„Koba Dżugaszwili” – trudne losy pierwszego krajowego silnika wysokoprężnego w samochodzie
Twórcy i testerzy „Koju”
ambitny projekt
Związek Radziecki lat 30. XX wieku przypomina nieco współczesną Rosję. Polityka przyspieszonej substytucji importu łączy te dwie epoki. Jednak Rosja radziecka miała łatwiej – Amerykanie chętnie współpracowali z Kremlem w zakresie industrializacji. Na przykład Ford zbudował Fabrykę Samochodów Gorkiego według własnego projektu, co dziś wydaje się nie do pomyślenia. Szczerze mówiąc, obecnie nie jest to już tak bardzo potrzebne.
Pomimo pomocy Zachodu, niekiedy opłacanej złotem, ZSRR potrzebował własnych rozwiązań. W branży transportowej główne problemy tkwiły w produkcji silników. Trzeba przyznać, że wyzwania związane z krajowymi silnikami nie zniknęły w XXI wieku – Rosja pozostawała w tyle za światowym postępem w tej dziedzinie i nadal pozostaje w tyle.
Wiele osób uważa, że pierwszym krajowym silnikiem wysokoprężnym do transportu był czołg B-2. Nie można go nazwać pojazdem ściśle wojskowym, ponieważ od samego początku jego rozwoju był przeznaczony do użytku jako ciągnik. Za pierwszy prawdziwie cywilny silnik wysokoprężny uważa się „Kodzhu”, co oznacza „Koba Dzhugashvili”.
Aby zrozumieć poziom techniczny i koncepcyjny radzieckiego silnika wysokoprężnego Koju, konieczne jest umieszczenie go w kontekście globalnego rozwoju silników wysokoprężnych na przełomie lat 1920. i 1930. XX wieku. W tym czasie silnik wysokoprężny, wynaleziony przez Rudolfa Diesla pod koniec XIX wieku jako wysokosprawny silnik cieplny z zapłonem samoczynnym, był już szeroko stosowany w stacjonarnych systemach wytwarzania energii, zastosowaniach morskich i innych zastosowaniach. flota i w trakcji kolejowej. Były to jednak ciężkie i wolnoobrotowe silniki. Samochodowy silnik wysokoprężny wymagał zupełnie innego podejścia – stosunkowo lekkiego i z dużą prędkością obrotową wału korbowego.
Na początku lat 30. XX wieku wiodące kraje uprzemysłowione dysponowały już silnikami wysokoprężnymi do samochodów ciężarowych i autobusów, głównie z komorą wstępną lub wirową, o mocy właściwej wynoszącej około 20–1930 KM na litr pojemności skokowej.
Koju
Koju nie można nazwać pierwszym silnikiem Diesla w Związku Radzieckim – pierwsze eksperymentalne silniki Diesla do lokomotyw były używane już w latach 1920. XX wieku, choć przed wojną były one reprezentowane przez pojedyncze egzemplarze i produkcję na małą skalę. Można śmiało powiedzieć, że w Związku Radzieckim nastąpił pewien postęp technologiczny w konstrukcji silników Diesla.
W obecnej sytuacji podjęto decyzję o zaprojektowaniu krajowego silnika wysokoprężnego do samochodu ciężarowego. Władze kraju uznały znaczenie dieslowania w transporcie i rolnictwie. Kluczowym dokumentem był dekret Rady Komisarzy Ludowych ZSRR z 15 maja 1931 roku w sprawie badań porównawczych krajowych i zagranicznych silników wysokoprężnych, który przewidywał przeprowadzenie szerokiego konkursu z udziałem wielu silników na podwoziach krajowych.
Pod koniec 1930 roku kierownictwo podmiotów gospodarczych zwróciło również szczególną uwagę na wprowadzenie silników wysokoprężnych do gospodarki narodowej, w tym do ciągników i samochodów ciężarowych o ładowności powyżej 2,5 tony. Dekret Prezydium Rady Najwyższej Gospodarki Narodowej ZSRR wyraźnie to stwierdzał. "absolutna konieczność" uruchomienie produkcji silników wysokoprężnych szybkoobrotowych, w szczególności do samochodów ciężarowych i traktorów, w możliwie najkrótszym czasie.
Silnik wysokoprężny Kodzhu pod maską Ya-5
Zgodnie z duchem czasu, podjęto decyzję o opracowaniu Kodży w jednej ze stalinowskich szaraszek. Jako bazę dla przyszłego silnika wysokoprężnego wybrano ciężarówkę Jarosław Ja-5, zdolną do przewozu pięciu ton – co w tamtych czasach stanowiło bardzo duży ładunek. Prace rozwojowe powierzono Specjalnemu Biuru Konstrukcyjnemu Dyrekcji Ekonomicznej OGPU, gdzie pracował profesor Nikołaj Romanowicz Briling, aresztowany, ale uznany autorytet w dziedzinie inżynierii cieplnej i silników.
