Os dejo un informe que realicé en el año 2008 sobre este motor que montan los VF 212 de Bergadana.
Introducción.
- Dos etapas de turboalimentación que proporcionan gran potencia a cualquier régimen y respuesta espontánea.
- Aplicación de la tecnología de Common-rail de cuarta generación.
- Utilización de nuevas innovaciones técnicas que reducen el consumo y emisiones de gases nocivos a la atmósfera.
Para definir el carácter básico de la nueva generación de motores de cuatro cilindros diesel se resume en tres superlativos: más poder, mayor económica y mayor limpieza. Sin embargo, si queremos apreciar realmente estos nuevos motores procedentes de la planta de Untertürkheim debemos de dar un explicación más pormenorizada y no centrarnos solamente en esos superlativos que empobrecerían este estudio. En primer lugar debemos decir que una de las causas de la aparición de esta nueva generación de motores es que la anterior muy pronto con la nuevas reglamentaciones en emisiones en muchos países van a ser previsiblemente excluidos para su comercialización. Ello ha redefinido las normas de potencia y par por un lado y el consumo de combustible y emisiones de gases de escape por el otro. Así pues, se ha tenido que establecer unas cifras de referencia que ninguna otra serie comparable de motores actual es capaz de igualar ahora a finales de 2008.
El avance técnico que los ingenieros de diseño de Mercedes-Benz han logrado no solo es perceptible en el papel; sus efectos se pueden experimentar con gran intensidad tras el volante de los vehículos que los equipan. En lo que a las cifras se refiere, la variante más potente de estos nuevos motores de cuatro cilindros rinde 150 kW/204 CV a partir de una cilindrada de 2.143 cm3. Esto representa un aumento del 20% en comparación con su predecesor, a pesar de su casi idéntica cilindrada. El pico de par máximo a aumentado un 25% de 400 Nm a 500 Nm. Si comparamos los rendimientos de esta nueva generación con la anterior tenemos 70 kW/95,2 CV y 233,3 Nm respecto a 58,2 kW/79,2 CV y 186,2 Nm por litro.
Baja el consumo de combustible a pesar del importante aumento de potencia.
Los ingenieros se han ocupado de garantizar que los nuevos motores diesel de cuatro cilindros sean un dechado de eficiencia en consumo de combustible. A pesar del importante aumento de potencia en 25 kW, el motor es más frugal que su predecesor, que ya era en su aparición bastante parco en consumos teniendo en cuenta su cilindrada. Esta frugalidad ya queda constatada en el nuevo C 250 CDI BlueEFFICIENCY Prime Edición. Este motor de 204 CV instalado en la Clase C arroja unos consumos de 5,2 litros a los 100 kilómetros (NEDC), 0,7 litros menos que antes. En Mercedes-Benz también han logrado rebajar la emisión de gases contaminantes no tratados. Estos motores sin incluir sistemas de tratamiento de emisiones son capaces de pasar la norma de emisiones EU5. Según comento el doctor Thomas Weber, que es responsable del Grupo de Investigación y Desarrollo de los vehículos Mercedes-Benz en el consejo de administración de Daimler AG:
“Todas las medidas aplicadas a nuestros cuatro cilindros diesel les hacen entrar ahora en un nuevo ámbito que hasta hoy ha estado restringido a la preservación de nuestros tres litros diesel de seis cilindros y grandes motores V8 de gasolina que las combinan con una economía de consumo ejemplar.”
Progresos tangibles e intenso placer de utilización.
Los conductores son capaces de disfrutar de las virtudes de estas nuevas motorizaciones con todos sus sentidos. Las nuevas unidades de cuatro cilindros de forma inmediata nos hacen sentir su poderío y su ágil respuesta conjuntado con un nivel admirable de suavidad atípico en motorizaciones de es número de cilindros. Esta motorización sitúa al Clase C en el estatus de los modelos deportivos con una marca de 7 segundos en la aceleración de 0 a 100 km/h. Su tremenda flexibilidad traduce cualquier orden al acelerador se traduce en un rápido aumento de velocidad que hace de los adelantamientos en carreteras de doble sentido un ejercicio sencillo y seguro, valga como ejemplo el paso de 60 a 120 km/h en 5ª velocidad en solo 9,2 segundos. La velocidad máxima es de 250 km/h. Estas cifras se suman a un alto grado de diversión al volante combinado con una gran economía. Al margen de la gran potencia este motor acumula una reserva de par motor a bajas revoluciones notablemente superior a su antecesor. Esto significa que el motor es plenamente utilizable a bajas vueltas y con marchas largas en muchas situaciones cotidianas con lo que ello beneficia en el consumo medio.
