Необычные моторы. BRM V16, 1949г.

Мы продолжаем рассказ об удивительных двигателях Формулы 1. В предыдущем посте я рассказал о послевоенном творении итальянцев - двигателе Ferrari-125. В этот раз уделим внимание менее известному, но куда более неординарному творению британских инженеров - двигателю BRM V16 разработки 1949 г.

Команда "British Racing Motors", известная как BRM, являлась британской командой Формулы 1. Основал компанию в 1945-м году Раймонд Мэйс (Raymond Mays), известный британский гонщик, кроме того имеющий опыт постройки некоторых спортивных автомобилей под маркой ERA перед Второй Мировой Войной. После войны Раймонд Мэйс вместе с Питером Бертоном (Peter Berthon) использует весь свой гоночный опыт, контакты и разработки, чтобы построить полностью британский автомобиль для Формулы 1. Более ста английских компаний поддержали этот проект уже в 1946-м году, но несмотря на это бюджет предприятия был довольно скромен и команда Питера Бертона из четырёх проектировщиков и трёх чертёжников вынуждена была работать над сложныи проектом в пустом сарае прямо позади дома семьи Мэйса. Среди них были и люди, которые работали с Раймондом ещё до войны над автомобилями ERA, например, Гарри Манди (Harry Mundy) и Эрик Ричтер (Eric Richter).

Как мы уже знаем, в то время в Формуле 1 действовали ограничения объёма 4.5 литра для атмосферных двигателей и 1.5 литра для двигателей с наддувом. И вот тут инженеры BRM пошли своим путём, построив двигатель сильно отличавшийся от аналогов других команд Формулы 1. Силовой установкой автомобиля являлся 1.5-литровый 16-цилиндровый двигатель V-образного типа (два ряда по 8 цилиндров, хотя конструктивно он более напоминает два срощенных V8) с двухступенчатым компрессором центробежного типа. Автомобиль проектировался не торопясь, но гораздо большей проблемой были задержки в поставке необходимых деталей. По этой причине первый автомобиль BRM Mk.1 в кузове P15 с двигателем V16 был готов только в декабре 1949-го года. Однако серьёзные конструктивные просчёты и отсутствие времени на длительные тесты и доводку автомобиля отрицательно отразились на результатах выступлений этого автомобиля в 1950-ом году. В частности, на своём дебюте в Сильверстоуне в августе 1950-го автомобиль не смог проехать и метра из-за поломки карданного вала на старте. В дальнейшем были обнаружены и другие серьёзные недостатки болида - он часто перегревался и это было причиной сходов. Лишь на гонках с короткими дистанциями (12-30 км), в прохладную погоду он без особых проблем оказывался на подиуме. Была и другая проблема - главная изюминка автомобиля, сверхмощный двигатель, который мы подробнее рассмотрим ниже, стал причиной снижения управляемости и динамики автомобиля из частой пробуксовки ведущих колёс, даже на прямых участках трассы. В наши дни Вы, наверное, сказали бы, что этому автомобилю прямая дорога в чемпионат D1 GP, но тогда дрифта ещё не было. Болид Mk.1 был очень быстр на длинных прямых, развивая скорость до 300 км/ч при полной массе порядка 966 кг, но на поворотах заметно проигрывал своим менее мощным конкурентам.


