Silniki turbocompound: jak działają i co deklarują producenci

Karta danych technicznych, w której widnieje D13TC, MP8HE albo „Energy Recovery Technology”, mówi jedną konkretną rzecz: w strumieniu spalin znajduje się druga turbina i nie służy ona do zasilania układu dolotowego. Jej zadaniem jest odebranie energii, która w przeciwnym razie uszłaby przez rurę wydechową, i oddanie jej na wał korbowy. Komunikat premierowy Volvo o I-Save, pakiecie łączącym turbocompound D13TC z innymi rozwiązaniami oszczędzającymi paliwo, wiąże wartość pakietu z tym, ile kilometrów pokonuje ciężarówka: „The longer they drive, the more they can potentially save.” (Im dłużej jeżdżą, tym więcej mogą potencjalnie zaoszczędzić).

Co właściwie robi druga turbina

Turbosprężarka w tych silnikach to, słowami Volvo, ta „used to manage engine intake air” (służąca do zarządzania powietrzem dolotowym silnika). Turbocompound dodaje kolejną turbinę do czegoś innego. W opisie, jaki Volvo podaje dla swojego północnoamerykańskiego D13TC, proste koło turbiny znajduje się „downstream of the actual turbocharger” (za właściwą turbosprężarką) i jest „linked through a network of reduction gears to the engine’s crankshaft” (połączone za pośrednictwem zespołu przekładni redukcyjnych z wałem korbowym silnika); komunikat Volvo UK o FH podaje, że odzyskana energia spalin napędza koło zamachowe. Mack podaje, że jego Energy Recovery Technology przechwytuje ciepło, „that would otherwise be lost” (które w przeciwnym razie zostałoby utracone), przetwarza emisje spalin „to mechanical energy” (na energię mechaniczną) i oddaje ją „back to the crankshaft as torque” (z powrotem na wał korbowy jako moment obrotowy).

To, że w ogóle jest co odzyskiwać, wynika ze sprawności samego silnika wysokoprężnego. „Typically, for every gallon of diesel burned, only about 42 percent of the energy content actually makes it to the wheels” (zazwyczaj z każdego spalonego galonu oleju napędowego tylko około 42 procent zawartej w nim energii faktycznie dociera do kół) – powiedział północnoamerykańskiemu magazynowi Volvo dla klientów John Moore, kierownik ds. marketingu produktu w Volvo. „The rest is wasted as heat.” (Reszta jest marnowana w postaci ciepła). W 2018 r., jak podał Transport Topics, Moore powiedział magazynowi Equipment & Maintenance Update, że jednostka podniesie efektywną sprawność cieplną północnoamerykańskiego D13TC z 43% do 48% dzięki przechwytywaniu energii, która zostałaby utracona w układzie wydechowym lub w układzie chłodzenia.

W Volvo FH i Renault Trucks T widać to w momencie obrotowym, a nie w mocy maksymalnej

Nasz własny wpis dla Volvo FH, sporządzony na podstawie silników, które Volvo UK wciąż wymieniało we wrześniu 2026 r., podaje standardowy D13 w zakresie 309–397 kW przy 2 100–2 600 Nm i turbocompound D13 I-Save o mocy 309–368 kW przy 2 400–2 800 Nm. Silnik turbocompound kończy się niżej pod względem mocy i wyżej pod względem momentu obrotowego. Własne materiały premierowe Volvo określają różnicę na maksymalnie 300 Nm więcej.

Wpis dla Renault Trucks T, sporządzony na podstawie broszury Renault Trucks z maja 2023 r., pokazuje ten sam układ u drugiego producenta: DE13 TC jest podany przy 330 i 360 kW, czyli na dwóch stopniach, które ma też zwykły DE13, ale z 2 500 i 2 700 Nm wobec 2 200 i 2 400 – i nie ma go wcale na stopniu 390 kW, więc rodzina turbocompound znów kończy się niżej pod względem mocy i wyżej pod względem momentu obrotowego.

Taki układ nie jest regułą turbocompoundu. W przypadku północnoamerykańskiego D13TC komunikat Volvo z 2017 r. podaje, że „the 50 additional horsepower is fed directly to the crankshaft” (dodatkowe 50 hp jest przekazywane bezpośrednio na wał korbowy), a północnoamerykański magazyn Volvo pisze, że efektem netto jest „adding additional torque and horsepower to the crankshaft” (dodanie wałowi korbowemu dodatkowego momentu obrotowego i mocy), ale że „unlike turbo compounding used in the past, Volvo decided not to use the technology to add horsepower” (w przeciwieństwie do stosowanego w przeszłości turbocompoundu Volvo zdecydowało się nie wykorzystywać tej technologii do zwiększania mocy). „I can either add it to my max power and deliver more power, or I can reduce how much fuel I’m putting in the engine for the same output. We choose the latter” (mogę albo dodać ją do mojej mocy maksymalnej i dostarczyć więcej mocy, albo zmniejszyć ilość paliwa podawanego do silnika przy tej samej mocy wyjściowej. Wybieramy to drugie) – powiedział magazynowi John Bartel, główny inżynier Volvo ds. układu napędowego. Europejski komunikat Volvo wskazuje jako korzyść to, że „less acceleration and fuel is needed to keep a steady speed in highway traffic” (do utrzymania stałej prędkości w ruchu na autostradzie potrzeba mniej przyspieszania i paliwa), a Mack podaje, że jego układ „enables the engine to operate at 1,000-1,100 RPM, saving fuel without sacrificing performance” (pozwala silnikowi pracować przy 1 000–1 100 obr./min, oszczędzając paliwo bez utraty osiągów). W połączeniu z układem napędowym o obniżonej prędkości obrotowej (downspeeding), dodaje magazyn Volvo, turbocompound pozwala skrzyni biegów „stay in top gear longer in rolling terrain” (dłużej pozostawać na najwyższym biegu w pagórkowatym terenie), co daje zysk paliwowy, który magazyn określa na „about 3 percent” (około 3 procent).

