Scania Super – en tekno-logisk peak beträffande förbränningsmotorer för tunga lastbilar

Scanias nya Super-motorer erbjuder mer tillgänglighet, fler mil, ökad tillgänglighet och reducerad vikt. Super-motorerna är kärnan i de nya drivlinor som totalt ger upp till 8 procent sänkt förbrukning. Egenskaperna kan te sig motsägelsefulla men är det inte, allt handlar om djup kunskap och målmedveten utveckling. Magnus Henriksson är Chief Engineer för Scanias raka motorer och den som guidar genom de finare detaljerna beträffande huvuddragen i de tekniska lösningarna. Med fyra Super-motorer och två Scania Opticruise-växellådor att välja bland blev den bästa lastbilen precis ännu lite bättre.

− Att få utveckla en helt ny motorplattform av den här magnituden är en en-gång-i-livet-upplevelse för de flesta motoringenjörer, säger Ola Henriksson. Ola är Chief Engineer och är den inom Scania som har lett projektet och utvecklingsprocessen under drygt fem års tid.

− Vi i teamet fick uppgiften att utveckla en motorplattform i enlighet med Scanias lågvarvsfilosofi, med förmåga att uppfylla såväl dagens som alla kommande avgaskrav samt att var konkurrenskraftig resten av det här decenniet, säger Ola Henriks­son. Enligt min enkla mening tycker jag att vi har lyckats riktigt hyggligt med att nå de målen.

Många olika bidrag

Att utveckla en ny motorplattform som Super från grunden handlar om att kombinera en mängd befintliga erfarenheter med nya sätt att lösa saker och ting. Vissa mål är givna, som låg vikt, men under utvecklingsprocessen bidrar tusentals små och stora beslut till att forma det slutliga resultatet. Scanias ingenjörer hade dessutom tuffast tänkbara riktmärke att utgå från – Scanias tidigare motorplattform med internbe­teckningen DLU har visat sin marknadsledande kapacitet i hundratusentals kund­fordon runt om i världen och har gått segrande ur hundratals bränsletester i media.

− Vi visste redan från början att dubbla överliggande kamaxlar i kombination med fyrventilsteknik och avgasefterbehandling med enbart SCR var en förutsättning, säger Ola Henriksson. Med en DOHC-lösning (Dual Overhead Camshaft) på plats kunde vi även utveckla till­­valet med CRB (Compression Release Brake) med den prestandanivå vi hade som mål. Och noggrann ventilstyrning med överliggande kammar är en förutsättning också för det avancerade Scania Twin SCR-systemet med två olika insprutnings­punkter av urea.

Super-plattformen är ny i alla avseenden, ingenting har fått följa med från den tidigare 13-litersfamiljen. Allt måste vara extremt rätt och anpassat redan från start, med nya injektorer och en ny bränslepump. Även motorns hjärta, vevaxeln, är vikt- och styrkeoptimerad för att vara både effektiv och ha rätt livslängd; Scanias nya Super-motor är utvecklad och producerad med den senaste teknologin och den tekniska livslängden har ökat med 30% jämfört med den tidigare generationen, samt ökad tillgänglighet.

Den svepta volymen är 12,74 liter och kompressionsförhållandet är 23:2, vilket förstås innebär att såväl insugs- som avgassidan är av särskilt intresse i dessa hög­presterande motorer. ”Andningen” är helt avgörande för allt från effektiviteten till den faktiska effektleveransen. Scanias Super-motorer har därför insugs- och grenrör som är omsorgsfullt kalibrerade för att säkerställa ett effektivt flöde genom motorn. Även själva turboenheten och dess anslutning till insprutningssystemet är noggrant opti­merade av samma anledning. Maxtrycket i cylindrarna uppgår till hela 250 bar i för­brännings­takten, vilket tillsammans med de förfinade insprutarna säkerställer en effektiv användning av energin i bränslet och den höga verknings­graden.

Scania Twin SCR gör skillnaden

När man optimerar förbränningsmotorer för högsta bränsleeffektivitet och höga effekt­nivåer löper man dock risken att drabbas av NOx-relaterade utmaningar; högt tryck och höga temperaturer leder till oacceptabla NOx-nivåer. Så hur hanterar Scania den målkonflikten?