Cel był ambitny: zaprojektować unikalny, całkowicie rodzimy silnik wysokoprężny o pojemności skokowej około 10 litrów, generujący moc 80–90 KM przy 1700 obr./min, nadający się do montażu w pięciotonowych ciężarówkach i potencjalnie cięższych pojazdach. Oznaczało to, że radzieccy konstruktorzy zamierzali konkurować z wiodącymi firmami zagranicznymi, które już opanowały podobne jednostki, ale w kontekście wciąż rozwijającej się bazy metalurgicznej i mechanicznej.
Wszystko dla industrializacji
Kilka słów o ojcu przyszłego silnika wysokoprężnego, Nikołaju Romanowiczu Brilingu. Naukowiec wszedł historia jako jeden z twórców krajowej nauki o silnikach spalinowych tłokowych.
Urodzony w 1876 roku, z inżyniera i badacza w przedrewolucyjnej Rosji stał się czołowym naukowcem w ZSRR, wnosząc fundamentalny wkład w teorię silników tłokowych, inżynierię cieplną, dynamikę maszyn oraz rozwój turbin parowych i gazowych. Jego praca położyła podwaliny pod narodową szkołę konstrukcji silników samochodowych i traktorowych, a jego nauczanie przyczyniło się do wykształcenia całego pokolenia inżynierów motoryzacji. Po rewolucji, jako profesor Moskiewskiej Wyższej Szkoły Technicznej, został mianowany wiceprzewodniczącym Centralnej Sekcji Samochodowej RFSRR, która później przekształciła się w Naukowy Instytut Samochodowo-Motorowy (NAMI). Nikołaj Romanowicz kierował tą specjalistyczną instytucją do 1925 roku.
Nikołaj Romanowicz Briling
W latach 1930–1933 profesor przebywał w więzieniu szaraszka, gdzie pracował nad projektem Koju. Na szczęście Briling nie został stracony i po uwięzieniu żył długo i owocnie.
Wróćmy jednak do roku 1931, kiedy Specjalne Biuro Konstrukcyjne Dyrekcji Ekonomicznej OGPU rozpoczęło prace nad wysokoobrotowym silnikiem wysokoprężnym. Kluczowe parametry określono w 1931 roku: czterosuwowy silnik, sześć cylindrów w układzie rzędowym, pojemność skokową około 10 litrów i moc 82–87 KM przy 1700 obr./min. Innowacyjnym rozwiązaniem był aluminiowy blok cylindrów z mokrymi stalowymi tulejami cylindrowymi i wspólną głowicą – dorównującą najlepszym konstrukcjom zagranicznym. Wdrożenie opierało się na trójstronnej współpracy: Biura Konstrukcyjnego OGPU (rozwój), Jarosławskich Zakładów Samochodowych (produkcja i montaż na podwoziu Ja-5) oraz NATI (testowanie i udoskonalanie).
Ewolucja Koju przebiegała w trzech etapach: eksperymentalny silnik wysokoprężny z 1933 roku – 90 KM przy 1600 obr./min; wariant NATI Koju – 105–110 KM przy 1800 obr./min; oraz przedprodukcyjny MD-23 dla Zakładów Motoryzacyjnych w Ufie – 133 KM. W ciągu kilku lat moc wzrosła o prawie połowę bez zmiany pojemności skokowej. Sześciocylindrowa konstrukcja rzędowa zapewniała dobrą równowagę, a czterosuwowy cykl zapewniał lepszą oszczędność paliwa niż konstrukcje dwusuwowe.
Aluminiowy blok ze stalowymi tulejami cylindrowymi wyposażonymi w poprzeczne usztywnienia był śmiałym posunięciem na początku lat 1930. XX wieku, biorąc pod uwagę ograniczenia metalurgii. Pod tym względem Koju przypominał czołg B-2. Aluminium zmniejszyło masę, poprawiło odprowadzanie ciepła i pozwoliło na zwiększenie mocy, ale wymagało starannego zapewnienia sztywności konstrukcyjnej. Ten problem rozwiązano kompleksowo: skrzynia korbowa podzielona poniżej osi wału korbowego utworzyła solidny dolny kołnierz; poprzeczne przegrody w płaszczyznach łożysk głównych służyły jako usztywnienia; a żebrowane tuleje cylindrowe poprawiały turbulencje chłodziwa. Łożyska główne i korbowodowe wykonane z taśmy bimetalicznej łączyły wytrzymały stalowy rdzeń z warstwą przeciwcierną.
