter maakt het eveneens mogelijk de wrijvingsverliezen en warmteafdracht aan het koelsysteem te beperken, wat een positief effect heeft op het brandstofverbruik.

De viercilindermotoren van de C-Klasse blijven zich onderscheiden door hun souplesse en buitengewone dynamiek. Deze eigenschappen zijn met name te danken aan de compressortechniek die de drukvulling verzorgt: een technologie die op alle motoren van de nieuwe generatie wordt toegepast.
De unieke combinatie van de met compressortechniek verzorgde drukvulling en Lanchester balanceertechniek biedt dankzij het Twinpulse-systeem nog een oplossing voor een principieel conflict dat al lang bekend is bij de ontwikkeling van viercilindermotoren. De balansassen compenseren namelijk de principiële, voor viercilindermotoren onvermijdelijke trillingen en waarborgen op die manier een rustige, trillingsvrije loop.

Met andere woorden, dankzij de compressortechnologie en de geavanceerde motortechnologie zijn de nieuwe motoren van Mercedes-Benz in staat om de trekkracht en het geluidscomfort van een zescilinder te combineren met het gunstigere brandstofverbruik van een viercilinder.

Lean-burn technologie en uitlaatgas reinigingstechniek met NOx-accumulator

De directe benzine-inspuiting kent, net als de compressor techniek, een lange traditie bij Mercedes-Benz. Halverwege de jaren 50 bood de fabrikant uit Stuttgart deze technologie aan op de 300 SL Gullwing, het legendarische model met de vleugeldeuren. Deze sportwagen was de eerste in serie gebouwde auto met een direct ingespoten viertaktmotor: een revolutie waarmee de zescilinder zijn kracht significant kon vergroten.

Een belangrijke vooruitgang op het gebied van
uitlaatgasreinigingstechniek en motormanagement technologie hebben geresulteerd in de oplossing van een bekend technisch probleem: het produceren van een motor die voldoende arm verbrandt ter verkrijging van het gewenste lagere brandstofverbruik terwijl gebruik gemaakt moet worden van een uitlaatgasreinigingstechniek die normaal gesproken het meest optimaal reinigt bij een lucht/brandstofmengsel van 14.6:1. De oplossing wordt geboden met een nieuw ontwikkelde NOx-opslagkatalysator die de stikstofoxiden opslaat gedurende de periode dat de motor loopt op een mager mengsel (lean-burn). De stikstofoxiden worden pas vrijgegeven in korte regeneratiefasen, zodat ze kunnen reageren met andere bestanddelen uit de uitlaatgassen om zodoende omgevormd te worden tot het onschadelijke stikstofgas.

Dankzij deze technologie, gecombineerd met uitlaatgasrecirculatie en secundaire luchtinblazing, is de C 200 CGI in staat ruimschoots te voldoen aan de toekomstige EU4 emissie-eisen. Tot maximaal 35 % van de uitlaatgassen kunnen worden teruggevoerd, afhankelijk van de belasting van de motor. Zodoende wordt een substantiële reductie van de stikstofoxides in de uitlaatgasemissies bereikt.

Een andere vernieuwing is de lineaire lambdasonde, die bij de koude start direct geactiveerd wordt en informatie levert over de samenstelling van de uitlaatgassen. Die informatie wordt door het motormanagement geanalyseerd, onder meer voor de warmloopperiode. Deze sonde laat de katalysator toe sneller zijn optimale bedrijfstemperatuur te bereiken. Een nieuwe, in het netwerk opgenomen digitale NOx-sensor waarborgt trouwens de optimale sturing van de NOx opslag katalysator.

Directe injectie met maximumdruk van 120 bar

In een direct ingespoten motor worden lucht en brandstof pas in de verbrandings-kamer met elkaar gemengd. De brandstof wordt via een injector in de cilinder ingespoten onder een hoek van 42 graden en met een druk van 50 tot 120 bar (afhankelijk van de belasting). De fijn vernevelde brandstof vormt met de luchtdeeltjes een mengsel dat naar de bougies wordt geleid via de speciaal daartoe gevormde zuigerbodem. Ter vergelijking: in de viercilindermotor met conventionele injectie bedraagt de druk waaronder de brandstof wordt ingespoten ongeveer 3,8 bar.