Opublikowane wartości i to, z czym są porównywane

Volvo Trucks podaje, że Volvo FH z I-Save „can cut fuel costs by up to 7% in long-haul operations” (może obniżyć koszty paliwa nawet o 7% w transporcie długodystansowym; w wersji Volvo UK „could”, czyli „mogłoby”), w porównaniu z D13 Euro VI etap D bez pakietu Long Haul Fuel Package, i przedstawia to jako „the combined efficiency gains of all these products and services” (łączne zyski efektywności wszystkich tych produktów i usług): D13TC oraz nowe osie tylne, zaktualizowany I-See, oprogramowanie I-Shift do transportu długodystansowego, I-Cruise z I-Roll, automatyczne wyłączanie silnika pracującego na biegu jałowym i pompę wspomagania kierownicy o zmiennej wydajności. Dwie wersje komunikatu z 7 marca 2019 r. różnią się co do tego, dla kogo jest ten pakiet: globalny komunikat Volvo podaje, że I-Save dostosowano szczególnie do przewoźników długodystansowych, którzy zazwyczaj pokonują ponad 120 000 km rocznie, natomiast wersja Volvo UK podaje 160 000 km i nazywa D13TC idealnym dla klientów długodystansowych „typically exceeding 160,000 km per annum” (zazwyczaj przekraczających 160 000 km rocznie). Obie wersje zawierają przypis, że rzeczywiste zużycie paliwa „will vary” (będzie się różnić; w wersji brytyjskiej „may vary”, czyli „może się różnić”) w zależności od wielu czynników, takich jak korzystanie z tempomatu, specyfikacja pojazdu, obciążenie pojazdu, topografia, doświadczenie kierowcy i pogoda.

Północnoamerykańska wartość Volvo jest rozłożona inaczej. Komunikat z lipca 2017 r. o nowym VNL podaje „up to a 6.5 percent improvement in fuel efficiency from the engine alone” (do 6,5 procent poprawy efektywności paliwowej z samego silnika) w porównaniu z poprzednimi silnikami D13 GHG14, a łącznie do 7,5%, gdy aerodynamika nowego VNL dodaje kolejny 1 procent. Transport Topics podał w lipcu 2018 r., że turbocompound Macka w połączeniu z takimi rozwiązaniami jak usprawnienia aerodynamiczne pakietu HE+ pozwala modelom Mack Anthem poprawić efektywność paliwową nawet o 9,5%.

Te wartości trzeba czytać uważnie. Europejskie 7% i 9,5% Macka to wartości dla pakietów. 6,5% to jedyna podana tu wartość, którą jej producent podaje dla samego silnika, i jest ona mierzona względem poprzedniego silnika samego Volvo.

Do jakiej pracy jest przeznaczony

Volvo nazywa FH z I-Save „tailor-made for demanding long-haul operations” (skrojonym na miarę wymagającego transportu długodystansowego), a jego północnoamerykański komunikat z 2017 r. podaje, że D13TC został „designed for customers with long-haul, steady-speed operations” (zaprojektowany dla klientów wykonujących przewozy długodystansowe ze stałą prędkością). W 2018 r. Volvo powiedziało Transport Topics, że największą poprawę turbocompound daje w zastosowaniach długodystansowych z obniżoną prędkością obrotową (downsped), a Jack Legler, dyrektor techniczny Technology & Maintenance Council przy American Trucking Associations, powiedział, że może on być szczególnie skuteczny we flotach stosujących downspeeding. Obecna północnoamerykańska strona Volvo o D13TC dodaje, że floty pracujące w zastosowaniach o zmiennym obciążeniu, „including tanker, bulk haul and flat-bed deliveries” (w tym przewozy cysternami, przewozy towarów masowych i dostawy platformami), „can benefit” (mogą skorzystać).

Volvo powiązało tę wartość procentową z warunkami: rocznym przebiegiem, do którego dostosowano pakiet, oraz wymienionymi w przypisie korzystaniem z tempomatu, obciążeniem pojazdu i topografią.

