Przebłysk geniuszu: sprężarka G-Lader

Przez ładnych kilka lat Volkswagen oferował klientom samochody wyposażone w sprężarkę spiralną – tzw. G-Lader. Zapraszam na kilka słów na jej temat.

Słowem wstępu

W ramach cyklu felietonów „Przebłysk geniuszu” udamy się w podróż po ślepych zaułkach w historii motoryzacji. Zajmiemy się tutaj opisywaniem rozwiązań technicznych, które były w swoim czasie uznawane za genialne, przyszłościowe, lecz w miarę upływu czasu zostały zastąpione innym rozwiązaniem, stały się nieprzydatne lub całkowicie zapomniane. Ponad sto lat historii motoryzacji to także historia prób i błędów inżynierów, w myśl przysłowia, że nie myli się tylko ten, kto nic nie robi.

A zatem… zapnijcie pasy, zaczynamy!

W poszukiwaniu Mocy

Od zarania motoryzacji spalinowej inżynierowie zmagali się z problemem efektywnego napełnienia cylindra mieszanką paliwowo-powietrzną i spalenia jej tak, aby powstało możliwie najwięcej mocy, a nieuniknione straty były jak najmniejsze.

Przykład przyszedł (dosłownie) z góry, a dokładniej z lotnictwa. To tam, z uwagi na mniejszą gęstość powietrza na dużych wysokościach, problem ilości powietrza w mieszance palnej był dużo bardziej zauważalny – a to bezpośrednio wpływało na generowaną przez silnik moc. Gdy tylko stało się to technicznie możliwe, starano się temu zaradzić.

Istniały dwie ścieżki – doładowanie mechaniczne lub turbosprężarka napędzana gazami spalinowymi. Pozostałe niuanse (np. rodzaj sprężarki) zależały od tego, jak dany producent wdrożył swoje rozwiązanie. Przez 50 kolejnych lat w samochodach dominowały jednak silniki wolnossące. Dopiero dwa kryzysy naftowe, rosnące ceny paliwa, a z drugiej strony chęci zwiększenia mocy uzyskiwanej z danej pojemności sprawiły, że w latach 80. silniki z doładowaniem zaczęły zdobywać popularność w samochodach. Wynalazek doładowania mechanicznego, jak również turbosprężarki nie był nowy – pominąwszy korzenie lotnicze, w automobilach pojawił się już przed II wojną światową. Dziś zajmiemy się jednak szczególnym rodzajem sprężarki mechanicznej, na zawsze już kojarzonej z jedną marką samochodów.

Zaprojektowany przez francuskiego wynalazcę nazwiskiem Leon Creux, chroniony patentem nr 801.182 w amerykańskim urzędzie patentowym, pomysł na spiralny kompresor powstał już w roku 1905. Niestety, na realizację wynalazek musiał poczekać długie lata – jak w wielu podobnych wypadkach, ówczesna technika nie nadążała za geniuszem umysłowym, oraz kunsztem kreślarskim.  Metody obróbki metalu z początku XX wieku nie były wystarczajaco precyzyjne. Pierwotnie pomyślana jako rozwiązanie dla silników lotniczych, sprężarka spiralna znalazła się w końcu także w samochodach, ale w nietypowy sposób. Za sprawą firmy Sanden, na początku lat 80. trafiła ona do samochodowych… układów klimatyzacji. Niedługo wcześniej, nowe rozwiązanie i idące za nim możliwości dostrzegł Volkswagen. A kiedy do pracy wezmą się niemieccy inżynierowie…

… to powstaje VW Polo G40

Prace nad doładowaniem sprężarką spiralną Volkswagen rozpoczął już w 1978.

Przez pierwsze kilka lat kierunek rozwoju był niejasny, nie było wiadomo czy nowe rozwiązanie się przyjmie w produkcji masowej. Dopiero w 1983 r. powstał pierwszy dobrze udokumentowany prototyp – Polo Sprint. Z zewnątrz przypominał nieco nadmuchane (bo miało kompresor, rozumiecie…) Polo 86C. Prototyp Polo Sprint był jednak w istocie zupełnie odmienny od seryjnego Polo – w mocno zmodyfikowanej karoserii silnik był zamontowany z tyłu samochodu, miał pojemność 1,9 litra i cztery cylindry w układzie… przeciwsobnym, czyli bokser. Silnik ten pochodził, rzecz jasna, z Transportera T3. To ta konstrukcja po raz pierwszy otrzymała kompresor spiralny, dzięki czemu moc wynosiła aż 155 KM. Polo Sprint przez dwa lata służyło jako muł testowy do badania zachowań drogowych oraz samego doładowania sprężarką – wtedy jeszcze bez nazwy G40. Powstał tylko jeden prototyp, dziś dostępny dla zwiedzających przyfabryczne muzeum.