De CGI-motor heeft twee separate luchtinlaatkanalen per cilinder met elk hun eigen stromingskarakteristiek. Deze kanalen verzorgen een optimale werveling van het mengsel om zodoende de verbranding zo snel en volledig mogelijk te laten verlopen. Eén van deze inlaatkanalen beschikt reeds over een instelbare klep waarmee de werveling kan worden beïnvloed. De werking van de hogedruk brandstofpomp wordt gewaarborgd door de inlaatnokkenas. De hoeveelheid druk die heerst in de leiding (rail), die rechtstreeks verbonden is met de injectoren, wordt bepaald door een drukregelaar die aangestuurd wordt door de motormanagement computer.

Bij deellast, met een gemiddelde injectiedruk van 4 tot 5 bar en bij lage toerentallen, werkt de motor op een arm mengsel, staat de smoorklep open en is er dus een groot overschot aan lucht. De Mercedes-ingenieurs noemen dit stratified charging: de brandstof wordt pas vrij laat ingespoten in de door de zuiger gecomprimeerde lucht. Buiten deellast en lage toerentallen draait de direct ingespoten motor op de lucht/brandstofverhouding die ook door gewone motoren met een katalysator wordt toegepast (Lambda 1).

Aluminium cilinderkop met variabel verstelbare nokkenassen

Alle varianten van de nieuwe Mercedes-motor zijn voorzien van een uit aluminium legering vervaardigde cilinderkop met zestien kleppen en twee bovenliggende nokkenassen. In tegenstelling tot de viercilindermotoren die Mercedes-Benz tot dusver heeft toegepast, zijn beide nokkenassen variabel verstelbaar. Een nieuw ontwikkelde schoepenverstelling met geïntegreerd stuurventiel laat toe dat continu de best aangepaste distributietijd wordt gekozen; dat is een voordeel voor het koppelverloop bij vollast, maar ook voor verbruik en uitstoot.
De kleppen worden bediend via roltuimelaars en de speling van de kleppen wordt gecompenseerd door een onderhoudsvrij hydraulisch systeem.

Low noise compressor met hoog rendement

De compressor, die op alle nieuwe viercilindermotoren borg staat voor een voorbeeldige koppelkromme karakteristiek bij lage toerentallen, is geoptimaliseerd door de Mercedes-ingenieurs. De betere passing van de rotors in het compressorhuis en het nieuwe materiaal waarmee de rotors bekleed worden, maken een nog grotere luchtstroom mogelijk. Dit vergroot het rendement van deze compressor nog verder, in vergelijking met de mechanische compressor op de oude viercilindermotoren van Mercedes-Benz. Ter hoogte van de inlaat en drukzijde zijn speciale breedband geluiddempers toegepast om de geluidsproductie te minimaliseren.

De samengeperste lucht verlaat de compressor, stroomt door de intercooler en bereikt op die manier de optimale temperatuur en dichtheid voor de verbranding. Het inlaatsysteem in kunststof is voor de CGI niet hetzelfde als voor de conventionele inspuitversie: op de direct ingespoten motor wordt het systeem nog vòòr de cilinderkop in twee aparte kanalen per cilinder verdeeld. Per cilinder is steeds één van deze kanalen voorzien van een elektrisch verstelbare wervelklep die de werveling van de lucht nog verder versterkt.

Motormanagement computer aan de luchtfilterbehuizing

Het ronde luchtfilter, dat vastzit op het inlaatspruitstuk, biedt een relatief groot filteringsoppervlak voor zijn beperkte afmetingen. De elektronische stuureenheid met twee krachtige processoren werd eveneens aan de zijkant van de luchtfilterbehuizing gemonteerd. Deze processoren verdelen de complexe taken onder elkaar. De eerste neemt de real time-processen, zoals de berekening van de ontstekings- en injectie-impulsen, voor zijn rekening. De tweede neemt de synchrone functies op zich, zoals de lambdaregeling of de bepaling van het ontstekingstijdstip en de inspuithoeveelheid.
De computer is in de boordelektronica geïntegreerd via de CAN (Controller Area Network) gegevensbus en wisselt informatie uit met de andere computers.

