Nieuwe motoren in de schijnwerpers:Mercedes-Benz presenteert zijn nieuwste generatie viercilinders
- Vier nieuwe benzinemotoren tot 141 kW (192 pk)
- Lancering vanaf mid-2002 op de C-Klasse en op andere modellen
- TWINPULSE-systeem voor een lager verbruik en meer rijplezier
- Unieke technologie met compressor en balansassen
- Rechtstreekse benzine-inspuiting: 19 % lager verbruik
- 15 % meer koppel en een uitstoot die beneden de Euro 4-norm ligt
- Moderne, toptechnologische motoren in aluminium
Met zijn nieuwe generatie viercilinders, die Mercedes-Benz vanaf halverwege 2002 zal lanceren, kiest de constructeur duidelijk voor de toekomst. Deze ultramoderne krachtbronnen, die eerst de C-Klasse zullen uitrusten, en pas nadien beschikbaar zullen zijn in de andere modellen, nemen op alle ontwikkelingsgebieden het voortouw: verbruik, koppel, vermogen, gewicht en werkingsstabiliteit.
Op het programma staan vier versies van de ultramoderne 1,8-liter, stuk voor stuk voorzien van het exclusieve TWINPULSE-systeem dat een maximaal rijplezier en werkingsstabiliteit garandeert, net als een minimaal verbruik. Het geheim? De combinatie van verschillende technologieën zoals drukvoeding via compressor, koeling van de drukvoedingslucht, distributie met vier kleppen per cilinder, variabele nokkenassen, Lanchester-uitbalancering en adaptief werkingsdynamisme.
Een rechtstreeks ingespoten motor van 170 pk die slechts 7,8 liter verbruikt
De vermogenschaal van de nieuwe viercilindermotor van Mercedes-Benz gaat van 105 kW (143 pk) tot en met 141 kW (193 pk). Vanaf eind 2002 zal het merk een exclusieve, rechtstreeks ingespoten benzinemotor van 125 kW of 170 pk lanceren. 's Werelds eerste motor van dit type combineert de veelbelovende techniek van directe injectie met drukvoeding via compressor en met balansassen. De afkorting CGI op de kofferklep van de Mercedes-Benzmodellen zal staan voor Stratified Charged Gasoline Injection en zal in de toekomst het logo zijn waaraan je deze moderne technologie herkent.
De rechtstreekse benzine-inspuiting zorgt voor een tot 19 procent lager brandstofverbruik ten opzichte van de vergelijkbare C-Klasse, maar biedt toch meer vermogen. Concreet zal de C 200 CGI zich tevreden stellen met 7,8 liter loodvrije super per 100 kilometer (mixverbruik volgens de Europese cyclus).
Vanaf 1500 o/m stelt de krachtbron met directe injectie 75 procent meer maximumkoppel ter beschikking. Vanaf 3000 o/m levert hij maar liefst 250 Nm: een opmerkelijk hoge waarde die constant blijft tot en met 4500 o/m.
TWINPULSE: meer dynamisme, 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 werkingsdynamiek, zelfs wanneer ze voorzien zijn van een klassieke inspuiting. De nieuwe C 180 KOMPRESSOR trekt op van 0 tot 100 km/h in 9,7 seconden en haalt een topsnelheid van 222 km/h : 1,3 seconde en 12 km/h sneller dan de huidige C 180 berline. Het brandstofverbruik neemt af met een liter en blijft beperkt tot 8,4 liter per honderd kilometer (Europees gemengd verbruik), 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 beschikbaar is vanaf 2500 o/m, voldoet deze viercilindermotor aan de strengste eisen op het vlak van hernemingen en soepelheid.
De nieuwe C 200 KOMPRESSOR verbruikt 11 % minder dan zijn voorganger. Zijn viercilinder haalt een maximumkoppel van 240 Nm bij 3000 o/m, tegenover 230 Nm voorheen.
De krachtigste versie (141 kW/192 pk en 260 Nm) van de nieuwe viercilindermotor, de C 230 KOMPRESSOR, wordt aangeboden in de Sportcoupé. Hij werd er 0,7 liter per 100 kilometer zuiniger op in vergelijking met het vorige model.