− Vårt Scania Twin SCR-system, som först introducerades ihop med våra uppdater­ade V8-motorer 2020, tar hand om den problematiken på ett mycket effektivt sätt, säger Ola Henriksson. Tack vare att vi sprutar in en första dos med AdBlue i efter­behandlings­systemet redan i närheten av turbon, strax efter spjället för avgas­bromsen, där avgaserna fortfarande är mycket heta, uppnår vi en dramatisk ökning av den totala effektiviteten i efterbehandlingssystemet. En andra dos sprutas sedan in på den gängse positionen i efterbehandlingsenheten. Men vid det laget är upp­giften att hålla nere NOx-nivåerna så mycket enklare eftersom NOx-toppen redan är kapad med den första dosen. En annan finess är att partikelfiltret, som är placerat mellan de båda SCR-katalysatorerna, regenereras utan att något extra bränsle behöver tillsättas i systemet. Sammantaget är Scania Twins SCR ett mycket begåvat sätt för att göra det bästa möjliga av och tillvarata energin i avgasflödet.

Scanias nya efterbehandlingssystem är mycket kompakt. Det kan även beställas med olika utblåsriktningar och själva utblåsen har en större area för att minska utströmningshastigheten, vilket bidrar till att minimera problemen med damm.

Faktum är att det är korrekt att hävda att Scania Twin SCR-systemet är den enskilt viktigaste förklaringen bakom de imponerande bränslebesparingar som Super-motorerna levererar. Systemet har flyttat gränsen för hur effektivt en modern, ren och hållbar lastbilsmotor kan tillåtas frigöra energin i bränslet och ändå hålla sig väl innanför de legala gränserna när det gäller NOx-emissioner.

I vissa tillämpningar kommer Super-motorerna faktiskt att nå en termisk verknings­grad som ligger över 50 procent, vilket är anmärkningsvärt. Det nya efterbehand­lings­systemet utgörs av en enda, mycket kompakt enhet.

− Vi tror att vårt nya efterbehandlingssystem baserat på Scanias Twin SCR-teknologi faktiskt är av intresse för hela fordonsindustrin, säger Ola Henriksson. Den innebär ökad effektivitet för Scanias förbränningsmotorer och säkerställer att vi verkligen uppfyller – och faktiskt överträffar – nuvarande och kommande emissionslagstift­ningar runt om i världen för den överblickbara framtiden.

Låg friktion och optimerad smörjning

Moderna motorer som Scanias Super använder avancerade, ultratunna s.k. long-life-oljor samt urkopplande kringsystem för att minska energiförlusterna. Men det är lika viktigt att motorns själva grunddesign är utformad med minsta möjliga förluster som ett uttalat mål redan från början. För den nya motorfamiljen har Scania-ingenjörerna använt all sin erfarenhet av att minska parasitära förluster genom att optimera de kringsystem som gör att en motor arbetar smidigt och med idealisk temperatur:

− Allt är inriktat på att nå lägsta möjliga friktion, med polerade och perfekt an­passade ytor invärtes i motorerna, säger Ola Henriksson. Även kylsystemet bidrar eftersom korrekt kylning på de rätta punkterna och i rätt tid är avgörande för såväl prestanda som livslängd. Genom att hålla arbetstemperaturen på optimala nivåer, beroende på den aktuella driften, säkerställer vi att våra motorer presterar som förväntat medan vi också tryggar aspekter som tillgänglighet, robusthet och den typ av enastående livs­längd som är en del av Scanias kundlöfte.

Smidig motorbroms med hög prestanda

Scanias långtradare är sedan många år kända för tillvalet retarder, en tillsatsbroms som flertalet är utrustade med. Nya Scania Super kan dock specificeras med det nya CRB-systemet (Compression Release Brake) som enda tillsatsbroms. CRB kommer att innebära att många dragbilskombinationer kommer att klara sig utan retarder, förutsatt att man inte ofta kör tungt lastad i starkt kuperade trakter. Många av de drag­bilar som utgör Scanias kärnaffär i Europa hör troligen till den kategori som inte kommer att behöva någon retarder.

− Retardern kommer dock fortfarande att ha en given roll i tyngre tillämpningar med högre tågvikter, säger Ola Henriksson. Och jag är övertygad om att en hel del Scania-kunder fortfarande kommer att vilja ha en retarder på sin bil, oavsett om de i teorin skulle klara sig utan. Den ger både extra säkerhetsmarginaler, ökad tillgänglighet och högre andrahandsvärde.

En lastbil med Super-motorn kan i praktiken alltså utrustas med en kombination av den traditionella avgasbromsen (ett spjäll i avgasgrenröret), det nya CRB-systemet och den (frikopplande) retardern R4700D, vilket ger ett komplett tillsatsbromssystem med enastående kapacitet även för de mest krävande drifttyperna. Systemen inter­agerar och kopplas in stegvis och parallellt, helt automatiskt, och sparar på så sätt hjulbromsarna.