Chociaż ideę Polo z silnikiem za siedzeniami ostatecznie pogrzebano, sam kompresor wydawał się dobrym rozwiązaniem. Kompaktowy, cichy i pozbawiony tzw. turbodziury, uzyskał zielone światło na dalszy rozwój. Otrzymał on też nazwę – G40 lub G60, przy czym litera G była nawiązaniem do spiralnego kształtu wirnika kompresora. Liczba w nazwie oznaczała natomiast głębokość wirnika w milimetrach.

Polo G40 w formie bliższej seryjnemu pojazdowi pokazano dopiero jesienią 1985 r. Co prawda silnik już był na swoim miejscu z przodu samochodu, ale wciąż jednak było to bardzo wczesne stadium prototypu. Na początku nowe rozwiązanie posłużyło jedynie do testów wydajnościowych na torze testowym Volkswagena, położonym w miejscowości Ehra-Lessien.

Trzy egzemplarze zbudowane w tym celu, z mocą sięgającą 127 KM, wnętrzem ogołoconym z większości wyposażenia i dodatkowo ospojlerowanym nadwoziem dla poprawy aerodynamiki, ustanowiły nowy rekord prędkości dla pojazdów do 1300 cm³. Średnia prędkość z 24-godzinnego przejazdu wyniosła 208 km/h.

Zanim VW Polo G40 trafił do produkcji, samochód został poddany koniecznym przeróbkom

Zastosowano nowy komputer sterujący Digifant, przystosowany do wielopunktowego wtrysku paliwa i przetwarzania danych z wielu czujników. W stosunku do silnika wolnossącego przekonstruowano głowicę, zastosowano inny układ korbowo-tłokowy, a w bloku pojawił się otwór na odpływ oleju z kompresora. Nawet pokrywa wałka rozrządu była zmieniona – przez dodatkowy otwór w niej przechodził na wylot wąż dolotowy. Nowa jednostka napędowa miała wciąż pojemność 1272 cm³, tak samo jak odmiana wolnossąca. Otrzymała oznaczenie fabryczne PY.

Dodatkowo najszybsze Polo otrzymało obniżone zawieszenie, wentylowane przednie hamulce, tylny stabilizator, nowy prędkościomierz wyskalowany do 240 km/h. Zmieniono także chłodnicę wody, oraz zainstalowano skrzynię biegów z dłuższymi przełożeniami. Na pasie przednim znalazł się dumny napis „Ladeluft Gekühlt” – „chłodnica ładunku powietrznego”, która miała za zadanie schłodzić sprężone powietrze. Całość była uzupełniona dyskretnymi smaczkami w kolorze czerwieni – paskami na kierownicy, zderzakach, czy wreszcie napisem G40 na pasie przednim i tylnej klapie.

Seryjne Polo G40 miało moc obniżoną względem prototypu do 115 KM i 150 Nm momentu obrotowego – było to podyktowane żywotnością skrzyni biegów, która nie była w stanie przenieść większych obciążeń. Konkurenci dysponowali jednak podobną mocą, zatem Polo bez trudu nawiązało walkę z rywalami w rodzącym się segmencie hot hatch – Renault 5 GT turbo, czy Fiat Uno Turbo. Polo 86C G40 powstało zaledwie około 2000 sztuk – 500 w pierwszej partii w roku 1987, i kolejne 1500 rok później.

Dopiero po 1990, gdy Polo doczekało się głębokiego liftingu, stając się modelem 86C2F, odmiana G40 zagościła w cenniku na stałe i była produkowana seryjnie. Model 86C2F G40 otrzymał unikatową tapicerkę wnętrza, kierownicę z czerwonym dekoracyjnym paskiem oraz zegary wyskalowane do 240 km/h, tak jak jego poprzednik. Silnik pozostał bez większych zmian, poza drobną reorganizacją osprzętu pod maską, i zastosowaniem katalizatora. To ostatnie zmniejszyło moc do 113 KM.

