ИСТОРИЯ АВТОМОБИЛЯ В РОССИИ

Двигатели

Как правило, базовая конструкция двига-теля сменяется на производстве гораздо реже, чем базовая конструкция автомобиля, на кото-ром он применяется. Это объясняется сложностью и дороговизной специализированных оснастки и станочного парка, необходимых для массового выпуска двигателей. Отсюда - культ неприкосновенности поточного производства, который тем основательней, чем больше капиталовложений и трудозатрат в его организацию.

Тем не менее в первые послевоенные годы в силу сложившихся обстоятельств все автомобильные заводы были ориентированы на выпуск новых моделей и, естественно, новых силовых установок к ним. Таким образом, появилось полностью отличное от прежних поколение отечественных автомобильных двигателей как бензиновых, так и газовых и дизельных. В общей сложности на протяжении 1945-1955 гг. выпускалось шесть их базовых конструкций.

Среди бензиновых выделим пять конструкций. Одна - постоянно эволюционировавший двигатель "Москвич-400" (позже - модели "401" и "402" с диапазоном мощностей 23-36 л. с.).

Другая объединяла семейство четырех- и шестицилиндровых двигателей ГАЗ, унифицированных между собой и различавшихся степенью форсировки. Они имели ряд мощ-ностей от 50 до 90 л. с.

Третье семейство объединяло шестици-линдровые двигатели ЗИС-120 для грузовиков, машин повышенной проходимости ЗИС-121, ЗИС-123 и автобусов ЗИС-124. При неизменном рабочем объеме их диапазон мощностей варьировался от 90 до 110 л. с. Особняком стоял восьмицилиндровый двигатель ЗИС-110 для легкового автомобиля высшего класса. Логичным было бы унифици-ровать его с двигателем ЗИС-120 в качестве восьмицилиндровой модификации. Но такой вариант оказался бы чрезмерно перетяжелен-ным по сравнению с ЗИС-110, выполненным с высокой весовой культурой. Кроме того, двигатель ЗИС-110 включал ряд нетрадицион-ных для нашей автомобильной промышлен-ности решений (гидравлические толкатели, привод распределительного вала пластинчатой цепью, демпфер крутильных колебаний). Они в известной степени оправдывали автономию этого двигателя в производственной про-грамме завода.

Двигатель "УралЗИС-5М" представлял собой модернизированный вариант довоенного мотора и в результате последовательных усовершенствований по своим показателям приближался к семейству силовых установок ЗИС-120.

Все двигатели имели удивительное сходство в отношении технических решений: чугунные головка и блок цилиндров, нижнекла-панный распределительный механизм, привод распределителя наклонным валиком, однока-мерные карбюраторы (за исключением ГАЗ-12 и ЗИС-110), автоматическое регулирование опережения зажигания, высокоэффективные устройства для фильтрации топлива и масла. Такое сочетание не являлось случайным, а вы-ражало определенный подход к конструиро-ванию двигателей, предназначенных для экс-плутации в нашей стране. Иными словами, в их технических особенностях проявлялся специфический почерк отечественной конструкторской школы.

Наличие в стране бензина с октановым числом не выше 66 (только для некоторых легковых моделей применялось высокоокта-новое топливо) предопределяло довольно низкий уровень степени сжатия (5,8-6,2). Нижнее расположение клапанов и связанная с ним форма камер сгорания делали невысо-кой удельную мощность (17-25 л. с./л), зато двигатели хорошо приспосабливались к изме-нению внешних нагрузок, являлись гибкими в работе. Соответственно названным конструк-тивным особенностям удельный часовой рас-ход топлива лежал в пределах 260-270 г/л. с. в час, причем меньший показатель соответ-ствовал двигателям с более высокой степенью сжатия (6,7-6,85). О быстроходности можно судить по довольно низкому диапазону час-тоты вращения - 2400-3600 об/мин.

Широкое использование чугуна, развитые в интересах повышения долговечности зоны подшипников коленчатого вала не способствовали снижению массы двигателей. Их мас-са с оборудованием и сцеплением, отнесенная к 1 л. с. мощности, держалась на довольно высоком уровне 3,7-5,5 кг/л. с. у двигателей грузовиков и 3,4-3,7 кг л. с. у более форси-рованных двигателей легковых машин.