Hoog warmterendement en een bijzonder gunstige koppelkromme
De Mercedes-ingenieurs zijn er met hun nieuwe generatie viercilindermotoren in geslaagd deze uitstekende verbruikswaarden te halen door te spelen met de werkingsparameters van de krachtbron om zo de toerentallen waarbij een optimaal rendement wordt gehaald, nog beter te kunnen benutten. De vermindering van de cilinderinhoud tot 1,8 liter maakte het eveneens mogelijk de wrijvingscoëfficiënt te verminderen en het warmterendement te verhogen, met een grotere brandstofeconomie tot gevolg.
De viercilindermotoren van de C-Klasse blijven zich onderscheiden door hun vinnigheid en hun buitengewoon dynamisme. Deze kwaliteiten werden bekomen dankzij de drukvoeding per compressor: een technologie die op alle motoren van de nieuwe generatie wordt toegepast. Vanaf het vrijlooptoerental leveren die veel koppel waardoor de eindverhouding met maximaal 13 % kon worden verlengd. Op die manier kunnen de nieuwe motoren onbeperkt worden aangesproken terwijl ze een interessanter rendement aan de dag weten te leggen. Het TWINPULSE-effect zeg maar: betere prestaties en een lager verbruik.
De combinatie van drukvoeding via compressor en Lanchester-uitbalancering is uniek in de wereld. Dankzij het TWINPULSE-systeem wordt er een oplossing geboden voor een belangenconflict dat al lang bekend is binnen de wereld van de motorontwikkeling. Nu compenseren balansassen de onvermijdelijke trillingen en waarborgen ze op die manier een werkingsstabiliteit die ongeëvenaard is binnen deze categorie van cilinderinhoud.
Met andere woorden, dankzij de mechanische drukvoeding en een ultramoderne technologie koppelen de nieuwe motoren van Mercedes-Benz het hernemingspotentieel en het geluidscomfort van een zescilinder aan de zuinigheid van een viercilinder.
Werking op arm mengsel bij gedeeltelijke belasting en recyclage van de uitlaatgassen via een katalysator met NOx-accumulator
De rechtstreekse benzine-inspuiting is, net als de techniek van de compressor, een langgewortelde traditie bij Mercedes-Benz. Halverwege de jaren 50 al bood de constructeur uit
Vandaag de dag richt deze injectietechnologie haar aandacht op andere punten: het brandstofverbruik en de uitstoot van schadelijke stoffen. Dankzij de vooruitgang die geboekt werd op het vlak van uitlaatgaszuivering en motorsturing is het onmogelijke nu haalbaar: de motor op een arm mengsel laten draaien (noodzakelijk voor een lager verbruik) en het simultaan gebruik van een katalysator die normaal gezien een stoichiometrische mengeling van lucht en brandstof (14,6 / 1) vereist. De oplossing bestaat erin een nieuwe katalysator met NOx-accumulator te ontwikkelen die de stikstofoxides opneemt wanneer de motor op een arm mengsel draait en ze dan tijdens korte regeneratiefases vrijmaakt zodat ze in niet-vervuilende stikstof en andere uitlaatgascomponenten worden omgezet.
Gecombineerd met de recyclage van uitlaatgassen en het aanblazen van secundaire lucht stelt deze techniek, die gebruikt wordt op de nieuwe rechtstreeks ingespoten benzinemotor, de C 200 CGI in staat om een uitstoot te halen die onder de Euro 4-norm ligt. Het aandeel gerecycleerde uitlaatgassen is afhankelijk van het toerental, maar kan maximaal 35 % bedragen, wat een aanzienlijke verlaging van de uitstoot van stikstofoxide met zich meebrengt. Een andere nieuwigheid is de lineaire lambda sonde, die van bij de koudstart geactiveerd wordt en die informatie levert over de samenstelling van de uitlaatgassen. Die info wordt dan door de motorsturing geanalyseerd, onder meer voor een optimale werking wanneer de motor zijn optimale bedrijfstemperatuur heeft bereikt. Deze sonde laat de katalysator toe sneller zijn werkingstemperatuur te bereiken. Een nieuwe, digitale NOx-sensor waarborgt trouwens de optimale sturing van de katalysator met NOx-accumulator.
