Двигатель 5тдф: технические характеристики

Примечания

  1. Саенко М. В., Чобиток В. В. Основной боевой танк Т-64. — М.: Экспринт, 2002. — ISBN 5-94038-022-0.
  2. В. В. Поликарпов, На пути ко второму поколению советских послевоенных танков, с. 19.
  3. В. В. Поликарпов, Создание танка Т-64 (фрагменты истории), с. 20.
  4. В. В. Поликарпов, Создание танка Т-64 (фрагменты истории), с. 22.
  5. В. В. Поликарпов, Создание танка Т-64 (фрагменты истории), с. 23.
  6. В. В. Поликарпов, Создание танка Т-64 (фрагменты истории), с. 24.
  7. ↑ Защита танков. Под редакцией В. А. Григоряна. М.: Издат. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007, с. 118—119. ISBN 978-5-7038-3017-8.
  8. При том, что огнём из 115-мм пушки Д-68 оперённым подкалиберным снарядом индекса 3БМ5 и кумулятивным снарядом индекса 3БК8 на дальности 1500…2000 м обеспечивалось пробитие брони всех современных на тот момент танков в лобовой проекции
  9. А. В. Карпенко, Обозрение отечественной бронетанковой техники (1905—1995), с. 324.
  10.  (недоступная ссылка). Дата обращения 17 июня 2019.
  11. Карцев, Л. Н. Воспоминания Главного конструктора танков//«Техника и вооружение» 2008, №№ 1-5, 8, 9, 11. — 2008.

Российский танковый двигатель 5ТДФ

Допустим, сын спросит вас:


В последнее время появилось немало крутых изобретений, и все эти наддувы-впрыски кажутся удивительными… если не знать историю. Ибо самый удивительный мотор, о котором я знаю, был сделан в Советском Союзе и, как вы догадались, не для «Лады», а для танка Т-64. Он назывался 5ТДФ, и вот несколько удивительных фактов.

Он был пятицилиндровым, что само по себе необычно. У него было 10 поршней, десять шатунов и два коленчатых вала. Поршни двигались в цилиндрах в противоположных направлениях: сначала навстречу друг другу, потом обратно, снова навстречу и так далее. Отбор мощности осуществялся с обоих коленчатых валов, чтобы было удобно для танка.

Двигатель работал по двухтактному циклу, и поршни играли роль золотников, открывавших впускные и выпускные окна: то есть никаких клапанов и распредвалов у него не было. Конструкция была гениальной и эффективной – двухтактный цикл обеспечивал максимальную литровую мощность, а прямоточная продувка — высокое качество наполнения цилиндров.

Ко всему прочему 5ТДФ был дизелем с непосредственным впрыском, где топливо подавалось в пространство между поршнями незадолго до момента, когда они достигали максимального сближения. Причем, впрыск осуществлялся четырьмя форсунками по хитрой траектории, чтобы обеспечить мгновенное смесеобразование.

Но и этого мало. Двигатель имел турбокомпрессор с изюминкой — огромных размеров турбина и компрессор размещались на валу и имели механическую связь с одним из коленчатых валов. Гениально — в режиме разгона компрессор подкручивался от коленчатого вала, что исключало турбояму, а когда поток выхлопных газов как следует раскручивал турбину, мощность от нее передавалась на коленчатый вал, повышая экономичность мотора (такая турбина называется силовой).

Ко всему прочему, мотор был многотопливным. То есть, мог работать на дизельном топливе, керосине, авиационном топливе, бензине или любой их смеси.

Плюс к этому в движке были применены еще полсотни необычных решений, вроде составных поршней со вставками из жаропрочной стали и системы смазки с сухим картером — точь в точь как у гоночных автомобилей.

Все ухищрения преследовали две цели — сделать мотор максимально компактным, экономичным и мощным. Для танка важны все три параметра: первый облегчает компоновку, второй улучшает автономность, третий – маневренность.