Для своего времени эти силовые агрегаты отличались довольно высокой долговечностью. Этому способствовали полноопорные колен-чатые валы двигателей ЗИС, "сухие" гильзы цилиндров из кислотоупорного чугуна двигателей ГАЗ и "Москвич-401", закалка шеек ко-ленчатого вала, вентиляция внутренних полостей картера.

Нельзя, однако, не признать, что конструкция двигателей рассматриваемого периода была лишена оригинальности, новаторских решений. Так, в отечественном авиамоторостроении уже в конце 30-х и 40-х гг. применялись турбонаддув, два распределительных вала в головке, четыре клапана на цилиндр, гильзы цилиндров "мокрого" типа, впрыск топлива. Но весь богатый опыт авиамоторостроения оставался практически недоступным для автомобильной промышленности из-за режима секретности, который в период сталинщины стал почти самоцелью. В итоге результаты многих исследовательских и экспериментальных работ, уже не представлявших интерес для авиапромышленности, были уничтожены и таким образом вычеркнуты для любого практического использования в другях отраслях. Такая судьба постигла весьма интересные бесшатунные двигатели С. С. Баландина, построенные в 1946-1949 гг.

В тех редких случаях, когда в автомобильную промышленность приходили конструкторы из других отраслей, как Г. М. Вассерман, Э. О. Лорент, И, И. Окунев, А. А. Смолин, они привносили с собой опыт и эрудицию, которые в сочетании с возможностями автомобильных заводов сразу давали ощутимые результаты.

Опыт и знания Игоря Ивановича Окунева, накопленные в конструкторской работе на мотоциклетных заводах ИМЗ в Ирбите и ММЗ в Москве, практика постройки опытных двигателей для гоночных мотоциклов дали начало свежим техническим решениям, проявившимся, например, в семействе малолитражных верхнеклапанных экспериментальных двигателей "Москвич" моделей "404", "405", "406" периода 1953-1956 гг.

Остается сожалеть, что выводы, полученные при проектировании и постройке гоночных моторов Э. О. Лорента, А. В. Сирятского, А. И. Пельтцера, не получили развития в серийных моделях. Поэтому несколько десятков лет спустя автомобильная промышленность вынуждена была на пустом месте накапливать знания по созданию головок с двумя распределительными валами, приводными нагнетателями, клапанами с натриевым охлаждением.

ГА3-51Ф с форкамерно-факельным двигателем. 1955 г.

 

Газогенераторный грузовик "УралЗИС-21А". 1950 г.

 

Опытный газовый двигатель для ГАЗ-51. 1951 г.

ем не менее нельзя пройти мимо интересных экспериментальных разработок автомобильных заводов. Это золотниковое газораспределение, штампованные блоки цилиндров, форкамерно-факельный рабочий процесс. Опытные работы по нему наша автомобильная промышленность развернула в начале 50-х гг. по предложению Института физической химии Академии наук СССР, ученые которого провели фундаментальные исследования воспламенения обедненной горючей смеси факелом горящей смеси обычного состава. Применение в автомобильном двигателе сильно обедненной смеси (с коэффициентом избытка воздуха до 1,5-1,6) позволяет обеспечить хорошую полноту сгорания (отсюда меньшее содержание вредных примесей в отработавших газах) и лучшую экономичность (на 15%). Эксперименты с двигателями с двухступенчатым зажиганием смеси (так их тогда именовали) вели в начале 50-х гг. НАМИ, ЗИС и ГАЗ, причем в начале 60-х гг. небольшая партия фургонов на шасси ГАЗ-51 и автобусов была направлена в Москву и Сочи для опытной эксплуатации.

Двигатель ГАЗ-51 Ф с форкамерно-факельным зажиганием получил новую верхнеклапанную головку цилиндров с тремя клапанами на цилиндр и сдвоенный карбюратор. Несмотря на высокую экономичность, он обладал трудноустранимыми в те годы недостатками. Мощность - 80 л. с. при 3000 об/мин. Что касается двигателей ЗИС-120Ф, то они испытывались в конце 1954 г. опытным пробегом протяженность 6000 км и показали себя на 31 % экономичней бензиновых двигателей ЗИС-120 традиционного типа.

Серийно силовые установки с форкамерно-факельным зажиганием выпускались в ограниченных количествах. А газовые двигатели сходили с конвейера. Ими оснащались грузовые автомобили "Урал-ЗИС-21 А", "УралЗИС-352", ГАЗ-51 Б, ЗИС-156, ГАЗ-51Ж и ЗИС-156А. Первые два являлись газогенераторными модификациями моделей "УралЗИС-5В" и "Урал-ЗИС-5М" соответственно. Газогенераторная установка была довольно тяжелой (460 кг), а двигатель, несмотря на повышенную до 7,0 степень сжатия, развивал мощность всего 45 л. с. Грузоподъемность автомобиля понизилась на полтонны.

Поскольку "УралЗИС-21 А" и "УралЗИС-352" эксплуатировались преимущественно на лесоразработках, специалисты НАМИ в 1952 г. испытали опытный образец лесовозного газогенераторного автомобиля повышенной проходимости- ЗИС-151Г. Серийное производство его не было организовано.

С освоением богатых месторождений природного газа возникла реальная возможность использовать его в качестве моторного топлива. Для работы на сжатом газе заводы в 1949 г. начали выпуск газовых модификаций для наиболее распространенных моделей грузовиков: ГАЗ-51Б и ЗИС-156, работающих на сжатом газе, а в 1953-1954 гг. модификаций ГАЗ-51 Ж и ЗИС-156А, использующих сжиженный газ.

Сама по себе установка, состоящая из баллонов с запасом топлива и газовой аппаратуры для ГАЗ-51А была очень тяжелой - 390 кг, для ГАЗ-51 Ж ее масса составляла 145 кг. А это, в свою очередь, означало снижение на такую же величину грузоподъемности. Кроме того, газовая модификация двигателя развивала по сравнению с бензиновой заметно меньшую мощность: на 20-22% при использовании сжатого газа и на 10-11% при использовании сжиженного.

В связи с переходом авиации на реактивные двигатели в народном хозяйстве в середине 50-х гг. начало высвобождаться большое количество высокооктанового бензина. Это открыло пути для перевода автотранспорта на такое топливо, позволив повысить степени сжатия проектировавшихся новых бензиновых двигателей до 6,7-7,0. Одновременно менее актуальной стала замена бензина газовым топливом.

Двухтактный дизель ЯАЗ-206. 1950г.

 

Опытный четырехтактный дизель ДБ-43. 1954 г.

 

Паровой грузовик НАМИ-012. 1948 г.

менявшиеся на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах двухтактные дизели с непосредственным впрыском топлива и приводными нагнетателями оказались для отечественных условий эксплуатации не идеальными. Силовые установки ЯАЗ-204 (четыре цилиндра) и ЯАЗ-206 (шесть цилиндров) развивали мощность соответственно 110-135 л. с. и 165-205 л. с. при 2000 об/мин. Формально они обладали неплохими удельными показателями: литровая мощность - 23,5-29,5 л. с/л., часовой расход топлива - 205 г/л. с. Правда, им была присуща значительная удельная масса (5,5-7,8 кг/л, с.), они требовали высокой культуры обслуживания, обладали недостаточно высоким моторесурсом. Эти обстоятельства дали толчок к проектированию более перспективных дизелей, работающих по четырехтактному циклу.

В этой связи закономерен вопрос, почему не использовалась шестицилиндровая разновидность дизеля известного семейства В-2, тем более, что одна из них-двенадцатицилинд-ровый двигатель Д-12А с чугунным блоком цилиндров устанавливали на самосвалах МАЗ-525?

