Historia firmy MAN łączy się ściśle z historią silnika Diesla. To właśnie w fabryce maszyn w Augsburgu –późniejszej lokalizacji firmy MAN - Rudolf Diesel opracował pierwszy na świecie silnik wysokoprężny...
Ówczesne silne zaangażowanie w rozwój nowej technologii silników do dzisiaj świadczy o wielkiej wizji przedsiębiorstwa. Grupa MAN Nutzfahrzeuge nadal rozwija swoje kluczowe kompetencje w tej dziedzinie. Jej program koncentruje się na bardzo nowoczesnych silnikach Diesla stosowanych w pojazdach ciężarowych, autobusach, jachtach i pojazdach szynowych.
Przed 150 laty niewielu naukowców myślało o skonstruowaniu silników, które będą napędzać samochody, ciężarówki i wielkie statki kontenerowe przemieszczające się po całym świecie. Wiek XIX jako okres rewolucji przemysłowej został zdominowany przez maszynę parową. Jej równomierny takt był obecny we wszystkich halach maszyn, na statkach i w lokomotywach. Ale już wówczas pojawiły się pierwsze zwiastuny zmierzchu maszyny parowej i niezbędnych do jej obsługi ogromnych kotłów.
18 marca 1858 roku w Paryżu, w niemieckiej rodzinie przyszedł na świat
Rudolf Diesel. Jako młody chłopiec wykazujący zdolności w dziedzinie nauk przyrodniczych został on wysłany do Augsburga, gdzie uczęszczał do królewskiej bawarskiej szkoły rzemieślniczej Königliche Bayerische Kreis-Gewerbsschule, dzisiejszego gimnazjum im. Holbeina.
Po ukończeniu szkoły Rudolf Diesel studiował w Wyższej Szkole Technicznej u profesora Carla von Linde, na prośbę którego po zdaniu egzaminów pojechał do Paryża, gdzie miał zbudować fabrykę maszyn do wyrobu lodu. Ale jego zainteresowania skupiały się na konstrukcji sprawnego silnika cieplnego – pomysł ten miał go potem doprowadzić do skonstruowania silnika Diesla.
28 lutego 1893 Rudolf Diesel otrzymał w Cesarskim Urzędzie Patentowym w Berlinie patent na „silnik wysokoprężny”. Poszukiwał alternatywnych rozwiązań dla maszyny parowej, której eksploatacja wymagała bardzo dużych nakładów na konserwację, zapewniając sprawność na poziomie maksymalnie 10 procent. Do realizacji swoich planów Rudolf Diesel potrzebował partnerów, a ci z kolei dość sceptycznie podchodzili do jego pomysłów. Nie chcieli uwierzyć, że młody, zaledwie 34-letni inżynier będzie w stanie skonstruować urządzenie, które wkrótce zastąpi wszechobecną maszynę parową.
Pionierskie prace w fabryce w Augsburgu
Dzięki wielkiemu uporowi Rudolf Diesel zdołał przekonać dyrektora generalnego fabryki maszyn w Augsburgu do swoich perspektywicznych planów. Mimo wysokiego ryzyka przedsięwzięcia, Heinrich von Buz wyraził zgodę na realizację projektu. Fabryka Maszyn w Augsburgu –późniejszej firmie MAN – oraz firma Friedrich Krupp udostępniły w tym celu niezbędne środki, zapewniając personel, wyposażenie techniczne, pomieszczenie do prowadzenia doświadczeń i niezbędne środki finansowe.
Jeszcze w kwietniu 1893 Rudolf Diesel przystąpił do konstruowania stanowisk doświadczalnych. Po pokonaniu pierwszych problemów w czerwcu 1895 dokonano pierwszego pomiaru uzyskanych wyników – niestety, sprawność silnika na poziomie zaledwie 16,6 proc. była dla wszystkich rozczarowaniem.
Dopiero 17 lutego 1897 po raz pierwszy wynalazek Diesla przyniósł zadowalające wyniki. Jednak podobieństwo z maszyną parową nadal było ewidentne – masywna konstrukcja stalowa w kształcie litery A z cylindrem i umieszczonym na boku kołem zamachowym zamontowanym na krzyżulcu miała aż trzy metry wysokości. Maszyna napędzana ropą naftową uzyskała moc całych 18 koni mechanicznych i zaskakująco wysoką sprawność 26,2 proc.
W ten sposób dieslowski „racjonalny silnik cieplny” odsunął w cień wszystkie pozostałe silniki. Silnik Diesla pracuje bez aparatu zapłonowego, nie potrzebuje kotłów, ani składu węgla. W porównaniu z silnikiem z zapłonem iskrowym silnik wysokoprężny miał trzy zasadnicze zalety: był on bardziej odporny, gdyż został zbudowany z niewielkiej ilości elementów konstrukcyjnych, przystosowany do spalania ciężkiej frakcji ropy naftowej, tańszej od benzyny i jego sprawność znacznie przewyższała sprawność osiąganą przez silniki z zapłonem iskrowym.
Sukces sprzedaży na całym świecie
Silnik Diesla szybko rozpoczął swój zwycięski pochód przez świat, ale sukces ten był możliwy dzięki pomocy ze strony fabryki maszyn w Augsburgu. Inżynierowie tej fabryki udoskonalili kilka szczegółów i wyeliminowali „choroby wieku dziecięcego” silnika. Na początku nowego wieku silnik uznano już za ostatecznie bezpieczny w eksploatacji i gotowy do sprzedaży. Rudolf Diesel wybrał bardzo rozsądny sposób sprzedaży swojego silnika polegający na udostępnionej na całym świecie licencji, dzięki czemu szybko stał się milionerem.
Już w roku 1903 po kanale do Anglii kursowały promy zasilane silnikiem Diesla, a w 1913 roku po wodach świata pływało ponad 300 statków wyposażonych w silniki wysokoprężne. We współpracy z fabryką lokomotyw Borsig w Berlinie w 1913 roku powstała też pierwsza na świecie lokomotywa dieslowska, dostarczona Królewskim Pruskim Liniom Kolejowym. 29 września 1913 Rudolf Diesel zginął tragicznie w drodze do Anglii. Wypadł w nocy z pokładu statku pasażerskiego Dresden w nieznanych okolicznościach. Tajemnica jego śmierci nigdy nie została wyjaśniona.