Aplicación de tecnologías innovadoras.
Los excelentes resultados de la nueva motorización se deben a la aplicación de una serie de tecnologías innovadoras. Las principales características de la nueva motorización diesel son:
- Sobrealimentación de doble etapa que garantiza una alta potencia y una entrega de par motor óptimo a cualquier régimen de revoluciones.
- Aplicación de la cuarta generación de Common-rail que aumenta la presión de inyección en unos 400 bares respecto a la anterior generación, trabajando a 2000 bares. Utilización de unos nuevos inyectores piezoeléctricos de aguja de control directa que permiten una mayor flexibilidad en el calado de la inyección, lo que lleva a un motor más suave en marcha, menor consumo de combustible y reducción de emisiones.
- Una presión máxima de ignición de 200 bares que permite una alta potencia.
- Tanto los pulverizadores de aceite como de las boquillas de pulverización de la bomba de agua se activan solo cuando es necesario para una mayor eficiencia energética y reducción de consumo. La bomba de aceite es de nuevo diseño y permite reducciones de caudal de forma controlada. El árbol de levas se sitúa en la parte trasera del motor con el fin de obtener un mejor funcionamiento del motor y satisfacer los exigentes requisitos de protección de peatones.
- El bloque motor está hecho de hierro fundido y la culata de aluminio.
- Dos camisas en la culata bien diferenciadas garantizan la máxima refrigeración en el área de cada una de las cámaras de combustión, que es lo que permite una presión de ignición de 200 bares.
- Los cilindros de hierro fundido han sido sometidos a una cura de adelgazamiento con respecto a los del modelo predecesor, lo cual contribuye también a una mejora de los consumos.
- Para minimizar las fuerzas secundarias inherentes al funcionamiento de cualquier motor de cuatro cilindros con las que someten al chasis del vehiculo provocando vibraciones se han utilizado arboles contrarrotantes Lanchaster en la parte inferior del bloque motor que funcionan con rodamientos de baja fricción en lugar de con casquillos de fricción.
- Se ha diseñado un volante motor de doble masa para motores de alto par a bajas revoluciones con el fin de aislar cualquier vibración del cigüeñal, contribuyendo así a un funcionamiento del motor suave.
Dos fases de turboalimentación dan lugar a un alto par motor a cualquier régimen de revoluciones del motor.
El nuevo motor diesel de cuatro cilindros con dos turbos en cascada es el primero de su especie montado en serie en vehículos Mercedes-Benz. El objetivo de este nuevo concepto es el de eliminar los inconvenientes de las mecánicas con una sola etapa de sobrealimentación con un turbo. Así pues el temido turbo-lag o tardanza de respuesta del turbocompresor hasta que no se supera un régimen determinado de revoluciones tras superar su momento de inercia o resistencia al movimiento (en torno a las 1800-2000 revoluciones) ha desaparecido con esta nueva mecánica. Mucho conductores desesperaban al tener que efectuar una maniobra evasiva y encontrarse en ese preciso instante su mecánica en zona de bajo soplado del turbo, teniendo que recurrir a bajar marchas y a revolucionar el motor con el inconveniente de pérdida de tiempo en la maniobra y mayor consumo.
Esta nueva concepción se materializa en un módulo compacto con dos turbos. Uno primero de alta presión de pequeño tamaño (HP) y otro de baja presión de mayor tamaño (LP) conectados en serie. Ambos se encuentran constituidos por una turbina y un compresor impulsado por la turbina.
- La turbina de alta presión (HP) tiene un diámetro de 38,5 mm y se encuentra alojada en el colector de escape. El flujo de los gases de escape fluye a través de esta turbina en primer lugar, provocando el giro de ésta hasta un tope de 248.000 revoluciones por minuto.
