Jedyny w pełni funkcjonalny system doładowania dynamicznego silników wysokoprężnych powstał w Polsce w latach 30. XX wieku. Wibu, nazwany tak od pierwszych liter nazwisk konstruktorów, Adama Wicińskiego i Jakuba Bujaka, nie został jednak wdrożony na pełną skalę. Z różnych powodów ci dwaj świetni inżynierowie pozostawali zapomniani przez wiele lat.
Zarówno Adam Wiciński (1906-1936) jak i Jakub Bujak (1905-1945) należeli do najbardziej obiecujących młodych inżynierów pokolenia, które zarówno wykształcenie jak i pierwsze szlify zawodowe zdobywało w II Rzeczpospolitej. Obaj wywodzili się ze świetnej polskiej szkoły techniki cieplnej, stworzonej przez profesorów Ludwika Ebermana i Romana Witkiewicza, działających na Politechnice Lwowskiej. To tam, w uczelnianym Laboratorium Maszynowym, założonym i kierowanym przez Witkiewicza, w okresie drugiej dekady międzywojennej Polski powstały tak nowatorskie i – by użyć słów starszego kolegi Wicińskiego i Bujaka, profesora Roberta Szewalskiego – „piękne koncepcje, jak bezkorbowa silniko-sprężarka i doładowanie dynamiczne.”
Dwaj inżynierowie
Po wojnie Wiciński i Bujak przez wiele lat pozostawali zapomniani. Złożyło się na to wiele, głównie tragicznych przyczyn. Adam Wiciński popełnił samobójstwo w 1936 roku. Jakub Bujak, który po niezwykłych kolejach losu w pierwszych miesiącach wojny znalazł się w Anglii, zaginął w niewyjaśnionych do dzisiaj okolicznościach na krótko przed planowanym powrotem do ojczyzny. Przez lata Bujak pamiętany był bardziej jako wybitny himalaista i członek Pierwszej Polskiej Wyprawy Himalajskiej, który jako pierwszy pokonał niezdobyty wcześniej szczyt siedmiotysięcznika Nanda Devi East. Pamięć tę kultywowali członkowie Polskiego Towarzystwa Tatrzańskiego, a przede wszystkim córka Jakuba Bujaka, pani Magdalena Bujak-Lenczowska, której, z powodu wybuchu wojny, ojciec już nigdy nie ujrzał po powrocie z Himalajów.
Dzięki materiałom zachowanym w rodzinnym archiwum córki inżyniera udało się odtworzyć szczegóły jego działalności technicznej. Dokumenty te rzucają również światło na historię jego wspólnika i przyjaciela, Adama Wicińskiego. Choć wciąż wiadomo o nim niewiele i choć w tym artykule częściej pada nazwisko Bujaka, nie znaczy to bynajmniej, by autor umniejszał tym samym rolę Wicińskiego. Nie zapomniał o nim sam Jakub Bujak dedykując zmarłemu tragicznie przyjacielowi swoją rozprawę doktorską obronioną w 1937 roku.
Jakub Bujak był doskonale przygotowany teoretycznie i praktycznie do zawodu inżyniera. W 1924 roku ukończył gimnazjum we Lwowie i podjął studia na Wydziale Mechanicznym tamtejszej politechniki. W czasie studiów odbył praktyki zawodowe, m.in. w warszawskiej fabryce „Pocisk”, w hucie „Zgoda” na Górnym Śląsku oraz w stoczni „International Shipbuilding & Engineering Co., Ltd.” w Gdańsku. W czerwcu 1930 roku uzyskał z wynikiem celującym dyplom inżyniera i zaraz potem ruszył w podróż naukową po Europie. W ciągu dwóch kolejnych lat odwiedzał i szkolił się w wielu zakładach przemysłowych Niemiec, Belgii, Wielkiej Brytanii, Czechosłowacji i Szwajcarii.
