Сердце Севера - Сергей Борисович Буркатовский

Так или иначе, инициатива оказалась наказуема исполнением: тов. Климов был освобожден от работ по авиамоторам М-12, М-23 и М-13, и ему была поставлена задача: разработать пригодный к постановке в производство автомобильный двигатель мощностью 60-100 лошадиных сил на основе узлов освоенного в производстве авиационного М-5. Тем более что ярославские инженеры ручались, что при наличии достаточно мощного двигателя с соответствующей трансмиссией массивная конструкция «Уайта», выполненная с достаточным запасом прочности, позволила бы поднять грузоподъемность ярославской машины до пяти тонн.

С одной стороны, задача не выглядела совсем уж безнадежной по одной простой причине: изначальный «Либерти», послуживший прообразом для М-5, был разработан американскими автомобильными инженерами, что теоретически могло бы значительно облегчить обратную адаптацию.

Однако теория теорией, а практика практикой.

В качестве автомобильного двигателя мотор М-5 (а следовательно, и его урезанная версия) обладал следующими крупными недостатками:

- Малый моторесурс: даже американские оригиналы имели ресурс порядка 100 моточасов, а советские копии поначалу едва дотягивали до 50 часов работы

- Необходимость частых регулировок клапанного механизма: верхневальная схема газораспределения наряду с неравномерным нагревом (и соответственно удлинением) отдельных цилиндров вызывала перекосы распредвала, что отрицательно отражалось на его ресурсе

- Использование высокооктанового бензина исключало его широкое применение

- Алюминий для картера и высоколегированные стали для оболочек цилиндров являлись крайним дефицитом.

Прежде всего группа тов. Климова решила создать 4-цилиндровый модельный двигатель, отличающийся от американского Либерти Л-4 пониженной с 5.6 до 4.7 единиц степенью сжатия, с целью использования рядового автобензина, имевшего в СССР октановое число порядка 50. Карбюратор усеченной до 4 цилиндров рядной секции был взят от Климовского М-12, имевшего примерно ту же мощность и рассчитанного примерно под те же воздушные и топливные потоки.

Двигатель заработал и показал мощность около 90 лошадиных сил при 1700 оборотах в минуту, однако обычная для 4-цилиндровой конструкции крайне неравномерная нагрузка на коленвал не дала возможность увеличить моторесурс за счет форсирования: трещины в коленчатом валу возникали уже на 120-м часу работы, а ресурс бронзовых вкладышей в коренных и шатунных подшипниках, хотя и увеличился согласно расчетам, все еще оставался недопустимо малым – всего около 180 моточасов.

Тем не менее модельный двигатель был установлен на шасси одного из Я-3 с удлинённым капотом и соединен с ведущим мостом посредством американского сцепления фирмы «Лонг» и коробки передач «Браун-Лайп». Грузовик показал хорошую динамику с грузом 5 тонн, а после перехода с 7-дюймовых в сечении шин на 8-дюймовые (на так же 24-дюймовых в диаметре несколько расширенных по ободу штампованных дисках) – и приемлемую проходимость.

С целью снижения нагрузок на коленчатый вал было решено уменьшить ход поршня с 7 до 6 дюймов; это позволило поднять максимальную частоту вращения коленвала с 1800 до приблизительно 2100 оборотов в минуту. Для безредукторных авиамоторов с винтами постоянного шага это резко снизило бы эффективность винта, но при применении в автомобиле повышенная частота вращения при уменьшенном крутящем моменте, напротив, снижала нагрузку на сцепление и трансмиссию, а крутящий момент на ведущей оси мог быть увеличен за счет передаточного числа главной передачи.

Кроме того, соответствующее уменьшение межцентрового расстояния между опорными и шатунными шейками коленвала на 12.7мм позволили при тех же внешних габаритах картера перейти от алюминиевого литья к чугунному, тем более что вес мотора при автомобильном применении не столь критичен, как при авиационном.

Отдельные цилиндры с индивидуальными рубашками охлаждения также были заменены чугунным блоком с каналами для циркуляции охлаждающей воды по образцу современных на то время зарубежных автомобильных моторов. Это привело к тому, что масса мотора по сравнению с авиационным прототипом увеличилась примерно в 4 раза – до 650кг против 160. Однако предполагаемая американская альтернатива, Hercules-YXC-B, весил ненамного меньше: ок. 600кг при почти той же мощности.

Вероятно, вследствие перехода к литому чугунному блоку цилиндров и влияния немецкой школы, итоговый вариант мотора внешне уже не напоминал бы "Либерти" а получился бы похожим на мотор "КИН" трактора "Коминтерн", созданный на основе немецкого же "Ганомага", хотя и несколько меньше по размерам

Разница в весе была связана с оставшимся от авиационного прототипа приводом распределительного вала через промежуточный вертикальный вал и две пары конических шестерен. При этом вследствие сильного запыления пришлось включить шахту вала в картер и блок цилиндров и закрыть распределительный механизм герметичным клепано-сварным кожухом, что также утяжелило конструкцию. Однако такое превышение веса было сочтено приемлемым.

Одновременно бронзовые вкладыши в опорных и шатунных подшипниках скольжения были заменены на разработанные фирмой «Алиссон» (в рамках модернизации американского парка «Либерти») сталебаббитные. За счет меньших нагрузок в дефорсированном моторе ресурс подшипников вырос даже не до 600 моточасов, как в оригинальных «Либерти-Алиссонах», а до приблизительно 1100, что уже приближалось к наилучшим показателям фирмы «Геркулес» (1300 моточасов) и иных иностранных фирм. При этом не отличающиеся от оригинальных М-5 поршни и клапанные механизмы вполне выдерживали длительные нагрузки, тем более что равномерный прогрев чугунного блока цилиндров и чугунной же головки исключал деформации распределительного вала и необходимость частых регулировок клапанного механизма.

Рабочий объем двигателя «ВК-4» составил 7720 куб.см при мощности 96л.с. (удельная объемная мощность примерно соответствует таковой у двигателя ЗиС-5 при работе на том же рядовом автобензине с поправкой на потери в излишне громоздком газораспределительном механизме), крутящий момент составил 39кгс*мпри 1200 оборотах в минуту. Расход топлива вследствие понижения степени сжатия вырос до ок. 270 грамм на лошадиную силу в час, что было значительно выше, чем 220г/лсч авиационной версии, но оставалось вполне приемлемым показателем.

Среди недостатков мотора были:

- Повышенная по сравнению с 6-цилиндровым Hercules-YXC-B вибрация, отрицательно влияющая на ресурс и надежность

- Большие габариты и вес

- Повышенное потребление бензина и масла

- Трудность запуска при минусовой температуре

Тем не менее, весной 1929 года два грузовика «Я-5» (машины с модельным двигателем с раздельными цилиндрами были обозначены как «Я-4») совершили автопробег «Ярославль – Москва – Харьков – Ростов-на-Дону – Ставрополь – Нальчик – Тбилиси – Сталинград – Москва», показав вполне достаточную надежность и энерговооруженность, в том числе и на горных дорогах.

Снаряженная масса Я-5 с мотором ВК-4 составила 4950кг, полная – 9950кг, максимальная скорость по шоссе – 55 км/ч, расход бензина – 45 литров на 100км, дальность хода на 120-л заправке – 270км.

При этом испытанный параллельно Я-5А с американским мотором Hercules-YXC-B, хоть и проявил себя лучше и в плане надежности, и в части удобства эксплуатации,