Zoals op alle moderne benzinemotoren van Mercedes-Benz staan alle onderdelen van de nieuwe viercilinders, waarvan de goede werking onmisbaar is voor een lage uitstoot, onder het wakende oog van de elektronica. Dit zogeheten on board diagnosesysteem waarborgt bijvoorbeeld de continue analyse van het rendement van de katalysator, de controle van de ontstekingsinstallatie, de elektrische check-up van de regeneratieklep en de controle van de lambdasonde. Vertoont een van deze systemen een storing, dan licht in het combi-instrument het controlelampje check engine op. Tegelijkertijd worden de foutmeldingen opgeslagen, zodat een servicetechnicus het probleem direct herkent en de storing kan oplossen.

Typische souplesse van een zescilindermotor

Naast de voorbeeldige vermogenskarakteristiek, het gunstige brandstofverbruik en een lage uitstoot bieden de nieuwe viercilindermotoren van Mercedes-Benz nog een voordeel: de typische rustige loop en een akoestiek die niet onder doen voor die van een zescilinder. Hiervoor is met name de nieuw ontwikkelde Lanchester balancering verantwoordelijk. De twee gesmede, meervoudig gelagerde balansassen zijn onder de krukas gepositioneerd en draaien, tegengesteld aan elkaar, dubbel zo snel als de krukas. Op die manier compenseren zij de vanuit het werkingsprincipe onvermijdelijke massakrachten die gegenereerd worden door onder meer het bewegen van de zuigers, wat hinderlijke trillingen met zich mee kan brengen. De afmetingen, de massa en de opstelling van de balansassen zijn precies aangepast aan de massatrillingen van de viercilindermotor. Deze techniek zorgt voor een aanzienlijke vermindering van het geluidsniveau en de trillingen, wat het rijcomfort sterk vergroot.

De aluminium behuizing waarin de balansassen een plaats kregen, zit in het oliecarter van waaruit het vastgeschroefd werd op het cilinderblok. De aandrijving gebeurt via een lichtgewicht, enkelvoudige ketting. De oliepomp van de motor werd eveneens in het cilinderblok gemonteerd en wordt via twee tandwielen aangedreven door een van de assen. Het cilinderblok is vervaardigd van onder druk gegoten aluminium (ter vervanging van het gietijzer van de vorige viercilinders). Dit levert een essentiële bijdrage aan het lage gewicht van de nieuwe viercilinders: de motor weegt bijna 167 kg, wat ongeveer 18 kg minder is dan zijn voorganger (een winst van circa 10 %).

Adaptief gaspedaal zo dynamisch als de bestuurder wil

Verder ontwikkelde Mercedes-Benz een nieuwe techniek die het type bestuurder herkent en de aandrijfkarakteristiek van de motor hierop aanpast. Bij een sportieve bestuurder werkt de elektronica zodanig, dat de C-Klasse ogenblikkelijk reageert op de geringste aanraking van het gaspedaal. Merkt de computer echter dat de bestuurder meer voor comfort kiest, dan past de elektronica het kenveld zo aan, dat de viercilinder zich prima leent tot deze manier van rijden.

Om het type bestuurder direct te herkennen, houdt het systeem alle pedaal-bewegingen nauwkeurig in de gaten. Het registreert permanent de acceleratie-manoeuvres en past de gevoeligheid van het gaspedaal aan naar de verzamelde gegevens.
Deze aanpassing gebeurt continu, in kleine stapjes, om te vermijden dat de wegligging van de auto en de verwachtingen van de bestuurder met elkaar zouden conflicteren. Een sportieve rijstijl zorgt ervoor dat de gasklep verder openstaat dan normaal. De motor speelt zo spontaner in op de verwachtingen van de bestuurder en bereikt sneller zijn maximaal acceleratievermogen. Bij een op comfort gerichte rijstijl kiest de elektronica voor een vlakkere pedaalkarakteristiek waarbij de gasklep langzamer wordt opengezet bij een even diep ingetrapt pedaal. De auto versnelt dan vooral op een soepele manier.