Результат вышел впечатляющим: при рабочем объеме 13,6 литра в самой форсированной версии мотор развивал более 1000 л.с. Для дизеля 60-х годов это был великолепный результат. По удельной литровой и габаритной мощностям мотор превосходил аналоги других армий в несколько раз. Я видел его вживую, и компоновка действительно поражает воображение — прозвище «Чемодан» ему очень идет. Я бы даже сказал «плотно набитый чемодан».

Он не прижился из-за чрезмерной сложности и дороговизны. На фоне 5ТДФ любой автомобильный мотор — даже от Bugatti Veyron — кажется каким-то донельзя банальным. И чем черт не шутит, техника может сделать виток и снова вернуться к решениям, когда-то использованным на 5ТДФ: двухтактному дизельному циклу, силовым турбинам, многофорсуночному впрыску.

Началось же массовое возвращение к турбомоторам, которые одно время считались слишком сложными для неспортивных автомобилей.

Конструкция 5ТДФ


5ТДФ – двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом, имеющий 5 рабочих цилиндров. В некоторых источниках его конфигурацию ошибочно называют оппозитной, но на самом деле мотор относится к категории двигателей со встречным движением поршней. Особенностью моторов такого типа является использование 2 поршней на 1 цилиндр, то есть, 5ТДФ имел 10 поршней, расположенных в 5 «котлах».

Схема работы мотора со встречным движением поршней Gfycat

У двигателя нет классических головок цилиндров, так как по бокам (он имеет горизонтальную ориентацию) располагаются картеры с коленчатыми валами. Именно за близкую к прямоугольной, плоскую форму (ширина ДВС, «лежащего» в МТО танка, гораздо больше его высоты), военные прозвали этот двигатель «чемодан».

Вид двигателя в рабочем положении Двигатель 5ТДФ. Техническое описание. М – 1977

Коленчатых валов у 5ТДФ два, но главный крутящий момент (70%) развивается только на одном. Оставшиеся 30% передаются на него со второго вала через главную передачу. Кроме того, один коленвал жестко связан с турбокомпрессором, помогая ему раскручиваться на малых оборотах. За счет жесткой связи также осуществляется нагнетание топлива и отсос отработанных газов.

Схема впуска-выпуска 5ТДФ Двигатель 5ТДФ. Техническое описание. М – 1977

У 5ТДФ отсутствует ГРМ в классическом понимании: никаких распредвалов, клапанов и толкателей. Поршни, движущиеся внутри цилиндра навстречу друг другу, а потом в противоположные стороны, при подходе к ВМТ (верхней мертвой точке) всасывают, сжимают топливо до его воспламенения и выпускают отработанные газы. В процессе этого они делают по два хода (вперед-назад или влево-вправо – тут смотря с какой стороны посмотреть), то есть, мотор двухтактный.

Так как ВМТ смещена относительно центра цилиндра в сторону одного из валов, поршни движутся несимметрично. Благодаря этому впускное и выпускное окна открываются не одновременно. Когда один поршень подходит к НМТ (нижней мертвой точке) – он открывает окно впуска, через которое турбина подает воздух, а затем (при проходе ВМТ) форсунки впрыскивают горючее, которое воспламеняется от воздуха, нагретого давлением в цилиндре.

Далее поршень, находящийся со стороны впуска, продолжает движение к поршню со стороны выпуска, тот продвигается в том же направлении, открывает выпускное окно, и движется к своей НМТ, после чего меняет направление. Когда он закрывает выпускное окно – поршень со стороны впуска открывает впускное, турбина нагнетает воздух, который снова сжимается встречно движущимися поршнями, и рабочий цикл мотора повторяется.

Циклы работы 5ТДФ Двигатель 5ТДФ. Техническое описание. М – 1977

Описание

Первый оппозитный двигатель был создан ОгнеславомКостовичем в 80-х годах 19 столетия для обустройства дирижабля «Россия». В 20 веке был сконструирован и запатентован двухтактный оппозитный мотор, который был высоко оценен мастерами из Европы.

Оппозитный двигатель.