Inne prace Wicińskiego i Bujaka
W zakładach Warszawskiej Spółki Akcyjnej Budowy Parowozów (WSABP) inżynier Jakub Bujak zajmował się nie tylko silniko-sprężarką i systemem doładowania dynamicznego. Brał udział w pracach konstrukcyjnych nad serią silników wysokoprężnych przeznaczonych dla kolejowych wagonów motorowych. Przynajmniej od maja 1934 roku był zajęty budową 6-cylindrowego silnika i skrzyni biegów do takiego wagonu. Testowy rozruch jednostki napędowej nastąpił w lipcu, kiedy cały majątek WSABP, a więc i warsztaty przy ul. Kolejowej, w których pracował Bujak, przejęły Zakłady Ostrowieckie. Jak wspomniano, firma realizowała ambitny program budowy szybkobieżnych silników wysokoprężnych i podjęła się kontynuacji przedsięwzięć rozpoczętych przez WSABP, w tym również prac nad systemem doładowania dynamicznego.
Wagon uruchomiono 12 grudnia 1934 roku. Dla Bujaka był to wielki dzień. Osobiście przejechał wagonem po fabrycznych torach dwa razy tam i z powrotem, łącznie ledwie około 200 metrów, ale to wystarczyło, by przekonać się, że maszyna „ślicznie rusza z miejsca – miękko i spokojnie, bez śladu szarpnięcia”. Próbę przeprowadzono wieczorem w uroczystej oprawie, w obecności dyrektora i kilku innych inżynierów. Po niezbędnych pracach wykończeniowych, 14 grudnia wagon został przetransportowany do zakładów Lilpop, Rau i Loewenstein (LRL), gdzie miano wykończyć pudło wagonu.Zdecydowano, że jazda próbna odbędzie się na trasie z Warszawy do Zakopanego. Wiązano z tym wielkie nadzieje. O ile eksperyment zakończyłby się powodzeniem, wagon mógł wejść do regularnej służby na kolei, a to oznaczałoby spore zamówienia dla fabryki. W połowie stycznia, w trakcie przygotowań do generalnej próby doszło do awarii pneumatycznego układu sterowania, co znacznie opóźniło testy. Po długiej, trwającej około tygodnia naprawie, 31 stycznia 1935 roku wagon odbył podróż próbną, ale na krótszym odcinku, bo tylko do Kielc. W przejeździe uczestniczyli przedstawiciele Ministerstwa Komunikacji. Eksperyment powiódł się znakomicie. Jak wspominał Jakub Bujak, udało się skrupulatnie zachować rozkład jazdy i „goście byli zadowoleni, bo w wagonie było ciepło, był stolik do brydża i w ogóle było dobrze”. Pewne poprawki okazały się niezbędne, ale ich usunięcie było kwestią jedynie kilku godzin lub najwyżej jednego dnia.
Sukces zdawał się być w zasięgu ręki, jednak ostatecznie wyprawa do Zakopanego zakończyła się fiaskiem. Wagon zepsuł się jeszcze przed Krakowem i jedynie z najwyższym trudem udało się nim dotrzeć z powrotem do Warszawy. Jedynym pocieszeniem dla Bujaka było to, że defekt nie dotyczył tych części układu napędowego, którymi on się zajmował, czyli silnika i skrzyni biegów. Co się zepsuło, tego nie wiadomo, ale awaria okazała się na tyle poważna, że z usunięciem jej skutków uporano się dopiero w kwietniu. W połowie miesiąca wagon odbył kolejny testowy przejazd do Kielc. W dalszej kolejności planowany był przejazd do Zakopanego, ale nie wiadomo jak się udał.
Choć w swoich listach z tego okresu Bujak dość regularnie omawiał sytuację w fabryce, i to, czym się aktualnie zajmował, to nie wynika z nich czy niedoszła wyprawa do Zakopanego odbywała się na maszynie wyposażonej w doładowanie Wibu. Lektura korespondencji Bujaka z tego okresu zdaje się wskazywać, że chodziło o dwa oddzielne przedsięwzięcia. Niemniej wiadomo, że prowadzono testy doładowania Wibu właśnie na tym silniku. Wskazuje na to artykuł omawiający światowe postępy w dziedzinie doładowania silników wysokoprężnych zamieszczony w lipcu 1939 roku na łamach czasopisma „The Oil Engine”. Artykuł ilustruje fotografia przedstawiająca testowy przedni wózek wagonu z zamontowanym silnikiem wyposażonym w charakterystycznie wygięte rury powietrzne, stanowiące element systemu Wibu. Niestety, poza lakoniczną informacją na temat osiąganych parametrów, artykuł nie podaje ani daty eksperymentu, ani tego, czy były prowadzone próby torowe tego wagonu.
Z innych źródeł wiadomo, że istotnie system Wibu został zamontowany na 6-cylindrowym silniku stosowanym w wagonach motorowych produkowanych przez LRL i wprowadzonych do służby na PKP w 1935 roku. Był to najprawdopodobniej ten sam silnik zaprojektowany przez Ebermana, nad którego stworzeniem pracował Bujak w zakładach WSABP. W eksperymencie zastosowano sześć rur, które zostały dobrane indywidualnie dla każdego cylindra. Silnik pracował przy stałej prędkości 800 obr./min, przy jakiej wykazywał największą efektywność, i – poprzez prądnicę – przekazywał moc na elektryczne zespoły napędowe. Jak dowiodły testy, po zamontowaniu doładowania jednostka napędowa dawała 240 KM, co oznaczało wzrost mocy rzędu 20 procent. Przy zwiększeniu prędkości obrotowej do 1000 obr./min. uzyskano nawet 290 KM.
W doświadczeniach Wicińskiego i Bujaka prowadzonych na tym silniku nie chodziło jednak o uzyskanie jak największej mocy, ale o wykazanie, że możliwe jest osiągnięcie jej zakładanego poziomu w inny sposób niż tylko poprzez podnoszenie prędkości obrotowej. W omawianym silniku 800 obr./min. stanowiło wartość optymalną, przy której uzyskiwano najkorzystniejszy stosunek mocy do masy jednostki napędowej. Wynalazcy zdawali sobie sprawę, że podniesienie mocy nominalnej do 290 KM wymagałoby wzmocnienia niektórych elementów tego silnika, np. czopów wału korbowego, aby nie doszło do skrócenia żywotności maszyny. W dalszej kolejności Bujak pracował nad silnikami 8-cylindrowymi, również przeznaczonymi do stosowania w wagonach motorowych. Prace nad tymi jednostkami napędowymi trwały od początku 1936 do kwietnia 1937 roku.
Feliks Burdecki wspominał również, że Adam Wiciński prowadził badania nad możliwością zastosowania silników dieslowskich z doładowaniem Wibu w samolotach. Było to zagadnienie, którym w latach 30-tych XX wieku zajmowało się wielu wynalazców i przedsiębiorstw produkcyjnych na całym świecie. Jednym z pionierów w tej dziedzinie była niemiecka firma Junkers, która uruchomiła nawet produkcję samolotów z silnikami wysokoprężnymi. Niestety, badania te przerwała tragiczna śmierć Adama Wicińskiego, który 13 grudnia 1936 roku popełnił samobójstwo. Zdaniem Burdeckiego „splot przyczyn, które skłoniły Wicińskiego do tak rozpaczliwego kroku, bodajże w całości nigdy nie będzie wyświetlony, dla piszącego te słowa jako bliskiego przyjaciela zmarłego nie ulega wątpliwości, że w istocie inż. Wiciński padł ofiarą nieszczęsnych walk patentowych, które już tylu zdolnym konstruktorom i wynalazcom złamały siły”. O jakie walki patentowe chodziło, tego Burdecki nie wyjaśnił. Pewne światło na przyczyny tej tragedii może rzucać list Wicińskiego do George’a Greena z angielskiej firmy Ruston and Hornsby wysłany 16 października 1936 roku, a zatem niecałe dwa miesiące przed samobójstwem. Z treści listu można wnosić, że Wiciński chciał za pośrednictwem Greena przekonać kierownictwo firmy, by ta przyjęła go do pracy i pozwoliła zrealizować jego „plan”. Tym planem był zamiar „pomocy firmie Ruston stania się przodującym technologicznie przedsiębiorstwem w Anglii”. List był utrzymany w niezwykle emocjonalnym tonie. Można domniemywać, że odmowa ze strony firmy mogła negatywnie wpłynąć na morale polskiego inżyniera.
Równolegle z pracami nad wagonem motorowym w Zakładach Ostrowieckich dążono do sfinalizowania innego zadania odziedziczonego po WSABP, czyli bezkorbowej silniko-sprężarki. Bujak był zaangażowany w ten projekt praktycznie od początku swojego zatrudnienia w fabryce. W październiku 1934 roku kierownictwo firmy zaczęło zdecydowanie nalegać na inżynierów, „żeby nareszcie wykończyć sprężarkę, a ponieważ dosyć długo już się ta rzecz ciągnie, trzeba raz zabrać się do tego energicznie”. Na początku listopada Bujak donosił, że sprężarka „jest coraz lepsza, ale jeszcze nie taka, jak powinna być”. W końcu miesiąca najwyraźniej miał jeszcze mniej powodów do optymizmu. Od 26 listopada przebywał bez przerwy na terenie fabryki prowadząc 100-godzinny test sprężarki. Jak podczas nieobecności męża w liście do rodziców inżyniera informowała jego żona Maria, Jakub miał „ciągle ze sprężarką kłopoty i to jest niby jej ostatnia próba”. Niestety, z dalszej korespondencji rodzinnej Jakuba Bujaka nie udało się ustalić ani przebiegu testu ani dalszych losów BSS. Pewne światło na to zagadnienie rzuca wspomniany we wstępie Jan Kunstetter, który nadmieniał, że bezkorbowa silniko-sprężarka „obecnie [tj. w połowie lat 60-tych XX wieku] ma zastosowanie jako generator gazu dla turbin gazowych”.
Przez cały ten czas Bujak prowadził także bieżące zlecenia przydzielane mu przez kierownictwo zakładów. Dzięki wysokim umiejętnościom i poświęceniu nawet w tych błahych – zdawałoby się – zadaniach potrafił sięgnąć wyżyn sztuki inżynierskiej. W lutym 1935 roku otrzymał zadanie zbadania usterki nękającej kompresory K250 dostarczane przez Zakłady Ostrowieckie polskiej Marynarce Wojennej. Urządzenie powinno produkować pewną, określoną ilość powietrza sprężonego do 250 atmosfer, tymczasem jego wydajność wynosiła ledwie 2/3 znamionowej. Po trzech dniach pracy Bujak doprowadził do tego, że sprężarka dostarczała kilkanaście procent więcej powietrza niż minimum określone przez Marynarkę. Satysfakcja z tego osiągnięcia była tym większa, że uchroniło ono firmę przed zapłatą wielotysięcznej kary finansowej za niedotrzymanie warunków kontraktu z wojskiem.
Dwóch doktorów
Pracując jako asystent na Politechnice Lwowskiej w latach 1931-1933 Jakub Bujak przygotowywał się do napisania pracy doktorskiej. Zajmował się wówczas problematyką spalania paliwa w szybkobieżnych silnikach wysokoprężnych, ale czego dokładnie miała dotyczyć jego rozprawa – nie wiadomo. Z kolei Wiciński uzyskał dyplom rok po Bujaku, ale inaczej niż on, zdołał szybko ukończyć rozpoczętą pod kierunkiem profesora Romana Witkiewicza rozprawę doktorską zatytułowaną: Badania procesów cieplnych realizowanych w bezkorbowej silniko-sprężarce”. Obronił ją w 1934 roku.
Bujak do swojego doktoratu powrócił dopiero w okresie prac nad Wibu. Innowacyjny system, który stworzył wspólnie z Wicińskim, z jednej strony aż prosił się o podbudowę teoretyczną, a z drugiej praktyczne testy, jakie prowadzili obaj inżynierowie, dostarczały bogatego materiału porównawczego. Koncepcję badań Bujak miał opracowaną już na początku 1934 roku. Jak wyjaśniał rodzicom w liście z 10 lutego, chciał je przeprowadzić w sposób systematyczny „…i to nie tylko w celu znalezienia warunków, w jakich występuje najlepsze doładowanie, (co ma bezpośrednie znaczenie przemysłowe), ale także dla zbadania wpływu całego szeregu czynników zmiennych w możliwie szerokich granicach na te rzeczy”. Choć początkowo rozważał wykorzystanie dotychczasowych wyników uzyskanych podczas pracy nad Wibu, to jednak ostatecznie przyjął ambitniejszy plan przeprowadzenia nowej serii testów. Zakładał optymistycznie, że opracowanie takiej wersji badań mogło potrwać 3-4 miesiące, jednak z uwagi na duże obciążenie obowiązkami zawodowymi w fabryce plany te musiał skorygować.
Nowy, już bardziej realny zarys pracy przedstawił na IX Zjeździe Inżynierów Mechaników Polskich we Lwowie w czerwcu 1935 roku. Ostatecznie prace nad częścią pisemną zakończył w czerwcu 1936 roku, a zanim w 1937 roku doszło do obrony pracy na Politechnice Lwowskiej, inżynier zaangażował się jeszcze bardziej w pracę w fabryce. Pracował wówczas nad konstrukcją silnika 8-cylindrowego, a napotykając na wciąż kolejne trudności, zżymał się pisząc do rodziców, że „znacznie łatwiej jest napisać pracę doktorską, niż zbudować dobry motor”. W wersji finalnej praca zatytułowana Ciśnienie doładowania a przyrost mocy czterosuwowych silników Diesla analizowała zjawiska falowe zachodzące w rurze dolotowej do silnika i w rurze wydechowej. W czerwcu 1937 roku Bujak zaprezentował ją na posiedzeniu Wydziału III Akademii Nauk Technicznych w Warszawie. W tym samym czasie nakładem Akademii jego doktorat ukazał się drukiem (egzemplarz znajduje się w bibliotece Politechniki Śląskiej). Jakub Bujak nie zapomniał o współautorze wynalazku, a zarazem swoim przyjacielu, który zmarł tragicznie pół roku wcześniej. We wkładce przed stroną tytułową umieścił dedykację: „Pamięci Dr Inż. Adama Wicińskiego pracę tę poświęcam”.Jako urządzenie modelowe w swoich badaniach Bujak wykorzystał jednocylindrowy silnik dieslowski wyposażony w teleskopowe rury: wlotową i wydechową. Dzięki temu możliwe było określenie charakterystyki pracy jednostki napędowej w szerokim zakresie zmian długości drogi, jaką musi w każdym cyklu przebyć powietrze zasilające i spaliny. Silnik był sprzężony z dociążającym go tzw. hamulcem, dzięki czemu możliwe było mierzenie dostarczanej przez niego mocy. W wyniku badań okazało się, że przy odpowiednim doborze długości rur wlotowej i wylotowej można uzyskać ok. 10% przyrostu mocy przy każdej prędkości obrotowej silnika. Uważa się, że ta nowatorska praca Bujaka uświadomiła konstruktorom znaczenie zjawiska falowego w procesie napełniania i opróżniania cylindra w silniku wysokoprężnym.
Do Anglii przez Himalaje
Wybuch II wojny światowej zastał Bujaka w drodze powrotnej z wyprawy w Himalaje. Po tym jego dalsza działalność techniczna w kraju nie była oczywiście możliwa. 12 września 1939 roku dotarł do Lwowa. Nie mogąc od przyjazdu spotkać się z rodziną, 14 października przez zieloną granicę przedostał się na Węgry, a stamtąd do Francji i dalej do Wielkiej Brytanii. Tam znalazł pracę najpierw jako mechanik w polskim zgrupowaniu lotniczym w Blackpool, a w końcu 1940 roku został przeniesiony do pracy w przemyśle. Początkowo, 16 września 1940 roku, trafił do Bryce Fuel Injection Ltd. w Lagonda Works ulokowanych w Staines pod Londynem, gdzie zajmował się zagadnieniami wtrysku paliwa.
Z tego okresu pochodzi patent na regulator hydrauliczny, jaki uzyskał wspólnie z Georgem Greenem z tej samej firmy. Co charakterystyczne, to ten sam „Mr. Green”, do którego niedługo przed samobójstwem pisał Adam Wiciński. Wyniki badań prowadzonych w Lagonda Works Bujak zawarł w artykule zatytułowanym The Variable-Speed Hydraulic Governor, który ukazał się na łamach Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers już po jego przejściu 17 maja 1943 roku do zakładów firmy Rolls-Royce w Derby. Z tamtego okresu pochodzi jedno z ostatnich jego znanych zdjęć, przedstawiające go przy pojeździe wyposażonym we wspomniany regulator. W nowym miejscu zatrudnienia najpierw pracował w biurze konstrukcyjnym oddziału silników okrętowych (Marine Department), gdzie zajmował się kwestiami naprężeń i wibracji wałów napędowych.
W 1944 roku przeszedł do działu doświadczalnego, gdzie zajmował się m.in. zagadnieniami sprężania w silnikach lotniczych. Uczestniczył też w pracach nad nowym typem napędu samolotów, tzw. silnikiem strumieniowym, jak informował jego ojca ich wspólny przyjaciel Edward Romer, któremu Jakub osobiście opowiadał, czym zajmował się w brytyjskich laboratoriach, oczywiście dopiero wtedy, gdy tematyka tych badań przestała być objęta tajemnicą.
Epilog
Po zakończeniu wojny Bujak planował powrót do kraju. W lipcu wybrał się do Kornwalii na tygodniowy urlop, w czasie którego zaginął 5 lipca 1945 roku. Oficjalny komunikat policji stwierdza prawdopodobny upadek z nadmorskiej skały i w konsekwencji utonięcie. Jego ciała jednak nigdy nie odnaleziono.
Dziś, przeszło osiemdziesiąt lat po powstaniu systemu Wibu, ocena doniosłości tej innowacji wciąż nie jest łatwa, chociaż, jak w swojej rozprawie na temat początków budowy silników spalinowych w Polsce zauważał Jan Kunstetter, ten system był „pierwszym bodaj polskim wynalazkiem w dziedzinie silników wysokoprężnych”. Brakuje dowodów na to, że prace nad Wibu były po 1945 roku kontynuowane. Nie są także znane przypadki cytowań artykułów naukowych ani wdrożeń patentów dotyczących tego systemu. Z drugiej strony wiadomo, że po wojnie w różnych krajach wykorzystywano doładowanie dynamiczne. Uważa tak m.in. Maciej Bernhardt, który w swojej książce Teoria silników spalinowych tłokowych (1963) twierdził nawet, że „doładowanie dynamiczne wykorzystywane w silnikach o stałej prędkości obrotowej (system Wibu) jest szeroko stosowane w dwusuwowych silnikach trakcyjnych”. Podobnego zdania był Wiktor Surowiak, redaktor rozdziałów poświęconych maszynoznawstwu w Małej Encyklopedii Techniki z 1969 roku. Jak stwierdził, wynalazek Wicińskiego i Bujaka miał „duże znaczenie dla rozwoju spalinowych silników tłokowych”. Na przypadki wykorzystania doładowania dynamicznego w silnikach wysokoprężnych produkowanych seryjnie w Wielkiej Brytanii zwracał uwagę również Janusz Mysłowski w pracy Doładowanie silników (2002), choć z tej relacji nie wynika, by zastosowano tam system podobny to Wibu. Podsumowując historię wynalazku Wicińskiego i Bujaka autor stwierdził jednak, że „w miarę upływu lat, dzięki burzliwemu rozwojowi turbodoładowania [doładowanie dynamiczne Wibu] poszło w zapomnienie”, a tym samym zapominano o jego twórcach.
Obecnie, bardziej niż wielki przemysł, ideą doładowania dynamicznego interesują się pasjonaci motoryzacji i amatorzy tzw. tuningu samochodów. W dyskusjach, jakie na forach internetowych toczą zwolennicy systemów alternatywnych wobec turbosprężarek padają niekiedy wzmianki o polskich pionierach tej technologii. Rewelacje te przyjmowane są różnie, od uznania po niedowierzanie, a nawet drwiny. Autorów tych ostatnich nie można jednak winić, wszak nie od dziś wiadomo, że najlepszą pożywką dla ignorancji jest niewiedza.
Teraz o Wibu i o autorach tej „pięknej” koncepcji wiemy już znacznie więcej.
dr hab. inż. Sławomir Łotysz
Sekretarz Generalny Międzynarodowego Komitetu ds. Historii Techniki ICOHTEC
Pochodzenie fotografii: 1 – The Oil Engine; 2-4 – Archiwum rodzinne p. Magdaleny Bujak-Lenczowskiej
artykuł pochodzi z wydania 5 (80) maj 2014
