Знаменитый 12-цилиндровый дизельный двигатель В-2 в строю уже почти век — без каких-то шести лет! Это воистину «мотор Победы», с которым мы когда-то дошли до Берлина и успешно воюем по сей день.
Как разрабатывался основной мотор советских и российских бронесил, как он устроен и как ведет себя на специальной военной операции (СВО) спустя почти век со времени разработки?
«Главный танковый»
В период с 1931 по 1939-й на Харьковском паровозостроительном заводе (ХПЗ) был разработан и подготовлен к серийному производству 39-литровый 12-цилиндровый V-образный дизельный мотор, получивший впоследствии имя В-2 и давший начало большому семейству двигателей почти на век вперед! Группой инженеров-разработчиков руководил Константин Федорович Челпан — известный советский двигателист, главный конструктор и начальник дизельного отдела ХПЗ.
Целью разработки ставилось создание универсальной силовой установки на тяжелом топливе вместо бензина, пригодной как для авиации, так и для сухопутной техники и флота. В конечном итоге для Военно-воздушных сил двигатель все же сочли недостаточно мощным на перспективу, но технические решения, изначально ориентированные в том числе на эксплуатацию в небе (четыре клапана на цилиндр, полностью алюминиевая конструкция — блок-картер, блоки цилиндров, головки блоков), сделали В-2 превосходным танковым мотором, опередившим свое время и не потерявшим актуальности спустя много десятилетий!
В-2 приводили в движение танки Т-34, КВ-1 («Клим Ворошилов-1») и КВ-2, танки семейства ИС («Иосиф Сталин»), самоходные артиллерийские установки (САУ) Су-122 и Су-85, а также десятки моделей военной инженерной техники и гражданских инженерных, строительных и вездеходных машин, многие из которых выпускаются и успешно эксплуатируются по сей день.
Кое-где можно встретить заявление, что В-2 даже был первым в мире танковым дизелем. Первым — нет, но первым реально мощным — безусловно! В годы появления В-2 дизелями оснащались польский легкий танк 7ТР и японский легкий танк Ха-го. Весили они соответственно 10 и 7 тонн, обладая рядными 6-цилиндровыми дизельными моторами на 110 и 120 лошадиных сил. Очевидно, что для серьезного среднего танка, такого как Т-34, весившего до 30 тонн, такие двигатели совершенно не подходили, в отличие от 500-сильного V-образного В-2.
Были ли «немецкие корни»?
В 1927 году Советский Союз приобрел у немецкой BMW лицензию на производство бензинового 12-цилиндрового двигателя BMW VI. В лицензию входила документация, станки и оснастка для них. Выпуск мотора, который в нашей стране получил имя М-17, был налажен в Рыбинске (Ярославская область), и перед постановкой на конвейер немецкий исходник частично доработал, немного улучшив, Александр Микулин — известный советский ученый, академик, ведущий специалист по авиационным моторам. С 30-х годов М-17 начали выпускать тысячами: ими оснащались истребители И-3 и И-7, бомбардировщики ТБ-3, танки БТ-7, Т-28, Т-35 и другая воздушная и сухопутная техника.
Мотор М-17 предполагался лишь в качестве временного промежуточного варианта — пока советские конструкторы не создадут свои аналоги. И пришедший ему на смену уже чисто советский и более современный бензиновый М-34 (конструкции опять же Микулина) появился в 1932 году.
Однако, когда дизель В-2 называют «глубоко модернизированным мотором BMW VI», звучит это несправедливо по отношению к советским инженерам! И уж тем более неприемлемы намеки злопыхателей, ехидничающих, что, дескать, слишком уж много размеров и параметров В-2 совпадали с BMW VI/М-17…
Неудивительно, что Константин Челпан и его коллектив разумно использовали уже имеющуюся в СССР оснастку от BMW, вместо того чтобы тратить драгоценное предвоенное время на ее проектирование и изготовление. Неудивительно, что задействовали коленвал и шатунно-поршневые группы, чтобы не терять время на отработку прототипов и их многочисленные переделки с устранением опытным путем крутильных и резонансных колебаний, характерных для проектирования коленвалов с нуля. Но даже эти «совпадения» меркнут на фоне того, что якобы «содранный» В-2 стал из бензинового — дизельным!
Что, в отличие от BMW VI, где были архаичные отдельные цилиндры без съемных головок, он получил более технологичные модульные блоки цилиндров и съемные головки блоков.
Что он получил производительную систему газораспределения с четырьмя клапанами на цилиндр и массу иных важных технических решений, отсутствовавших у BMW VI/М-17!
И наконец, что он смог развивать существенно более высокие обороты, нежели старый «немец»!
Так что немецкие корни В-2 настолько формальные, что никаких сомнений в самостоятельности и оригинальности конструкции Константина Федоровича Челпана нет и быть не может!
«Дизель против бензина»
Многие источники и историки говорят о дизельных моторах «тридцать четверок» — танков Т-34, как о наиболее важном факторе выживаемости наши танков в бою. Дескать, немецкие танки с бензиновыми моторами легко горели вместе с экипажем, а вот дизельные советские танки пожара боялись в куда меньшей степени, что не совсем так.
Противостояния «дизель — бензин» как такового не было — В-2 и Т-34 не создавались дизельными именно для того, чтобы получить преимущество перед немецкой бензиновой бронетехникой в плане защищенности от возгорания. Да и на поле боя возгорание топлива не стало решающим фактором успеха или неуспеха наших или немецких танков (тем более что и у нас были бензиновые модели — Т60 и Т70, например).
Просто в Советском Союзе в те годы было проще с выпуском тяжелого дизельного топлива, чем с требующим более сложного производства бензином. В Германии же — наоборот. И главными преимуществами, которые В-2 дали нашим танкам, стали именно характеристики боевой машины, определяемые инженерными достоинствами мотора — маневренность, скорость и экономичность, обусловленные высокими оборотами дизеля, удельной мощностью на килограмм массы и удельным расходом топлива! Ну и надежность и неприхотливость, разумеется.
Кстати, по поводу высоких оборотов… Как уже сказано (а также прописано в классификаторах, руководствах и иной технической литературе), В-2 является быстроходным и высокооборотным, и знакомых с двигателями современных легковых автомобилей это способно удивить. Но максимальные 2050 оборотов (2100–2200 у более поздних модификаций В-2) — это действительно много. Причем как для 30-х годов ХХ века, когда мотор проектировался, так и сегодня. Например, современный грузовой дизель Detroit DD16 (рядная «шестерка» на 15,6 литров и 608 лошадиных сил) выдает максимум мощности при 1800 оборотах в минуту, и максимум момента — при 1470 об/мин.
В-2 в строю на СВО
Как себя ведут моторы В-2 в боевых условиях спецоперации, «Армейскому стандарту» рассказал командир отделения взвода ремонта бронетехники Антон Вячеславович Александров, преподаватель кафедры «Теплотехника и автотракторные двигатели» Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).
— В сентябре 2022 года, когда была объявлена частичная мобилизация, я добровольцем призвался в ряды Вооруженных сил, был зачислен в состав 1429-го мотострелкового полка в звании младшего сержанта на должность командира отделения взвода ремонта бронетехники. Полк в составе 58-й армии выполнял боевые задачи в рамках СВО на Запорожском фронте, — рассказывает Антон Вячеславович. — На вооружении танкового батальона полка находятся газотурбинные танки Т-80У; их ремонт — основная задача взвода ремонта бронетехники.
Но и машин с дизельными моторами В-2 достаточно: бронированные тягачи БТС-4 на шасси танка Т-55; путепрокладчики БАТ-2; мостоукладчики МТУ и т.п. — они все на моторах В-2 и их модификациях. Мне довелось как следует покопаться в их внутренностях, и я отмечу, что изучение конструкции этих легендарных двигателей — интересный и ценный опыт даже для специалиста-моториста с большим стажем!
При разборе двигателя В-2 первое, что бросается в глаза из интересных решений, — это различия в шатунах правого и левого блока цилиндров. Шатуны с правой стороны — традиционного, скажем так, типа — стоящие на шатунных шейках коленвала. А шатуны левой стороны прикреплены… к правым! Они так и называются — «прицепные шатуны». Они тоньше и легче, хотя и поршни на них, и нагрузки точно такие же.
Ход прицепных шатунов и, соответственно, рабочий объем их цилиндров незначительно меньше, но на симметричность почти 40-литрового V-образного двигателя подобных масштабов это практически не влияет. Зато такое решение позволяет разгрузить шатунные шейки, на которых при более традиционной конструкции V-образного двигателя размещается сразу по два шатуна — по одному с каждой головки. Разгрузка шатунных шеек (и в первую очередь их вкладышей) важна при работе мотора на масле низкого качества, что случается в полевых условиях на военной технике. Разгруженная шейка в меньшей степени рискует пострадать от проворота вкладыша в неблагоприятных условиях.
Шатун традиционного типа левой головки и прицепной шатун правой хорошо видно в разрезе мотора.Любой современный моторист, наверное, будет шокирован, увидев, как на В-2 крепятся шатуны к коленвалу! Обычно шатун крепится к шатунной шейке «колена» на двух болтах (или на четырех, в случае особо крупных двигателей) через бугель — полукруглую скобу. Но у мотора В-2 бугель крепится к ответной части шатуна не на продольных болтах, а на двух поперечных штифтах, которые проходят через полукруглую часть шатуна и его бугель. Штифты слегка конические в сечении и просто забиваются молотком до упора, не имея никакой дополнительной фиксации. И не вываливаются, несмотря на сумасшедшие разнонаправленные нагрузки, которые претерпевает шатун при работе, да еще и на дизельном моторе, закрепленном на раме бронемашины жестко, без резиновых опор!
Для чего так сделано? В первую очередь, видимо, для уменьшения высоты двигателя и улучшения его компоновки.
Еще одно любопытное решение В-2, не встречающееся на современных моторах, — полное отсутствие цепных (не говоря уж о ременных) передач! Для вращения распредвалов от шестерни на коленчатом валу приводятся в движение идущие к головкам блоков цилиндров стержневые валы — как в триммере для кошения травы.
Коническая шестерня на конце вала вращает один распредвал (в каждой головке их пара), а от него, через прямую шестерню, вращается второй. Такие же валики с конусными шестернями идут и к маслонасосу, топливному насосу высокого давления (ТНВД), помпе, генератору. Подобная схема несколько усложняет мотор и делает его шумнее, но при этом надежнее.
В-2 оснащен четырьмя клапанами на цилиндр — продвинутое решение для тех лет! В некоторых источниках говорится, что такая схема изначально была нужна для использования мотора в том числе в авиации, но после того как стало ясно, что системное его применение на самолетах отменяется, клапанный механизм решили не переделывать.
И это иногда ставят в упрек создателям двигателя: дескать, существенной пользы на танке от четырехклапанной конфигурации нет, а, убрав половину, мотор можно было бы упростить и отчасти облегчить. Я же считаю, что решение оставить четырехклапанный вариант было верным — два клапана меньшего диаметра открывать легче, чем один крупный. В такой схеме снижается нагрузка на привод распредвала и уменьшается инерция клапанов.
Практически все моторы для танков и самолетов (а на «гражданке» — спортивных раллийных и кроссовых автомобилей) выполняются по схеме с так называемым «сухим картером», и В-2 не исключение. Если в гражданских двигателях в поддоне картера содержится моторное масло, которое забирается оттуда насосом и стекает обратно после циркуляции по парам трения, то у В-2 масло, стекающее в картер, сразу откачивается насосом в промежуточный маслобак и из него подается далее по кругу. Это необходимо для предупреждения отлива масла от заборника насоса, когда техника сильно кренится или испытывает влияние центробежной силы — танк штурмует неровности рельефа, а самолет заходит в пике или на вираж.