Lägre motorvarv vid marschfart

Scanias lågvarvsfilosofi är välkänd i transportindustrin, tack vare de stora framgångar den har rönt över åren; en lastbil som kan hålla sin marschfart med strax över 900 r/min på motorn kommer i de flesta drifter, generellt sett, att använda mindre mängd bränsle än den hade gjort vid högre varvtal. Med Super-familjen har Scania tagit sin lågvarvsfilosofi ytterligare ett steg. Hela drivlinan betraktas som en sammanhållen enhet där motorn, efterbehandlingssystemet, växellådan och driv­axeln samarbetar som ett lag, övervakat av elektroniska styrsystem med unik beräknings­kapacitet.

Mot den bakgrunden introducerar Scania nu även en ny drivaxel med möjlighet att välja ovanligt snabba slutväxlar – den snabbaste är 1,95:1. Ett fordon med Super-motorn och den nya växellådan kommer i normalfallet att sträva efter köra på tolvte växeln eftersom det är en direktväxel med minimala transmissionsförluster. Över­växeln läggs endast i när förutsättningarna är optimala. Det kan också innebära att fordonet antagligen kommer att växla oftare än vad många förare är vana vid, just för att optimera bränslebespar­ingen.

− Introduktionen av det nya växellådsprogrammet med Scania Opticruise förra året öppnade nya möjligheter för oss, säger Ola Henriksson. Det har en större spännvidd med tolfte växeln som en direktväxel och en äkta överväxel på toppen, vilket betyder att vi har kunnat sänka motorvarvet vid marschfart ytterligare ett snäpp. Det är i kombination med de snabba bakaxelutväxlingarna som vi klarar att nå verkliga bränslebesparingar upp till 8 %. 

Först ut i det nya axelprogrammet är som nämnts R756, som kommer att kunna specificeras med inte mindre än åtta olika utväxlingar där 1,95:1 är den snabbaste versionen. Tack vare det breda spannet i G25 och G33-lådorna säkerställs den nöd­vändiga startbarheten också med snabba bakaxelutväxlingar. Men givetvis måste driftsförutsättningarna (som den generella tågvikten och hur backigt det är där bilen främst ska användas) vägas in när bilen specificeras i dialog med Scania.

Flexibla kraftuttag för alla slags användningsområden

Scanias nya drivlineprogram kommer att kunna erbjuda nio olika grundvarianter av kraftuttag, med kapacitet att möta alla slags kundbehov, oavsett applikation. De kännetecknas av ökad prestanda, minskade förluster och stor flexibilitet när det kommer till gränssnitten mot annan utrustning på bilen. De smörjs via en särskild port på växellådan, vilket gör dem lämpade också för särskilt krävande tillämpningar som hydraulpumpar.

Nya växellådsprogrammet för Scania Opticruise, första introduktionen 2020

Förra året inledde Scania introduktionen av ett nytt program med automatiserade växellådor för Scania Opticruise, ett program som i slutänden kommer att ersätta alla befintliga lösningar. G33CM var först ut och följs nu av G25CM, en version avsedd för något lättare applikationer och drifter. Båda versionerna kommer att jobba ihop med de nya Super-motorerna: med sin enastående förmåga spelar de nya Scania Opticruise-lådorna en viktig roll för de nya drivlinornas totala prestanda.

− G25 och G33 är avgörande för att kunna nå de resultat vi ser, säger Ola Henriks­son. Scania Opticruise-lådorna är, tack vare sin spännvidd, möjliggörarna för att kunna kombinera de låga motorvarvtalen och de snabba bakaxelutväxlingarna.

De första automatiserade växellådorna med beteckningen Scania Opticruise intro­ducer­ades ursprungligen på 1990-talet. Den senaste generationen representeras av G25CM och G33CM är 60 kilo lättare än den generation de ersätter, tack vare helaluminiumhus och ett reducerat yttermått. En annan vinst är en sänkt ljudnivå, i sig ett villkor för att uppfylla omfattande lagkrav. 

Precis som med det nya motorprogrammet har oljebytesintervallerna kunnat utökas, tack vare förbättrad precision, användningen av större oljefilter och högkvalitativ olja. Det nya Scania Opticruise-programmet finns redan ute hos kunder och har utvärderats i presstester. Redan under sina första månader i operativ drift (hösten 2020) användes G33CM i två tuffa jämförelsetester mot andra tillverkare i tysk fack­press. I båda testerna blev resultatet med beröm godkänt och många lovord för de smidiga växlingarna och den närmast sömlösa kraftöverföringen.