Танковый дизель со встречно движущимися поршнями: за и против

Советский дизель 5ТД и его многочисленные более поздние модификации – 5ТДФ, 5ТДФМ, 5ТДФМА и серия 6ТД, даже сейчас обладает выдающимися характеристиками. У агрегата самый низкий силуэт в мировом танковом дизелестроении – всего 581 мм. В итоге удельная мощность моторно-трансмиссионного отделения 5ТДФ составляет 265 л.с./м3. По этому параметру мотор до сих пор имеет мало конкурентов. Подобные характеристики обеспечены нетрадиционной схемой мотора – двухтактный дизель со встречно движущимися поршнями. В подавляющем большинстве танковых дизелей мы видим V-образную компоновку с одним коленчатым валом, но у моторов серии 5ТД коленвалов сразу два. Пара поршней располагается горизонтально и движется навстречу друг другу в одном цилиндре. Фактически это позволяет инженерам «экономить цилиндры». Так, одна из модификаций украинского мотора под индексом 6ТД-1, построенная вокруг шести цилиндров, развивает 1 000 л. с. при рабочем объеме всего в 16,3 литра. Для сравнения: у российского двенадцатицилиндрового дизеля В-92С2 (фактически форсированный В-2) при сходной мощности рабочий объем более 38 литров. Естественно, удельный расход топлива несоизмерим – у российского мотора 212 г/э.л.с.ч против украинских 158 г/э.л.с.ч.

Т-72 с харьковским дизелем

Компоновка моторно-трансмиссионного отделения Т-72 с В-46 и 5ТДФМА-1. Источник: otvaga2004.ru

Ни в коем случае не пропагандируя уже фактически мертвую украинскую школу моторостроения, продолжим разбор механики работы дизеля со встречно движущимися поршнями. Серия 5ТД строилась исключительно на принципах двухтактного рабочего цикла – для реализации этого в стенках цилиндра предусматривались отверстия для отвода выхлопных газов и впуска воздуха. Это так называемая прямоточно-щелевая продувка цилиндров, которая во многом и является самым главным недостатком мотора. Но об этом позже, а пока несколько бонусов описываемой схемы мотора. В приложении к танку Т-64 мотор 5ТД позволил отказаться от промежуточного редуктора (гитары) – крутящий момент от коленчатых валов передается на коробки перемены передач. А это экономия массы, внутреннего объема и повышение надежности за счет исключения сложного узла из конструкции. В 2010 году инженеры Харьковского бронетанкового ремонтного завода в инициативном порядке установили на Т-72 экспериментальный на тот момент дизель 5ТДФМА-1. Мотор был разработан в Харьковском КБ двигателестроения. Этот 1050-сильный далекий потомок 5ТД превосходил в мощности штатный В-46-6 сразу на 270 л. с. и был гораздо компактнее. В итоге в МТО нижнетагильского танка вошел не только украинский мотор, но еще и вспомогательная силовая установка на 15 л. с. Учитывая немалый расход топлива танков в «дежурном режиме» (В-46 – до 19 кг/ч, 5ТДФ – до 17 кг/ч), а также не самый большой ресурс основного танкового дизеля, наличие малогабаритной силовой установки совсем не лишнее. Стоит напомнить, что разместить дополнительные моторы в МТО нижнетагильских танков невозможно. В лучшем случае это решается монтажом дизеля в бронекожухе на надгусеничной полке. В то же время именно дополнительный дизель позволяет танку длительное время находиться в боевой готовности без расхода ресурса основного дизеля. Тепловая сигнатура такого затаившегося танка также гораздо меньше, чем при работающем основном дизеле. Харьковчане очень изящно решили проблему холодного пуска основного дизеля. По сути, вспомогательный дизель играет еще и роль предпускового подогревателя – у моторов общий контур системы охлаждения.

Харьковский гибрид – Т-72 с мотором 5ТДФМА-1. Источник: otvaga2004.ru

Из фундаментальных преимуществ моторов со встречно движущимися поршнями особо выделяется низкая удельная теплоотдача в охлаждающую жидкость и масло. Это следствие низких тепловых потерь через стенки цилиндров, что позволяет значительно эффективнее сжигать топливную смесь. В сравнении с уральским В-46-6 харьковский 5ТДФМА-1 имеет на 30 % меньшую теплоотдачу. Как отмечают инженеры, это стало возможно за счет того, что «конструкция с оппозитными поршнями создает более благоприятное соотношение площади камеры сгорания и объема, увеличенное соотношение удельных теплоемкостей из-за более обедненных рабочих условий, которые стали возможны благодаря двухтактному циклу, и уменьшенная продолжительность сгорания, достижимая при фиксированной максимальной скорости повышения давления из-за более низкой плотности выделяемой энергии двухтактного двигателя». Что это означает? Это означает, что при сохранении штатных радиаторов танка Т-72, мощность мотора 5ТДФМА-1 не будет падать вплоть до +55 градусов наружного воздуха. Украинский мотор по принципу работы более «жаркий» и отлично себя чувствует при температуре охлаждающей жидкости более 100 градусов. К сожалению, отечественные танки в таких экстремальных условиях серьезно снижают мощность мотора из-за не справляющейся системы охлаждения. Украинцы добивались этого эффекта на «гибридном» танке в надежде на экспорт в южные страны. Для этой же цели в освободившееся место моторного отсека Т-72 поставили кондиционеры.

5ТДФМА-1 для Т-72. Источник: ukrmil.blogspot.com

В южных странах без эффективной системы охлаждения рабочего пространства экипажа очень непросто и людям, и технике, в частности, при нагреве до +55 °С начинают сбоить тепловизоры. По данным харьковских конструкторов, гибрид Т-72 с сердцем от Т-64 оказался на редкость годной машиной – время разгона до максимальной скорости сократилось на 15 %, средняя скорость выросла на 10 %, расходы масла и топлива упали, соответственно, на 30 % и 10 %. Но все далеко не так просто.

Где же 5ТДФ?

Если украинские моторы со встречно движущимися поршнями так хороши, то почему мы не видим их под капотами военной и гражданской техники? У харьковчан в свое время была разработана целая линейка двухтактных дизелей, способных заменить традиционные моторы на армейской технике, начиная с УАЗа. Например, для БТР и БМП созданы варианты трехцилиндрового 3ТД мощностью от 300 до 600 л. с. Однако на бронетранспортеры БТР-4Е и 4МВ1 украинцы ставят 450-сильные Deutz. Также в разработке были и автомобильные 4ДТНА1 и 2 мощностью 90–110 л. с. Фактически единственным дизелем с двумя коленвалами и встречными поршнями является 1200-сильный 6ТД-2, который с незначительными изменениями устанавливается на Т-80УД, Т-84 «Оплот» и БРЭМ-84 «Атлет». Но даже этот мотор украинские инженеры не смогли довести до нормальной эксплуатационной годности. Как утверждали исследователи Харьковского национального технического университета, у мотора до сих пор присутствуют существенные недостатки. Во-первых, неудовлетворительный запуск при низких температурах – не помогает даже автономный факельный подогрев и дозированный масловпрыск, которые дополнительно еще и увеличивают расход ГСМ. Во-вторых, отмечают харьковчане, электрический пуск 6ТД-2 гораздо менее надежен, нежели воздушный моторов серии В-46. В-третьих, бескассетные инерционные очистители воздуха циклонного типа не в полной мере справляются со своей работой, особенно в запыленных условиях. Конструкторы изначально предпочли снизить сопротивление во впускном тракте в ущерб степени очистки воздуха. Дело в том, что харьковские моторы, в отличие от уральских, требуют больше воздуха – около 1,6 кг/с у 5ТДФА против 1,2 кг/с у В-46. Следствием такого инженерного просчета стал ускоренный пылевой износ цилиндро-поршневой группы. Пытались монтировать дополнительную систему очистки и датчики пылевого износа, но особого эффекта это не дало. Фактически украинским танкам требуется массивная системы воздухоочистки, практически нивелирующая все преимущества моторов подобной схемы. Сверхплотная компоновка МТО танков «Оплот» не позволяет разместить дополнительные кассеты фильтров, что делает проблему пылевого износа практически не решаемой на данный момент.

Тот самый двигун 6ТД-2. Источник: yablor.ru

К мнению харьковских инженеров стоит добавить несколько конструктивных недостатков моторов со встречно движущимися поршнями. Когда поршневые кольца проходит впускные и выпускные канала, увеличивается износ стенок цилиндра – причина в уменьшении опорной поверхности кольца. Кроме этого, конструкторам приходится удлинять юбку поршня для размещения хотя бы одного маслосъемного кольца, которое не должно проходить каналы впуска и выпуска. Из-за высокого температурного режима поршней на стороне выхлопа приходится предусматривать внутреннее охлаждение узла. До сих пор эти проблемы не устранены конструкторами. Несмотря на очевидные плюсы конструкции мотора со встречно движущимися поршнями, на данный момент это решение еще очень сырое. Вполне вероятно, что именно распад Советского Союза и последовавшее за этим разобщение инженерного потенциала страны не позволили довести революционную для танкостроения конструкцию до совершенства.