Весь 1951-й год BRM потратили на доводку автомобиля, выставив автомобили только в двух этапах Чемпионата Мира Формулы 1. Было улучшено рулевое управление, адаптированны дисковые тормоза, улучшен воздухозабор для двигателя, сделано много другой работы по модернизации автомобиля. Но технические проблемы продолжали сопровождать эти автомобили. Лучшим результатом сезона оказалось 5-е место на домашнем этапе в Сильверстоуне. Из-за провальной квалификации оба британских болида оказались на последних стартовых местах, однако пилот команды BRM, Редж Парнелл, сумел не только финишировать 5-м, стартовав с 20-й позиции, но и показать лучшее время круга на этой гонке. Однако на другом этапе, в Италии, три болида даже не стартовали после квалификации из-за проблем с техникой. Именно в этом году Alfa Romeo объявляет об уходе из Больших Призов. Формула 1 теряет сильнейшего игрока и фактически доминантой в будущем сезоне оставалась Ferrari. Единственная команда, технически способная конкурировать с алыми болидами, была BRM, но их отсутствие в течении сезона лишь подтолкнуло организаторов гоночной серии принять судьбоносное для BRM P15 Mk.1 решение. Озадаченные фактическим отсутствием конкуренции по отношению к болидам Alfa Romeo и Ferrari и вызванным этим падением интереса других автопроизводителей к Чемпионату, тогдашние боссы F1 приняли новые технические требования на 1952-1953-й года, фактически предоставив Большие Призы автомобилям категории Формула 2. BRM P15 Mk.1 оказался вне регламента, став жертвой своей собственной устремлённости максимально подготовить автомобиль к грядущему сезону. Это особенно иронично, учитывая что автомобиль в 1953-м был на пике своих возможностей, им управляли быстрейшие гонщики того времени, такие как Хуан Мануэль Фанхио, и на тот момент это был наибыстрейший автомобиль такого класса, но BRM больше ничего не оставалось, как доказывать своё превосходство на местных британских гонках и лишь однажды за пределами Великобритании. Пожалуй, это один из самых курьёзных автомобилей Формулы 1 по своей судьбе и обстоятельствам, повлиявшим на неё.

Но мы немного увлеклись историей и отдалились от темы непосредственно двигателя BRM V16. Итак, что же он из себя представлял?
Это был 1.5-литровый V-образный 16-цилиндровый двигатель с наддувом посредством двухступенчатого центробежного компрессора. Угол развала цилиндров составлял 135 градусов. В картере двигателя на 10 опорных шейках размещался коленвал с радиусом кривошипа всего 24.13мм (ход поршня 48.26мм или 1.9 дюйма). В коренных шейках устанавливалось 8 подшипников скольжения с тонкостенным вкладышами и два роликовых подшипника. Позднее они тоже были заменены подшипниками скольжения. Шатунные подшипники были аналогичного типа, что, в общем-то, характерно для цельных коленвалов неразборной конструкции. С поршнями диаметром 49.53мм (1.95 дюйма) объём одного цилиндра составлял 93 кубических сантиметра, а точный общий объём двигателя достигал 1487.76 куб. см. Малый ход поршня обеспечивает относительно невысокие скорости движения поршня при работе двигателя на больших оборотах, а так же умеренные потери на трение и нагрев в парах трения поршень-цилиндр и кольца-цилиндр. Малый диаметр поршня, и, как следствие, малый размер шатуна и самого поршня, позволяют снизить инерционные нагрузки вращающихся и поступательно движущихся деталей. Более того, детали небольших размеров лучше таким нагрузкам сопротивляются. Ну а большое количество цилиндров обеспечивает более равномерный крутящий момент, снижение вибраций и повышение сбалансированности двигателя. Ну и, разумеется, без большого количества цилиндров не получить достаточного объёма двигателя, когда объём одного цилиндра составляет всего 93 "кубика".