- Dentro del alojamiento de la turbina de alta presión (HP) existe un conductor de derivación, que se puede abrir o cerrar gracias a la actuación de una válvula de control de presión (válvula de descarga). Si el conducto se cierra, todo el flujo de gases de escape pasa por la turbina HP, lo que significa que la totalidad de la energía con que salen los gases de escape se transmite a esta turbina. De esta manera se asegura una presión de carga máxima de la turbina a bajas revoluciones del motor.
- Conforme el motor va adquiriendo mayor velocidad (se va revolucionando) la válvula de control de presión del conducto de derivación se va abriendo para aliviar de carga a la turbina HP y que no sobrepase su tope de revoluciones. Así pues empezamos una nueva etapa de transición que de la primera de alta presión hacia la segunda de baja presión.
- En esta nueva fase tenemos dos flujos de gases de escape los que pasan por la turbina HP y otros que proceden directamente del motor que confluyen ahora en la turbina LP que posee un diámetro de 50 mm y que alcanza un régimen máximo de 185.000 revoluciones.
- Para proteger de una posible sobrecarga a la turbina LP, también cuenta con un conducto de derivación, que se abre o se cierra en función de la actuación de una válvula de control de presión (válvula de descarga).
- Una vez que el motor alcanza un régimen medio de revoluciones (situado aproximadamente en las 2500 revoluciones), la turbina HP se para y no realiza ningún trabajo ya que todo el flujo de gases es desviado y dirigido hacia la turbina LP. Esto permite que toda la energía de los gases de escape sea transmitida sin ninguna perdida por la turbina LP, que realiza ahora todo el trabajo de la sobrealimentación. Ahora estamos ya en la fase de baja presión.
Acabamos de ver las turbinas y ahora pasamos a los compresores. Ambos también conectados en serie y con un conducto de derivación para cada uno respectivamente.
- En regímenes bajos del motor, el aire de admisión que va a ser dirigido hacia la cámara de combustión pasa por el compresor HP, cuyo diámetro es de 41 mm, donde se va a comprimir gracias a la transmisión de la energía de los gases de escape que accionan a la turbina HP a través del eje del turbocompresor.
- Conforme vamos aumentando las revoluciones llegamos a un punto (1800 revoluciones) donde empieza a abrirse la válvula de control de presión y se abre el conductor de derivación del compresor HP. De este modo empiezan a confluir el aire limpio para la combustión procedente directamente del colector de admisión y otro flujo comprimido del compresor HP en el compresor LP cuyo diámetro es de 56,1 mm.
- Una vez alcanzada una velocidad media del motor (en torno a las 2500 revoluciones) deja de pasar flujo por el compresor HP y solo trabaja el compresor LP.
Todo este flujo de aire comprimido alcanza una temperatura elevada por lo que es directamente dirigido tras pasar las turbinas y sus conductos de derivación, si procede según revoluciones, al intercooler para enfriarlo y asegurar que llegue denso y por tanto rico en oxígeno a las cámaras de combustión.
Los beneficios de esta técnica son impresionantes. El primero de ellos es que el mayor control de alimentación del aire para la combustión mediante una doble fase de sobrealimentación con dos turbocompresores permite una alta carga en los cilindros con un abundante par disponible por tanto a cualquier régimen de revoluciones. Además de esto, el consumo de combustible se reduce al poder circular a bajas revoluciones. Así se permite una conducción extremadamente armoniosa con un retraso cero en cuanto a respuesta turbo. El alto par en toda la banda de revoluciones, junto con un rendimiento superior tangible, permite una mejor comunicación del acelerador con el motor.
Optimización del intercooler y la recirculación de gases de escape.
