Первый в своём роде: дизельный двигатель В-2


В-2 в Музее истории танка Т-34. Фото: Vitaly V. Kuzmin www.vitalykuzmin.net

Всеобщая дизелизация вопреки всему


Почему именно дизельный двигатель приняли в качестве единственного варианта для таких танков, как Т-34 и КВ? Так сложились обстоятельства: в Советском Союзе в начале 30-х годов не хватало нефтеперерабатывающих мощностей, чтобы получать легкие фракции нефти. А любой танк потребляет несколько десятков литров топлива на 100 км пути. Гораздо разумнее в этой ситуации заливать в топливные баки дешевую солярку. Аналогов в мировом танкостроении этому не было – никто ранее не разрабатывал столь мощный дизельный мотор для средних и тяжелых танков. Первые в мире дизельные моторы на танках появились в Японии и Польше, но это были легкие машины, и мощность силовых установок не превышала 120 л. с.


Вторым и, может, самым весомым преимуществом мотора на солярке стала его экономичность – при всех прочих равных дизель расходует на 30 % меньше топлива, чем бензиновый аналог. А это большая автономность на марше, в бою и возможность устанавливать на машины менее объемные топливные баки. Третьим преимуществом стало то, что в таких двигателях нет свечей электроискрового зажигания и, соответственно, высоковольтная проводка, что снижает уровень радиопомех от работающего мотора. Востребованной среди военных оказалась и меньшая воспламеняемость дизельного топлива в отличие от бензина.



Однако на этом все преимущества дизеля заканчиваются, и появляется целый букет сложностей и недостатков. Во-первых, дизельный мотор гораздо сложнее по конструкции и дороже в производстве. Чтобы его создать, нужны высоколегированные сплавы, выдерживающие ударные нагрузки работающего дизеля. К примеру, для отливки громоздкого блока цилиндров дизеля В-2 требовался дефицитный сплав силумин на основе алюминия, а его не хватало даже на нужды авиационной промышленности. Многие узлы двигателя требовали максимальной точности изготовления, которой было сложно добиться на предприятиях Советского Союза. Забегая вперед, стоит упомянуть, как на Челябинском тракторном заводе в 1937 году ставили в серийное производство первые гражданские модификации В-2. Долго не удавалось добиться качественного изготовления топливных форсунок, одних из важнейших элементов дизельного двигателя.


Высокие требования к производству дизельных двигателей В-2 и сложность конструкции вкупе привели к низкой надежности серийных экземпляров. В 1940 году гарантийный срок работы дизеля в исполнении В-2-К, разработанного для тяжелых танков КВ, составлял не более 80 моточасов! В варианте для Т-34 ресурс был немногим больше – 100 моточасов. То есть после двух-трех длительных марш-бросков моторы нужно было отправлять на капитальный ремонт либо заменять новыми. Не в пользу дизельных моторов играла и их слабая устойчивость к низким температурам. Поэтому запуск мотора на Т-34 в морозный день нередко сопровождался серьезными трудностями, которых были лишены бензиновые двигатели немецкой бронетехники. Несмотря на все проблемы с освоением дизельного мотора, в начале 30-х годов в Советском Союзе приступили к масштабной программе создания танкового двигателя на тяжелом топливе.

БД-2 – быстроходный дизельный


Площадкой выбрали Харьковский паровозостроительный завод им. Коминтерна – местные инженеры уже имели опыт разработки двигателя с воспламенением топлива от сжатия. Завод изготавливал, в основном, низкооборотные стационарные и судовые дизели, но танкостроителям требовался компактный высокооборотный мотор, способный придать динамики быстроходным танкам БТ. Этим 12–14-тонным машинам остро не хватало силовых агрегатов – запасы авиационных карбюраторных «Либерти» постепенно истощались, а отечественные двигатели М-5 и М-6 требовали дефицитных запасных частей. Временный выход пытались найти в перспективных авиационных моторах М-17, но большая часть их должна была уйти на оснащение средних танков Т-28. Поэтому изначально В-2 создавался не для Т-34, а для легких и быстроходных колесно-гусеничных БТ. За основу конструкции нового дизеля взяли 4-тактный 12-цилиндровый мотор в форме буквы V, развивающий не менее 400 л. с. При этом разработчики применили модульный подход к конструированию – изначально проектировался 2-цилиндровый V-образный отсек, на котором проводились все циклы испытаний. Первый такой отсек получил имя БД-14. В дальнейшем планировалось просто «пристыковывать» отсеки друг к другу, получая дизели требуемой конфигурации. Однако основное место в моторной линейке все-таки отдавалось БД-2, впервые вставшему на испытательный стенд 28 апреля 1933 года. Это был первый настоящий прототип будущего легендарного В-2.