We Can’t dance

 Jeżeli nabywca miejskiego samochodu Volkswagena chciał się naprawdę wyróżnić, okazja nadeszła w roku 1992. Volkswagen został głównym sponsorem trasy koncertowej zespołu Genesis, promującej album “We Can’t Dance”. Z tej okazji, Polo można było nabyć w limitowanej wersji Genesis. Wóz wyróżniał się specjalnym fioletowym lakierem oraz unikatową tapicerką i kalkomanią na lakierze inspirowaną grafikami brytyjskiego zespołu. Dodatkowo na wyposażeniu tej wersji znalazł się fabryczny system nagłośnienia z dedykowanym radioodtwarzaczem, subwooferem, a nawet zestawem płyt CD. Polo Genesis oferowano z wieloma silnikami, nie wyłączając odmiany G40. Volkswagen Polo G40 Genesis z najmocniejszą jednostką z miejsca stał się smakowitym kąskiem dla kolekcjonerów.

Ale to jeszcze nie wszystko. Oprócz typowego hot hatcha, kompresor G40 wystąpił jeszcze raz, w nietypowej roli. Powróćmy do końca lat 80…

Oto Volkswagen Öko-Polo

W 1988 r. kompresor znalazł się pod maską konceptu Öko-Polo, które było prototypem o idei zgoła odmiennej od typowego zadziornego małego wozu. Koncept Öko-Polo był napędzany dwucylindrowym silnikiem Diesla z bezpośrednim wtryskiem (!), o pojemności 858 cm³. Skok tłoka wynosił aż 86 mm, a średnica tłoka 79,5 mm. Aby udowodnić, że nic w naturze nie ginie, wystarczy wspomnieć, że te same wymiary podstawowe odziedziczył zupełnie seryjny, już czterocylindrowy silnik 1.7 SDI, który napędzał kilka samochodów Grupy VW w latach 90.

Jeśli chodzi o parametry silnika Öko-Polo, moc wynosiła maksymalnie 40 KM, moment obrotowy 76 Nm, a samochód był w stanie osiągnąć 138 km/h. Ta ostatnia wartość była często przywoływana, by udowodnić że dwucylindrowe Polo dotrzyma kroku innym pojazdom na autobahnie.

Öko-Polo wyposażono w wiele systemów służących oszczędności paliwa i czystości spalin. Gdy kierowca zdjął nogę z pedału gazu, hydrauliczne zautomatyzowane sprzęgło rozłączało napęd, a silnik zatrzymywał się. Kompresor miał elektromagnetyczne sprzęgło odłączające go przy braku zapotrzebowania na moc. Użyto również zaworu recyrkulacji spalin, a nawet dodatkowego zbiornika na roztwór tlenku żelaza, który to roztwór pomagał wypalić sadzę w spalinach. Oprócz tego, wiele uwagi poświęcono wyciszeniu odgłosu pracy silnika, oraz wygładzeniu wibracji. W tym celu Öko-Polo otrzymało dużo więcej wygłuszeń pod maską niż standardowe Polo, a silnik – wałek wyrównoważający.

Ogrom pracy włożony w opracowanie prototypu ekologicznego samochodu miejskiego opłacił się – Öko-Polo zadowalało się średnio nieco ponad 3 l oleju napędowego na 100 km, a w testowej wyprawie z Wolfsburga do francuskiego miasta partnerskiego Marigane i z powrotem, zużyło zaledwie 1,7 litra na każde sto kilometrów. Powstało 70 sztuk prototypu, z czego jeden znajduje się obecnie w rękach kolekcjonera najróżniejszych Volkswagenów w USA. Testy drogowe 50 egzemplarzy trwały do wczesnych lat 90., ostatecznie jednak zarzucono projekt.

Koncept Öko-Polo został uznany za zbyt drogi i skomplikowany, ale na zawsze pozostanie pomnikiem kunsztu inżynieryjnego, pokazującym ile rozwiązań służących ekologii, a uznawanych za współczesne, istniało już w latach 80.

Żarty na bok – kompresor G60

Oprócz Polo, które miało rywalizować z małymi miejskimi hatchbackami z pazurem, w 1988 r. Volkswagen zaprojektował większą wersję kompresora, nazwaną G60. Kompresor G60 był stosowany w kilku odmianach silnika, który bazowo miał oznaczenie PG, 1781 cm3 pojemności, moc 160 KM i 225 Nm momentu obrotowego.

Nowa konstrukcja trafiła w pierwszej kolejności pod maskę Passata B3, w jego najmocniejszej wersji, razem z napędem na 4 koła zwanym Syncro.