После определенный доработок двигатель устанавливался на мотоциклы, легкую авиацию и отечественные танки. В послевоенное время агрегатом интересовались такие компании как Porsche, VW, Subaru и AlfaRomeo.

По сравнению с ранними моделями и прототипами, нынешние моторы прошли череду доработок и усовершенствований, которые продолжаются и по сей день благодаря FujiHeavyIndustries.

Субару экспериментировало с количеством цилиндров, и нашла оптимальный вариант — 6-ти цилиндровый двигатель. Наиболее известными моделями оппозитных агрегатов являются:

  • «Боксер» — поршни постоянно равноудаленные друг от друга;
  • ОРОС — Opposed Piston Opposed Cylinder — поршни попарно двигаются навстречу.
  • 5 ТДФ — двухтактный многотопливный ДВС.

По сути, процесс работы двигателей такого типа не отличается от работы агрегатов другого типа конструкции. В свою очередь, такое расположение цилиндров имеет свои достоинства, равно как и недостатки.

Оппозитный мотор Субару.

Рассмотрим, некоторые технические характеристики оппозитных моторов, которые устанавливались на Subaru:


EJ 25 2.5

Наименование Характеристики
Производитель Gunma Oizumi Plant
Марка мотора EJ 25 2.5
Объём 2.5 литра (2457 см куб)
Мощность 155-300 л.с.
Диаметр цилиндра 99.5
Количество цилиндров 4
Количество клапанов 16
Степень сжатия 8.2 (EJ257) 8.4 (EJ255) 8.7 (EJ257) 9.5 (EJ25D 1996) 9.7 (EJ25D 1997-1999) 10.1 (EJ251/EJ252/EJ253) 10.7 (EJ254)
Расход топлива 10.4 литра на каждые 100 км пробега в смешанном режиме
Масло для мотора 0W-30 5W-30 5W-40 10W-30 10W-40
Ресурс 250+ тыс. км
Применяемость, кроме Форестера Subaru Impreza (WRX/STI) Subaru Legacy/Outback Subaru Baja SAAB 9-2X

Достоинства

Компактность. Разработка данного типа моторов начиналось именно с желания сохранить как можно больше пространства под капотом, а уменьшение высоты позволило достигнуть заданной цели.

Расположение основных элементов оппозитного мотора.

Почти полное отсутствие вибрации достигается за счет «оппозитного» размещения поршней.

Ресурс мотора в среднем составляет от 500 000 км до первого КР. Разумеется, на это число влияет манера вождения, и можно встретить «счастливчиков», которые дожили до 800 000.

Данная конструкция обеспечивает низкий центр тяжести, что особенно ценно в спортивных авто, которым нужно обеспечивать высокую устойчивость.

Недостатки

Наиболее ощутимой проблемой для владельцев субаровских оппозитников является приличная стоимость обслуживания и невозможность совершения «домашнего» ремонта. Также ощутим тот факт, что из-за большого количества модификаций моторов взаимозаменить деталь не представляется возможным.

Неудобства доставляет и процесс шлифования шейки коленвала, который необходимо выполнять не специальном оборудовании. Не стоит забывать и об увеличенном расходе моторного масла, по сравнению с рядными «коллегами».

Эксплуатация оборудования

Так как какое-то время данный двигатель все же использовался, то есть определенная инструкция по его применению

Здесь достаточно большое внимание отводится материалам, а именно топливу, которое необходимо заливать. Хоть прибор и является многотопливным, основным видом его рабочей жидкости все же стал дизель

Выбор марки основывался на температуре окружающей среды. Так, если температура была не ниже +5 градусов по Цельсию, то использовалась марка дизельного топлива для быстроходных дизелей ДЛ. При показателях от +5 до -30 градусов по Цельсию использовалась другая марка — ДЗ. Если же в разгар зимы температура опускалась ниже отметки в -30 градусов по Цельсию, то использовалось топливо ДА.