Двигатель имеет две ГБЦ, по одной на каждый ряд из восьми цилиндров. Камеры сгорания полусферической формы с двумя клапанами на цилиндр (угол развала клапанов 80 град.). Впускной и выпускной каналы противонаправлены, что позволяет сделать их проходное сечение больше, а так же исключить фактор нагрева впускного канала от расположенного рядом выпускного (обратный пример - ГБЦ 8-клапанных двигателей ВАЗ, на которых впускные и выпускные каналы расположены с одной стороны ГБЦ). Такая же конструкция камеры сгорания и впускных/выпускных каналов многим может быть знакома по двигателям УЗАМ автомобилей "Москвич". Размер тарелок клапанов довольно внушительный для цилиндров размером всего 93 куб. см - диаметр тарелки впускного клапана составляет 32мм, а выпускного - 28мм. Это достигнуто за счёт относительной короткоходности двигателя, которая позволяет увеличить площадь поршня, а значит и разместить в камере сгорания клапаны с более широкими тарелками, даже несмотря на двухклапанную конструкцию. Для сравнения рассмотрим суммарную площадь впускных клапанов 1.5-литрового 4-цилиндрового двигателя BMW M12/13 с четырьмя клапанами на цилиндр, который известен по Формуле 1 в эру турбомоторов в 80-е годы (и развивавший в различные годы от 700 до 1300 л.с.). Эта самая суммарная площадь впускных клапанов составляет у него 80.53 квадратных сантиметра. В то время аналогичный параметр двигателя BRM V16 достигает значения 128.68 квадратных сантиметра. Аналогичное сравнение выпускных клапанов даёт соотношение 57.31 кв. см. против 98.52 кв. см. у BRM V16. Нетрудно понять, насколько эффективным было наполнение цилиндров на оборотах порядка 10000-12000 об/мин, который для этого мотора были рабочими. Каждый ряд клапанов (ряд впускных и ряд выпускных клапанов на каждом ряду цилиндров) приводится в действие своим собственным распредвалом, которых, как не сложно догадаться, всего 4 штуки. Клапан открывается кулачком через промежуточный рычаг. Необычна конструкция возвратной пружины клапана - она не витая спиральная, как мы привыкли наблюдать, а шпилечного типа. На картинке ниже она хорошо видна - внешне напоминает больших размеров булавку. У таких пружин есть определённые преимущества - вес их возвратно движущейся части меньше, их удобнее менять при повреждениях и они меньше подвержены явлениям резонанса, так как частота их собственных колебаний больше, чем у винтовых пружин. Но они довольно габаритны и занимают много места.


Расположение распредвалов соответствует широко распространённой ныне схеме DOHC. Привод распредвалов осуществляется через блок передаточных шестерён от зубчатых колёс в середине коленвала. Там же, но уже снизу, в довольно габаритном картере двигателя располагается механизм отбора мощности на двухступенчатый компрессор наддува.


Сам компрессор, разработанный для BRM компанией Rolls Royce, расположен на приводном валу в передней части двигателя ниже линии коленвала. Ось его вращения параллельна оси вращения коленвала. На фото внизу он хорошо виден в передней части двигателя:


Передаточный механизм привода компрессора обеспечивал ему скорость вращения, в 4 раза превышающую обороты коленвала. Таким образом, крыльчатка компрессора раскручивалась до значительных 48000-50000 об/мин. Компрессор обладал заметно более высоким КПД, нежели распространённые тогда нагнетатели типа "Roots" и позволял развивать двигателю чудовищную даже по нынешним меркам мощность - до 600 л.с. при 12000 об/мин и давлении наддува около 5.7 бар. Промежуточные охладители наддувочного воздуха, более известные как "интеркулеры", тогда не применялись, поэтому нагнетаемый воздух значительно нагревался. Именно этим был обусловлен выбор центробежных компрессоров и двухступенчатой конструкции, что обеспечивало меньший нагрев нагнетаемой топливовоздушной смеси, нажели одноступенчатые и двухступенчатые "Рутсы". Но даже этого было недостаточно для получения высокой мощности, требовавшей заметного повышения давления наддува, что вело к появлению детонации, быстро разрушающей любой двигатель. Конструкторы были вынуждены понижать степень сжатия, которая на BRM V16 составляла 6:1, тогда как у конкурирующих двигателей - порядка 6.5-7.5:1. В качестве топлива применялась смесь бензина и спирта, подаваемая через два карбюратора SU. Спирт обладает высокой скрытой теплотой испарения, что способствовало повышению уровня охлаждения деталей впускной системы, поршней, клапанов и камер сгорания поступающей топливо-воздушной смесью. Кроме того, октановое число спирта очень высоко и составляет для этила 114 единиц, а для метилового спирта - 118 единиц. Но теплотворная способность спирта в два с лишним раза ниже, чем у бензина, и он медленнее горит. Поэтому все меры, принимаемые для борьбы с детонацией при больших значениях наддува, вели к снижению КПД двигателя, и, как следствие значительному повышению расхода топлива. Двигатель был очень прожорлив и его аппетит вынуждал оборудовать автомобиль топливными баками большого размера, а на длинных дистанциях чаще заезжать на дозаправку. Но оно того стоило.