Na początku lat 90. milioner Jan Kulczyk zawarł z Volkswagenem umowę, dzięki której marka ta zaistniała oficjalnie w Polsce. Nowo powstały importer VW podpisał umowę z polskimi służbami (w szczególności policją) na dostawę samochodów. Policja z wdzięcznością wymieniała pamiętające poprzedni ustrój Polonezy i Nysy na nowoczesne Vento, Passaty i Transportery.

Wśród nowych pojazdów znalazły się również przeznaczone do prewencji samochody pościgowe – Passaty B3 z silnikami 1.8 G60. Niestety, nasza kultura techniczna nie zawsze nadążała za wymogami serwisowymi tego silnika. Policyjne Passaty G60 miały opinię awaryjnych, chociaż faktycznie szybkich. Ostatecznie mało kto dysponował na początku lat 90. mocą powyżej 100 KM.

No i jest jeszcze Corrado

Niemal równocześnie silnik 1.8 G60 trafił do sportowego modelu Corrado, który zastąpił popularne Scirocco. Było to prawdziwie sportowe coupe bazujące na sprawdzonych rozwiązaniach technicznych z Passata i Golfa, ale z niskim, trzydrzwiowym nadwoziem. Produkcją zajmowała się wyłącznie firma Karmann, VW dostarczał jedynie główne komponenty mechaniczne.

W projektowanie auta był zamieszany sam Herbert Schuster, który dekadę wcześniej przekonał władze Volkswagena do stworzenia pierwszego Golfa GTI. W Corrado jednostka G60 była jedną z trzech do wyboru, obok wolnossącego 1.8 16V oraz rzadko spotykanej podstawowej wersji 1.8 8V. Corrado G60 produkowano przez 5 lat, od początku produkcji do roku 1993, kiedy zastąpiono go nową jednostką 2.0 16V.

Corrado również posłużyło jako samochód testowy, ponownie na fabrycznym torze Ehra-Lessien. W trakcie przejazdów kierowca testowy VW Jochi Kleint pobił szereg rekordów – m.in. osiągnął średnią prędkość 266 km/h z godzinnego przejazdu. Warto zaznaczyć, że prototypowy samochód był wzmocniony do 220 KM, dzięki zwiększonemu ciśnieniu doładowania.

Na nieszczęście, chociaż zbierało bardzo pozytywne opinie za układ napędowy czy prowadzenie, Corrado miało jedną wadę, która stanęła na drodze do popularności – było drogie.

Aby mieć punkt odniesienia, wystarczy powiedzieć, że wersja G60 na jesieni 1988 kosztowała 42500 DM – tyle co nowe BMW 325i, lub taksówkarskie marzenie – Mercedes W124 250D. Z kolei, za 1/3 więcej mogliśmy mieć nowe Porsche 944. Niestety, w tym segmencie cenowym Volkswagenowi nie udało się nawiązać równorzędnej walki. Rzeczywistość okazała się brutalna – mimo śmiałego wzornictwa, ciekawych silników i doskonałych właściwości jezdnych, wysoka cena auta spod szyldu „samochodu dla ludu” sprawiła, że Corrado nie było hitem sprzedażowym.

W całym okresie produkcji wytworzono ok. 70 tys. sztuk, dla porównania – jego poprzednika (Scirocco II) powstało 4 razy więcej przy niewiele dłuższym okresie produkcji.

NO A CO Z GOLFEM – zapytacie uprzejmie

Powstanie takiego auta było kwestią czasu. Dekada lat 80. należała do szybkich doładowanych wozów, Polo zapowiedziało kierunek rozwoju, zatem druga generacja Golfa GTI również nie mogła być gorsza – silnik musiał być doładowany.

Zaprezentowany równocześnie z Passatem B3 G60, Golf wyposażony w doładowany silnik 1.8 był dostępny w „cywilnej” wersji GTI G60. Tak samo jak w pozostałych wozach, miała ona bazowo 160 KM i 225 Nm. Do momentu premiery Golfa III VR6, był to najmocniejszy seryjnie produkowany Golf. Volkswagen miał jednak jeszcze nie jednego, a kilka asów w rękawie. Golf II G60, stał się bazą do stworzenia kilku jeszcze bardziej szalonych wersji.

