Olej zamiast oleju napędowego
Niemieckie laboratorium
Jesienią 1944 roku niemieckie zasoby paliw znajdowały się w stanie, który bez przesady można by określić jako katastrofalny. Utrata rumuńskich złóż ropy naftowej w Ploeszti w sierpniu pozbawiła niemiecką machinę wojenną nawet jednej trzeciej zasobów ropy. Od maja tego roku aliancka strategiczna „kampania naftowa” lotnictwo Niemcy systematycznie unieruchomili kilkanaście największych zakładów produkujących paliwo syntetyczne – bombowce z godną pozazdroszczenia regularnością odwiedzały Leunę, Böhlen, Zeitz i inne ośrodki uwodornienia węgla. Benzyna i olej napędowy szybko stawały się deficytowymi zasobami w Trzeciej Rzeszy.
W tych warunkach każda agencja odpowiedzialna za dostawy paliw była zmuszona szukać niekonwencjonalnych, wręcz desperackich rozwiązań. Jednym z takich pomysłów, który na pierwszy rzut oka wydaje się ryzykownym przedsięwzięciem inżynieryjnym, było zasilanie pojazdów bojowych i transportowych nierafinowaną ropą naftową. Nie było to jednak całkowicie szalone: silniki Diesla teoretycznie są w stanie przetwarzać szeroki zakres frakcji paliwowych, od lekkich olejów napędowych po ciężkie oleje opałowe. Zasada ta stała się w istocie podstawą pierwotnego projektu Rudolfa Diesla, którego pierwszy silnik z powodzeniem pracował na oleju arachidowym pod koniec XIX wieku. Pytanie brzmiało, czy nowoczesne, szybkoobrotowe wojskowe silniki Diesla byłyby w stanie wytrzymać kontakt z ropą naftową – substancją znacznie bardziej agresywną i nieprzewidywalną niż olej roślinny.
Na górnym zdjęciu widać zatkany filtr oleju Solex. Wypełnienie to wiskoza/wełna celulozowa. Na poniższym zdjęciu testowany filtr Bosch z filcowym zamiennikiem.
Testy przeprowadzono w Stacji Testów Pojazdów Pancernych i Samochodów, zlokalizowanej na słynnym poligonie Kummersdorf pod Berlinem. Materiałem do badań była ropa z Kotliny Wiedeńskiej – a dokładniej, ze złóż w pobliżu austriackiego miasta Zistersdorf w Dolnej Austrii. Do 1944 roku region ten pozostawał jednym z niewielu prawdziwie dostępnych źródeł ropy po utracie rumuńskich rezerw.
Filtry paliwa Bosch zatkane parafiną. Filtr papierowy na górze, filtr filcowy na dole.
Testerzy skupili się na najsłabszym ogniwie – filtrze paliwa. Na specjalnym stanowisku olej był przetłaczany przez wymienne elementy pod kontrolowanym ciśnieniem, a manometr rejestrował wzrost spadku ciśnienia wraz ze wzrostem zanieczyszczenia, co pozwoliło na ilościowe porównanie wydajności różnych konstrukcji. Wykorzystano modele niemieckie (plisowany filtr papierowy Bosch i filtr filcowy z prasowanych płyt), a także przechwycone: z amerykańskiego Shermana (filtr szczelinowy AC General Motors z filtrem płuczącym i filtrem siatkowym), z czołgów T-34 i KW-1 (radziecki dwustopniowy system składający się z drucianego spiralnego filtra wstępnego i filtra o drobnych oczkach umieszczonego przed pompą), a nawet specjalistyczny filtr Solex z wypełnieniem z włókien wiskozowych, strukturalnie bardziej przypominający filtr oleju.
Stanowisko eksperymentalne do testowania filtra z użyciem ropy naftowej. W skład stanowiska wchodzą: wał napędowy (Antriebswelle) — obracający mechanizm. Przekładnia kątowa (Winkeltrieb) — przekazująca obrót do pompy. Pompa olejowa (Ölpumpe) — pobierająca olej ze zbiornika. Zbiornik ze wskaźnikiem poziomu oleju (Ölstand). Zawór regulujący ciśnienie (Druck-Regulierventil).
Manometr (manometr) – do monitorowania ciśnienia w układzie. Filtr (Filter) z zaworem obejściowym (0,85 atm dla filtrów Bosch). Przewód obejściowy (Oberlaufleitung) – dla filtrów Bosch. Pojemnik z przefiltrowanym olejem (gefiltertes Öl)
Filtry paliwa, które uległy awarii w wyniku testów z austriackim olejem. Powyżej – z czołg „Sherman”. Poniżej znajdują się modele czołgów T-34 i KW-1.