Отдельно стоит добавить, что марка топлива ДЗ могла использоваться еще и в том случае, если температура превышала отметку в +50 градусов. Как и в любом другом двигателе, в этом использовалось масло, которое допускалось всего двух типов. Основным считалось М16-ИХП-3, однако если его не было в наличии или отсутствовала возможность его доливки в нужный момент, то его можно было заменять жидкостью МТ-16п. Однако при замене одного вида смазочного вещества на другое приходилось полностью сливать остаток предыдущего с картерной коробки, а только потом заливать новое. Оппозитные двигатели 5ТДФ были уникальными еще и по этим нескольким причинам.

Многотопливный оппозитный двигатель 5ТДФ советских танков моделей Т-64, T-72. Характеристики

В этой статье мы рассмотрим довольно интересный двигатель — 5ТДФ, который был разработан по спецзаказу для танков Т-64 и T-72 советской эпохи. Это был на тот момент довольно оптимальным вариантов танкового двигателя, совмещая достаточную мощность и компактность. При частоте вращения коленвала 2.000 об.\мин. и с рабочим объёмом 13.6 литров, 5ТДФ выдаёт 700 лошадок, что для того времени более чем впечатляет – более того, это ровно тому, когда, допустим 1,3-1,4литровый мотор малолитражки развивает 70 сил что был отличным показателем 80-90х гг., и неплохим в 2000х, то есть этот мотор не является низкофорсированным! 5ТДФ — оппозитного, о пяти цилиндрах, с десятью поршнями при диаметре 120мм… Наверно вы подумали, как же пятицилиндровый с десятью — это опечатка – ан нет! Действительно это так, но обо всём поподробнее.

Все настоящие оппозитные моторы, как правило, имеют двухтактный цикл работы, и поэтому 5ТДФ не составляет исключение.

Однако для начала, следует объяснить, что такое оппозитный или «плоский» двигатель, самое главное, как это в его пяти цилиндрах могут находиться и работать десять поршней. Этот «оппозит» имеет два коленвала, которые расположены друг напротив друга, к примеру, если вам удалось видеть оппозитные моторы Субару, то представьте себе аналогичный же двигатель.

Теперь о самом интересном — вместо головок цилиндров поставим по коленвалу, а внутрь двигателя на место коленвала вставим пять больших цилиндров, в которых поршня будут двигаться друг другу на встречу, и в миг достижения верхней мёртвой точки, происходит впрыск топлива. Как и полагается, при этом, у двухтактных двигателей, такт сжатия и рабочий ход совершаются за раз, то есть происходят при каждом полным обороте коленвала. Как известно, в четырёх-тактных двигателях это происходит не через один оборот. У каждого коленвала своя индивидуальная «трансмиссия», каждая из которой приводит в действие одну из гусениц. Если весь процесс происходит в течение действия одного оборота коленвала, то тогда встает вопрос каким же образом и когда же успевают происходить процессы впуска и выпуска? Ответ кроется в вентиляции цилиндров 5ТДФ, в которой применяется газовая турбина для отсоса выхлопных газов, и простую систему ракушки турбонаддува (правда, не совсем уж очень простую). У всей этой газораспределительной системы имеется механический привод. Что насчёт скорости вращения турбин, то она жестко и напрямую зависит от количества оборотов мотора (коленвала). Вот так и происходит вентиляция и избавление от выхлопных газов в цилиндрах 5ТДФ: Как и полагается на всех двухтактникам, когда поршни достигают нижнюю мёртвую точку, в цилиндрах этого мотора открывается по три вентиляционных окна с каждой стороны для продувки цилиндра – это такая имитация выпускных клапанов у «четырёхтактника».

А теперь о том, зачем необходимы турбины: • турбина наддува, или турбонаддува – им выполняется обычные «турбофункции», такие как подача чистого воздуха под давлением в цилиндры, которое создается в специально предназначенной части блока цилиндров, и известен под названием продувочный ресивер. • газовой турбиной — высасываются отработавшие газы, создаются вакуум необходимой величины в своём коллекторе, благодаря  чему гарантируется лучшая вентиляция цилиндров. Чтобы более понятно объяснить данный процесс вентиляции цилиндров этого «пятицилиндровика» о десяти поршнях, то можно описать сие действие так – воздух влетает в одну дырку, из другой вылетает.

