Mała ósemka dla Starachowic

W połowie lat 60 powstała w Łodzi rodzina widlastych, 150-konnych, 8-cylindrowych silników dla Stara.

Skończyło się na przedprototypach, ponieważ MON zarzuciło projekt, stwierdzając, że potrzebuje jeszcze mocniejszych silników. W drugiej wojnie światowej dywizyjna artyleria podczas intensywnego ostrzału zużywała tysiąc ton amunicji dziennie. Podczas wojny koreańskiej zużycie dochodziło już do 1,5 tys. ton dziennie.

Amerykanie obliczali, że przez 3 lata wojny w Korei, z USA na Półwysep Koreański trafiły dostawy o masie 31,5 mln ton. Tymczasem masa dostaw wysłanych od sierpnia 1942 do sierpnia 1945 roku na południowo-zachodni Pacyfik wyniosła 17,24 mln ton.

Samochody z okresu drugiej wojny światowej okazały się zbyt małe, aby podołać zwiększonym przewozom nowego pola walki. MON doszło do wniosku że skonstruowany na początku lat 50 na wzór wojennych Studebakerów trzytonowy Star 66 ze 100-konym silnikiem musi być zastąpiony większym samochodem.

Już pod koniec lat 50. Szefostwo Służby Samochodowej MON we współpracy ze Sztabem Generalnym przygotowało wymagania taktyczno-techniczne nowej generacji samochodów. Z czasem projekt ewoluował, samochód stawał się coraz większy, rosły też wymagania wobec silnika. Po kilku latach dyskusji z przemysłem wojsko stwierdziło, że następca powinien mieć ładowność 5 ton i silnik o mocy 150 KM.

Starachowickie zamierzenia

Fabryka Samochodów Ciężarowych w Starachowicach wymogła na zamawiającym prowadzenie prac przez własne biuro konstrukcyjne. Nazwane Biuro Konstrukcyjne Nr 2, mieściło się w Łodzi, przy Piotrkowskiej 183. Był to ten sam budynek, w którym w czerwcu 1946 roku powstało Centralne Biuro Badań i Konstrukcji, założone przez Jana Wernera m.in. dla skonstruowania Stara 20 i pochodnych. CBBK przekształciło się w lutym 1948 roku w łódzki oddział zlokalizowanego w Warszawie Centralnego Biura Technicznego Przemysłu Motoryzacyjnego, późniejszy BKPMot, a następnie jego główny trzon został przyłączony do FSC Starachowice jako BK 2.

Starachowicka fabryka równolegle przygotowywała konstrukcję samochodu ciężarowego nowej generacji i zakładała unifikację wersji cywilnej oraz wojskowej. Obie na drogach utwardzonych miały mieć 5 ton ładowności. Dla zastosowań cywilnych fabryka oraz nadzorujące ją Zjednoczenie Przemysłu Motoryzacyjnego przewidywały w samochodach silnik wysokoprężny S 53. W tym czasie jego moc w praktyce nie przekraczała 90 KM, a wersja rozwojowa S 530 osiągała 105 KM.

Dlatego łódzkie BK 2 musiało przygotować zupełnie nowy silnik. Do jego zaprojektowania kierownik Działu Silnika w BK 2 Jan Lech zaprosił absolwenta Politechniki Łódzkiej Leszka Ornafa.

Ornaf zrobił dyplom w Katedrze silników spalinowych u Jana Wernera i był zapalonym motocyklistą. Zaprojektował silnik w układzie twin S132 LO dla następcy Junaka, ale gdy rząd wycofał się z produkcji ciężkich motocykli, konstruktor postanowił zmienić zakład pracy. – W połowie 1964 roku otrzymałem propozycję od Jana Lecha poprowadzenia konstrukcji nowego silnika do samochodu ciężarowego – wspomina Ornaf. Już w lipcu zajął się przygotowaniem benzynowego silnika, który otrzymał oznaczenie Typ 0317. – Wojsko wolało benzynę od diesla, bo rozwiązywało problem rozruchu zimą. Ponadto po zbudowaniu petrochemii w Płocku, na rynku był nadmiar benzyny – tłumaczy Ornaf.

