Нефть вместо солярки

Германская лаборатория

К осени 1944 года топливное хозяйство Германии находилось в состоянии, которое без преувеличения можно назвать катастрофой. Потеря румынских нефтепромыслов Плоешти в августе лишила немецкую военную машину до трети всей нефти. С мая того же года стратегическая «нефтяная кампания» союзной авиации методично выводила из строя полтора десятка крупнейших заводов синтетического горючего — бомбардировщики с завидной регулярностью наведывались к Лёйне, Бёлену, Цайцу и другим центрам гидрогенизации угля. Бензин и солярка стремительно становились дефицитным ресурсом в Третьем рейхе.

В этих условиях любое ведомство, отвечавшее за снабжение горючим, было вынуждено искать нестандартные, почти отчаянные решения. Одним из них стала идея, которая на первый взгляд кажется инженерной авантюрой: заправлять боевые и транспортные машины неочищенной сырой нефтью. Впрочем, её нельзя назвать совсем уж безумной: дизель теоретически способен переваривать топливо широкого фракционного спектра — от легких газойлей до тяжелых мазутов. На этом принципе, собственно, и строился изначальный замысел Рудольфа Дизеля, чей первый двигатель в конце XIX века успешно работал на арахисовом масле. Вопрос заключался в том, выдержат ли современные высокооборотные военные дизели встречу с сырой нефтью — субстанцией куда более агрессивной и непредсказуемой, нежели растительное масло.

Верхнее фото — забитый маслоочиститель Solex. Наполнитель из вискозной/целлюлозной ваты. На фото ниже опытный фильтр Bosch с войлочным заменителем

Испытания были поручены войсковой испытательной станции бронетанковой и автомоторизованной техники, расположенной на знаменитом полигоне Куммерсдорф под Берлином. Материалом для опытов послужила нефть месторождений Венского бассейна — точнее, с промыслов близ австрийского городка Цистерсдорф в Нижней Австрии. К 1944 году именно этот регион оставался одним из немногих по-настоящему доступных источников после потери румынских запасов.

Забитые парафинами топливные фильтры Bosch. Вверху бумажный, ниже — войлочный

Испытатели сосредоточились на самом слабом звене — топливном фильтре. На специальном стенде нефть под контролируемым давлением прогонялась через сменные элементы, а манометр фиксировал нарастание перепада давления по мере загрязнения, позволяя количественно сравнивать поведение разных конструкций. Использовались немецкие образцы (бумажный гофрированный Bosch и войлочный фильтр из спрессованных пластин), а также трофейные: от американского «Шермана» (щелевой промывной и сетчатый фильтры AC марки General Motors), от Т-34 и КВ-1 (советская двухступенчатая система из проволочного предфильтра-спирали и сетки тонкой очистки перед насосом), и даже специфический фильтр Solex с наполнителем из вискозного волокна, конструктивно напоминавший скорее масляный фильтр.

Экспериментальная установка для испытаний фильтра с использованием сырой нефти. Схема установки включает: приводной вал (Antriebswelle) — вращает механизм. Угловой привод (Winkeltrieb) — передаёт вращение на насос. Масляный насос (Ölpumpe) — забирает нефть из резервуара. Резервуар с указателем уровня масла (Ölstand). Регулировочный клапан давления (Druck-Regulierventil).
Манометр (Manometer) — для контроля давления в системе. Фильтр (Filter) с перепускным клапаном (Überströmventil, для фильтров Bosch — на 0,85 атм). Перепускная линия (Überlaufleitung) — для фильтров Bosch. Ёмкость с отфильтрованной нефтью (gefiltertes Öl)

Вышедшие из строя в результате испытаний австрийской нефтью трофейные топливные фильтры. Вверху — от танка «Шерман». Внизу — от Т-34 и КВ-1

Ожидаемого прорыва не случилось. Все фильтры оказались бессильны перед нефтью. Главным врагом стали не механические примеси, а «мягкие парафины» — высокомолекулярные углеводородные соединения, выпадающие в полутвердый осадок на холодной поверхности фильтрующего элемента. На фотографиях, сделанных техническим персоналом для итогового отчёта, все элементы выглядели удручающе одинаково: плотный блестящий маслянисто-тёмный налёт, похожий на противоестественную смесь нагара и застывшего воска.

