Od innowacji do standardu

VOLVO TRUCKS
Od innowacji do standardu
50 LAT TURBODOŁADOWANIA W SILNIKACH VOLVO
Od 50 lat, a dokładnie od 5 czerwca 1954 roku, Volvo sprzedaje samochody ciężarowe napędzane
silnikami z turbodoładowaniem - początkowo oferowanym jako opcja dla klientów wymagających
silników o maksymalnej mocy, a od 1980 jako standard we wszystkich pojazdach ciężarowych Volvo,
niezależnie od klasy ładowności. Marka Volvo nigdy nie słynęła z ryzykownego nowatorstwa, ale raczej
z rozważnego, ostrożnego podejścia do innowacji technicznych. Jeden z „ojców założycieli” i główny
projektant Volvo, Gustaf Larson, już w 1936 roku napisał w słynnym podręczniku sprzedaży, że firma
Volvo nigdy nie wprowadziłaa do produkcji nowości, która nie byłaby próbowana i testowana przez co
najmniej kilka lat! Turbodoładowanie wcale jednak nie było takim „ostatnim krzykiem mody”. Metoda
zwiększania mocy wyjściowej silnika i jego sprawności dzięki zastosowaniu turbosprężarki wtłaczającej
więcej powietrza do cylindrów silnika została opatentowana na początku XX w. Przez mniej więcej pół
stulecia wcześniej, nim jeszcze firma Volvo rozpoczęła seryjną produkcję silników z turbodoładowaniem
do samochodów ciężarowych, technologia ta była wykorzystywana do takich zastosowań, jak olbrzymie
silniki okrętowe, silniki pojazdów szynowych, a nawet eksperymentalny model pojazdu ciężarowego.
Legendarni konstruktorzy silników Na początku lat pięćdziesiątych w dziale konstrukcyjnym silników
Diesla w Volvo panował spory entuzjazm. Eksperymenty z turbodoładowaniem rozpoczęto w 1951 roku,
zaledwie pięć lat po tym, jak firma wdrożyła do produkcji silniki Diesla z komorą wstępną. Pierwszy
silnik Diesla z wtryskiem bezpośrednim zbudowano w Volvo zaledwie rok wcześniej, w 1950 r. Należy
pamiętać, że w owym czasie firma Volvo była niedużą fabryką samochodów ciężarowych, sprzedającą
swoje produkty przede wszystkim w Skandynawii. Produkcja koncentrowała się na pojazdach
ciężarowych średniej wielkości. Firma nie miała jeszcze wystarczających zasobów, aby zaprojektować i
wyprodukować większy silnik Diesla niż największy z ówcześnie dostępnych, o pojemności 9,6 litra.
Firmowi konstruktorzy doszli do wniosku, że jeszcze większy silnik zwiększyłby tylko ciężar i rozmiary
pojazdu oraz powodował większe zużycie paliwa. Szefem działu konstrukcyjnego silników Volvo był
wtedy legendarny inżynier John Stalblad. W jego zespole pracował Bertil Häggh, późniejszy szef działu
konstrukcji silników w Volvo Trucks, znany powszechnie w branży samochodów ciężarowych jako
„Mister Turbo”. John Stalblad i Bertil Häggh odkryli, że producent turbosprężarek, firma Eberspächer,
pracuje właśnie nad projektem mniejszego urządzenia, które byłoby odpowiednie dla silników
samochodów ciężarowych i autobusów. Obaj inżynierowie szybko zdali sobie sprawę, że
turbodoładowanie może być odpowiedzią na wymaganie dotyczące zwiększenia mocy silników. Testy
praktyczne Stalblad i Häggh zdawali sobie sprawę, że turbodoładowanie wymaga mocniejszych
silników niż produkowane ówcześnie jednostki z konwencjonalnym zasysaniem powietrza. Wnioski te
były zgodne z planami strategicznymi firmy: największy w tamtym czasie silnik do samochodu
ciężarowego skonstruowano z przeznaczeniem do małych serii produkcyjnych i z wykorzystaniem
zaawansowanych technologicznie metod przejętych z produkcji samolotów Volvo; w związku z tym,
niestety, zupełnie nie nadawał się on do produkcji masowej. Podczas gdy inni producenci
eksperymentujący wtedy z turbodoładowaniem decydowali się na dodanie nowej technologii do już