Koncepcja Jana Wernera

Pierwszym krokiem był wybór koncepcji 150-konnej jednostki napędowej. Prof. Jan Werner udzielał się swoją wiedzą jako konsultant w BK 2. – To prof. Werner zasugerował silnik V8 i nawet w prezencie wykonał projekt wstępny takiego silnika. Projekt ten został wzięty pod uwagę przy nowych konstrukcjach silników V8 do Starów – zaznacza Ornaf.

Podkreśla, że prekursorem silnika V8 w polskiej motoryzacji był właśnie profesor Jan Werner, który w 1936 roku skonstruował w Państwowych Zakładach Inżynierii silnik V8 do samochodu osobowego.

– Przed przystąpieniem do konstrukcji zapoznawałem się ze wzorcowymi silnikami. Jednym z nich był Ford V8, sam miałem Tatrę 87. Kupiłem ją do remontu i samodzielnie go przeprowadziłem, więc silniki V8 dokładnie poznałem – zapewnia Ornaf.

Przyznaje, że w BK 2 już wcześniej czyniono przymiarki do silnika V8, na bazie silnika S 47, ale rezultaty nie były zadowalające ze względu na zbyt duże gabaryty i za małą moc. – W BKPMot w Warszawie też dokonano przymiarki do V8 na bazie S 53, ale również nieskutecznie – dodaje Ornaf.

Tymczasem zadanie było pilne, ponieważ MON nie przewidywał diesli do wojskowego samochodu, natomiast benzynowy S 47 był zbyt słaby. – Gdy powierzono mi pracę, od razu zaznaczono, że nowy silnik musi mieścić się w Starze 66. Wojskowi nie narzucili liczbowej wartości, prosili tylko o jak najwęższy silnik – wspomina Ornaf.

Zamawiający spodziewał się 150-konnego silnika o możliwie małej masie. Miał zastąpić stukonny silnik S 47 w przyszłościowym Starze 266 i dalszych wersjach rozwojowych tego pojazdu.

Po wyborze koncepcji nadszedł czas na rysowanie projektu wstępnego dla sprawdzenia możliwości spełnienia żądanych wymagań: mocy 150 KM i niewielkich gabarytów. – Do produkcji silnika musiały być zastosowane realne technologie – zaznacza Ornaf. – Na podstawie wstępnych wyliczeń i danych porównawczych wybrałem wymiary główne silnika: średnica cylindra d=95 mm i skok tłoka s=95 mm.

Choć Ornaf miał do dyspozycji jedynie niewielki zespół kilku konstruktorów, których pomoc otrzymywał na żądanie, rysunki silnika były gotowe już w połowie grudnia 1964 roku. Silnik był w układzie klasycznym: V8 o kącie rozchylenia cylindrów 90 stopni, górnozaworowy, z napędem wałka rozrządu kołami zębatymi umieszczonymi z przodu silnika, korbowodami obok siebie oraz płaskim wałem korbowym. To ostatnie rozwiązanie wynikało z możliwości technologicznych polskich hut i dalszej obróbki tej części. Umożliwiało także wykorzystanie wału w odmianie 4-cylindrowej. Szerokość silnika wynosiła 600 mm. Konstruktor umieścił komorę spalania w denku tłoka. – Silnik wyglądał bardzo zgrabnie – Ornaf przypomina ocenę prof. Wernera.

Wątpliwości BKPMot

Projekt powstawał w fabrycznym biurze konstrukcyjnym, ale nadzór nad nim sprawował ZPMot poprzez Biuro Konstrukcyjne Przemysłu Motoryzacyjnego w Warszawie. Zgoda BKPMot na Radzie Technicznej pozwalała zakwalifikować projekt do dalszych prac.

Ornaf uważa, że podczas posiedzenia rady poświęconemu temu silnikowi, BKPMot próbował utrącić cały projekt. Na spotkanie pojechał konstruktor z prof. Janem Wernerem. W dyskusji na temat silnika pojawiły się wątpliwości czy celowa jest produkcja w Starachowicach na wyspecjalizowanej linii obróbczej benzynowego silnika V8 w dużych ilościach, równolegle z rzędowym silnikiem wysokoprężnym.

Dyskutanci wskazywali, że duże samochody ciężarowe z silnikami benzynowymi, poza zastosowaniami specjalnymi, zaczynają tracić sens. Dodawali, że jeśli już ma być uruchomiona produkcja nowego niskoprężnego silnika V8, to jego konstrukcja powinna zapewnić możliwość wytwarzania wariantów o różnych zastosowaniach, według mogących się pojawić potrzeb w przyszłości.