Directe injectie met een maximumdruk van 120 bar
In een rechtstreeks ingespoten motor worden lucht en brandstof pas in de verbrandingskamer met elkaar gemengd. De brandstof wordt in de cilinder ingespoten via een injector die in een hoek van 42 graden staat en die de benzine onder een druk van 50 tot 120 bar (afhankelijk van het toerental) zet. De brandstofdruppels koppelen zich dan aan de luchtmoleculen om zo een ontvlambare mengeling te vormen. Dit mengsel wordt dan door de speciale luchtopslagkamers naar de ontstekingsbougies gestuurd. Bij wijze van vergelijkingsbasis: in de viercilindermotor met klassieke injectie bedraagt de druk waaronder de brandstof wordt ingespoten ongeveer 3,8 bar.
Om het gasmengsel de optimale wentelende beweging mee te kunnen geven die nodig is voor een zo snel en zo volledig mogelijke verbranding, beschikt de CGI-motor over twee aparte luchtinlaten waarvan de fluxkarakteristieken afgesteld werden door middel van een bijzonder complex procédé. Ieder van deze inlaatleidingen is voorzien van een verstelbaar fluxklep. De werking van de hogedrukpomp wordt gewaarborgd door de inlaatnokkenas: de hoeveelheid druk die heerst in de leiding of in de voedingsbuis die rechtstreeks verbonden is met de injectoren wordt bepaald door een drukregulator die gestuurd wordt door de rekeneenheid van de motor. Deze drukregulator ontvangt bovendien ook signalen van een speciale druksensor.
Bij gedeeltelijke belasting, bij een gemiddelde injectiedruk van 4 tot 5 bar en bij lage toerentallen, werkt de motor zoals bij stationair toerental: op een arm mengsel, met een groot overschot aan lucht dus. De Mercedes-ingenieurs noemen dit de 'aandrijfbelasting': de brandstof wordt pas vrij laat ingespoten in de door de zuiger samengedrukte lucht. Bij hogere toerentallen draait de rechtstreeks ingespoten motor op de lucht-brandstofmengeling die ook door gewone motoren met een katalysator wordt gebruikt (Lambda 1).
Een aluminium cilinderkop met variabele nokkenassen
Alle varianten van de nieuwe Mercedes-motor zijn voorzien van een supersterke aluminium cilinderkop met zestien kleppen en twee bovenliggende nokkenassen. In tegenstelling tot de motoropstelling die Mercedes tot hiertoe voor zijn viercilinders gebruikte, krijgen deze twee nokkenassen een variabel diagram. Een nieuwe voorontstekingsverstelinrichting met geïntegreerde distributiekleppen laat toe dat de best aangepaste distributietijd continu wordt gekozen, wat een voordeel is inzake maximumkoppel, maar ook inzake verbruik en uitstoot. De kleppen worden bediend via roltuimelaars en de speling van de kleppen wordt gecompenseerd door een onderhoudsvrij hydraulisch systeem.
Een compressor met een hoog rendement en een eigen stemgeluid
De compressor, die op alle nieuwe viercilindermotoren borg staat voor een voorbeeldig bolle koppelkromme bij lage toerentallen, werd geoptimaliseerd door de Mercedes-ingenieurs: de kortere afstand tussen de rotors en de compressoreenheid en het nieuwe materiaal waarmee de rotors bekleed werden, maken een nog grote luchtdebiet mogelijk, wat het rendement van deze compressor in vergelijking met de mechanische compressor op de oude viercilindermotoren van Mercedes-Benz nog vergroot. Ter hoogte van de inlaat en de voeding werden speciale breedbanddempers voorzien om de geluidsproductie binnen de perken te houden.
De samengedrukte lucht verlaat de compressor via een intercooler en bereikt op die manier de optimale temperatuur en 'dichtheid' voor de verbranding. Het inlaatbuizensysteem in plastic is voor de CGI niet hetzelfde als voor de normale versie: op de rechtstreeks ingespoten motor wordt het systeem nog voor ze de cilinderkop bereiken in twee aparte kanalen per cilinder verdeeld. Een van deze kanalen loopt uit op een elektrisch gestuurde turbulentieklep die de werveling van de lucht nog versterkt.