VOLVO TRUCKS
istniejących silników, firma Volvo poszła inną drogą: skonstruowała silnik, który już od samych założeń
był dostosowany do wykorzystania turbodoładowania, ale jednocześnie oferowała ten sam silnik bez
nowej opcji klientom, którzy sceptycznie podchodzili do nowej technologii lub nie potrzebowali
udostępnianej przez nią nadwyżki mocy (albo nie byli skłonni za tę dodatkową moc więcej zapłacić). W
1951 roku rozpoczęto prace nad nowym silnikiem, którego wersje nosiły następujące oznaczenia:
TD96AS (z turbodoładowaniem), D96AS (z normalnym zasysaniem powietrza) i D96AL (w układzie
poziomym przeznaczony do autobusów). Równolegle trwała seryjna produkcja silnika VDF o cylindrach
tej samej wielkości, co w powstających właśnie silnikach z „serii 96”. Była to co prawda lekka i
niezawodna, ale droga w produkcji jednostka napędowa, a jej parametry techniczne nie miały
wystarczających rezerw bezpieczeństwa, aby wprowadzenie turbodoładowania nie odbiło się
niekorzystnie na niezawodności i długości eksploatacji. Wkrótce ustalono, że nowy silnik D96 (w wersji
podstawowej) będzie miał taką samą moc, jak jego poprzednik - silnik VDF (150 KM). Jednak
większość wysiłków konstrukcyjnych skierowano na opracowanie na tyle dużych marginesów
bezpieczeństwa, aby wersja TD96 silnika (z turbodoładowaniem) mogła osiągać w przyszłości dużo
większą moc wyjściową. Chociaż był to zupełnie nowy silnik, a programy do projektowania
wspomaganego komputerowo jeszcze nie istniały, proces konstrukcyjny zakończono w bardzo krótkim
czasie. Było to możliwe dzięki temu, że inżynierowie wykorzystali swe doświadczenia z prac nad
silnikiem VDF - w serii 96 zastosowano komorę spalania o tym samym kształcie. Aby sprawdzić, czy
wersja turbo jest tak samo trwała i niezawodna, jak wcześniejsze silniki i wersja bez turbodoładowania,
nowy silnik w tajemnicy zainstalowano w pewnej liczbie samochodów L395 Titan używanych do
codziennych przewozów. Wyniki testów praktycznych były bardzo pozytywne. Chociaż możliwe było
osiągnięcie znacznie większych mocy wyjściowych, firma Volvo zdecydowała się poprzestać na mocy
185 KM (o 35 KM większej niż w wersji bez turbodoładowania). Początkowe plany zakładały
wyprodukowanie tylko 200 samochodów ciężarowych wyposażonych w silniki z turbodoładowaniem, po
czym miała nastąpić szczegółowa analiza uzyskanych doświadczeń oraz podjęcie ostatecznej decyzji o
kontynuowaniu produkcji tego typu pojazdów. Jednak ze względu na doskonałe opinie, po dostarczeniu
pierwszych 200 pojazdów z silnikiem turbo produkcję kontynuowano bez przerwy. 5 czerwca 1954 r.
Od 5 czerwca 1954 roku klienci mogli zamawiać nową wersję L395 Titan Turbo. Ta wydajniejsza wersja
Titana była znacznie droższa od standardowej (która i tak była wówczas jednym z najwydajniejszych
samochodów ciężarowych na rynku!). Podczas gdy wersja podstawowa L395 Titan kosztowała 32 300
koron, za wersję Titan Turbo trzeba było zapłacić nie mniej niż 42 500 koron (silnik z
turbodoładowaniem był droższy od zwykłego o 5500 koron, ale wymagał również mocniejszej osi tylnej,
zdolnej obsłużyć wyższy moment obrotowy, ze słynną przekładnią główną „Norrland” w cenie 3700
koron). Kilka miesięcy później klienci mogli zacząć składać zamówienia na nowy, najwydajniejszy
model samochodu ciężarowego Volvo. Latem w całym kraju zorganizowano serię prezentacji
poświęconych wprowadzanemu właśnie legendarnemu modelowi Volvo Viking ze 115-konnym silnikiem
oraz odsłaniających przed potencjalnymi klientami efektowny model samochodu sportowego P1900.
Dopiero w październiku 1954 roku pierwsze samochody ciężarowe z turbodoładowaniem trafiły do
wyczekujących na nie klientów. Zwiększanie mocy wyjściowej Zanim John Stalblad i jego zespół
dopuścili wyższą moc wyjściową, chcieli ocenić bogate doświadczenia uzyskane z wielu samochodów z
silnikami turbo używanych od jesieni 1954 do regularnych operacji przewozowych. To dlatego
ostateczna akceptacja mocy 185 KM osiąganej przez silnik TD96 wymagała kolejnych pięciu lat badań.
Jednak to nie konstrukcja silnika była podstawową przyczyną ograniczenia jego mocy wyjściowej, lecz
VOLVO TRUCKS
kiepskie oleje dostępne w tamtych czasach, zupełnie nieporównywalne z produkowanymi obecnie. W
1960 roku moc wyjściową zwiększono do 195 KM. Wiadomo było wówczas, że w odniesieniu do mocy
krytycznym komponentem jest nie sam silnik, tylko cały układ napędowy (czyli połączenie silnika,
skrzyni biegów i tylnej osi). Dopiero w 1963 roku, kiedy firma Volvo przedstawiła całkowicie nową tylną
oś ze zwolnicą dwustopniową, stał się możliwy większy skok mocy wyjściowej - aż do 230 KM. Jednak
te 230 KM silnika TD96C stanowiło górny limit, dla którego jeszcze zachowana była odpowiednia
niezawodność i długi okres eksploatacji. Dlatego już wcześniej przystąpiono do prac nad całkowicie
nowym silnikiem o pojemności 9,6 litra (seria 100). Ale to już zupełnie inna historia… Turbo dla
środowiska Gdy turbodoładowanie na dobre zagościło w silnikach Volvo, głównym celem stało się
zwiększenie mocy (i momentu obrotowego) przy zachowaniu poziomu zużycia paliwa. Cechy przyjazne
środowisku, cichsza praca i mniej zanieczyszczone spaliny, były korzyściami dodatkowymi, które
dopiero znacznie później zyskały na znaczeniu. To jednak te korzyści wymusiły na konkurencji
wprowadzenie turbodoładowania w swoich samochodach - choć trzeba dodać, że odbyło się to bez
większego entuzjazmu. W ślad za sukcesami pierwszych samochodów ciężarowych z
turbodoładowaniem Volvo wprowadziło silniki turbo (początkowo jako opcję) także w pojazdach o małej
i średniej ładowności. W 1961 roku wprowadzono turbosprężarki w silnikach o pojemności zarówno 6,7
litra (montowanym w modelu Volvo Viking Turbo), jak i 4,7 litra (napędzającym model Volvo Raske
Turbo). W 1970 roku na rynek wprowadzono model F89, pierwszy na świecie samochód ciężarowy z
turbodoładowaniem w wersji standardowej. W 1980 roku zakłady Volvo opuścił ostatni model
samochodu ciężarowego bez turbodoładowania. Bez wytchnienia Już w 1963 roku przeprowadzono
praktyczne testy z chłodnicą międzystopniową (intercoolerem) jako uzupełnieniem turbodoładowania,
mającym na celu podwyższenie niezawodności i wydłużenie okresu eksploatacji coraz mocniejszych
silników. Rozwiązanie działało perfekcyjnie, ale wówczas nie było jeszcze realnego zapotrzebowania na
większą moc silników, a dostępne układy napędowe nie miały wystarczająco nadmiarowych
charakterystyk, aby obsłużyć znacznie wyższy moment obrotowy. W 1978 r. światło dzienne ujrzał
model F7 Intercooler, który - nie tylko ze względu na technologię silnika - zdobył tytuł „Samochodu
ciężarowego roku”. Z kolei w 1987 r. firma Volvo jako pierwszy europejski producent zaprezentowała
seryjny egzemplarz silnika do samochodu ciężarowego z elektronicznym wtryskiem paliwa (EDC) model TD122FS. W tym samym roku firma wprowadziła technologię „tłoka członowego” w swoim
silniku TD102FS. Tłoki członowe składają się z dwu części wykonanych z różnych materiałów, co
pozwala im przenosić większe moce bez szkody dla niezawodności i żywotności, a także zapewnia
niski poziom hałasu i względnie niewielką emisję spalin. Także w roku 1987 firma Volvo wprowadziła
pierwszy 16-litrowy silnik z czterema zaworami na cylinder: TD162F. Rok 1993 to rok premiery
najbardziej jak dotąd rewolucyjnego silnika Volvo: D12A, w modelu samochodu ciężarowego FH12.
Dzięki niemu firma Volvo stała się pierwszym producentem w branży motoryzacyjnej dysponującym
całkowicie własną konstrukcją silnika, która oprócz turbosprężarki, chłodni międzystopniowej i czterech
zaworów na cylinder cechowała się też górnym wałkiem rozrządu, podawaniem paliwa przez
elektroniczne moduły wtryskiwaczy oraz opatentowanym, unikalnym hamulcem silnikowym,
powszechnie określanym skrótem VEB (Volvo Engine Brake). W 1995 roku Volvo przedstawiło swoją
wizję przyszłego dostawczego samochodu ciężarowego w formie pojazdu koncepcyjnego ECT
(Environmental Concept Truck) zasilanego turbiną gazową. Samochód ten mógł być zasilany różnymi
rodzajami paliwa, w tym także paliwami odnawialnymi, które sprzyjają ochronie środowiska. Równolegle
trwały eksperymenty z hybrydowymi samochodami ciężarowymi wyposażonymi w tradycyjny silnik
VOLVO TRUCKS
Diesla oraz silnik elektryczny, w celu minimalizacji niekorzystnego oddziaływania na środowisko
podczas pracy w obszarach zabudowanych. W 1996 roku firma Volvo wprowadziła w modelu FL6 silnik
D6A-250 wyposażony w turbosprężarkę, chłodnicę międzystopniową i kompresor mechaniczny, czyli
supercharger. Obecnie Volvo oferuje szereg rozwiązań opartych na pojazdach zoptymalizowanych pod
kątem ochrony środowiska, przeznaczonych do zastosowań na terenach zagrożonych. Przykładem
może być silnik G6B (6-litrowy na gaz ziemny) z filtrem spalin. Prace projektowe trwają… Od 50 lat
Volvo jest jedynym producentem, który nieustannie produkuje samochody ciężarowe napędzane
silnikami z turbodoładowaniem. Cały ten okres charakteryzuje się stabilnym poziomem prac
projektowych. W 1954 roku silnik Volvo TD96AS miał moc 185 koni mechanicznych (brutto). W 2004
roku silnik Volvo D16C-610 oferuje aż 610 koni mechanicznych (netto). W 1954 roku silnik Volvo
TD96AS zapewniał maksymalny moment obrotowy 73 kilogramometrów (ok. 715 Nm). Moment
obrotowy w silniku Volvo D16C-610 w roku 2004 osiąga niebotyczną wartość 2500 Nm. Gdy natomiast
porównać ze sobą silniki o podobnym poziomie mocy, współczesne modele zużywają mniej paliwa, są
cichsze i emitują znacznie czystsze spaliny niż ich poprzednicy sprzed 50 lat. A prace projektowe nadal
trwają… Czołowy producent światowy Volvo jest obecnie czołowym producentem silników do dużych
samochodów ciężarowych. Fabryka silników należąca do Volvo to jeden z największych na świecie
zakładów produkujących duże silniki Diesla (o pojemności ponad 9 litrów). W 2003 roku fabrykę w
Skövde opuściło 87 881 silników Diesla przeznaczonych do instalacji w pojazdach komercyjnych oraz
do zastosowań przemysłowych, w tym w przemyśle okrętowym. Volvo produkuje także silniki Diesla w
Kurytybie na południu Brazylii.
6/4/2004