Бумажный «Бош» выходил из строя быстрее всех, удерживая до трети литра неотфильтрованной нефти за цикл. Трофейные советские фильтры, изначально спроектированные под низкокачественное топливо и суровые фронтовые условия, показали лучшую стойкость к засорению благодаря раздельной двухступенчатой конструкции и большей площади фильтрующей поверхности. Американский щелевой AC также был рассчитан на многократную очистку без замены элемента и вёл себя сравнительно адекватно.

Вверху вышедшие из строя немецкие фильтры Filtermasse Pollopas. Внизу остаток на фильтровальной бумаге с радиальными складками. Это результат фильтрации полулитра нефтепродукта — видно, сколько загрязнений и отложений накопилось в центре фильтра

Параллельно шли физико-химические исследования нефти. Температура застывания венской нефти составляла около -15...-20 °C, но уже при +10 °C вязкость возрастала столь сильно, что топливный насос высокого давления не мог обеспечить равномерную подачу. Короткие стендовые запуски на одноцилиндровых моторных установках подтвердили, что сгорание в дизельном цикле принципиально возможно лишь при тщательнейшей предварительной фильтрации, но при этом быстро закоксовываются форсунки и интенсивно растет нагар на клапанах — заметно быстрее, чем на стандартной солярке.

Полевые испытания

Несмотря на выявленные сложности фундаментального характера, немцы перешли к полноценной эксплуатационной проверке. Поскольку танки вермахта использовали карбюраторные моторы, в качестве «подопытных» взяли дизельные грузовики Mercedes-Benz L4500 и Büssing-NAG 4500 — рабочие лошадки армейского тыла, выпускавшиеся многотысячными сериями. Машины различались топливными насосами высокого давления (Bosch и Deckel соответственно), что позволяло объективно оценить влияние конструктивных различий на устойчивость к некачественному топливу. Грузовики гоняли на неочищенной нефти несколько месяцев с суммарным пробегом от 700 до 5500 км — цифры скромные по армейским меркам, но достаточные для выявления системных проблем.

Первая же проблема заявила о себе ещё до запуска двигателя: поставляемую нефть приходилось перед каждой заправкой дважды прогонять через импровизированный фильтр из марли, натянутой на проволочный каркас. В боевой обстановке такая процедура была немыслима. Но даже это не спасало: бумажный фильтр выходил из строя каждые 600–700 км, а простая защитная сетка смотрового стекла топливопровода забивалась и того чаще — порой каждые 20–30 км, то есть по нескольку раз в день.

Mercedes-Benz L4500

Водители проявляли смекалку, порой граничащую с прямым нарушением устава. Один экипаж установил на крышу кабины резервный бачок с качественной соляркой для прогрева мотора после ночной стоянки. Идея работала, пока не выяснилось, что обратный слив ведет в основной бак, и драгоценный дизель быстро смешивался с нефтью, обесценивая саму затею. Инженерам пришлось прямо в поле модифицировать топливную схему, добавив отдельный кран переключения на линии обратного слива и заменив штатную сетку на более крупный опытный фильтр фирмы Mann Hummel, что подняло межсервисный интервал примерно до 230 км.

Показательным стал эпизод с другим Mercedes-Benz L4500: водитель, не поставив в известность руководителя испытаний, самовольно снял забитый фильтр и проехал без всякой фильтрации около 1500 км, включая один дальний рейс протяженностью свыше 300 км. Вопреки ожиданиям, мотор не вышел из строя, а форсунки при последующем осмотре сохранили безупречный вид без малейших признаков закоксовывания. Этот результат скорее озадачил инженеров, чем обрадовал: он наглядно продемонстрировал, что разброс качества разных партий поставляемой нефти был критически велик, делая любые обобщённые выводы ненадёжными.