Silniki dla świata na kółkach
To właśnie w pojazdach użytkowych firmy MAN testowano nowe, pionierskie dla całej branży rozwiązania w silnikach Diesla: bezpośredni wtrysk, turboładowanie spalin, bardzo nowoczesne technologie spalania i wiele innych perspektywicznych technologii zostało opracowanych właśnie przez inżynierów MAN.
W pierwszych latach XX wieku inżynierowie firmy MAN dokonali wielu istotnych dla przyszłości modyfikacji silnika. Wyeliminowanie krzyżulca, przejętego jeszcze z maszyny parowej, pozwoliło na znaczne obniżenie obciążenia jednostkowego mocy. Właściwe zużycie paliwa uległo w ten sposób istotnemu obniżeniu z 240 g / KMh (326 g / kWh) do 185 g / KMh (251 g / kWh). Zalety silnika Diesla są bezsporne: nie wymaga on stosowania aparatu zapłonu, kotłów parowych, komory na węgiel. Zajmuje także znacznie mniej miejsca. Dzięki temu silnik diesla szybko zrobił oszałamiającą karierę zarówno jako siłownia stacjonarna jak i silnik okrętowy. Jego zastosowanie w pojazdach poruszających się po drogach i szynach wymagało jeszcze wynalezienia odpowiedniego rozwiązania systemu przenoszenia energii.
W roku 1898 fabryka maszyn w Augsburgu i spółka akcyjna budowy maszyn w Norymberdze zawarły umowę o połączeniu działalności – w ten sposób powstała połączona spółka akcyjna fabryki budowy maszyn w Augsburgu i spółki maszynowej w Norymberdze „Vereinigte Maschinenfabrik Augsburg und Maschinenbaugesellschaft Nürnberg AG“, która wkrótce zmieniła nazwę na Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg lub w skrócie M.A.N.
W roku 1915 ze względu na ogromne zapotrzebowanie wojenne armia niemiecka nalegała na podjęcie przez firmę MAN produkcji pojazdów ciężarowych. Zakłady w Norymberdze otrzymały nowe zadanie, do którego dyrektor generalny firmy, Anton Rieppel od dawna dążył: „ MAN musi wreszcie stanąć na kołach“. 12 czerwca 1915 firma MAN podpisała umowę licencyjną ze szwajcarską fabryką samochodów Adolph Sauer i w ten sposób stała się producentem samochodów.
O napędzie silnikiem Diesla w tym momencie nie może być jednak jeszcze mowy. Silnik Diesla jest za ciężki i zbyt skomplikowany ze względu na wtrysk za pomocą sprężonego powietrza. Pierwszy pojazd ciężarowy wyprodukowany w Norymberdze został sprzedany pod podwójną nazwą MAN-Sauer. Silnik z zapłonem iskrowym o mocy 37 KM napędzał przy pomocy napędu łańcuchowego i stawidła kulisowego masywne opony drewnianych kół – nośność tego pojazdu wynosiła od czterech do pięciu ton.
1923 - zastosowano pierwszy na świecie wtrysk bezpośredni
Po zakończeniu pierwszej wojny światowej inżynierowie zakładów w Augsburgu ponownie przystąpili do prac nad udoskonaleniem silnika Diesla. Główny problem, jaki stanowił wtrysk za pomocą sprężonego powietrza i konieczność stosowania sprężarek został w końcu rozwiązany przez techników firmy MAN poprzez wprowadzenie wtrysku bezpośredniego. Pod dużym ciśnieniem wytwarzanym przez pompy paliwo jest wtryskiwane bezpośrednio do komory spalania.
Takie rozwiązanie pozwoliło na znaczne uproszczenie konstrukcji silnika i nakładów na jego konserwację i otworzyło drogę do budowy małych silników o wyższych obrotach. Inni producenci silników koncentrowali się na koncepcji silników z komorą wstępną, natomiast MAN konsekwentnie kroczył swoją indywidualną drogą. W roku 1924 na Niemieckiej Wystawie Samochodowej w Berlinie firma MAN zaprezentowała pierwszy pojazd ciężarowy napędzany silnikiem Diesla, który wkrótce był już produkowany w krótkich seriach.
Ten czterocylindrowy silnik produkowany wtedy w zakładach w Norymberdze osiągał moc 45 KM przy 1050 obrotów wału korbowego i zużywał tylko 200 g/km/h paliwa. Jego masa była niewiele większa od masy tradycyjnego silnika gaźnikowego. Pierwsi klienci zaufali znanej już wówczas marce MAN i jej nowej konstrukcji silnika – była wśród nich także poczta bawarska, która jeszcze przed wystawą w Berlinie zamówiła kilka silników do swoich autobusów.
Także w roku 1925 pojazdy ciężarowe firmy MAN były wyjątkową atrakcją na wystawie w Berlinie. Najnowocześniejszy pojazd ciężarowy z silnikiem wysokoprężnym zaprezentowała niewątpliwie firma MAN – silnik, sprzęgło i przekładnia po raz pierwszy zostały połączone w jeden blok napędowy, a moc silnika przekazywana była do osi tylnej przez wał kardanowy.
Już w roku 1927, kiedy pojazdy z silnikiem Diesla były projektowane w Norymberdze, firma MAN podjęła próbę sprostania zapotrzebowaniu na silniki o wysokiej mocy, konstruując sześciocylindrowy silnik Diesla. Dzięki zastosowaniu dysz wielootworowych, optymalnie dobranemu denku tłoka i zastosowaniu czterech zaworów w każdym cylindrze udało się osiągnąć moc 110 KM. Właściwe zużycie paliwa uległo równocześnie redukcji z 200 do 180 g/KMh (244 g/kWh).
W ramach badań podstawowych firma MAN opracowała w 1930 roku technologię K ze skośną komorą spalania, zasobnikiem powietrza i ciśnieniem wtrysku 400 bar. Dzięki temu można było zastosować tłok z gładkim dnem.