Pożądanym byłoby rozważenie odmiany wysokoprężnej produkowanej przy wykorzystaniu linii obróbczych wspólnych z odmianą niskoprężną. – Generalnie krytyka sprowadzała się do tego, że nie ma potrzeby pracować nad silnikiem V8, ponieważ FSC ma S 53. Jedyne co dobre to możliwość stworzenia odmian R4 lub V4. Odparowałem zastrzeżenia pracowników BKPMot, ale oni i tak mieli wszystko ustalone i z góry napisany protokół z narady. Widać było, że BKPMot chciał utrącić całość prac nad silnikiem V8 i robił to w tak nachalny sposób, że aż prof. Jan Werner się zdenerwował. Wtedy wbrew opinii BKPMot starachowicka FSC wzięła na siebie zrobienie prototypu – przypomina Ornaf. Dodaje, że bardzo dużego wsparcia udzielił także Jan Lech.

Wiele odmian, jeden silnik

Jednak zanim powstał prototyp Typu 0317, konstruktor opracował jego drugi wariant. – Spełniłem wszystkie sugestie z rozważań i dyskusji okołoprojektowych. Zawierał obok podstawowej wersji niskoprężnej, jeszcze inne odmiany – przyznaje Ornaf.

Zdecydował się wtedy na nową koncepcję i wersjonowanie. Była to nie tylko nowa generacja silnika benzynowego, ale i wysokoprężnego. – Po konsultacji z kolegami z BK 2 specjalizującymi się w dieslach, zwiększyłem wymiary główne silnika. Najpierw chciałem 100x100 mm, ale doszliśmy do wniosku, że dla przyszłego diesla bardziej prawidłowe będą wymiary 100x110. Koledzy akurat pracowali nad S 530 z bezpośrednim wtryskiem i z komorą spalania z silnika Ursusa i on miał takie właśnie wymiary. Badali go na 1-cylindrowym silniku badawczym na hamowni w PŁ – wyjaśnia Ornaf.

Konstruktor zastosował w nowej wersji 0317 nietypowe rozwiązania, jak 4 jednakowe 2-cylindrowe głowice. Także cylindry były odlewane po 2 i w takich blokach obrabiane. – Technologicznie to było bardzo wygodne i całkiem realne do wykonania – podkreśla konstruktor. Cztery 2-cylindrowe bloczki przykręcane były do kadłuba.

Kadłub o wspólnej pokrywie łożysk głównych zapewniał silnikowi sztywność. Nadawał kadłubowi charakter tunelowy, a duża sztywność pozwalała na zastosowanie indywidualnych głowic dla każdej pary cylindrów. Byłoby to dużym ułatwieniem dla technologów przy produkcji innych odmian silnika.

Jedna krzywka wałka rozrządu obsługiwała 2 rzędy cylindrów. – To wymusiło, oprócz   określonego konkretnego kąta odchylenia otworów popychaczy zaworów, symetrię obu rzędów cylindrów. Dlatego też zastosowałem rozwidlone korbowody, jak w koncepcji profesora – przypomina Ornaf. Lewa i prawa strona silnika były symetrycznie, a osie cylindrów leżały w tej samej płaszczyźnie. Płaski wał korbowy z V8 mógł być stosowany do R4. W nowej wersji silnika konstruktor zastosował napęd rozrządu kołami zębatymi od strony koła zamachowego, który jest korzystny z punktu widzenia drgań skrętnych układu.

Ornaf przypomina, że zimą w latach sześćdziesiątych wodę chłodzącą na noc spuszczano. – Glikol wtedy jeszcze nie był powszechnie dostępny – zaznacza Ornaf i dodaje, że niektórzy samochodowi specjaliści optowali za chłodzeniem silników powietrzem. – Wychodząc naprzeciwko tym żądaniom, przygotowałem łatwą do realizacji odmianę chłodzoną powietrzem. Na technologicznie tym samym kadłubie co dla odmian chłodzonych cieczą można było zamontować cylindry chłodzone powietrzem – wskazuje konstruktor.