Кстати, масляный насос мотора В-2 (шестеренчатого типа с наружным зацеплением шестерен) можно снять для ремонта или замены без снятия картера двигателя — он удобно закреплен на его внешней стороне! Насос трехсекционный, состоящий из трех пар шестерней. Две секции работают на откачивание масла из поддона в бак, одна — на подачу масла из бака к агрегатам двигателя.
Также в системе смазки В-2 имеется дополнительный электрический маслонасос. Он включается на короткое время перед пуском двигателя, чтобы прокачать систему и нагнать масло в пары трения, дабы коленвал и распредвалы не крутились «насухую» и не возникал риск «прихвата». Впрочем, это не означает, что дизельный мотор становится в этом случае зависимым от заряда (или наличия) аккумулятора. Если условия — экстремальные и нужно, к примеру, с буксира запустить заглохший танк вообще без АКБ, то его просто берут и пускают с буксира — без прокачки маслом.
— Что еще можно отметить из интересных особенностей В-2? Например, тот факт, что традиционных для современного автопрома съемных одноразовых фильтров масла и воздуха на В-2 нет — вспоминает Антон Вячеславович. — Фильтр масла — это барабан-центрифуга, в котором масло под давлением завихряется, а частицы загрязнений отбрасываются от центра к периферии барабана, где и скапливаются. Такое решение применялось раньше повсеместно (и применяется до сих пор) на самых разных автомобилях — от магистральных грузовиков, до компактов с моторами-воздушниками, как «Фольксваген-Жук» или «Запорожец».
Антон Александров устанавливает двигатель В-2 на мостоукладчик.Воздушный фильтр похож по принципу действия на масляный, но еще больше — на пылесос с циклонным накопителем. Да еще и с системой… самоочистки! Всасываемый во впускные коллекторы воздух закручивается циклоном, и крупные частицы пыли опадают на дно фильтра. Мелкие застревают в пропитанном маслом проволочном фильтре-«мочалке», а мусор, упавший на дно циклона, подхватывается эжекционным (высасывающим) потоком воздуха из специально подведенных трубок от выхлопа, и пыль уносится через глушитель наружу.
От современных автомобильных моторов В-2 отличает еще и отсутствие термостата в системе охлаждения. Система охлаждения представляет собой единый контур, а ее эффективностью в зависимости от температуры окружающей среды управляет водитель, открывая или закрывая жалюзи перед радиаторами. Сделано так опять же для повышения надежности.
Собственно, заложенный в мотор огромный ресурс обеспечивает его безотказность. Практически все проблемы В-2 и его модификаций, которые мне встречались, вызваны не механическими поломками или износом, а потерями антифриза и последующими перегревами, связанными зачастую с тем, что техника использовалась с длительного хранения. Например, трескаются резиновые патрубки внешней обвязки системы охлаждения — благо их легко менять, поскольку они все обладают простой прямой формой и просто режутся по размеру из дюритового шланга нужного диаметра. В отличие, к примеру, от современных автомобильных моторов, где резиновые патрубки порой имеют сложнейшую причудливую форму и массу отводов.
Еще одно слабое место (хотя слабость тут не конструктивная, а связанная именно с возрастом моторов!) — это утечки антифриза по стыку блока цилиндров и головки. Прокладки головки блока на В-2 в ее современном понимании нет — гильзы цилиндров на стыке с головкой уплотнены медными кольцами, а стыки каналов охлаждения между блоков и головкой — резиновыми втулками, «бочонками». Так сделано для упрощения технологического процесса изготовления компонентов двигателя, и опять же для надежности — традиционная прокладка между головкой и блоком, как на всех современных моторах, на 500-сильном В-2 в 40-е годы требовала бы слишком ответственного подхода при изготовлении…
«Бочонки» со временем теряют эластичность и начинают подтекать — возникает риск потери антифриза и перегрев. Заметив течь, мы снимаем головки блоков, «рубим» бочонки из подходящей резины высечками, отжигаем новые медные кольца и ставим головы обратно прямо в полевых условиях.