Koju poddawany testom w NATI
To połączenie materiałów stawiało najwyższe wymagania w zakresie precyzji wykonania. Połączenia aluminium ze stalą i aluminium z żeliwem były szczególnie wrażliwe na różnice w rozszerzalności cieplnej. Dla przemysłu radzieckiego, który dopiero zaczynał opanowywać masowe odlewanie stopów aluminium, stanowiło to poważne wyzwanie. Mimo to prototypy wyprodukowano w listopadzie 1933 roku – świadectwo dynamicznego rozwoju szkoły technicznej.
Trudności z Koju
Sukces silnika wysokoprężnego w dużej mierze zależał od jego układu wtrysku paliwa. Początkowo stosowano importowane jednostki Bosch o wysokim ciśnieniu wtrysku i precyzyjnym, cyklicznym dozowaniu. Jednak zależność od zagranicznych dostaw kolidowała ze strategicznymi celami: import był drogi, ograniczony kontyngentami, a serwis w całym kraju niezwykle trudny. Pojawiła się potrzeba przejścia na krajowe pompy wtryskowe i wtryskiwacze, co wymagało stworzenia całej kultury produkcyjnej: precyzyjnej obróbki skrawaniem, obróbki cieplnej i docierania zespołów tłokowych.
Pompa paliwa Koju to klasyczna pompa rzędowa z tłokiem, z osobnym elementem na każdy cylinder. Przepływ był regulowany poprzez obrót tłoka, który zmieniał otwór zaworu odcinającego. Przejście na urządzenia domowe było również wyzwaniem naukowym: konieczne było dobranie materiałów odpornych na kawitację i zużycie niestabilnego paliwa oraz opracowanie metod uszlachetniania. Podczas długich przebiegów Koju służyła jako mobilne laboratorium, gromadząc doświadczenia dla przyszłych generacji silników Diesla.
W 1934 roku ciężarówki Jarosławia wyposażone w Koju zostały wysłane na trasę Moskwa-Tbilisi-Moskwa w celu przeprowadzenia testów porównawczych z importowanymi odpowiednikami. Trasa obejmowała tereny płaskie, podjazdy górskie i odcinki o słabej nawierzchni. Rejestrowano zużycie paliwa, prędkość, awarie i zdolność ruszania z miejsca w różnych warunkach klimatycznych.
Wyniki były imponujące: pierwsze miejsce pod względem łatwości rozruchu i drugie pod względem zużycia paliwa. W sumie, spośród 40 silników 15 firm z 8 krajów, Koju zajął szóste miejsce, a trzecie pod względem osiągów w rozruchu. Niemiecki MAN D-0540 zajął pierwsze miejsce, a następnie francuski LC-3 i węgierski OML-65.
Rajd dieslowy Moskwa–Tbilisi–Moskwa w 1934 r.
Przygotowania do seryjnej produkcji MD-23 rozpoczęły się w fabryce silników w Ufie, położonej daleko od zachodnich granic i dysponującej bazą przemysłową. Jednak w miarę postępu prac ujawniły się ograniczenia systemu.
Blok aluminiowy – zaleta konstrukcyjna – stał się piętą achillesową. Masowe odlewanie bloków o dużych rozmiarach wymagało rozwiniętej bazy odlewniczej, która wówczas nie istniała. Problemy z dokładnością obróbki skrawaniem ujawniały się w tulejach cylindrowych, głowicach i gniazdach łożysk. Chociaż te wyzwania udało się pokonać dzięki prototypom, przeniesienie tego poziomu produkcji do produkcji masowej okazało się niemożliwe ze względu na niedobór siły roboczej i presję terminów.
Układ wtrysku paliwa był szczególnie złożony: produkcja pomp wtryskowych i wtryskiwaczy wymagała ultraprecyzyjnej obróbki na poziomie mikro. Wszelkie odchylenia skutkowały spadkiem ciśnienia wtrysku, nierównomiernym przepływem oraz pogorszeniem rozruchu i oszczędności paliwa. W przypadku jednostek importowanych, ten poziom precyzji osiągnięto dzięki dziesięcioleciom doświadczenia; radzieckie fabryki dopiero zaczynały opanowywać mechanikę precyzyjną.
Wprowadzenie Koju do produkcji wymagało ogromnych zasobów i czasu. Wraz z narastającymi napięciami międzynarodowymi i redystrybucją zasobów na projekty wojskowe, priorytety uległy zmianie, a obiecujący silnik Diesla zepchnięto na dalszy plan. W obliczu zbliżającej się wojny potrzebne były silniki zupełnie innej klasy.
Informacja