Przypomina, że w przymiarkach zabudowy silnika V8 do istniejących, lub będących w przygotowaniu podwozi, szczególnie dla wojska, zamawiający wielką wagę przywiązywał do gabarytów silnika. Dlatego zaprojektował wersję dolnozaworową. – Pan prof. Jan Werner chwycił się za głowę, gdy podczas konsultacji zobaczył tę moją propozycję, do której ja sam miałem duże wątpliwości i która burzyła moje od dawna utrwalone przekonania – przyznaje Ornaf. – Byłem konstruktorem motocyklowym i zawsze imponowały mi piękne górnozaworowe maszyny, a wystąpiłem z propozycją, wprawdzie tylko opcjonalną, ale rozwiązania dolnozaworowego. Przedstawiłem swoje argumenty i profesor uznał rozwiązanie za niecałkowicie głupie. Szczególnie, że wyglądało harmonijnie i mogło być, w pewnych okolicznościach, logiczne. Ta dolnozaworowa odmiana dałaby się wykonywać na tej samej linii co górnozaworowa, tylko z innymi blokami cylindrów i głowicami – zaznacza Ornaf.

Podkreśla, że dolnozaworowe silniki dla wojska mają sens i sprawdziły się w wielu zastosowaniach. – Willys, Dodge komandorka, Studebaker miały silniki dolnozaworowe, bardzo chwalone przez wojskowych – przypomina Ornaf.

Wysokoprężny też się przyda

W ramach projektu wstępnego drugiego rozwiązania Leszek Ornaf opracował także odmianę wysokoprężną, oznaczoną Typ 3170. – Wykorzystywała doświadczenia kolegów realizujących w BK 2 prace konstrukcyjne i badawcze nad rozwojem silników S 530 i DSV 6 – wymienia Ornaf.

Prace BK 2 ułatwiły dobór komory spalania, lecz nie rozwiązały wszystkich problemów. – Nikt nie produkował 8-sekcyjnych pomp paliwa i musiałem dla prototypu przeprojektować dwie 4-sekcyjne w jeden zespół dla silnika V8.

Dla wersji wysokoprężnej bardzo korzystne było umieszczenie napędu pompy wysokociśnieniowej od strony koła zamachowego. Ten sam napęd służył do poboru mocy dla sprężarki. V8 miał suche tuleje cylindrowe, grube na 3,5 mm, grubsze niż typowe suche, ponieważ wystawały poza blok cylindrów.

Przeprojektowane silniki V8 były nieco większe od pierwszej wersji. Ich szerokość wynosiła 710 mm w wersji nisko- i wysokoprężnej, długość w obu przypadkach sięgała 875 mm, zaś wysokość 780 mm dla silnika benzynowego oraz 790 mm dla diesla. Masa odmiany z zapłonem iskrowym wyniosła 380 kg, zaś z zapłonem samoczynnym była o 20 kg większa.

Konstruktor przewidywał, że bez większych technologicznych problemów możliwe będzie uzyskanie odmian (zarówno ZI jak i ZS) rzędowych (2 i 4 cyl.) oraz widlastych mających 4, 8 lub 12 cylindrów. Rodzina benzynowa pokrywałaby zakres mocy od 40 do 240 KM, zaś wysokoprężna od 37 do 225 KM, przy (zależnie od odmiany) 2800 do ponad 3200 obr/min.

Do realizacji przedprototypowej dyrekcja FSC Starachowice zakwalifikowała dwie odmiany sinika V8: niskoprężną V8 oznaczoną 0317, mającą d=100 mm oraz s=110 mm i wysokoprężną V8 oznaczoną 3170, mającą d=100 mm oraz s=110 mm.

Przedprototypy ze Starachowic

Dokumentacja z Łodzi trafiła do starachowickiej prototypowni na początku 1966 roku. FSC Starachowice były najlepiej wyposażonym zakładem ZPMot, miała własną odlewnię i bogaty jak na polskie warunki park maszynowy.

Kierownikiem prototypowni był rzutki Antoni Baumel. – Pracę z FSC bardzo dobrze wspominam. Jeździłem do nich raz w tygodniu. Jako pierwsze przekazane zostały do  realizacji odlewane i odkuwane części silnika. Współpraca przebiegała bez problemów, starachowiczanie nie wtrącali się zakładając, że łódzkie biuro prawidłowo przygotowało dokumentację. Spływała ona bezpośrednio do prototypowni, po konsultacjach z technologami i odlewnikami FSC, przy akceptacji starachowickiego biura konstrukcyjnego. Ornaf

podkreśla, że dyrektor techniczny FSC Jerzy Maliszewski był bardzo życzliwy, podobnie jak główny konstruktor FSC Antoni Chmielnicki. – Nad wykonaniem prototypów czuwał pan Więcek (nie pamiętam imienia), z którym współpraca układała się również bardzo sympatycznie. Przedprototypy obu silników zostały dobrze zrobione – zapewnia Leszek Ornaf.