Попытки применения шестицилиндровых (19100см³, 150л. с. при 1500 об/мин) дизелей Д-6, однотипных с Д-12А, известны. Так, в 1947 г. в Магаданской области под руководством инженеров С. С. Толкачева и Ю. Л. Ба-куревича реконструированные ими дизели Д-6 были смонтированы на тягачах "Даймонд" взамен вышедших из строя двухтактных дизелей "Джиэмси-6-71" (аналогичных ЯАЗ-206). Несмотря на чугунный картер, дизель Д-6 был легче (850 кг против 1 280 кг) и, хотя развивал меньшую (на 15 л. с.) мощность, был заметно экономичнее (190 г/л. с. в час против 205). Но высокая себестоимость этого сложного двигателя и малый моторесурс делали его широкое внедрение нецелесообразным.

Когда в самом начале 1954 г. в НАМИ состоялось представительное совещание по автомобильным дизелям с участием потребителей, оно сделало важный вывод: двухтактные дизели ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 по всем показателям отстают от четырехтактных и дальнейшее развитие отечественного автомобильного дизелестроения следует ориентировать на четырехтактные конструкции. К этому времени под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Н. Р. Брилинга уже шла разработка семейства четырехтактных быстроходных дизелей ДБ-43 и ДБ-64. Их конструкция предусматривала малое отношение хода поршня к диаметру цилиндра (0,85-0,88), неразделенную камеру сгорания, роликовые коренные подшипники коленчатого вала, гильзы цилиндров "сухого" типа. Эти дизели развивали высокую удельную мощность (22-23 л. с.) и были очень экономичны (удельный расход топлива - 170 г/л. с. в час).

Доводка, постройка опытных образцов ДБ и их испытания тянулись очень долго. Н. Р. Бри-линг, один из горячих сторонников дизелиза-ции автомобильного парка, с нетерпением ожидал постройки опытных образцов. По рассказам очевидцев, к тому времени он, почти полностью потерявший зрение, приезжал к началу дорожных испытаний и в буквальном смысле ощупывал каждый дизель, смонтированный на машине.

Двигатели ДБ-43 и ДБ-64 во время дальнего испытательного пробега, проведенного в середине 50-х гг. на машинах ЗИС-150, ЗИС-151 и "УралЗИС-5М", зарекомендовали себя весьма экономичными и надежными. Однако вопрос об их серийном производстве тогда так и не был решен, как, впрочем, и другого четырехтактного дизеля ЗИС-МД7 конструкции П. В. Сметанникова. Этот шести-цилиндровый (7140 см1, 125 л. с. при 2200 об/мин) двигатель с гильзами "мокрого" типа и семиопорным коленчатым валом был вихре-камерным. Удельный расход топлива составлял около 180 г/л. с. в час.

ЯАЗ же оставался верным двухтактному циклу и вел опытно-конструкторские работы по дизелям с петлевой продувкой. Что касается НАМИ, то его специалисты (С. Б. Чисто-звонов и др.) развернули работы над четырехтактными V-образными дизелями НАМИ-019, на базе которых впоследствии было создано семейство двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238. Первые опытные образцы ЯМЗ-236 были собраны в декабре 1958 г.

Параллельно с работами по автомобильным двигателям внутреннего сгорания в конце 40-х гг. НАМИ провел эксперименты над автомобильными паровыми и электрическими двигателями. Их достоинства и недостатки довольно полно описаны в специальной литературе. Конструкторы же НАМИ стремились создать не универсальные машины с такими силовыми установками, а автомобили ограниченной области применения для условий, где недостатки этих двигателей могли бы стать менее ощутимыми, а достоинства, наоборот, более значительными.

Проектирование паровых автомобилей для лесной промышленности было поручено специальному конструкторскому бюро НАМИ, созданному в 1947 г. В него направили ряд специалистов НАМИ, ЗИСа и МЗМА. Возглавил бюро Ю. А. Шебалин.

Основой нового экспериментального автомобиля, который получил индекс НАМИ-012, стало грузовое шасси Я АЗ-200. Кабина водителя была выдвинута в зону перед управляемыми передними колесами, а паросиловую установку разместили между кабиной и грузовой платформой. Такое решение позволило получить приемлемое распределение нагрузок по осям.

НАМИ-012 в первую очередь предназначался для лесоразработок. Естественно, что техническое задание на его проектирование требовало, чтобы топливом служили дрова, а не уголь, кокс, мазут или нефть. Такая задача в мировой практике паровых автомобилей ставилась впервые. Источником пара служил водотрубный котел с конденсатором пара. Рабочее давление в котле - 25 кгс/см². Розжиг холодного котла занимал 30-35 мин.