Цели двигателя


Естественно, что после такого технического описания 5ТДФ у многих может возникнуть вопрос о том, зачем же создавался данный силовой агрегат, какие цели преследовали его создатели.

Все эти изменения преследовали всего несколько довольно четко сформулированных целей. Во-первых, мотор должен был быть как можно более компактным, во-вторых, он должен быть экономичным. Однако самое главное — это получить достаточную мощность для работы такого средства, как танк

Важность данных требований объясняется следующим. Компактность может значительно облегчить компоновку танка, а значит, его можно будет быстрее собирать на заводе

Экономичность значительно влияет на автономность танка, то есть уменьшает потребность в частой дозаправке. Мощность же для силового агрегата танка важна тем, что она увеличивала такой важный параметр, как маневренность.

Результаты работы

Все старания конструкторов и ученых, которые разрабатывали данную модель двигателя, вовсе не прошли даром, результат работы был достаточно впечатляющим. Рабочий объем агрегата составлял всего 13,6 литра, но в самом форсированном состоянии он обладал мощностью более чем в 1000 л.с. Так как этот мотор эксплуатировался еще в 60-е годы, то данный результат считался выше всяческих похвал. По своей удельной литровой мощности, а также по габаритной мощности это изобретение превосходило любые другие изобретения любой армии в мире в несколько раз. Из-за его компоновки данное устройство довольно часто называли «чемодан».

Выпускается ли сейчас двигатель 5ТДФ? Справедливо будет сказать, что этот силовой агрегат все же не прижился, несмотря на все свои весомые преимущества. Он был достаточно сложен в исполнении, а к тому же был очень дорогим.

Доработка мотора

Двигатель пытались создать из материалов, которые ранее не применялись для постройки дизелей. Например, блок цилиндров делали из алюминия, и он, не выдерживая испытаний на стенде, постоянно трескался. Большая мощность заставляла легкий несбалансированный мотор сильно вибрировать.

Танк БТ-5, на котором проводились испытания дизеля, так и не дошел своим ходом до полигона. Дефектовка мотора показала, что был разрушен блок картера, подшипники коленчатого вала. Для того чтобы конструкция, воплощенная в бумаге, перекочевала в жизнь, нужны были новые материалы. Оборудование, на котором делались детали, также не годилось. Не хватало класса точности изготовления.

В 1935 году Харьковский паровозостроительный завод пополнился опытными цехами по производству дизелей. Устранив какое-то количество недоработок, мотор БД-2А был установлен на самолете Р-5. Бомбардировщик поднимался в воздух, но низкая надежность двигателя не позволяла его использовать по назначению. Тем более что к тому времени подоспели более приемлемые варианты авиационных двигателей.

Подготовка дизеля к установке на танк шла с трудом. Приемную комиссию не устраивала высокая дымность, которая была сильным демаскирующим фактором. Кроме того, большой расход топлива и масла был неприемлем для военной техники, которая должна отличаться большим запасом хода без дозаправки.

Оценка проекта

Разработанный в основе своей в 30-х годах дизель В-2 и его последующие модернизации даже по состоянию на начало XXI века характеризуются высокими удельными параметрами, их удельная масса составляет всего 1,9 кг/л. с.(для В-2), а удельный расход топлива — 160-175 г/л. с.·ч . Недостатки же обусловлены главным образом технологическими и иного характера ограничениями, имевшимися на момент разработки двигателя и его постановки в производство, в частности:

  • неэффективная работа маслосъёмных колец устаревшей конструкции — как следствие, большой расход масла на угар — 20 г/л. с.·ч;
  • унаследованная от авиационного проекта схема 4 клапанов на цилиндр, ненужная при меньшей мощности;
  • сложная схема приводов распределительных валов, содержащая большое количество механических передач (в 1930-х годах ещё не существовало приводных цепей, способных работать на высоких скоростях) — как следствие — повышенный уровень шума, низкий ресурс, сложность в обслуживании;[источник не указан 2818 дней]
  • сложный сборный коленвал, стоимость которого составляет около 30 % от всего двигателя — в 1930-х годах ещё не существовало способов объёмной штамповки столь крупных деталей;
  • неэффективная система электростартерного пуска (низкий КПД стартёра СТ-712, неоптимальное передаточное число).
  • высокая скорость роста давления на поршневую группу (так называемая жёсткость работы двигателя), ведущая к уменьшению общего ресурса. Причина этого в не совсем эффективном смесеобразовании, которое обусловлено в большой мере выбранной формой камеры сгорания, количеством сопловых отверстий и некоторыми другими деталями.
  • отсутствие совместной балансировки коленчатого вала и маховика, не позволяет существенно увеличить ресурс.
  • сборка и настройка двигателя с использованием малоквалифицированной рабочей силы приводила к браку в производстве, в особенности в первые военные месяцы. Из-за отсутствия качественной регулировки клапанов, сложной многошестерневой конструкцией передачи с маховика на ГРМ, весьма частым происшествием становилась встреча клапанов с поршнями. Двигатели первых выпусков не всегда могли наработать нормативные 50 мото/часов даже в стендовых условиях; при этом конструкция, при всей своей сложности, всё же обеспечивала высокую ремонтопригодность, вплоть до переборки мотора в полевых условиях.

Тем не менее, за долгие годы серийного выпуска дизелей В-2, Д12 и Д6 их конструкция, несмотря на появление новых материалов и технических решений, позволяющих сравнительно легко устранить указанные недостатки, практически не претерпела изменений.

Прообраз двигателя

В 1931 году Советское правительство взяло курс на совершенствование военной техники. Тогда же Харьковский паровозостроительный завод им. Коминтерна получил задание на разработку нового дизельного двигателя для танков и самолетов.

Новизна разработки должна была заключаться в принципиально новых характеристиках мотора. Номинальная частота вращения коленвала дизелей того времени составляла 260 об/мин. Тогда, как в задании было оговорено, что новый двигатель должен выдавать 300 л.с, при частоте вращения 1600 об/мин. А это уже предъявляло абсолютно иные требования к методам разработки узлов и агрегатов. Технологий, которые бы позволяли создать подобный двигатель в Советском Союзе, не существовало.

Конструкторское бюро переименовали в Дизельное, и началась работа. После обсуждения возможных вариантов конструкции, остановились на V-образном 12-ти цилиндровом двигателе, по 6 цилиндров в каждом ряду. Он должен был запускаться от электрического стартера. На тот момент не было топливной аппаратуры, которая могла бы обеспечивать топливом подобный двигатель. Поэтому в качестве топливного насоса высокого давления, было решено установить ТНВД фирмы Bosch, который впоследствии планировалось заменить на насос собственного производства.

До создания первого испытательного образца прошло два года. Поскольку двигатель планировалось использовать не только в советском танкостроении, но и в самолетостроении на тяжелых бомбардировщиках, то специально оговаривался малый вес мотора.

Цели двигателя

Естественно, что после такого технического описания 5ТДФ у многих может возникнуть вопрос о том, зачем же создавался данный силовой агрегат, какие цели преследовали его создатели.

Все эти изменения преследовали всего несколько довольно четко сформулированных целей. Во-первых, мотор должен был быть как можно более компактным, во-вторых, он должен быть экономичным. Однако самое главное — это получить достаточную мощность для работы такого средства, как танк

Важность данных требований объясняется следующим. Компактность может значительно облегчить компоновку танка, а значит, его можно будет быстрее собирать на заводе

Экономичность значительно влияет на автономность танка, то есть уменьшает потребность в частой дозаправке. Мощность же для силового агрегата танка важна тем, что она увеличивала такой важный параметр, как маневренность.


С этим читают