Een elektronisch stuureenheid in de luchtfilterbehuizing
De ronde luchtfilter, die vastzit op het inlaatbuizensysteem, biedt als voordeel een relatief groot filteringsoppervlak voor een uitzonderlijk beperkte ruimte. De elektronische sturing, met twee krachtige processoren, werd eveneens aan de zijkant van de behuizing 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 zoals de regeling van de lambda sonde en de bepaling van het tijdstip van injectie en van de hoeveelheid in te spuiten brandstof op zich. De computer werd in de boordelektronica geïntegreerd via de CAN (Controller Area Network) gegevensbus en wisselt informatie uit met de andere computers. De geoptimaliseerde luchtmassadebietmeter met hittefilm werd rechtstreeks achter de luchtfilterbehuizing gemonteerd.
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 diagnosesysteem waarborgt bijvoorbeeld de continue analyse van het rendement van de katalysator, de controle van de ontsteking, de elektrische check-up van de regeneratieklep en de controle van de lambda sonde.
De typische werkingsstabiliteit van een zescilinder dankzij een nieuwe uitbalancering
Naast een voorbeeldig vermogen, een bescheiden verbruik en een lage uitstoot bieden de nieuwe viercilindermotoren van Mercedes-Benz nog een voordeel: een werkingsstabiliteit en een stemgeluid die niet hoeven onder hoeven te doen voor die van een zescilinder. Twee kwaliteiten waar de nieuwe Lanchester-uitbalancering zeker niet vreemd aan is. Onder het geheel van bewegende onderdelen zitten twee gesmede assen met meervoudige lagers die dubbel zo snel en in tegengestelde richting van de krukas draaien. Op die manier compenseren zij de onvermijdelijke massakrachten die gegenereerd worden door onder meer het bewegen van de zuigers dat hinderlijke trillingen met zich meebrengt.
De afmetingen, de massa en de opstelling van de balansassen werden precies aangepast aan de gewichtsschommelingen van de viercilindermotor. Deze techniek zorgt voor een aanzienlijke vermindering van het geluidsniveau en van de trillingen. Het rijcomfort boekt met andere woorden een grote winst.
De aluminium behuizing waarin de balansassen een plaats kregen, zit in het oliecarter waar het vastgeschroefd werd op de basis van 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 van onder druk gegoten aluminium vervaardigd (ter vervanging van het gietijzer van de vorige viercilinders), wat een essentiële bijdrage is tot het lage gewicht van de nieuwe viercilinders. In cijfers uitgedrukt: de motor weegt alles bij elkaar bijna 167 kg, wat ongeveer 18 kg minder is dan zijn voorganger (een winst van om en bij de 10 %).
Zo dynamisch als de bestuurder zelf wil
Mercedes-Benz dokterde voorts nog een nieuwe techniek uit die zijn steentje zal bijdragen tot het rijplezier. De nieuwe techniek bestaat erin dat het type bestuurder herkend wordt en dat de reactiekenmerken van de motor hieraan aangepast worden. Met een bestuurder die er een sportieve rijstijl op nahoudt, zal de elektronica zo reageren dat de C-Klasse ogenblikkelijk reageert op de geringste streling van het gaspedaal. Merkt de computer echter dat de bestuurder meer voor comfort kiest, dan past de elektronica de koppelkenmerken zo aan dat de viercilinder zich prima leent tot deze manier van rijden.
Om foutloos het type bestuurder te herkennen, houdt het systeem rekening met alle pedaalbewegingen, registreert het permanent de acceleratie en past het de gevoeligheid van het gaspedaal aan in functie van de verzamelde gegevens. Deze aanpassing gebeurt continu, in korte etappes, om te vermijden dat de wegligging van de auto en de verwachtingen van de bestuurder niet met elkaar zouden conflicteren. Bij een sportieve rijstijl zal een identieke pedaalslag dus uitmonden in een afsluitklep die verder dan normaal gaat openstaan. De motor speelt bijgevolg 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 koppelkromme waarbij de klep langzamer open wordt gezet bij een even diep ingetrapt pedaal. De auto zal dan vooral op een soepelere manier versnellen.