Wielki przełom – wtrysk bezpośredni
W roku 1923 następuje prawdziwy przełom – zastosowano bezpośredni wtrysk paliwa do komory spalania pod dużym ciśnieniem, zastępując dotychczasowe rozwiązanie wymagające kompresora i skomplikowanego systemu wtrysku za pomocą sprężonego powierza. Dzięki temu mogły powstać mniejsze silniki oraz silniki o większej liczbie obrotów.
Konkurencja korzystała przy produkcji swoich „ropniaków” z technologii spalania z komorą wstępną opracowaną przez inżyniera Prosper L´Orange, natomiast firma MAN konsekwentnie rozwijała technologię wtrysku bezpośredniego. Silniki Diesla z wtryskiem bezpośrednim charakteryzują się niepodzielnymi komorami spalania i w porównaniu z silnikami z komorą wstępną lub komorą wirową mają mniejszą powierzchnię komory spalania. Pozwala to na ograniczenie strat ciepła i przepływu, a tym samym zapewnia mniejsze zużycie paliwa i większą sprawność procesu. Dzisiaj w zasadzie wszystkie silniki Diesla w pojazdach użytkowych na całym świecie wykorzystują wtrysk bezpośredni.
Lata trzydzieste: większy, cięższy, bardziej oszczędny
Firma MAN opracowała typoszereg dwuosiowych pojazdów ciężarowych o nośności trzech, czterech, pięciu, sześciu i pół, a na eksport ośmiu ton. Już w roku 1926 program ten został uzupełniony o pierwszy pojazd trzyosiowy firmy MAN, określany w ówczesnej typologii jako 10-tonowiec. Jednak pod długą maską krył się jeszcze wtedy sześciocylindrowy silnik z zapłonem iskrowym o mocy 150 KM, który dopiero w 1932 roku został zastąpiony silnikiem Diesla o takiej samej mocy.
Trzyosiowy pojazd ciężarowy S 1 H 6 jest pojazdem ciężarowym z silnikiem Diesla o największej mocy na świecie – jego sześciocylindrowy silnik o pojemności 16,6 litra uzyskuje moc 150 KM i doskonale nadaje się do stosowania na dużych odległościach i do dużych obciążeń. Obudowa zespołu napędowego nie jest odlewana, ale posiada konstrukcję spawaną z blachy stalowej. Nawet cylindry zostały wykonane z blachy stalowej z tulejami cylindrowymi odlewanymi z żeliwa szarego, które mogą być łatwo wymieniane.
Mimo znacznych rozmiarów cały silnik sześciocylindrowy wraz z dodatkowymi agregatami waży tylko 920 kilogramów. Ale prezentacja trzyosiowego pojazdu z silnikiem Diesla o największej mocy na świecie przypada na trudny okres światowego kryzysu ekonomicznego, który odczuł także producent pojazdów użytkowych MAN. Tylko nieliczne jednostki słynnego pojazdu przeznaczonego do przewozu na dalekich dystansach opuściły hale produkcyjne w Norymberdze.
Produkcja pojazdów ożywiła się ponownie dopiero po roku 1933 – urzędy Rzeszy wyzwoliły ogromną falę popytu ogłaszając projekt budowy autostrad i związany z tym ogromny program zaopatrzenia. Ustawodawca zwiększa dopuszczalną masę całkowitą pojazdów – samochody dwuosiowe mogły teraz ważyć do 15 ton.
W 1934 roku firma MAN odniosła ważny sukces na arenie międzynarodowej: w wyścigu pojazdów z silnikami Diesla, którego trasa prowadziła przez dalekie tereny Związku Radzieckiego, zwyciężył pojazd z silnikiem firmy MAN. Wkrótce pojazdy ciężarowe z silniami Diesla wyprodukowane w Norymberdze spotkały się z uznaniem nie tylko krajów europejskich, a także licznych krajów zamorskich.
W 1937 roku dział projektowania silników zakładów w Norymberdze wprowadził kolejną rewolucyjną zmianę – kulistą komorę spalania i płaską dyszę. Firma MAN nazwała to nowe rozwiązanie technologią G (G jak globus) – ekscentryczna pusta kula w głowicy tłoka pozwala na redukcję utraty ciepła, a odporna, przesunięta od środka płaska dysza zastępuje kosztowną dyszę wielootworową.
W krótkim czasie do spalania dopływa więcej paliwa i wzrasta moc pojazdów – sześciocylindrowy silnik o mocy 100 KM przechodzi już do historii, a jego miejsce zajmuje silnik o mocy 120 KM. Dodatkowo cylindry w silniku posiadają już tylko po jednym zaworze wlotowym i wylotowym. Mimo uproszczonej konstrukcji silnik G wykazuje doskonałe wskaźniki zużycia paliwa na poziomie 155 g / KMh (210 g / kWh) i lepsze parametry w zakresie startu zimnego.
MAN budował pojazdy tego typoszeregu z czterema, sześcioma i ośmioma cylindrami o mocy od 25 do 160 KM przy obrotach od 1500 do 2400 – jednostkowe obciążenie mocy wynosiło już tylko 4,5 do 6 kilogramów na jednego konia mechanicznego.
Druga wojna światowa
W roku 1938 zgodnie z rozporządzeniem urzędu ds. uzbrojenia armii rozpoczęła się produkcja standardowego silnika Diesla, zaprojektowanego wspólnie przez firmy MAN, Henschel i Humboldt-Deutz. Była to konsekwencja dążeń Wehrmachtu do ograniczenia palety typów pojazdów ciężarowych w armii. Urzędy nakazały firmie MAN produkcję pojazdów o dopuszczalnej masie 4,5 i 6,5 ton.
Ale produkcja zbrojeniowa koncentrowała się na budowie bojowych wozów pancernych - później budowa ciężarówek i autobusów została wstrzymana, z wyjątkiem produkcji części zamiennych w zakładach w Norymberdze. Niezależnie od realizacji produkcji firma MAN pracowała nad projektowaniem szczególnie sprawnych silników Diesla.