Büssing-NAG 4500

На двух Büssing дела обстояли заметно хуже. На первом через 1800 км двигатель начал работать с перебоями и сильно дымить — разборка выявила серьёзное закоксовывание форсунок, иглы которых пришлось перетачивать заново. На втором возникла совершенно иная проблема: на холостом ходу обороты самопроизвольно поползли вверх, а вскрытие насоса высокого давления обнаружило провернувшийся плунжерный элемент одного из цилиндров — его дозирующая кромка заняла неправильное положение, соответствующее увеличенной подаче топлива. Причину однозначно установить не удалось: списали на абразивный износ загрязнениями либо скрытый заводской брак. Этот грузовик вскоре выбыл из испытаний, и его переоборудовали под газогенераторную установку на древесном газе — еще одну суррогатную технологию воюющей Германии, к которой инженеры Куммерсдорфа обращались параллельно с опытами по сырой нефти.

По итогам полевых испытаний руководство программы вынесло окончательный отрицательный вердикт: неочищенная нефть Венского бассейна признана непригодной для полноценной замены дизельного топлива. Причинами стали чрезмерная загрязненность поставляемого сырья, сильный рост вязкости даже при плюсовых температурах и неприемлемо частый выход из строя фильтрующих элементов, несовместимый с темпом фронтовой эксплуатации.

Упорство обречённых

Немцы не были бы немцами, если бы не продолжили добивать идею до конца. Когда в начале 1945 года положение с горючим в вермахте стало вовсе отчаянным, программу альтернативных топлив подняли на уровень Имперского министерства вооружений и военного производства, которое с 1942 года возглавлял Альберт Шпеер. В рамках министерства действовал специализированный «Пятый исследовательский круг», занимавшийся проблематикой топлив, масел и синтетических материалов; его представитель, инженер Бокемюллер, стал ключевой координирующей фигурой программы, работавшей в тесной связке со специалистами концерна Daimler-Benz.

Список испытуемых сортов расширили. В программу включили сырую нефть из месторождения Ниенхаген на севере Германии, геологически близкую к старейшему в стране промыслу Витце, разрабатывавшемуся ещё с конца XIX века. Инженеры рассчитывали, что северогерманская нефть окажется менее парафинистой, нежели венская, что теоретически сделало бы её более пригодной для прямого использования в дизелях. Кроме того, испытывали так называемое «главное масло» — продукт термической переработки битуминозных сланцев Швабского Альба из Вюртемберга, один из многочисленных ответов немецкой химической промышленности на топливный голод. В отличие от истощающихся нефтяных скважин, сланцевые месторождения были практически неограниченным ресурсом, хотя их переработка оставалась делом сложным и дорогостоящим, а качество конечного продукта — удручающе низким. Испытания велись на 12-цилиндровом дизеле Tatra 103 мощностью 220 л.с., фильтр которого стабильно забивался через 800–900 км пробега.

Дизель Tatra 103 немцы пытались кормить нефтью

Планов было много, но результат не изменился. После череды неудач было решено перенести упор с хаотичных полевых пробегов на строго контролируемые стендовые испытания по единой методике: обкатка на качественном топливе, перевод на нефть с точной фиксацией момента засорения фильтра, построение кривой полной нагрузки, а затем два десятичасовых прогона на номинальном режиме с контролем температуры воздуха на впуске (не выше 20 °C) и масла (не выше 90 °C). Однако к началу 1945 года немецкие специалисты с горечью признали: даже сырая нефть, рассматривавшаяся как экстренный суррогат, стремительно становилась дефицитным ресурсом. Спустя несколько месяцев все работы в Куммерсдорфе были прекращены по понятным всем причинам. Третий рейх агонизировал, и инженерные изыскания уступили место хаосу окончательного военного краха.