Przyznaje, że zamierzał w przyszłości zrealizować, lane w metalowej formie, aluminiowe bloki cylindrów z gładzią chromowaną. – Rozwiązanie byłoby wzorowane na silnikach motocyklowych, bo mam duszę motocyklisty – przypomina Ornaf.

Do budowy tej odmiany jednak nie doszło. Przedprototypy 0317 oraz 3170 miały żeliwne, dwudzielne kadłuby oraz żeliwne bloki cylindrów i głowice. W odmianie niskoprężnej prototypownia zastosowała aparat zapłonowy z amerykańskiego demobilu. Fabryka wykonała co najmniej po jednym egzemplarzu każdego silnika na początku 1967 roku.

Hamownia w szkole

Starachowice miały prymitywną hamownię silników, na której znalazło się tylko jedno wolne stanowisko. Dyrekcja fabryki przeznaczyła je na badanie silnika benzynowego. – Uroczyście zaprosiła nas na początek badań i pierwsze uruchomienie silnika. Inż. Lech był bardzo zaangażowany w prace, organizacyjnie wszystko załatwiał i trzymał w ryzach. Miał bardzo dobrą współpracę z FSC – podkreśla Ornaf. Rozruch silnika 0317 przebiegł bardzo sprawnie, nic się nie urwało.

Z braku miejsca w fabrycznej hamowni, badanie silnika wysokoprężnego 3170 konstruktorzy przeprowadzili w Łodzi. Biuro Konstrukcyjne Nr 2 nie miało hamowni i wypożyczyło ją od Technikum Samochodowego przy ul. W. Kilara na Bałutach. Szefem badań diesla był Tadeusz Łapiński, który wcześniej na 1-cylindrowym, badawczym silniku dopracował tłok, komorę spalania i wtryskiwacz dla silnika 3170.

Silnik przeszedł na hamowni cykl badań. Wersja benzynowa osiągnęła ponad 160 KM, diesel 140 KM. – To co osiągnęliśmy już dawało satysfakcję. A szczególnie było ważne, że moment obrotowy był odpowiednio nisko. Silnik miał mocny dół i można było z niego wiele wyczarować – uważa Ornaf. Największy moment obrotowy wersji benzynowej wyniósł 48 kGm, zaś diesla 42 kGm, w obu przypadkach przy 1400 obr/min.

Ornaf dodaje, że w prototypach nieraz wychodzą różne rzeczy, ale w tych silnikach w zasadzie wszystko za pierwszym razem dało dobre rezultaty. Niektóre fragmenty konstrukcji przeważnie wymagają dopracowania na hamowni np. przewody dolotowe silników wielocylindrowych.

Przyznaje, że miał wątpliwości czy panewki rozwidlonych korbowodów okażą się trwałe. – Panewki były największym problemem. Pracowały na wewnętrznej i zewnętrznej stronie. Długo nie mogliśmy znaleźć wykonawcy i wreszcie przygotowała je warszawska spółdzielnia pracy: stalowe wylane brązem ołowiowym. To pachniało problemami – dodaje Ornaf.

MON jednak wycofało się z zamówienia zanim silniki zostały w pełni zbadane. Wspólnie z Ministerstwem Przemysłu Maszynowego zdecydowało o zamówieniu dopracowania w austriackim instytucie badawczym AVL 150-konnego, rzędowego diesla, będącego wersją rozwojową S 530.

Wojsko stwierdziło, że perspektywiczne silniki powinny być jeszcze mocniejsze. Starachowicka fabryka zarzuciła prace nad 0317 i 3170, które pozostały jedynie przedprototypami. W ramach dalszych prac przyszłościowych zamówiło silnik wysokoprężny V8 o mocy ponad 180 KM, z zaleceniem uzyskania dużej trwałości. Autor dziękuje panu Leszkowi Ornafowi za pomoc w przygotowaniu artykułu.

T&M nr 6/2020

Tekst: Robert Przybylski