Wspólnie z partnerem firma MAN zaprezentowała silnik Diesla V16 chłodzony powietrzem, który z turboładowaniem osiągał wymarzoną moc 900 KM przy 2.200 obrotach jednostkowe obciążenie mocy wynosiło zaledwie 1,7 kilograma. Opracowany dla wojska pojazd ciężarowy o dopuszczalnej masie 4,5 ton, określany symbolem SML, stał się prototypem nowoczesnego pojazdu ciężarowego o krótkiej masce. Na jego podstawie rozwinęła się powojenna produkcja samochodów ciężarowych.
Urząd ds. uzbrojenia wojskowego był szczególnie zainteresowany silnikiem o mocy 110 KM z bezpośrednim wtryskiem pracującym w technologii G – w porównaniu z silnikami konkurencji pozwalał on zaoszczędzić nawet do sześciu litrów paliwa na 100 kilometrów.
Okres powojenny - z ruin i zgliszcz do cudu gospodarczego
16 kwietnia 1945 roku wkraczająca armia amerykańska zajęła niezniszczone fragmenty zakładu firmy MAN w Norymberdze. Zakład ten poniósł wyjątkowo duże szkody wojenne: 70 proc. budynków zostało zburzonych, pozostałe w mniejszym lub większym stopniu uszkodzone. Mimo tej trudnej sytuacji już pod koniec 1945 roku pierwsze pojazdy ciężarowe o maksymalnej masie do 4,5 ton typu ML 4500 opuściły prowizorycznie naprawione hale produkcyjne.
W roku 1946 wyprodukowano już 129 jednostek. Pod krótką maską dwuosiowych pojazdów znajdowały się sześciocylindrowe silniki szeregowe wykonane w technologii G o mocy 110 i 130 KM, które przy pełnym obciążeniu zużywały tylko 18 litrów oleju napędowego na 100 kilometrów.
Już w 1950 roku firma MAN zaprezentowała pierwszy powojenny model ciężkiego pojazdu użytkowego F8. Sercem tego wyjątkowego pojazdu o dopuszczalnym obciążeniu użytkowym do 10 ton był pierwszy w Niemczech chłodzony wodą silnik Diesla V8 do pojazdów ciężarowych o pojemności skokowej 11,6 litrów i mocy 180 KM, dostosowany także do przewozu najcięższych ładunków. Równie wspaniała jak silnik była także kabina kierowcy w modelu F8 o charakterystycznych reflektorach zintegrowanych w błotnikach.
1951: pierwszy silnik Diesla do ciężarówek z turboładowaniem
Na międzynawowej wystawie samochodowej we Frankfurcie w 1951 roku firma MAN zaskoczyła specjalistów prezentacją pierwszego niemieckiego silnika do pojazdów ciężarowych z turboładowaniem. Technologia ta, sprawdzona dotychczas w silnikach okrętowych, lokomotywach i stacjonarnych silnikach Diesla, pozwala dzięki większej ilości wtryskiwanego paliwa na uzyskanie większej mocy i lepsze wykorzystanie energii wejściowej.
Sześciocylindrowy silnik dwuosiowego pojazdu MAN MK 26 – D 1546 GT – o pojemności 8,72 litra uzyskiwał 175 KM zamiast dotychczasowych 130 KM , co oznaczało wzrost mocy w wyniku turboładowania o istotną wartość 35 proc. Na razie sześciocylindrowy silnik z turboładowaniem pozostawał jednak prototypem, chociaż jego technologia była bardzo perspektywiczna i dzisiaj stosowana jest już w każdym samochodowym silniku Diesla.
Turboładowanie
Turboładowanie ma na celu zwiększenie mocy silników tłokowych dzięki zwiększeniu natężenia przepływu mieszaniny paliwa z powietrzem w każdym takcie pracy. Jego wynalazcą jest Szwajcar Alfred Büchi, który już w 1905 roku opatentował to rozwiązanie. Systemy turboładowania wykorzystują stratę energii spalin w silnikach spalinowych – spaliny opuszczające cylinder ze względu na wysoką temperaturę posiadają jeszcze dużą energię resztkową.
Turbina umieszczona na drodze przemieszczania się spalin wykorzystuje energię zawartą w szybko przepływającym strumieniu spalin do napędu sprężarki zlokalizowanej w suwie ssania, która przesuwa sprężone zasysane powietrze do komór spalania. W ten sposób zapewniona jest większa ilość tlenu do spalania większej ilości paliwa. Wraz ze średnim ciśnieniem wzrasta także moment obrotowy silnika, powodując wzrost jego mocy. Turboładowanie zwiększa całkowitą sprawność silnika.
Mniejsze silniki Diesla z turboładowaniem uzyskują znacznie wyższą moc niż dawne silniki bezsprężarkowe o dużej pojemności – wartości mocy na poziomie 48 KM na litr nie są już rzadkością w nowoczesnych silnikach Diesla z turboładowaniem przeznaczonych do pojazdów użytkowych.
1953: Technologia M wspiera silnik Diesla
Rozwiązanie to, wykorzystywane od 1954 roku we wszystkich silnikach MAN, zostało opracowane przez inżyniera doktora Siegfrieda Meurera. Pracował on w firmie MAN od 1938 roku, a od 1950 kierował działem naukowo-badawczym szybkoobrotowych silników Diesla. Nowa technologia kuli środkowej oznaczona symbolem M – pochodzącym zresztą nie od nazwiska jej autora – powstała w wyniku intensywnych badań nad kinetyką reakcji i mikroprocesami zachodzącymi w komorze spalania.
Miękkie spalanie w silniku M pozwala na umiarowienie procesów przetwarzania ciepła i energii ciśnienia. Silnik jest elastyczny i emituje czyściejsze spaliny. A ze względu na lepsze spalanie można osiągnąć wyższą moc właściwą. Poza tym silnik M jest stosunkowo mało wrażliwy na rodzaje stosowanego paliwa: może pracować zarówno na benzynie lekkiej jak i na oleju smarowym.
Szybko przekonał do siebie dział zakupów niemieckiej armii, który w 1955 złożył duże zlecenie na zakup 35.000 pojazdów ciężarowych o masie 5 ton typu 630 L 2 AE z silnikiem na różne paliwa. Ich sześciocylindrowy silnik rzędowy miał pojemność 8.276 cm³ i uzyskiwał umiarkowaną moc 135 KM.
Technologia spalania M
Technologia kulistej komory spalania zlokalizowanej po środku głowicy tłoka została opracowana i opatentowana przez firmę MAN i polega na wtryskiwaniu oleju napędowego stycznie do ścian tłoka, aby w ten sposób uzyskać parowanie w niskich temperaturach. Opary paliwa mieszają się z powietrzem prowadzonym przez kręty kanał do kulistej komory spalania.
Dzięki warstwowemu parowaniu paliwa i stałemu spalaniu mieszaniny proces spalania przebiega miękko i cicho. Technologia M pozwala na elastyczną i spokojną pracę silnika w każdym stanie eksploatacji. Dopiero pod koniec lat 70-tych inżynierowie zastąpili technologię M silnikiem Diesla MAN z wtryskiem wielostrumieniowym.
Na początku lat 60-tych wprowadzenie nowych przepisów w zakresie masy pojazdów spowodowało konieczność modyfikacji dotychczasowej oferty odnośnie mocy silników. W roku 1960 dopuszczalna masa pojazdów dwuosiowych wynosiła 16 ton, a w przypadku zestawu 32 tony, natomiast w roku 1963 urzędy zwiększyły całkowitą masę zestawu do 38 tonu – jednak określając minimalną moc na poziomie 6 KM na tonę. Firma MAN zareagowała na nowe przepisy wprowadzeniem silników HM (HM = wysokociśnieniowe silniki M).
Zastosowano nową głowicę cylindra, system turboładowania, większe zawory i udoskonalone kanały wlotu powietrza, zwiększając umiarkowanie moc znamionową sześciocylindrowych silników szeregowych (pojemność 9,7 l) z 210 KM do 212 KM, ale zdecydowanie poprawiając sprawność pracy silnika.
Ekspansja MAN
Rozwój przedsiębiorstwa nabrał szybszego tempa od momentu przeniesienia budowy pojazdów do nowego zakładu w Monachium w 1955 roku. Moce przerobowe wzrosły czterokrotnie w porównaniu z dotychczasową produkcją w zakładach w Norymberdze, osiągając poziom 8.000 pojazdów rocznie.
Dzięki współpracy z francuskim producentem Saviem (Société Anonyme de Véhicules Industriels et d´Equipments Mécaniques) rozszerzony został też asortyment produktów. MAN rozpoczął montaż i sprzedaż średniej klasy pojazdów ciężarowych firmy Saviem pod własną marką, natomiast firma Saviem sprowadzała ciężkie pojazdy MAN jako moduły montażowe. Zawarte zostały odpowiednie umowy regulujące sprzedaż na wspólnych rynkach. Lekkie silniki Diesla wykonane w technologii wtrysku bezpośredniego M (na licencji MAN) były dostarczane przez Saviem.
Współpraca z Saviem zakończyła się po dziesięciu latach. Już w 1969 roku MAN nabyła udziały w konkurencyjnym przedsiębiorstwie Büssing, a w 1971 ostatecznie przejęła w całości tego producenta z Brunszwiku. Nabycie zakładów Büssinga oznaczało dla firmy MAN istotny wzrost mocy przerobowych. Poza tym marka ta posiadała ogromne know-how w zakresie konstrukcji silników podpodłogowych.
Porozumienia zawarte z Volkswagenem zmierzały w kierunku wyprodukowania wspólnego typoszeregu G pojazdów średniej klasy (od 6 do 9 ton), aby wypełnić lukę, jaka powstała po zakończeniu współpracy z firmą Saviem. Premiera wspólnego pojazdu ciężarowego MAN-Volkswagen odbyła się na międzynarodowej wystawie samochodowej w 1979 roku.
MAN opracował w tym celu nową rodzinę silników obejmującą wolnossące silniki cztero- i sześciocylindrowe o mocy od 90 do 136 KM. Stopniowo pojawiały się nowe modele silników, między innymi sześciocylindrowy silnik z turboładowaniem i chłodzeniem powietrza osiągający 232 KM i stosowany także w ciężkich pojazdach typoszeregu M 90. Jednak wysokiej mocy silniki Diesla o niewielkiej pojemności należące do typoszeregu D08 cieszyły się nadal zainteresowaniem wśród projektantów autobusów firmy MAN. Magicznym hasłem wytyczającym przyszły kierunek rozwoju stał się „downsizing“.
Po przeprowadzeniu istotnych zmian małe sześciocylindrowe silniki o pojemności 6,9 litra, wyposażone w specjalny system ładowania i wtrysk typu Common Rail osiągają dzisiaj do 326 KM – taką moc przed 30 laty mógłby uzyskać silnik o niemal trzykrotnie większej pojemności.
Większe obciążenia, większa moc
Szybki rozwój międzynarodowego dalekobieżnego transportu drogowego przyczynił się do znacznego wzrostu mocy silników: w połowie lat 60-tych ciężkie pojazdy o mocy 230 KM należały jeszcze do rzadkości, natomiast silnik MAN F8 (typoszereg przeznaczony do montowania silników w kabinie kierowcy budowany w latach 1967 – 1985) uzyskał w 1985 roku moc 360 KM. W roku 1973 pojawiły się także silniki ośmiocylindrowe o pojemności 12,7 litra i mocy 305 KM, a później nawet silniki V10 o mocy do 360 KM.
W roku 1979 zastosowanie systemu chłodzenia powietrza doładowanego przyczyniło się do dalszego zwiększenia mocy silników rzędowych – chłodzenie sprężonego powietrza zasysania powodowało zwiększenie zawartości w nim tlenu. Dzięki tym rozwiązaniom firma MAN w roku 1978 i 1980 dwukrotnie otrzymała tytuł ciężarówki roku „Truck of the Year“ za modele F8 19.280 i 19.320. W kabinie kierowcy montowane były kompaktowe sześciocylindrowe silniki rzędowe typoszeregu D25, które dzięki turboładowaniu i chłodzeniu powietrza uzyskiwały moc 280 i 320 KM.
W roku 1985 technicy MAN dokonali kolejnego istotnego kroku. Silnik D25 został zastąpiony silnikiem D28 o trochę zwiększonych parametrach pojemności, ładowania i chłodzenia i z nowym systemem wtrysku wielostrumieniowego – o mocy do 360 KM. W ten sposób poczciwa technologia spalania M ostatecznie przeszła na zasłużoną emeryturę.
Silniki te były także później stosowane pod kabiną pojazdów F9 - następcy modelu F8 – zapewniających kolejny sukces firmie MAN i zdobywających w roku 1986 tytuł „Truck of the Year“. Na życzenie klientów pojazdy dalekobieżne mogły być wyposażone także w silniki podpodłogowe – do roku 1994 oferta obejmowała obie opcje. Wiodącym silnikiem tego typoszeregu był jednak potężny silnik Diesla V10 o pojemności 18,3 litra i mocy 460 KM – doskonały do montowania w pojazdach o masie do 40 ton, które akurat zaczęły zdobywać rynki w Europie. Podkreślenia wymaga także fakt, że dzięki temu silnikowi pojazd MAN F90 został dalekobieżnym pojazdem ciężarowym o największej mocy w Europie.
Na lotniskach wymagane są jednak silniki o znacznie większej mocy. Potężny silnik turobdiesel V12 o pojemności 21,9 litra, momencie obrotowym 3500 Nm i mocy 1000 KM może wprawić w ruch pojazdy gaśnicze ważące aż 40 ton. Ten czteroosiowy pojazd z napędem na wszystkie koła uzyskiwał przyspieszenie z 0 do 80 km/h w ciągu 19 sekund i osiągał maksymalną prędkości 140 km/h.
Wpis do Księgi Guinessa jest potwierdzeniem, że czteroosiowy wielki pojazd gaśniczy wykonany na bazie pojazdu MAN był najszybszym na świecie pojazdem o masie 40 ton. Większą moc mają już tylko ciężarówki wyścigowe firmy MAN – ich sześciocylindrowe silniki o pojemności 12 litrów uzyskują moc do 1.500 KM i moment obrotowy na poziomie 5.000 Nm. Wartości przyspieszenia pojazdów sześciotonowych pozostawiają w tyle nawet pojazdy sportowe o dużej mocy, ale ich maksymalna prędkość ze względów bezpieczeństwa jest ograniczona do 160 km/h.
Zapotrzebowanie na „czystą“ moc
Coraz częściej inżynierowie firmy MAN muszą się zajmować nie tylko mocą układu napędowego i oszczędnym zużyciem paliwa. Optymalizacja technologii wtrysku i spalania zmierza do spełnienia przez silniki wymagań norm europejskich w zakresie spalin. W całej Europie od 1990 roku obowiązują wartości graniczne emisji spalin, które systematycznie ulegają znacznemu zaostrzeniu. Firma MAN konsekwentnie inwestuje w prace nad silnikami i technologiami zapewniającymi sprawne i przyjazne dla środowiska rozwiązania w zakresie napędu.
Dzięki coraz powszechniejszemu stosowaniu podzespołów elektronicznych sześciocylindrowe silniki szeregowe osiągają moce, jakie dawniej były możliwe tylko w przypadku wielocylindrowych silników Diesla – zapewniając równocześnie wyraźne obniżenie wartości parametrów emitowanych cząsteczek, tlenków azotu, węglowodorów i tlenku węgla. Następcą pojazdu F 90 był od 1995 roku model F 2000 z silnikami typoszeregu D28, spełniający wymagania normy dotyczącej emisji spalin Euro 2.
W 1995 na trasie z Edynburga do Bari dwa ciągniki siodłowe F 2000 uzyskały niewiarygodny wynik: mocniejszy pojazd 19.463 FLS zużył zaledwie 25,15 l oleju napędowego na 100 km – jeszcze nigdy pojazd o masie 40 ton nie miał w trasie tak oszczędnego zużycia paliwa. Ten światowy rekord nie został jeszcze do dzisiaj pobity. Należy też pokreślić bardzo dużą prędkość rekordowych pojazdów MAN jadących z naczepami siodłowymi Kögel – trasa z Edynburga do Bari o długości 2.800 km została przejechana ze średnią prędkości 75 km/h.
Nowe silniki Euro 3 charakteryzują się elektronicznie sterowanymi pompami, zastosowaniem systemu czterozaworowego i chłodzeniem recyrkulowanym spalin. Zostały one po raz pierwszy wprowadzone w ciężkich pojazdach MAN typoszeregu TGA na przełomie tysiącleci. Odprowadzanie i chłodzenie części spalin z turbiny, a następnie ich ponowne doprowadzanie do sprężonego powietrza zasysania powoduje obniżenie temperatury spalania.
W ten sposób zredukowana zostaje emisja tlenków azotu – aż o 30 proc. w stosunku do silników Euro 2 przy takim samym korzystnym zużyciu paliwa. Silniki MAN zwiększają nie tylko moc napędu. Zastosowany w nich nowy hamulec silnikowy EVB zwiększa także wyraźnie siłę hamowania zwalniacza.
MAN EVB (= Exhaust Valve Brake)
Tradycyjne hamulce silnikowe z klapą wylotu spalin nie wykorzystują w wystarczający sposób energii spalania silnika. Inżynierowie MAN zastosowali w hamulcach EVB do dekompresji efekt krótkotrwałego otwarcia zaworu wylotowego („skok”). Podczas hamowania tłok w dźwigience zaworowej zaworu utrzymuje zawór wylotowy w pozycji otwartej, ciśnienie na poruszającym się w dół tłoku spada, a moc hamowania wzrasta. Dzięki dławieniu spalin można wykorzystać do hamowania ruch tłoka zarówno w górę jak i w dół.
Bardziej zaawansowana technologia EVBec (ec = electronically controlled) poprzez sterowanie kątem zamknięcia klapy dławiącej pozwala na trzystopniową regulację mocy hamowania i zdecydowanie lepsze wyhamowanie w niskim zakresie obrotów. Równocześnie możliwość regulowania mocy hamowania pozwala na integrację w ramach inteligentnego systemu zarządzania procesem hamowania MAN BrakeMatic.
Nowe standardy dla silników do pojazdów użytkowych
Od 2004 roku nowa generacja silników do pojazdów MAN budzi ogólne poruszenie w branży. Po czterech latach prac projektowych firma MAN zaprezentowała typoszereg silników D20 Common Rail, które zastąpiły legendarny już silnik sześciocylindrowy D28. Firma MAN nadal pozostaje przy magicznej szóstce. Za utrzymaniem koncepcji sześciocylindrowego silnika szeregowego przemawia całkowity brak wolnych sił masowych i momentów, które w silnikach innych typoszeregów muszą być przy dużych nakładach tłumione.
Nowe czterozaworowe silniki o pojemności 10,5 litra mają znacznie bardziej kompaktową budowę i są zdecydowanie lżejsze od ich poprzedników – zjawisko to w żargonie inżynierów motoryzacji określane jest terminem „downsizing“. Nowe silniki tworzą pozornie kwadraturę koła: mają one większą moc, są lżejsze i ciszej pracują. Parametry te znajdują swoje odzwierciedlenie także w zużyciu paliwa, które jest nawet o 5 proc. mniejsze niż w przypadku sprawdzonych silników D28.
Silniki D20 dostępne są w klasach o mocy od 270 do 440 KM i dzięki zastosowaniu systemu wtrysku Common Rail, systemu recyrkulacji spalin i katalizatora PM-KAT® – bez uszlachetniaczy – spełniają wymagania odnośnie wartości granicznych normy Euro 4. Wkrótce firma MAN wprowadza do swojego programu sześciocylindrowy silnik szeregowy D26 o niemal takiej samej budowie, pojemności 12,4 litrów i mocy 480 do 540 KM.
Dla szczególnie wymagających klientów przygotowano nowy silnik V8, który ze względu na wymiary otworów oferowany jest jako nowy silnik D 28 o mocy 680 KM i wartości momentu obrotowego 3.000 Nm – tworzy on nowe standardy w tym zakresie. Pojazd ciężarowy produkcji seryjnej o największej mocy w Europie to MAN TGX V8, który wspólnie z pojazdami siostrzanych ciężkich typoszeregów TGX i TGS został wyróżniony tytułem „Truck of the Year 2008“.
MAN PM-KAT®
Na międzynarodowej wystawie samochodowej IAA w 2004 roku katalizator MAN PM-KAT® świętował swoją premierę w nowych silnikach D 20 Common Rail. W ten sposób firma MAN została pierwszym producentem pojazdów użytkowych, który wyposażył swoje seryjne silniki w filtry cząstek stałych. Działanie katalizatora PM-KAT® polega na stałym usuwaniu cząstek przez system wyposażony w otwarte kanały. Separacja cząsteczek odbywa się przy zamierzonym tworzeniu turbulencji w ramach zmiany kierunku przepływu strumienia spalin w komorze spalin i przy przepływie przez obojętną na działanie gazów włókninę metalową.
Zgromadzone cząsteczki ulegają spalaniu przy pomocy NO2 utworzonego w znajdujących się wcześniej katalizatorach oksydacyjnych. System ten jest odporny na zapychanie się, nie wymaga konserwacji, nie ogranicza przestrzeni konstrukcyjnej przy ramie ani nie wymaga zastosowania dodatkowych uszlachetniaczy. Zaletą dla klienta jest większe obciążenie użyteczne o około 150 kilogramów w porównaniu z analogicznymi technologiami uzdatniania spalin. Całkowita ilość odseparowanych cząsteczek wynosi około 60 proc., a w przypadku cząsteczek bardzo drobnych nawet więcej.
Filtr cząstek stałych PM-KAT® powstał poprzez udoskonalenie przez firmę MAN tradycyjnego filtra - nazwa „PM-KAT®“ jest objęta ochroną jako zarejestrowany znak handlowy. Ta nowoczesna technologia została odznaczona przez Federalne Stowarzyszenie Przemysłu Niemieckiego Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. renomowaną nagrodą ekologiczną BDI.
Kolejnym ważnym krokiem ku przyszłości było podjęcie przez MAN strategicznej decyzji, że cały program silników MAN będzie oparty na perspektywicznej technologii wtrysku Common Rail. Także małe silniki D08 zostaną gruntownie zmodernizowane i wyposażone w systemu wtrysku bezpośredniego Common Rail, system recyrkulacji spalin oraz katalizator PM-Kat. Na szczególną uwagę zasługują specjalne warianty silników.
Zarówno silnik czterocylindrowy o mocy 206 KM jak i sześciocylindrowy silnik szeregowy o mocy 280 i 326 KM zostaną wyposażone w dwustopniowy system turboładowania. Ze względu na ich moc zaliczane są one w pojazdach ciężarowych i autobusach do kolejnej wyższej klasy mocy – ich szczególną cechą jest pełna charakterystyka bez typowego dla tej klasy pojazdów osłabienia przy ruszaniu.
W roku 2005, podobnie jak w przeszłości, prace projektowe uległy przyspieszeniu w wyniku nieprzewidzianych zmian politycznych i gospodarczych: rynki takie jak Niemcy, Holandia czy Szwajcaria zażądały stosowania do transportu towarowego pojazdów spełniających wymagania normy Euro 5 przed przewidzianym terminem wprowadzenia tych przepisów w roku 2009.
Inżynierowie firmy MAN zaprezentowali cztery lata przed tym terminem sześciocylindrowe silniki szeregowe z systemem uzdatniania spalin SCR (SCR = Selective Catalytic Reduction), wymagającym zastosowania uszlachetniacza Adblue – także w tym zakresie firma MAN jest dobrze przygotowana do nowych wyzwań. Już w latach 90-tych firma MAN Nutzfahrzeuge wdrażała i optymalizowała technologię Denox (redukcja emisji NOx przy pomocy technologii SCR) – technologia obróbki spalin firmy MAN dostępna jest pod nazwą MAN AdBlue®.
Ale jest to tylko etap pośredni, twierdzi projektant silników Dr. Wolfgang Held: „Już w roku 2008 na międzynarodowej wystawie samochodowej IAA poświęconej pojazdom użytkowym zaprezentujemy silniki Euro 5 pracujące bez dodatku Adblue“. Zdradził też on jeden ze szczegółów: Nowe silniki będą dysponowały dwustopniowym turbodoładowaniem z systemem chłodzenia.
Silnik diesla z EEV, napęd hybrydowy i rozwiązania alternatywne
W zakresie napędu autobusy firmy MAN dotrzymują w znacznym stopniu kroku pojazdom ciężarowym – istotniejszym z punktu widzenia liczby sprzedawanych jednostek. Sprawdzone silniki po pewnym czasie zostają wprowadzane także do produkcji autobusów. Ale w przypadku nacisków rynkowych i wymagań politycznych to właśnie autobusy nadają tempo i kierunek pracom projektowym i rozwojowym.
Inżynierowie firmy MAN szczególną uwagę przywiązywali i nadal przywiązują przede wszystkim do układów napędowych stosowanych w autobusach miejskich. Opracowano i przygotowano do produkcji seryjnej napędy elektryczne, a na świecie eksploatowanych jest ponad 2.700 autobusów miejskich MAN. Spełniają one nawet najbardziej rygorystyczne, nie wymagane przepisami prawa wytyczne dotyczące emisji spalin EEV (EEV = Enhanced Environmentally FriendlyVehicles).
Dzisiaj klient może wybierać między dwoma alternatywnymi rozwiązaniami – także nowe silniki Diesla typoszeregów D08 i D20 dzięki dwustopniowemu systemowi turboładowania i elektronicznie regulowanemu filtrowi cząstek CRTec® (CRTec® = Continuously Regenerating Trap elektronically controlled) spełniają wymagania w zakresie dopuszczalnych wartości szkodliwych substancji określonych w normie spalin EEV.
Do 30 procent mniejsze zużycie paliwa
Nadal bardzo ważnym tematem jest napęd hybrydowy, nad którym firma MAN pracuje już od lat 70-tych. Liczne założenia i przeprowadzone testy przyniosły istotne rezultaty. Przetestowano kolektory hydrauliczne, kolektory mechaniczne oraz możliwości przetwarzania zakumulowanej energii w energię elektryczną. Dotychczas wszystkie opracowane technologie w tym zakresie były zawsze bardzo skomplikowane i drogie, ale najnowsze opracowanie firmy MAN uwzględniające wiele elementów produkowanych seryjnie wyznacza nowy kierunek rozwoju.
Zwłaszcza autobusy miejskie stwarzają idealne warunki do wykorzystania siły hamowania. Jeżdżą one z niewielką prędkością, często przyspieszają, aby następnie zaraz wyhamować lub zatrzymywać się. W niskopodłogowych miejskich autobusach MAN Lion´s City odpowiednio dostosowany rodzaj oleju napędowego nie jest wykorzystywany bezpośrednio do napędu osi, lecz napędza jedynie wysokiej sprawności generator dostarczający moc do napędu obu silników jezdnych.
Dodatkowo oba silniki elektryczne są połączone z elektrycznym systemem kolektorów energii. Na dachu autobusu niskopodłogowego zainstalowanych jest 12 modułów Ultracap (wysokiej mocy kondensatory), które przez krótki czas magazynują w silnie skoncentrowanej postaci odzyskaną energię hamowania. Energia ta wystarczy do uruchomienia z przystanku 18-tonowego autobusu tylko przy pomocy silnika elektrycznego, czyli bez emisji szkodliwych spalin. Zdaniem projektantów takie rozwiązanie zapewnia „nawet przy ostrożnych szacunkach mniejsze zużycie paliwa o 25 proc.”. Szczegółowych danych dostarczają przejazdy porównawcze i testy praktyczne.
Wszystkie przyszłościowe rozwiązania są już w firmie MAN testowane – na rok 2009 zaplanowano dla wybranych klientów pierwszą małą serię autobusów wyposażonych w takie silniki.
Otwarta przyszłość przed silnikiem Diesla
Od ponad 150 lat historia firmy MAN jest ściśle związana z historią transportu. Silnik Diesla, który przed ponad 100 laty robił pierwsze kroki, okazał się ogromnym wynalazkiem o wielkiej przyszłości. Ten skromny na początku pomysł już dawno stał się napędem nr 1 stosowanym w rozwiązaniach transportowych na całym świecie.
Pojazdy użytkowe, niezależnie od wielkości oraz statki są dzisiaj niemal bez wyjątku napędzane przez silniki Diesla. Również ponad 40 proc. pojazdów osobowych jest wyposażonych w silnik wysokoprężny. W sektorze transportu nie można już sobie wyobrazić pojazdów bez tego bardzo wydajnego systemu zapłonu.
- Nadal stawiamy na silnik Diesla - mówi prof. dr. Karl-Viktor Schaller, członek zarządu Grupy MAN Nutzfahrzeuge ds. techniki i zakupów. Może on z powodzeniem pracować także na paliwie przyszłości BTL (BTL = biomass to liquid).
Te syntetyczne paliwa otrzymywane są w procesie rafinacji podstawowych substancji biologicznych i zapewniają czyste spalanie.
- Przed silnikiem Diesla jest przyszłość - ocenia szef działu technicznego i uzasadnia to także na podstawie swoich technicznych doświadczeń. Mówiąc o nowych rozwiązaniach technicznych wzrasta też zainteresowanie sprawdzonymi technologiami...
Już na międzynarodowej wystawie samochodowej IAA w 2008 w Hanowerze firma MAN zaprezentuje nowe silniki Euro 5, niewymagające stosowania uszlachetniaczy do uzdatniania spalin. Stanowią one podstawę dla opracowania silników spełniających wartości graniczne normy Euro 6, która przypuszczalnie będzie obowiązywała w roku 2013. Silnik Diesla pozostanie głównym źródłem napędu w pojazdach transportowych, także w następnym dziesięcioleciu.
Źródło: RoadLOOK.pl