Takich jak VW Golf II Rallye

W latach 1989-1991 powstało 5000 sztuk Golfa Rallye, w celach homologacyjnych dla motorsportu. W tym wydaniu silnik został nieznacznie pomniejszony do 1763 cm³, moc pozostała bez zmian (160 KM). Średnicę seryjnego cylindra pomniejszono o 0,4 mm, aby silnik mógł zmieścić się w klasie samochodów do 3 litrów (FIA stosowała wtedy przelicznik pojemności silnika 1,7x dla samochodów z doładowaniem, a standardowy silnik 1781 cm3 o włos przekraczał ten limit). Oprócz doładowanego silnika, Golf Rallye miał również napęd na wszystkie koła, tak jak Golf Syncro.

… czy VW Golf G60 Limited

Wisienką na torcie była 210-konna wersja G60 Limited. Większość trafiła do odpowiednio zasłużonych pracowników koncernu VW. Powstało zaledwie 71 sztuk, każda z nich kosztowała niebotyczne 70 tysięcy marek niemieckich. Większość miała nadwozie pięciodrzwiowe, uchodzące za sztywniejsze. Wszystkie egzemplarze były pomalowane na czarno i miały subtelne ornamenty jak np. jasnobłękitną ramkę wokół grilla z przodu i logo VW Motorsport. Wewnątrz zamontowano tabliczkę znamionową z kolejnym numerem egzemplarza. G60 Limited przyspieszał do setki w 6,4 sekundy i osiągał 227 km/h. W odróżnieniu od standardowego G60, silnik otrzymał 16-zaworową głowicę, a moc była przenoszona na wszystkie koła przez napęd Syncro.

Golf G60 Limited był kanonicznym sleeperem –  w odróżnieniu od Golfa Rallye, wyglądem zupełnie nie zwracał na siebie uwagi, ale w odpowiednim momencie mógł pokazać niesamowity zryw silnika o oznaczeniu fabrycznym 3G.

Niestety, wymagający wielkiej precyzji obróbki kompresor typu G60, tak samo jak jego mniejszy brat G40, nie był tak niezawodny jak mówił producent. Nawet w seryjnych silnikach, nie eksploatowanych wyczynowo, uszczelnienia sprężarki na łączeniu spiralnego wirnika z obudową poddawały się dość szybko. W rezultacie, ciśnienie doładowania spadało, a w układzie dolotowym pojawiała się nadmierna ilość oleju. Dodatkowo, uszkodzeniu ulegały łożyska wirnika, mimo smarowania olejem silnikowym. W skrajnym przypadku mogło dojść nawet do uszkodzenia wirnika i pęknięcia obudowy. Musiało minąć wiele lat, aby powstały firmy specjalizujące się w rozbieraniu, naprawie i regeneracji sprężarek typu G. Z punktu widzenia Volkswagena był  to zawsze element nierozbieralny – wymienny w całości.

Epilog

W drugiej połowie lat 90. trwał dalszy rozwój techniki wielozaworowej (głowica z silnika 1.8 i 2.0 zyskała aż pięć zaworów na każdy cylinder) a także nowoczesnego osprzętu silnika. Standardem stał się jeden komputer silnika – sterujący w pełni precyzyjnie parametrami wtrysku paliwa oraz momentem zapłonu.

Awaryjność kompresora typu G spowodowała, że w drugiej połowie lat 90. Volkswagen wycofał się całkowicie z tego pomysłu. Passat kolejnej generacji – B4 – nie miał już w ofercie silnika z doładowaniem G60. Mniejsze pojazdy, jak np. VW Polo 6N czy Golf III, w najszybszych odmianach GTI zyskały silniki wolnossące z czterema zaworami na cylinder.

Passat B5 powstał na nowej platformie wspólnej z Audi A4. Znalazła się tutaj jednostka 1.8 o tych samych wymiarach podstawowych (średnica x skok tłoka: 81 × 86,4 mm), za to z pięcioma zaworami na cylinder i klasycznym turbodoładowaniem. Silnik ten pozostał w ofercie przez kolejną dekadę i doczekał się kilku wariantów, o mocy sięgającej nawet 225 KM. Jednostka 1.8 turbo okazała się też być podatną na dalsze przeróbki tunerów w celu zwiększenia mocy. Potencjał silników o pojemności 1781 cm³ nie został więc zmarnowany, a ich koniec nastał dopiero wraz z premierą nowej generacji silników TFSI.

Nazwa Corrado nie pojawiła się już ponownie w produkcji seryjnej, a Scirocco powróciło po 20 latach przerwy, ponownie jako usportowiony wóz bazujący na mechanice Golfa – tym razem szóstej generacji.

Ciekawe jakie rozwiązanie techniczne stosowane w dzisiejszych samochodach będziemy wspominać po latach z podobną mieszaniną podziwu i nostalgii…?