Ранний Р-5. На Р-5 ставили единственный авиационный вариант дизеля БД-2А. www.airwar.ru


Прототип оказался крайне ненадежным: до очередной поломки отрабатывал не более 10–15 часов. Недостатки – чрезмерный износ цилиндров и задиры поршней, слабые масляный и водяной насосы, поршневые и шатунные пальцы. Некоторые в «дефектности» В-2 винят то, что мотор изначально разрабатывался для авиации, поскольку у двигателя облегченный силуминовый блок цилиндров, сухой картер, обязательный для самолетов с их высокими перегрузками, и длинный носок коленчатого вала, рассчитанный на монтаж авиационного винта. И действительно, в декабре 1935 года создали вариант БД-2А для самолета-разведчика Р-5, но руководство посчитало, что распылять средства еще и на авиационную модификацию будет неверно. Проект закрыли, сосредоточившись на танковом БД-2, при этом сохранив в нем бонусы многоцелевого использования. Одновременно с этим в Харькове начали возводить производственные цеха для будущего мотора. А сам мотор продолжал преподносить неприятные сюрпризы. В 1936 году он не прошел обязательные 100-часовые стендовые испытания – почти все важнейшие узлы требовали значительного усиления. После доработки в 1937 году – снова провал на испытаниях. И все эти неурядицы в то время, как в Харькове уже строили завод специально под новый танковый дизель, рассчитанный на сборку восьми тысяч моторов в год. На помощь пришли инженеры-моторостроители из Москвы. Одним из них был сотрудник Центрального института авиационного моторостроения Тимофей Чупахин, сыгравший ведущую роль в совершенствовании дизеля. Он за короткий срок сумел устранить критические замечания по мотору, что позволило ему, наконец, выдержать 100 часов работы на испытательном стенде. Кстати, БД-2, именуемый внутри завода «Заказ В», в середине 1937 года получил имя В-2.


После серии конструктивных и технологических «исправлений» серийный вариант В-2 в феврале 1939 года вышел на сравнительные испытания, устроившись в моторном отделении танка БТ-7. В качестве спарринг-партнера был выбран такой же танк, но с бензиновым М-17. В итоге дизельный мотор не выработал положенный ресурс, вышел из строя, но все-таки был оценен положительно. Главным минусом, который исправили только к концу войны, стал неплотный газовый стык головки блока, через который прорывались продукты сгорания топлива. Тимофей Чупахин предлагал отложить принятие В-2 на вооружение и доработать мотор, но идею не поддержали и до конца войны боролись с этим недостатком фактически подручными средствами.

На фото Тимофей Петрович Чупахин

РВ-2 приняли на вооружение 19 декабря 1939 года по указу Совета Народных Комиссаров. Причем мотор был един в трех лицах – В-2-34 для Т-34 (мощность = 500 л. с.), В-2К для тяжелого КВ (мощность – 600 л. с.) и самый младший В-2В для трактора «Ворошиловец» (мощность – 375 л. с.). А в марте 1940 года первые образцы Т-34 с новыми дизелями совершили пробег Харьков–Москва для демонстрации танка правительству Советского Союза. Во время этого пробега конструктор Т-34 и подхватил пневмонию.


Главным производителем мотора назначили харьковский завод № 75 и сразу дали ему невыполнимый заказ – до восьми тысяч В-2 в год. Но предприятие просто не могло выпускать более ста экземпляров в месяц, а о тысячах речи и не шло. Поэтому в 1940 году план по выпуску В-2 был выполнен на 65,4 %, а по запасным частям – только на 13,3 %. В общем, новорожденный В-2 был очень далек от звания лучшего в мире танкового мотора. Главной проблемой производственников стал топливный насос высокого давления, один из ключевых узлов любого дизельного двигателя, который требовал очень высокой точности изготовления. До самого конца войны так и не удалось наладить выпуск насоса в требуемых объемах. Кроме этого, в первые полтора года производства у дизелей был очень низкий ресурс до капитального ремонта – на некоторых экземплярах он не превышал 80 моточасов. Как оказалось, проблема была в крайне неэффективной системе воздухоочистки, пропускающей в камеры сгорания слишком много пыли и мелкого песка. Неудивительно, что у танкового дизеля со временем появился конкурент.

Памятник советскому колесно-гусеничному танку БТ-7 в Хабаровске. Фото: Andshel, www.ru.wikipedia.org


На Сталинградском тракторном заводе в августе 1940 года предложили альтернативную конструкцию мотора, которая, по их мнению, выгодно отличалась от харьковского творения. Инженеры обещали в короткий срок разработать танковый 550-сильный дизель 2МБ-16, блок цилиндров которого отливался из доступного чугуна, а моторесурс превышал очень высокие для своего времени 500 моточасов. Примечательно, что у этого V-образного мотора было сразу 16 цилиндров. Наркомат даже разместил заказ на опытную партию из пяти экземпляров сталинградского дизеля, но к 1 марта 1941 года ничего сделало не было. В итоге завод в Сталинграде стал очередной площадкой для производства В-2 – страна готовилась к войне, в которой танковые моторы были нужны как воздух.

Установка дизельных двигателей В-2 в танки на конвейере Уральского танкового завода № 183 в Нижнем Тагиле, 1942 г. www.army.lv

Испытание огнем


Основной ошибкой руководства перед войной было распыление ресурсов на разработку новых вариаций дизеля В-2. Вместо того чтобы дорабатывать откровенно сырую конструкцию базового мотора, от харьковчан требовали дизель для легкого танка Т-50, мощный В-7 для танка КВ-3, а в августе 1941 года должен был появиться серийный дизель на 850 л. с. Начало Великой Отечественной войны не позволило реализовать эти планы и поставило производство В-2 на грань катастрофы. Харьковский завод № 75, единственный на то время полноценно освоивший выпуск танковых дизелей, пришлось экстренно эвакуировать на Сталинградский тракторный завод. Военное положение заставило забросить все альтернативные версии танковых дизелей и сосредоточиться на производстве только В-2.


В годы войны производством танкового дизеля были заняты четыре завода: Кировский в Челябинске, Сталинградский тракторный завод, Свердловский № 76 и Барнаульский завод № 77. Первые же месяцы войны показали, что мощности «тяжелого» В-2К для танков серии КВ недостаточно. Решение виделось в увеличении частоты вращения коленчатого вала, но стендовые испытания закончились поломкой кривошипно-шатунного механизма. Обошлись настройкой топливного насоса, то есть увеличили объемы топлива, подающегося в цилиндры. Серийные В-2 для Т-34 в ходе войны подвергались многочисленным доработкам, в основном направленным на увеличение ресурса мотора. В очередной раз уплотняли злосчастный газовый стык, улучшали масляный насос, устраняли причины поломок шатунов, бесконечно совершенствовали топливный насос. Кроме этого, на заводах постоянно искали новые способы упрощения и удешевления сборки моторов В-2. Например, в августе 1941 года вышло распоряжение Совета Народных Комиссаров, предписывающее заменить по возможности все узлы из алюминиевых сплавов на чугунные.

Двигатель В-2-34. Фото: Balcer www.ru.wikipedia.org


В ходе эвакуации ценных специалистов стало намного меньше. Нередко за станки становились вчерашние школьники и малограмотные крестьяне, имеющие очень отдаленное представление о моторостроении. О том, как сложно шло освоение производства В-2 на новых предприятиях, говорят цифры трудозатрат на сборку одного мотора. В 1942 году на челябинском Кировском заводе на это тратили 1800 часов, на свердловском № 76 – все 2700 часов, притом что в довоенном Харькове В-2 собирали всего за 600 часов. Все вышесказанное не могло не сказаться на качестве производимых В-2. Нарком Вячеслав Малышев летом 1943 года указывал на массу технологического брака в готовой продукции: течи масла, грязное топливо в баках, неквалифицированная настройка топливных насосов, низкий ресурс большинства узлов и многое другое. Только к концу войны на предприятиях-производителях дизеля удалось повысить гарантийный срок работы В-2-34 до 250 моточасов, а В-2К – до 200. Это было в 2,5 раза больше, чем в предвоенный период.


Такой ресурс не везде был правилом – в первом квартале 1945 года на свердловском и барнаульском заводах гарантийные испытания смогли пройти только два мотора из трех. Однако это не означает, что львиная доля В-2 шла на фронт в дефектном состоянии. В строевых частях моторы танков и самоходных орудий нередко отрабатывали 150 и даже 200 % своего ресурса, пробегая по 400–900 км без поломок по вине завода-изготовителя. Все дело было в неравномерном качестве выпускаемых промышленностью дизельных двигателей: если везло, то мотор просто пел, в противном случае машины вставали на ремонт.


На базе В-2 «Барнаултрансмаш» создал двигатели Д6 и Д12 для речных судов, в том числе для речного трамвая «Москвич», www.topwar.ru


История В-2 была бы неполной без рассказа об испытаниях, которые ждали мотор в США в 1942 году. Тогда Советский Союз отправил заокеанским партнерам для изучения и сравнения Т-34 и КВ-1. На Абердинском полигоне американские военные провели полный цикл сравнительных испытаний, которые оказались для В-2 фатальными. Подвели воздухоочиститель дизеля, не справившийся с пылью штатовского полигона, а также слабая система охлаждения, постоянно провоцирующая перегрев мотора. На Т-34 дизельный мотор вышел из строя после 317-километрового пробега, отработав всего 72,5 часа! Именно на такой технике встретили Великую Отечественную войну наши танкисты и воевали на ней первые годы.


Всего с 1941 по 1945 год на предприятиях военно-промышленного комплекса СССР было собрано без малого 80 тыс. дизелей В-2. Такой колоссальный объем производства объясняет все проблемы танкового мотора – погоня за количеством всегда отодвигала на второй план качество изготовления. Тем не менее, опыт производства В-2 для Советского Союза был решающим и позволил после войны поставить на конвейер множество модификаций для судов, тепловозов, тяжелых грузовиков и тракторов. Потенциал, заложенный в конструкции В-2, позволил создать на его базе целое семейство послевоенных дизелей, которыми оснащались танки из Нижнего Тагила. Даже широко разрекламированный Т-90 оснащается мотором В-92, являющимся по сути лишь глубокой модернизацией легендарного В-2.

Сравниваем советский танковый дизель В-2 с гоночным мотором V12 Ferrari | 72.ru

Дизель В-2 ставился на танки Т-34 и выпускается до сегодняшнего дня, хотя и в модернизированном виде

Поделиться

Всё лучшее в Советском Союзе делалось ради оборонки или полётов в космос, да и полёты в космос — тоже ради неё. Вот и двигатель В-2 был разработан перед войной, став лучшим мотором, сделанным в Советском Союзе. Удивительно, что в модифицированном виде он выпускается до сих пор, и на видео ниже — рассказ о нём.

А чтобы сделать тезисы о его крутости нагляднее, давайте сравним дизель В-2… допустим, с первым мотором V12 Ferrari — так называемым «двигателем Коломбо». Этот мотор, кстати, установили на первые Ferrari, участвовавшие в «Формуле-1».

Поделиться

Энцо Феррари любил моторы V12, но до их использования дозрел только в конце 40-х годов. Мотор, разработанный Джоаккино Коломбо, имел угол развала 60 градусов, алюминиевые блоки цилиндров, водяное охлаждение и объём всего 1,5 литра. Поначалу с него снимали 118 л. с. — как с современного четырёхцилиндрового двигателя.

Ferrari 125 S — первая модель итальянской фирмы с двигателем V12

Поделиться

За пятнадцать лет до этого советские инженеры под руководством молодого Константина Челпана и Якова Вихмана выбрали такую же компоновку для будущего танкового двигателя, и мотивы были отчасти схожи. В гоночном мире маленькие цилиндры позволяют нарастить частоту вращения, а В-2 тоже был быстроходен (по дизельным меркам), раскручиваясь до 2000 об/мин — в несколько раз выше среднего уровня того времени.

Коленчатый вал дизеля В-2 с установленными шатунами. На заднем плане — картер со снятыми блоками. 

Поделиться

Конечно, эти моторы существенно отличались: В-2 был дизелем, Ferrari, естественно, использовала бензиновые агрегаты. А объём итальянского движка был вдвое меньше объёма единственного цилиндра В-2.

Но мы сконцентрируемся не на конкретике, а на уровне технологий — чей мотор был круче с инженерной точки зрения?

Джоаккино Коломбо выбрал основным материалом алюминий, ведь спорткару нужен лёгкий мотор. Плюс теплопроводность алюминия выше, что снижает термические нагрузки.

Компоновка первого болида Ferrari для «Формулы-1»: двигатель V12 к тому моменту получил приводные нагнетатели (видны в передней части и на верхе мотора)

Поделиться

Похожими соображениями руководствовались инженеры Харьковского паровозостроительного завода, потому что будущий дизель предназначался для лёгких и быстрых танков, этаких спорткаров того времени. А ещё для самолётов, хотя эта идея развития не получила.

Во времена Коломбо изготовление мотора из алюминия казалось естественным, но в начале 30-х в Советском Союзе блоки дизелей предпочитали лить из более прочного чугуна. И дизель В-2 прошёл мучительный период испытаний, на которых алюминиевые блоки попросту трескались и ломались, не выдерживая чудовищных нагрузок. И всё же концепцию довели до ума: двигатели семейства В-2 имеют алюминиевые картеры, блоки цилиндров и головки по сей день, что обеспечивает им сравнительную лёгкость.

Впрочем, когда мы говорим о лёгкости, нужно делать поправку на размер: мотор В-2 весил в районе тонны — это почти вдвое больше, чем масса всего гоночного Ferrari 125 S с установленным на него V12.

Дизель В-2 лёг в основу ряда шестицилиндровых двигателей вроде этого В-6 — по сути, половинки V12

Поделиться

Советский дизель В-2 сразу имел по четыре клапана на цилиндр. Первый V12 Ferrari, появившийся на пятнадцать лет позже, обходился двумя клапанами на цилиндр. Собственно, использовать по четыре клапана на цилиндр Ferrari начала уже в 80-х годах. А среди современников дизеля В-2 такое решение было редким даже на спортивных автомобилях — можно вспомнить разве что Mercedes-Benz W125 конца 30-х годов.

Поскольку бензиновые и дизельные моторы существенно отличаются системами питания, проводить параллели сложно, но всё же есть ощущение, что дизель В-2 был смелее. Первые V12 Ferrari использовали обычные для того времени карбюраторы, а у В-2 был прямой впрыск топлива в цилиндры. Вы скажете, что, мол, все дизели имеют впрыск топлива, но современники В-2 использовали «опосредованный» впрыск, когда топливо поступало в вихрекамеру или форкамеру, там смешивалось с воздухом и, воспламеняясь, перетекало в основную камеру сгорания. У дизеля В-2 был прямой впрыск, то есть топливо подавалась сразу в камеру сгорания, очерченную характерной формой поршня, — рискованная технология для того времени.

Огневая поверхность поршня имеет форму, которая в профиль повторяет очертания факелов впрыскиваемого топлива

Поделиться

Прямой впрыск ухудшает смесеобразование, поэтому первые прототипы В-2 здорово дымили — Греты Тунберг тогда ещё не было, но дымность волновала инженеров, потому что демаскировала танк. Кроме того, воспламенение топлива внутри цилиндра происходило очень жёстко, перегружая детали поршневой группы и снижая ресурс. В общем, добиться надёжной работы такого дизеля значительно сложнее, чем бензинового карбюраторного мотора.

Поскольку гоночные машины ездят с большими перегрузками, некоторые модификации мотора Ferrari использовали систему смазки с сухим картером: масло не плескалось в поддоне, как у обычного двигателя, а сразу откачивалось в специальный бак. Такую же систему смазки использовал дизель В-2 — на уклонах и ухабах в обычном поддоне масло бы постоянно отливало от приёмника.

Мотор Ferrari выглядел, как произведение искусства

Поделиться

Двигатель V12 Ferrari был красив: в развале блока цилиндров располагались карбюраторы c раструбами воздушных патрубков, по наружной стороне блоков шла система выпуска. Похожая компоновка применяется в «Формуле-1» до сих пор.

Дизель В-2 — ничего лишнего 

Поделиться

Но столь же хорош был дизель В-2, и всё в нём располагалось на своих местах: в развале блока находился топливный насос высокого давления и впускные патрубки, снаружи — выпускные коллекторы. На вид такая конструкция очень проста, но эта простота стала следствием эволюции.

Механический центробежный компрессор дизеля В-46 — прямого потомка В-2. Наддув позволил увеличить мощность в полтора раза

Поделиться

Для участия в «Формуле-1» двигатель V12 Ferrari форсировали установкой приводных нагнетателей. Дизель В-2 изначально был атмосферным, но его потомки, которые выпускаются до сих пор, получили разные системы наддува.

Например, на модификации В-92 для танков Т-90 используются двойные турбокомпрессоры (мощность — 1000+ л. с.), на версии В-46 — приводной центробежный нагнетатель (мощность — 780 л. с.).

Конечно, сравнивать два столь разных мотора сложно, тем более строились они под разные технические задания. Например, удельная форсировка мотора Ferrari достигала 180 лошадиных сил с литра, тогда как у В-2 она была раз в пятнадцать ниже. Но это объясняется скорее спецификой использования, ведь для танкового дизеля важнее тяга, в том числе с низких оборотов, плюс достаточный ресурс, ремонтопригодность и множество других нюансов.

Но если абстрагироваться от деталей, моторы В-2 были столь же технически изощрёнными, как V12 от первых Ferrari, которые участвовали в «Формуле-1». И оба мотора — и В-2, и V12 Ferrari — вошли в историю благодаря победам машин, на которые их ставили. Только одни побеждали в войне, другие — на гоночных трассах.

Иногда в самом деле жаль, что гений советских людей (и их потомков) так редко использовали для создания вещей, доступных простым смертным.

Сочленённый вездеход «Витязь»: двигатель из нашего репортажа ремонтируют для установки на такой аппарат

Поделиться

Кстати, вот те самые плавающие вездеходы «Витязь», которые поражают воображение и размером, и проходимостью.

А вот репортаж из цехов, где во время войны собирали танки.

Если вы любите истинную мощь, вам понравится рассказ о грузовиках размером с трёхэтажный дом.

Двигатель боевого танка В-2 | Лицензия | Транспортировка

Такт впуска

Такт впуска выполняется, когда поршень удаляется от верхнего центра. до н.м.т. Так как объем цилиндра над поршнем в это время увеличивается, давление в нем становится меньше атмосферного и воздух заполняет цилиндр через открытые впускные клапаны. Однако из-за сопротивления в трубопроводе и в воздухоочистителе, где воздух очищается от пыли, и ряда других причин среднее давление в цилиндре на такте впуска будет меньше атмосферного на 0,1-0,25 кгс/с. см², а значит, масса воздуха, поступающая в цилиндр, будет чуть меньше максимально возможной.

Масса воздуха уменьшается, в частности, при уменьшении плотности наружного воздуха, которая меняется с увеличением высоты и температуры. Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива его необходимо подавать в цилиндр в количестве, определяемом исходя из фактической массы воздуха в цилиндре в конце такта впуска.

Увеличение количества топлива, сжигаемого в цилиндре за цикл, является основным средством увеличения мощности двигателя. Требуемое увеличение массы воздуха, поступающего в цилиндр, осуществляется за счет установки на впускном трубопроводе нагнетателя, который подает в цилиндр воздух под давлением, превышающим атмосферное давление.

Такт сжатия

Такт сжатия происходит, когда поршень движется вверх от Нм: t. к в.м.т. Впускной и выпускной клапаны закрываются, и воздух в цилиндре начинает сжиматься. К концу такта сжатия давление в цилиндре достигает 35–42 кгс/см², а его температура повышается до 500–600 °С; в двигателях с наддувом параметры воздуха составляют 45–64 кгс/см² и 900–1000°С соответственно. Указанной температуры достаточно для воспламенения топлива, а потому в это время оно начинает распыляться в цилиндр. Смешиваясь с воздухом, топливо образует рабочую смесь, которая самовозгорается. К моменту прибытия поршня в вм.т. начинается интенсивный процесс сгорания топлива.

Давление в цилиндре безнаддувного двигателя повышается до 70-85 кгс/см², а температура — до 1700-1900°С. В двигателях с наддувом — 80-90 кгс/см² и 2000-2300°С соответственно .

Такт расширения (рабочий ход)

Такт расширения происходит, когда поршень движется вниз от ВМТ. под действием расширяющихся газов, давящих на поршень. К концу такта давление газов в цилиндре снижается до 2,5-3,0 кгс/см², а температура падает до 800-1000°С.

Такт выпуска

Такт выпуска происходит, когда поршень движется вверх, когда выпускные клапаны открыты и выхлопные газы выбрасываются из цилиндра. По мере своего движения поршень очищает цилиндр от выхлопных газов, выталкивая их наружу. На этом рабочий цикл завершается и баллон снова подготавливается к приему порции свежего воздуха, т.е. может начинаться новый рабочий цикл.

Четыре цилиндра, восемь поршней и без клапанов: встречайте новый танковый двигатель Cummins мощностью 1000 л.с.

Сэм Перселл

05:3016 Август 2020

0

В вооруженных силах США появится новое поколение двигателей, и оно может проложить путь к более мощным и эффективным двигателям для более широкого применения.

Он называется Advanced Combat Engine (ACE). Совместная разработка Cummins и Achates Power, он радикально отличается от обычного дизельного двигателя, который мы все знаем. Это результат контракта на сумму 47,4 миллиона долларов США, направленного на производство двигателя следующего поколения для использования в военных целях.

Противоположные поршни

Вместо того, чтобы иметь шесть или восемь поршней в отдельных цилиндрах, все в ряду или V, вращающем общий коленчатый вал, в этой новой конструкции двигателя в каждом цилиндре размещено два поршня. Эти поршни работают друг напротив друга, разделяя одну и ту же топливно-воздушную смесь и получая в результате сгорание.

Горизонтально расположенные друг напротив друга, каждая сторона поршня вращает собственный коленчатый вал. Эти коленчатые валы соединены с помощью зубчатых передач, которые затем вращают один выходной вал.

Двигатели с оппозитными поршнями — идея не новая. Некоторые, возможно, помнят Commer Knocker 1950-х и 1960-х годов и знают самолеты Junkers 1920-х и 1930-х годов. Однако этот новый дизайн привносит в современный мир старую идею, способную повысить мощность, эффективность и выбросы.

Четыре цилиндра этого дизельного двигателя составляют 14,3 литра общего объема, с пиковой мощностью 1000 лошадиных сил (745 кВт) при 2600 об/мин. Этому числу, несомненно, способствуют два турбонагнетателя и нагнетатель с зубчатым приводом. Да, двухзарядный, как у старого Фольксвагена 1.4TSI.

Двигатель будет модульным для больших и малых приложений, при этом упоминается четырехлитровая версия мощностью 223 кВт. Станьте больше благодаря 20-литровому 12-поршневому агрегату мощностью 1118 кВт.

Этот новый двигатель будет сочетаться с более эффективной трансмиссией для танков, эффективность которой с точки зрения потери мощности может составлять до 90 процентов. Джон Тасдемир из Центра систем наземных транспортных средств армии США сообщил журналу National Defense Magazine , что некоторые танковые трансмиссии могут быть неисправны на 55 процентов.

Нет клапана?