El nuevo sistema de turboalimentación se encuentra perfectamente complementado con un intercooler de mayor tamaño a los empleados hasta ahora, el cual baja la temperatura del aire (que anteriormente ha sido comprimido y aumentada su temperatura por tanto) alrededor de 140 ºC, lo que permite que pase un mayor volumen de aire a la cámara de combustión. Después del intercooler existen una válvula de control electrónico que permiten una precisa regulación del aire fresco y de la recirculación de los gases de escape. A fin de optimizar la cantidad de gases de escape en recirculación, los gases del sistema de escape se enfrían en un intercambiador de calor de gran sección transversal. Esto se combina con el módulo HFM (sensor de masa de aire por película caliente o caudalímetro), situado en el sistema de admisión del motor, que proporciona a la unidad de gestión del motor una información exacta sobre la cantidad de aire fresco que entra, lo cual va a ser esencial para las regulaciones precisas en el sistema de recirculación de gases para una reducción eficaz de los óxidos de nitrógeno. Los resultados son excelentes:
- Rápido calentamiento del motor.
- Reducción de emisiones cuando el motor está todavía frío debido a las temperaturas más calientes de la combustión.
- Reducción de emisiones cuando el motor está caliente y comienza a actuar el sistema de recirculación (EGR).
- Y el enfriamiento de los gases del sistema de recirculación dificulta la creación de depósitos siempre dañiños para este sistema alargando su vida útil.
El motor se arranca sin problemas a temperaturas de 0º C sin necesidad de precalentamiento, mientras que el efectivo sistema de turboalimentación garantiza un funcionamiento estable de la mecánica incluso cuando hace frío.
Módulo de control del flujo de aire para una optima alimentación de aire de admisión para la combustión.
El aire de admisión se dirige a un módulo distribuidor, que garantiza un suministro de aire uniforme a cada uno de los cilindros. Este módulo se encuentra situado justo en el lugar donde se distribuye el aire a cada uno de los cilindros. Es un módulo que controla electrónicamente el cierre de la admisión durante un intervalo de tiempo pequeñísimo que permite al aire cruzar seccionalmente cada cilindro en la fase de admisión sin que se reduzca en ningún momento el flujo. Esto provoca una alteración del remolino de aire en el cilindro, de tal forma que ese movimiento del aire garantiza una carga adecuada de los cilindros en todo momento para una combustión y una emisión de gases óptima durante toda la gama de revoluciones y en cualquier situación de carga del motor.
Montaje del árbol de levas en la parte posterior del motor.
Entre la lista de innovaciones que presenta el nuevo motor de cuatro cilindros diesel, se encuentra el montaje del árbol de levas en la parte posterior del motor. Esto permite cumplir la exigencias, que requiere el diseño de la parte delantera mediante un capó alargado hacia atrás cuando la mecánica se encuentra montada longitudinalmente, para la protección óptima ante posibles impactos frontales con peatones.
Otro nuevo desarrollo a destacar es un mecanismo de sincronización de las válvulas que reduce además la fricción en las 16 válvulas (8 de admisión y 8 de escape), controlados las de admisión por un eje de levas y las de escape por otro que accionan a cada una de las válvulas a través de unos empujadores hidráulicos. Los árboles de levas y los árboles contrarrotantes Lanchester se encuentran accionados por una combinación de ruedas dentadas y una cadena corta. Así pues nos encontramos ante una distribución de las más fiables del mercado.
Bombas de agua y aceite de funcionamiento variable controlado electrónicamente para contribuir a un menor consumo.
El control electrónico que controla la activación y regulación del funcionamiento de las bombas de agua y aceite de acuerdo a los requerimientos del motor en cada momento se constituye en una característica primigenia en la producción de motores diesel en serie en Mercedes-Benz. La refrigeración de los pistones está a cargo de de la bomba de aceite que posee una válvula central cuya misión es el control de la refrigeración de los cuatro cilindros mediante pulverizadores de aceite constituidos por grandes toberas de pulverización de aceite. Este sistema garantiza que todos los cilindros trabajen a un mismo nivel térmico. Las dimensiones de las boquillas de los pulverizadores garantiza la refrigeración incluso en situaciones de carga máxima del motor, lo que garantiza una larga vida útil del mismo. La bomba de aceite es capaz de controlar su funcionamiento reduciendo el flujo de aceite lo cual favorece el ahorro de combustible.
Otra de las características es la regulación del funcionamiento de la bomba del agua. La bomba de agua mediante su funcionamiento variable contribuye a un rápido calentamiento de la cámara de combustión en los primeros instantes de funcionamiento del motor. Esto por otra parte reduce el consumo y las emisiones de gases no tratados.