Система смазки с "сухим картером", широко распространённая на гоночных двигателях уже в те годы, обеспечивала надёжную смазку двигателя. Система зажигания c одной свечой на каждый цилиндр первоначально базировалась на катушке Lucas, но впоследствии её заменили на 4 магнето Lucas. В этом двигатель BRM мало чем отличался от других двигателей Формулы 1 того времени.

В 1947-ом году британские конструкторы рассчитывали на 300 л.с. мощности. Тогда этого казалось достаточно, чтобы конкурировать с 310-сильной Alfa Romeo 158. Но итальянцы не стояли на месте и в 1951-м мощность моторов Ferrari достигала 315 л.с., а у Alfa Romeo 158 - уже 430 л.с. при 8500 об/мин. Что оставалось находчивым англичанам? Ну конечно, отвечать на вызовы нового времени! Раймонд Мэйс описывал кривую мощности двигателя при давлении наддува 5.7 бара примерно так:

5000 об/мин - 140 Нм - 100 л.с.
6000 об/мин - 205 Нм - 175 л.с.
7000 об/мин - 251 Нм - 250 л.с.
8000 об/мин - 294 Нм - 335 л.с.
9000 об/мин - 322 Нм - 412 л.с.
10000 об/мин - 357 Нм - 525 л.с.
11000 об/мин - 373 Нм - 585 л.с.
12000 об/мин - 351 Нм - 600 л.с.

Согласитесь, этот двигатель сложно назвать приёмистым. Он дикий, необузданный. При 5000 об/мин он мало отличается от современного безнаддувного двигателя объёмом 1.5-1.8 литра, но потом, при повышении оборотов, мощность и крутящий момент начинают расти очень быстро. Это характерная черта любого наддувного двигателя с компрессором центробежного типа и уже не так важно, чем приводится в действие сам компрессор - жёсткой передачей от коленвала или турбиной, раскручиваемой выхлопными газами. Спустя 30 лет, когда турбокомпрессоры крепко осядут в Формуле 1, такими характеристиками сложно будет кого-то удивить, но на дворе был 1953-й год и это был самый мощный автомобиль Формулы 1 того периода.
Чтобы быть до конца честным, стоит уточнить, что реальная мощность, развиваемая мотором в условиях гонки, была несколько меньше и зачастую составляла от 430 до 550 л.с., что было обусловлено внешними факторами и характером гонки (жаркая погода, тёплый воздух, длинные дистанции и связанный с этим перегрев двигателя и т.д. и т.п.), но и максимальные значения мощности при благоприятных условиях двигатель мог развивать. Так, например, Тони Радд (Tony Rudd) в своей книге указывает на более высокое значение пиковой мощности двигателя BRM V16 - 612 л.с., тогда как в другой литературе того времени можно найти значения максимальной мощности от 550 до 585 л.с.. Чтобы узнать правду, достаточно загнать один из оставшихся и действующих болидов на динамометрический стенд, но сомневаюсь, что нынешний хозяин пойдёт на это. Поэтому данный вопрос останется маленьким секретом команды BRM.


Характеристики двигателя BRM V16 к 1953-му году:

Двигатель: Переднего продольного расположения, V16 с углом развала 135 град., литые блок и головки цилиндров, 10 коренных подшипников
Диаметр и ход поршня: 49.53х49.26 мм
Объём: 1487.76 куб. см
Степень сжатия: 6:1
Газораспределение: по 2 верхних распредвала с зубчатым приводом на каждый ряд цилиндров, два клапана на цилиндр
Диаметр впускного клапана: 32 мм
Диаметр выпускного клапана: 28мм
Топливная система: два 3-дюймовых карбюратора SU, двухступенчатый компрессор Rolls Royce центробежного типа
Топливо: смесь на основе бензина и спирта
Зажигание: 4 магнето Lucas, 1 свеча на цилиндр
Масса двигателя: 183 кг
Мощность: до 600 л.с. при 12000 об/мин и давлении наддува 5.7 бар.


Ну и напоследок, вот небольшое видео, позволяющее оценить прекрасный, завораживающий звук мотора BRM V16: