Dowieźć „jedynkę” z przodu – test zestawu Scania Super R 460 z naczepą Wielton Curtain Master

Bohater testu: Scania Super R 460 z naczepą kurtynową Wielton Curtain Master (fot. D. Piernikarski)

Scania Polska udostępniła do testów ciekawy zestaw składający się z ciągnika Scania Super R 460 spiętego z naczepą Wielton Curtain Master. Na trasie testowej bacznie obserwowaliśmy pracę algorytmów sterujących pracą układu napędowego Scania Super Powertrain, aby zrozumieć, gdzie tkwi tajemnica niskiego zużycia paliwa.

Mówienie o silnikach Diesla w kontekście zrównoważonego transportu może początkowo wydać się paradoksalne, gdy cała branża zmierza w kierunku elektryfikacji układów napędowych. Czy zatem wprowadzenie nowego silnika Diesla w październiku 2021 r. – bo wtedy odbyła się premiera Scania Super Powertrain − było słuszną decyzją? Odpowiedź jednoznacznie brzmi: TAK.

Chociaż seryjnie produkowane samochody ciężarowe z napędem elektrycznym są już dostępne na rynku, to jednak wzrost liczebności zelektryfikowanych flot jest bardzo powolny, ponadto proponowane rozwiązania skierowane są przede wszystkim do zadań komunalnych i dystrybucyjnych ze względy na ograniczony zasięg tych pojazdów. Samochody ciężarowe napędzane silnikami Diesla są i jeszcze przez długi czas pozostaną kluczowym elementem transportu towarowego, zwłaszcza w transporcie dalekobieżnym. Konieczne są natychmiastowe działania pozwalające choćby na częściową poprawę bilansu emisji gazów cieplarnianych, co oznacza redukcję zużycia paliwa. A to nowa Scania Super potrafi doskonale!

Ten krótki test moglibyśmy podsumować następująco: samochód i jego układ napędowy Scania Super Powertrain wraz z algorytmami sterującymi ma sam jak najlepiej radzić sobie na trasie. Najlepiej byłoby, gdyby kierowca mu jak najmniej w tym przeszkadzał. Wtedy pojawia się niemal 100-procentowa pewność, że ilość spalonego paliwa nas pozytywnie zaskoczy.

Nas zaskoczyła: jazda trasą S8 z Nadarzyna do węzła pod Piotrkowem Trybunalskim ze średnią prędkością 77 km/h zakończyła się średnim zużyciem paliwa wynoszącym 21,8 l/100 km. W drodze powrotnej zestaw spalił 17,2 l/100 km przy średniej prędkości 68 km/h. Uśredniając, mamy 19,5 l/100 km przy średniej prędkości 72,5 km/h. Zatem: dowieźliśmy „jedynkę” z przodu – brawo Scania Super!

Ale zacznijmy od początku, co kryje się pod hasłem Scania Super Powetrain? Jak wyglądał nasz test? Jechaliśmy i obserwowaliśmy proces decyzyjny algorytmu Opticruise, który decydował o jeździe z wykorzystaniem funkcji swobodnego toczenia Eco-roll lub jeździe z włączonym nadbiegiem. Więc co to jest algorytm Opticruise? Poniżej odpowiedzi:

Scania Super Powertrain – nowy układ napędowy i obietnica zmniejszenia zużycia paliwa o 8% (fot. Scania)

Scania Super Powertrain
W dużym skrócie: układ napędowy Scania Super Powertrain tworzy całkowicie nowy silnik DC13 połączony z nowymi skrzyniami biegów G25CM i G33CM oraz również nową osią napędową R756. Nowa rodzina silników DC13 Euro VI D o pojemności skokowej 12,74 dm3 ma być najefektywniejszą paliwowo platformą silnikową obecnie dostępną na rynku, przełamując jeszcze do niedawna niebotycznie wysoką barierę 50-procentowej sprawności ogólnej silników trakcyjnych stosowanych w transporcie samochodowym.
Pod maską testowanego przez nas ciągnika Scania Super R 460 A4x2NA znajdował się silnik DC13 175 L01 Euro VI D o mocy maksymalnej 460 KM (338 kW) osiąganej przy 1800 obr/min i maksymalnym momencie obrotowym 2500 Nm rozwijanym w zakresie 900–1290 obr/min.

Nowy silnik DC13 (fot. Scania)

Scania Twin SCR w walce z NOx
W nowym silniku podniesiono stopień sprężania do 23:1, czego konsekwencją jest wzrost maksymalnego ciśnienia spalania do 250 bar i bardziej wydajne spalanie – w silnikach poprzedniej generacji było to „zaledwie” 165 bar. Optymalizacja procesu spalania oleju napędowego pod kątem zmniejszenia zużycia paliwa i uzyskania wysokiej mocy (wysokie ciśnienia i temperatury spalania) rodzi ryzyko wystąpienia problemów związanych z emisją NOx. Jak Scania rozwiązuje ten problem?
Kluczem do uporania się z wysokim poziomem NOx w tzw. spalinach surowych, czyli tych, które opuszczają silnik i zmierzają w kierunku układu oczyszczania spalin, jest układ Scania Twin SCR. Pierwsza dawka reduktora AdBlue wtryskiwana jest do pierwszego katalizatora redukującego, umieszczonego blisko turbosprężarki zaraz za klapą hamulca wydechowego, gdzie spaliny są nadal bardzo gorące – to radykalnie zwiększa całkowitą wydajność układu oczyszczania spalin. Druga dawka jest wtryskiwana w typowym miejscu w układzie oczyszczania spalin – przed katalizatorem redukującym. Ma już jednak łatwiejsze zadanie, ponieważ szczytowy poziom NOx został obniżony już w najwcześniejszym etapie. Filtr cząstek stałych DPF umieszczony pomiędzy dwoma katalizatorami SCR może być regenerowany bez dodatkowego wtrysku paliwa do układu wydechowego (oszczędzamy paliwo!). Układ Scania Twin SCR w optymalny sposób wykorzystuje energię cieplną zawartą w strumieniu spalin i tym samym jest jednym z najważniejszych czynników stojących za imponująco niskim spalaniem nowych silników Scania.

Dysponując tak wyrafinowanym narzędziem, jakim jest Scania Super, nawet mniej wprawny kierowca jest w stanie uzyskać zużycie paliwa nie przekraczające 22 l/100 km, co przy jego rosnących cenach jest bardzo ważne (fot. D. Piernikarski)
Fot. D. Piernikarski

Skuteczniejsze zwalnianie i hamowanie
Zastosowanie pojedynczej głowicy w nowym silniku pozwoliło na wprowadzenie podwójnego wałka rozrządu (DOHC), co z kolei stworzyło nowe opcje w zakresie oferowanych zwalniaczy. Oprócz podstawowego wydechowego hamulca silnikowego dostępny jest również hamulec dekompresyjny CRB (Compression Relase Brake). Urządzenie to może działać pojedynczo lub w kombinacji z odłączanym retarderem Scania R4700D. Możliwość zastąpienia retardera hamulcem CRB to zmniejszenie masy własnej pojazdu o ok. 100 kg.
Hamulec CRB jest uruchamiany przez oddzielną krzywkę i jest całkowicie zintegrowany z układem hamulcowym pojazdu – to sterownik decyduje o zakresie użycia hamulca wydechowego, hamulca dekompresyjnego lub retardera (jeśli jest). Odpowiednio do sytuacji redukowane są przełożenia skrzyni biegów. Maksymalna moc hamulca CRB to 354 kW przy 2400 obr/min, a silnikowy hamulec wydechowy uzyskuje 200 kW przy 2400 obr/min. Jeśli są oba, mamy zatem bardzo potężny zwalniacz pierwotny o mocy 554 kW. Zamontowany retarder to jeszcze 350 kW mocy hamowania przy 2200 obr/min.
Kierowca steruje pracą zwalniaczy, korzystając z 5-położeniowej dźwigni przy kolumnie kierownicy, ale zwalniacze uruchamiane są również automatycznie przez algorytmy sterujące pracą tempomatu aktywnego i skrzyni biegów. Korzystając z hamulca silnikowego, tempomat adaptacyjny zauważalnie łagodniej dohamowuje podczas zbliżania się do poprzedzającego pojazdu, bardziej równomiernie wytracana jest również prędkość, gdy np. konieczne jest jej zmniejszenie przed wjechaniem w ostrzejszy zakręt czy na rondo. Takie działanie jak najbardziej wpisuje się w to, co w układzie napędowym Scania Super jest priorytetem: uzyskanie jak najniższego zużycia paliwa przy jednocześnie jak najwyższej średniej prędkości przejazdu.

Wielokrotnie przez nas opisywana kabina R to przejrzysty, wygodny w obsłudze kokpit, świetnie rozplanowane schowki oraz wygodna i przestronna część wypoczynkowa – niby ideał, choć producent sygnalizuje, że wkrótce nadejdą zmiany we wnętrzu (fot. D. Piernikarski)
Fot. D. Piernikarski
Fot. D. Piernikarski

Wyrafinowanie przeniesienia napędu
Skrzynia biegów G25CM ma 14 przełożeń do jazdy w przód (12 przełożeń z najwyższym biegiem bezpośrednim, nadbieg oraz bieg pełzający) oraz 8 biegów wstecznych (4 standardowo, 4 biegi pełzające opcjonalnie). Zwiększono rozpiętość przełożeń, ich wartości na poszczególnych biegach dobrano tak, aby silnik zawsze pracował w swoim optymalnym (najbardziej ekonomicznym) zakresie, dostosowano również strategię zmiany i doboru biegów realizowaną przez program Opticruise.
Nowa oś napędowa R756 z pojedynczą przekładnią hipoidalną to konstrukcja, którą można wykorzystać w układach napędowych pojazdów Scania Super stosowanych w bardzo wielu różnych aplikacjach. Oferowana jest z 9 wariantami przełożeń, najniższe to 1,95, a najwyższe 4,11. W testowanym przez nas ciągniku przełożenie przekładni głównej wynosiło 2,31. Jest to więc to przełożenie „szybkie” typowo autostradowe, raczej na mniej wymagające trasy.

Jak algorytm Opticruise steruje doborem przełożeń? Czy ma to być jazda na biegu bezpośrednim czy na nadbiegu?
Kluczem jest tu filozofia wykorzystania wysokiego momentu obrotowego uzyskiwanego przy niskich prędkościach obrotowych silnika. Przypomnijmy, że w Scania Super Powertrain silnik DC13 swoje 2500 Nm rozwija w zakresie 900–1290 obr/min. Przyrost momentu od prędkości obrotowej na biegu jałowym następuje bardzo szybko. Te 390 obr/min rozpiętości, w jakiej dostępny jest moment maksymalny – czyli „zielony”, najbardziej ekonomiczny zakres pracy silnika trzeba maksymalnie wykorzystać – za to odpowiada algorytm Opticruise, unikając, gdy to możliwe, redukcji biegu i wchodzenia na wyższe obroty. W praktyce wiąże się to z bardzo złożonymi obliczeniami z wieloma czynnikami do rozważenia, ale to przecież sedno tego rozwiązania. Jeśli można utrzymać korzystną prędkość obrotową na poziomie około lub nieco powyżej 1050 obr/min, z pewnością zaoszczędzi się paliwo. Jeszcze do niedawna silnik typowego ciągnika pracował z prędkością 1400 obr/min. Układ napędowy Scania Super ze skrzynią G25CMi sterowaniem Opticruise ma znacznie szersze możliwości i może efektywnie obsługiwać zarówno niskie, jak i wysokie obroty silnika.

Silnik pracujący z prędkością obrotową nieco ponad 900 obr/min w większości sytuacji zużywa mniej paliwa. W trakcie trasy testowej dokonaliśmy odczytów: jadąc na nadbiegu z prędkością 85 km/h prędkość obrotowa silnika wynosiła 930 obr/min, na biegu bezpośrednim było to 1040 obr/min. W praktyce oznacza to, że na naszej trasie testowej liczącej ok. 240 km (w zdecydowanej większości po drodze S8) ciągnik z załadowaną naczepą (zestaw ważący ok. 40 t) przez większość czasu poruszał się na 12. (bezpośrednim) biegu dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu silnika, niskim stratom przeniesienia napędu na biegu bezpośrednim oraz szybkiemu (niskiemu) przełożeniu tylnej osi. Nadbieg uruchamiany był tylko wtedy, gdy zaistniały sprzyjające ku temu warunki, np. jazda odbywała się na lekkim spadku. Gdybyśmy mieli zestaw nie w pełni załadowany, zapewne możliwe byłoby częstsze wykorzystywanie nadbiegu.

Eco-roll czy nadbieg?
Warto jeszcze zwrócić uwagę na subtelną grę, jaką algorytm Opticruise prowadził w zakresie wykorzystania funkcji swobodnego toczenia Eco-roll i jazdy z włączonym nadbiegiem. Opticruise sterujący pracą skrzyni biegów „wie” wszystko na temat zestawu (ciężar, rozkład obciążeń osi itp.) i zna drogę, po której się on porusza dzięki znajomości położenia (pozycja z GPS) i topografii terenu (dokładne mapy topograficzne). Funkcja Eco-roll, czyli popularne „wolne koło”, to typowy wybieg przy rozłączonym układzie przeniesienia napędu, silnik pracuje na biegu jałowym, zużywając co prawda niewielką ilość paliwa, ale jednak. Podczas toczenia się z włączonym nadbiegiem dawka paliwa równa się 0, jest to typowe hamowanie silnikiem, ale ponieważ przełożenie jest mniejsze od 1, efekt hamowania jest relatywnie umiarkowany.

Na niewielkich spadkach istotne było utrzymanie prędkości – jazda odbywała się na nadbiegu, a więc z dostarczaniem siły napędowej na koła. Przejście w tryb Eco-roll – choć byłoby to swobodne toczenie, spowodowałoby wcześniejsze wyhamowanie pojazdu. Jeśli jednak spadki drogi były nieco większe, Eco-roll pozwalał na toczenie nawet z chwilowym przekroczeniem prędkości ustawionej w polu tolerancji. Trzeba przyznać, że algorytm wykorzystywał nadbieg dość oszczędnie, jazda odbywała się częściej na „wolnym kole”. W strategii doboru przełożeń chodziło o maksymalne wykorzystanie topografii terenu, utrzymanie jak najwyższej średniej prędkości przejazdu i minimalne zużycie paliwa przy maksymalnym wykorzystaniu wspomagającego działania siły grawitacji i bezwładności.

Przy przyspieszaniu silnik nie rozpędzał się do wyższych prędkości obrotowych, zmiana biegu następowała zdecydowanie przed 1800 obr/min, a to prędkość, przy której uzyskiwana jest maksymalna moc. Podczas podjeżdżania pod większe wzniesienia następowała redukcja o 2–3 biegi w dół. W poprzednich modelach Opticruise reagował nieco inaczej – pozwalał na większe wytracanie prędkości na podjazdach, potem następowało odzyskiwanie utraconej prędkości.

Autor tekstu i testu: Dariusz Piernikarski

Naczepa Wielton Curtain Master jest wysoko ceniona przez użytkowników za jakość wykonania, wygodę obsługi oraz drobne udogodnienia ułatwiające codzienną eksploatację, takie jak np. uszczelnienie dolnej krawędzi plandeki zapobiegające dostawaniu się wody i zanieczyszczeń do wnętrza (fot. D.Piernikarski)
Fot. D. Piernikarski
Zestaw był w pełni obciążony blokami o wadze 24 t (fot. D. Piernikarski)
Fot. D. Piernikarski