DD15 Detroit i Navistar: inna droga

DD15 Detroit miał turbocompound przed przepisami dotyczącymi gazów cieplarnianych z 2014 r. Według Briana Danielsa z Detroit, cytowanego przez Transport Topics w 2018 r., aktualizacja tego silnika z 2014 r. zrezygnowała z turbocompoundu i oparła się zamiast tego na Detroit Asymmetric Turbocharger, który Daniels opisał jako uproszczoną, bardziej wydajną i trwalszą konstrukcję, lżejszą o 70 funtów; ten sam artykuł podał, że Detroit nadal stosował turbocompound w swoim największym silniku, DD16. Obecna strona Detroit o DD15 wymienia turbosprężarkę o prostej geometrii na łożyskach kulkowych i twierdzi, że silnik jest „up to 3% more fuel efficient than our previous model” (do 3% bardziej oszczędny niż nasz poprzedni model). Turbocompound nie jest na niej w ogóle wspomniany.

Navistar powiedział tej samej publikacji, że nie planuje dodawać turbocompoundu do swoich ciężarówek International. Jim Nachtman, jego dyrektor marketingu w segmencie produktów ciężkich, powiedział, że „if you add a lot of complexity to a vehicle, there’s a higher propensity for something to fail” (jeśli doda się pojazdowi dużo złożoności, rośnie skłonność do tego, by coś zawiodło), że floty mówią Navistarowi, iż dzień przestoju jest wart od 1 000 do 1 500 USD w zależności od floty, plus koszt samej naprawy, oraz że „if you save a small amount of fuel economy but incur some extra downtime, in general that is not advantageous to the customer’s bottom line” (jeśli oszczędza się niewiele paliwa, ale ponosi się dodatkowy przestój, na ogół nie jest to korzystne dla wyniku finansowego klienta). To jest argument przeciwny i pochodzi od ludzi, którzy zawodowo sprzedają ciężarówki. Navistar zapowiedział, że zamiast tego będzie dalej ulepszał samą turbosprężarkę, a obok niej pakiet pierścieni tłokowych o niskim tarciu, powłoki płaszczy tłoków o niskim tarciu, wolniejszą pompę wody, sześciołopatkowy wentylator, który według Navistara uwolnił 31 hp, oraz predykcyjny tempomat, którego zysk określił na 1% do 2%.

Odpowiedź Volvo na pytanie o trwałość, na północnoamerykańskiej stronie D13TC, brzmi, że turbosprężarka silnika o stałej geometrii jest „designed to meet the 1.2 million mile B50 life of the engine, with no extra maintenance required” (zaprojektowana tak, by sprostać trwałości B50 silnika wynoszącej 1,2 mln mil, bez potrzeby dodatkowej obsługi); komunikat z 2017 r. przytacza słowa Moore’a, że układ turbocompound „adds no additional routine maintenance to the engine” (nie dodaje silnikowi żadnej dodatkowej rutynowej obsługi).

Dlaczego w ogóle istnieje

Pomysł nie jest nowy: magazyn samego Volvo zauważa, że turbocompound „was used on heavy aircraft engines during the second world war” (był stosowany w ciężkich silnikach lotniczych podczas drugiej wojny światowej). Producenci podają dziś własne powody jego stosowania. Europejski komunikat Volvo stawia I-Save na tle ciężarówek pokonujących coraz dłuższe dystanse i rosnących cen oleju napędowego; w Ameryce Północnej Transport Topics podał, że D13TC wprowadzono jako część układu napędowego Volvo spełniającego normy dotyczące gazów cieplarnianych z 2017 r.

Unijne cele w zakresie CO2 dla nowych pojazdów ciężkich

Rozporządzenie (UE) 2019/1242 ze zmianami ustanawia docelowe poziomy redukcji emisji CO2 dla unijnego parku nowych silnikowych pojazdów ciężkich, innych niż pojazdy specjalnego przeznaczenia i pojazdy terenowe, „w porównaniu ze średnim poziomem emisji CO2 w okresie sprawozdawczym roku 2019”: 15% dla okresów sprawozdawczych od 2025 do 2029 r. dla podgrup pojazdów 4-UD, 4-RD, 4-LH, 5-RD, 5-LH, 9-RD, 9-LH, 10-RD i 10-LH; 45% dla lat od 2030 do 2034 (z wyjątkiem pojazdów specjalistycznych); 65% dla lat od 2035 do 2039; oraz 90% od 2040 r. Załącznik I do rozporządzenia (pkt 3.2) stosuje okres sprawozdawczy 2019 jako odniesienie tylko do tych dziewięciu podgrup; podgrupy 1, 2, 3, 11, 12 i 16 są mierzone względem 2021 r., a wszystkie pozostałe względem 2025 r. Komisja opisuje te cele jako redukcję „across all vehicles manufactured by a company” (we wszystkich pojazdach wyprodukowanych przez przedsiębiorstwo), przy czym emisje CO2 i zużycie paliwa są symulowane w narzędziu VECTO „based on data from relevant vehicle components” (na podstawie danych dotyczących odpowiednich komponentów pojazdu).

Jak nazywa się ten wariant

W Volvo informację tę niesie oznaczenie silnika – komunikat premierowy z 2019 r. wymienia „D13TC (Turbo Compound)”, a Volvo UK podaje go dla FH jako D13 I-Save; u Macka jest to MP8HE z Energy Recovery Technology.