Неа. Фактически, из-за оппозитной компоновки поршней у этого двигателя вообще нет головки блока цилиндров. Вместо этого он использует двухтактный цикл горения, как ваш нож для взбивания на заднем дворе. Это означает, что топливо и воздух всасываются, сгорают и выбрасываются за два хода поршня, что вдвое быстрее, чем в более распространенном четырехтактном двигателе.

Вместо использования таких вещей, как распределительные валы, клапаны и подъемники для управления потоком газа и сжатием, продукты сгорания перемещаются в цилиндр и из цилиндра через порты, стратегически расположенные на стенках цилиндра. Когда поршни движутся вверх и вниз во время работы, эти порты эффективно открываются и закрываются. Входящий воздух вытесняет выхлопные газы, а затем топливо впрыскивается в камеру сгорания, когда поршни сближаются друг с другом.

Опять же, двухтактные дизельные двигатели не являются новой конструкцией. Такие компании, как Detroit, много лет добивались больших успехов в больших и мощных двухтактных дизельных двигателях для больших грузовиков. Мощные старые детройтские дизели никогда не считались лидерами по эффективности и выбросам.

Гибридная мощность

Этот новый боевой двигатель будет включать гибридную трансмиссию со встроенным стартер-генератором, который находится между двигателем и трансмиссией. Заявлено, что он имеет доступную мощность до 160 кВт и сможет питать вспомогательную силовую систему на 600 вольт с литий-ионными батареями.

Рекламируется, что эти батареи нового поколения обеспечивают вдвое большую удельную мощность при четверти веса и могут работать в десять раз дольше, чем свинцово-кислотные батареи. массовой электрификации легкового и коммерческого транспорта для дорожного движения.

Такая система имеет больший потенциал в будущем для военной техники, например, режим EV для бесшумной работы: Тасдемир поясняет:

«Наш следующий набор программ сосредоточен на электрификации боевых машин, включая гибридные системы, которые могут обеспечить бесшумную мобильность. и эти долгие периоды молчаливого наблюдения, — сказал он. «Чем лучше у нас есть хранилище, тем дольше мы можем быть мобильными или тем дольше бесшумные часы. Так что это, безусловно, ступенька к этой способности».

Больше эффективности

Этот двигатель нового поколения с оппозитным расположением поршней примерно на 25% лучше расходует топливо и отводит тепло по сравнению с обычным дизельным двигателем. Это связано с лучшим тепловым КПД за счет двух поршней и отсутствия головки цилиндров, что также позволяет улучшить конструкцию «камеры» сгорания.

Эта конструкция с оппозитными поршнями эффективно увеличивает удельную мощность двигателя, что означает, что он развивает большую мощность для данного размера, веса и мощности. Для сравнения, собственный B9 Cummins03 — это 14,8-литровый V8 с углом развала цилиндров 90 градусов, который развивает максимальную мощность в 750 лошадиных сил с двойным турбонаддувом.

Двигатель ACE более компактен и имеет коробчатую форму, что обеспечивает более компактную общую компоновку по сравнению с V-образным или рядным двигателем, особенно с точки зрения общей высоты. Это означает, что вокруг этого более мощного и компактного двигателя будут разработаны новые платформы с чистым листом, с дополнительным пространством, маневренностью, возможностями или броней.

Приложения

На данный момент этот двигатель ACE планируется использовать в боевой машине Bradley и бронемашине M88, хотя меньшие и большие итерации могут использоваться в различных приложениях. Achates Power также разрабатывает 2,7-литровый вариант двигателя для невоенного использования, который был установлен на тестовом Ford F-150. Этот размер составляет 201 кВт и 650 Нм, и рекламируется как более эффективный, чем обычно используемый.

Существует также 10,6-литровый вариант для грузовиков, который принес компании Achates Power грант в размере 9 миллионов долларов США, обеспечивая мощность 335 кВт и крутящий момент 2372 Нм. Наряду с таким огромным крутящим моментом Achates Power заявляет о снижении выбросов CO2 на 15% и снижении выбросов NOx на 90%.

3 Изображения

1/3 2/3 3/3

Сэм Перселл пишет об автомобилях, полноприводном вождении и кемпинге с 2013 года, и одержим всем, что крутится, дольше, чем он может вспомнить.

Posted inДвигатель