Двигателем служила трехцилиндровая паровая машина однократного расширения и двустороннего действия. Она отличалась высоким инженерным уровнем проработки и являлась более совершенной по сравнению с двигателями последних паровых грузовиков начала 30-х гг. Ее мощность составляла 100 л. с. при 1000 об/мин.

Исключительно выгодная тяговая характеристика паровой машины позволила обойтись без коробки передач, упростить управление величиной тягового усилия на ведущих колесах.

Поскольку паросиловая установка, а также загшс воды (380 кг) и дров (380 кг) превышали почти на 1000 кг массу дизеля ЯАЗ-204, его трансмиссии и топливного бака, то грузоподъемностью НАМИ-012 вынужденно оказалась меньшей: 6000 кг против 7000 кг у ЯАЗ-200. Надо в этой связи отметить, что масса парового грузовика в снаряженном состоянии равнялась 7300 кг (у ЯАЗ-200 -6400 кг).

Габарит автомобиля: длина - 7690 мм, высота - 2600 мм, а в остальном не отличался от размеров базовой модели.

Первый экземпляр НАМИ-012 построен в конце 1949 г., второй - в середине 1950 г. Они испытывались в северных районах страны, причем один прошел без неполадок 26 тыс. км. Паровой грузовик показал высокие тяговые качества и лучшую динамику разгона, чем дизельный ЯАЗ-200. Наибольшая скорость НАМИ-012 - 45 км/ч, запас хода на одной заправке - 80 км.

Затем был спроектирован НАМИ-018, лесовозный полноприводный тягач на базе НАМИ-012. В его двухступенчатую раздаточную коробку были встроены муфты свободного хода, автоматически включавшие привод на передние колеса при начале буксования задних.

Этот тягач был рекомендован к серийному производству, но выпуск его не начался из-за отсутствия производственной базы. Чертежи машины были также переданы автомобилестроителям ЧССР и КНР для возможного промышленного освоения.

Электромобили - другое направление исследований НАМИ. Как экологически чистые машины, они предназначались для доставки почты и малых партий грузов в больших городах, то есть для перевозок на небольшие расстояния с частыми остановками. Эти условия заставляют двигатель внутреннего сгорания работать в режимах с наибольшим выбросом вредных веществ, а электромобили дают возможность при остановках подзаряжать аккумуляторы. Экспериментальные электромобили НАМИ-750 и НАМИ-751 с кузовами типа фургон грузоподъемностью соответственно 500 и 1500 кг были построены в 1948 г.

Наибольший интерес представляла модель "751". Рама в виде пространственной фермы и каркас кузова-из алюминиевых профилей. Для погрузки-выгрузки служили два боковых подъемных люка (в открытом положении они вдвигались под крышу) и задняя дверь. Ведущими являлись задние колеса, причем каждое имело индивидуальный привод через редуктор от электродвигателя мощностью 4 кВт (около 8 л. с.). Источником питания служили свинцовокислотные аккумуляторы общей массой 1100 кг. Запаса накопленной в них энергии хватало для пробега 40-50 км. Снаряженная масса НАМИ-751 - 2640 кг (на батарею аккумуляторов приходилось около 42% ее), а наибольшая скорость - 30 км/ч.

В 1951 г. Львовский автобусный завод изготовил первую партию таких электромобилей. Они эксплуатировались в Ленинграде на доставке почты с 1952 по 1958 г.

Дороговизна и малый срок службы батарей заставили провести эксперименты по применению железоникелевых аккумуляторов. По массе они практически не имели преимуществ перед свинцово-кислотными, но показали себя более долговечными и выдержали до 750 циклов зарядки. Производство электромобилей на ЛАЗе дальнейшего развития не получило - осенью 1951 г. там в новых корпусах был начат выпуск автокранов (сначала ЛАЗ-АК-32, затем ЛАЗ-690), в которых народное хозяйство испытывало острую нужду.

Что касается работ по газотурбинным автомобильным двигателям, то к 1955 г, они еще не вышли из стадии теоретических исследований.