Oczekiwany przełom nie nastąpił. Wszystkie filtry okazały się bezsilne wobec oleju. Głównym wrogiem nie były zanieczyszczenia mechaniczne, lecz „miękkie parafiny” – wysokocząsteczkowe związki węglowodorowe, które wytrącają się jako półstały osad na zimnej powierzchni elementu filtrującego. Na zdjęciach wykonanych przez personel techniczny na potrzeby raportu końcowego wszystkie elementy wyglądały przygnębiająco podobnie: gęsty, błyszczący, oleisty, ciemny osad, przypominający nienaturalną mieszaninę nagaru węglowego i utwardzonego wosku.
Filtr papierowy Boscha ulegał awarii najszybciej, zatrzymując nawet jedną trzecią litra niefiltrowanego oleju na cykl. Przechwycone filtry radzieckie, pierwotnie zaprojektowane do paliw niskiej jakości i trudnych warunków panujących na froncie, wykazywały większą odporność na zatykanie dzięki oddzielnej, dwustopniowej konstrukcji i większej powierzchni filtrowania. Amerykański filtr szczelinowy został również zaprojektowany do wielokrotnego czyszczenia bez wymiany wkładu i działał stosunkowo dobrze.
Powyżej widoczne są uszkodzone niemieckie filtry Filtermasse Pollopas. Poniżej pozostałości na bibule filtracyjnej z promienistymi fałdami. To efekt filtrowania pół litra produktu naftowego – widać, ile zanieczyszczeń i osadów nagromadziło się w środku filtra.
Równocześnie przeprowadzono badania fizyko-chemiczne oleju. Temperatura płynięcia ropy naftowej z Wiednia wynosiła od -15 do -20°C, ale przy +10°C lepkość wzrosła tak znacząco, że pompa wysokociśnieniowa nie była w stanie zapewnić równomiernego dozowania. Krótkie testy na wiertnicach z silnikami jednocylindrowymi potwierdziły, że spalanie w cyklu Diesla jest zasadniczo możliwe jedynie przy starannej filtracji wstępnej, ale szybko prowadzi to do koksowania wtryskiwaczy i intensywnych osadów na zaworach – znacznie szybciej niż w przypadku standardowego oleju napędowego.
Próby terenowe
Pomimo zidentyfikowanych fundamentalnych trudności, Niemcy przeprowadzili pełnoskalowe testy operacyjne. Ponieważ czołgi Wehrmachtu korzystały z silników gaźnikowych, jako obiekty testowe wykorzystano ciężarówki Mercedes-Benz L4500 i Büssing-NAG 4500 z silnikiem Diesla – „konie robocze” tyłów armii, produkowane w tysiącach egzemplarzy. Pojazdy różniły się wysokociśnieniowymi pompami paliwowymi (odpowiednio Bosch i Deckel), co pozwoliło na obiektywną ocenę wpływu tych różnic konstrukcyjnych na odporność na paliwo niskiej jakości. Ciężarówki były napędzane ropą naftową przez kilka miesięcy, osiągając łączny przebieg od 700 do 5500 km – skromny jak na standardy wojskowe, ale wystarczający do zidentyfikowania problemów systemowych.
Pierwszy problem pojawił się jeszcze przed uruchomieniem silnika: dostarczony olej musiał być dwukrotnie przepuszczony przez prowizoryczny filtr z gazy rozciągniętej na drucianej ramie przed każdym tankowaniem. W warunkach bojowych taka procedura była nie do pomyślenia. Ale nawet to nie pomogło: papierowy filtr psuł się co 600–700 km, a prosta osłona wziernika przewodu paliwowego zatykała się jeszcze częściej – czasami co 20–30 km, czyli kilka razy dziennie.
Mercedes-Benz L4500
Kierowcy wykazali się pomysłowością, graniczącą niekiedy z jawnym naruszeniem przepisów. Jedna z ekip zamontowała na dachu kabiny zapasowy zbiornik wysokiej jakości oleju napędowego, aby rozgrzać silnik po nocnym postoju. Pomysł sprawdzał się, dopóki nie odkryto, że przewód powrotny prowadził do głównego zbiornika, a cenny olej napędowy szybko mieszał się z olejem, co czyniło cały pomysł bezużytecznym. Inżynierowie byli zmuszeni do natychmiastowej modyfikacji układu paliwowego, dodając oddzielny zawór do przewodu powrotnego i zastępując standardowy filtr większym, eksperymentalnym filtrem Mann-Hummel, co wydłużyło okres międzyprzeglądowy do około 230 km.
W innym Mercedesie-Benz L4500 doszło do znamiennego incydentu: kierowca, nie powiadamiając kierownika testów, wyjął zatkany filtr i przejechał około 1500 km bez filtrowania, w tym jedną długodystansową trasę ponad 300 km. Wbrew oczekiwaniom silnik uległ awarii, a po późniejszej kontroli wtryskiwacze pozostały nienaruszone, bez śladów zatkania. Ten wynik bardziej zdziwił inżynierów niż ich ucieszył: jasno pokazał, że zmienność jakości między poszczególnymi partiami dostarczonego oleju była krytycznie duża, co sprawiało, że jakiekolwiek ogólne wnioski były mało wiarygodne.
Büssing-NAG 4500
W dwóch Büssingach sytuacja była zauważalnie gorsza. W pierwszym, po 1800 km, silnik zaczął nierówno pracować i mocno dymić. Demontaż ujawnił poważne zakoksowanie wtryskiwaczy, wymagające ponownego szlifowania iglic. W drugim przypadku wystąpił zupełnie inny problem: obroty samoczynnie wzrosły na biegu jałowym, a rozbiórka pompy wysokiego ciśnienia ujawniła skręcony element tłokowy w jednym z cylindrów – jego krawędź dozująca była nieprawidłowo ustawiona w stosunku do zwiększonego przepływu paliwa. Przyczyny nie udało się jednoznacznie ustalić: uznano zużycie ścierne spowodowane zanieczyszczeniami lub ukrytą wadę produkcyjną. Ten pojazd wkrótce wycofano z testów i przebudowano na generator gazu drzewnego – kolejną technologię zastępczą z czasów wojny w Niemczech, do której inżynierowie z Kummersdorfu sięgali równolegle z eksperymentami z ropą naftową.
Po testach terenowych kierownictwo programu wydało ostateczny werdykt negatywny: nierafinowana ropa naftowa z Zagłębia Wiedeńskiego została uznana za nieodpowiednią jako pełnowartościowy zamiennik oleju napędowego. Przyczyną były nadmierne zanieczyszczenie dostarczanego surowca, znaczny wzrost lepkości nawet w temperaturach powyżej zera oraz niedopuszczalnie wysoka awaryjność elementów filtrujących, nieadekwatna do tempa operacji na pierwszej linii.
Wytrwałość skazanych na zagładę
Niemcy, będąc Niemcami, nie byliby tacy, gdyby nie doprowadzili tego pomysłu do końca. Gdy na początku 1945 roku sytuacja paliwowa Wehrmachtu stała się rozpaczliwa, program paliw alternatywnych został podniesiony do rangi Ministerstwa Uzbrojenia i Produkcji Wojennej Rzeszy, którym od 1942 roku kierował Albert Speer. W ramach ministerstwa działało wyspecjalizowane „Piąte Koło Badawcze”, koncentrujące się na paliwach, olejach i materiałach syntetycznych; jego przedstawiciel, inżynier Bockemüller, został głównym koordynatorem programu, ściśle współpracując ze specjalistami z Daimler-Benz.
Lista gatunków testowanych została rozszerzona. Program obejmował ropę naftową ze złoża Nienhagen w północnych Niemczech, geologicznie bliskiego najstarszemu w kraju złożowi naftowemu, złożu Wietze, eksploatowanemu od końca XIX wieku. Inżynierowie mieli nadzieję, że północnoniemiecka ropa będzie mniej woskowata niż wiedeńska, co teoretycznie uczyniłoby ją bardziej odpowiednią do bezpośredniego zastosowania w silnikach Diesla. Testowali również tzw. „olej główny” – produkt termicznej obróbki łupków bitumicznych z Jury Szwabskiej w Wirtembergii, jedną z wielu odpowiedzi niemieckiego przemysłu chemicznego na niedobór paliw. W przeciwieństwie do wyczerpujących się odwiertów naftowych, złoża łupkowe były praktycznie nieograniczonym zasobem, choć ich przetwarzanie pozostawało skomplikowane i kosztowne, a jakość produktu końcowego była rozczarowująco niska. Testy przeprowadzono na 12-cylindrowym silniku wysokoprężnym Tatra 103 o mocy 220 KM, którego filtr regularnie zatykał się po przejechaniu 800–900 km.
Niemcy próbowali zasilać Tatrę 103 olejem napędowym.
Planów było wiele, ale rezultat pozostał niezmienny. Po serii niepowodzeń postanowiono przenieść nacisk z chaotycznych prób terenowych na ściśle kontrolowane testy wiertnicze z zastosowaniem jednolitej metodologii: testy docierania na paliwie wysokiej jakości, przejście na olej z precyzyjnym pomiarem temperatury zatkania filtra, wykreślenie krzywej pełnego obciążenia, a następnie dwa dziesięciogodzinne testy w warunkach nominalnych z kontrolowaną temperaturą powietrza dolotowego (nie wyższą niż 20°C) i temperaturą oleju (nie wyższą niż 90°C). Jednak na początku 1945 roku niemieccy specjaliści z goryczą przyznali, że nawet ropa naftowa, uważana za awaryjny substytut, szybko stawała się surowcem deficytowym. Kilka miesięcy później wszelkie prace w Kummersdorfie zostały wstrzymane z oczywistych powodów. Trzecia Rzesza była w agonii, a badania inżynieryjne ustąpiły miejsca chaosowi ostatecznego upadku militarnego.
Informacja