同时闪耀在东方和西方的明珠——美国费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机

很长一段时间来，很多人都把美苏视为不共戴天的敌人，就连武器装备也有着与众不同的个性：造坦克方面，美国坦克庞大厚重，苏联坦克矮小轻便；美国采用90-105-120口径，苏联采用100-115-125口径；在潜艇方面，美国喜欢鱼雷形状的单壳体潜艇，而苏联喜欢大型水滴形的双壳体潜艇。除此之外，双方在其他武器都有很多有别于对方的特色，以至于任何人都难以混淆美式武器和苏式武器。然而，只有很少人意识到，在冷战之前，有相当多苏联的武器和大型装备的技术来源是来自于美国，如来自福特AA车型的苏联GAZ AA系列车型，曾经是苏联战前的主要卡车类别；苏联BT和T-34出名的克里斯蒂悬挂，也是来自于美国一款不受重用的车型。在冷战爆发后，苏联第一代战略轰炸机图-4就是来自于逆向工程美国B-29的杰作，而今天我们要讲的这款发动机-费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机，也同样是在美国和苏联，甚至还有中国都相当普及的一款著名发动机。

对置两冲程发动机——小体积，大功率的设计

我们知道，往复式内燃机需要使用气缸、活塞和曲轴三个主要部件实现燃油内能转化为旋转的机械能。一般来说，在燃烧室压力、喷油速度相同下，活塞越多，整体的功率越大。但是，随着气缸组的增加，发动机也变得越来越大，协调所有的气缸和曲轴一同运转的难度也越来越多。因此，在1930年代，各国工程师们就开始寻找一个手段——既能增多有效的气缸组的数量，又能节约体积和重量，还能减少协同曲轴运动的麻烦的设计。

很快，工程师们就想到了一个绝妙的手段：将两根活塞密封在一个气缸的两端，同时在燃气推力下向两侧推动，不就是同时实现了气缸总数没增加，但活塞和曲轴数量倍增，且曲轴两两间的运动完全相同的好处了吗？在这样的指导思想下，两款发动机几乎同时在大洋彼岸诞生，其一是著名的荣克斯jumo205柴油机，一款就是今天我们的主角费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机。

参考资料：https://junkyardmob.com/guides/fairbanks-morse-diesel-engine

费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机起初是作为船用发动机研制的，它每2个活塞使用1个气缸，缸径8(1/8)吋(约206毫米)，气缸长度38英寸（970mm）。根据使用的气缸数目，可以在4-12个气缸（8-24活塞）间调整体积和功率输出，输出功率在667马力至3400马力之间，在增加涡轮增压器后，功率最大可达3600马力。最常见的版本是10气缸，20个活塞。

费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机曲轴是上下对置的，作为一款双冲程发动机，它的运转分为首先两个活塞向外扩张，打开排气孔，清除废气，此时活塞运转到行程终点，开始返回，并关闭排气孔同时向内挤压空气，使得气缸内温度达到柴油点火温度，达到温度后喷油嘴喷射燃油，强大的燃烧气体推动活塞同时向两侧移动，露出排气孔后排出废气，完成一个循环。此时我们能够发现，它每喷一次燃油，两个曲轴各自完成了180度的旋转，比起传统的四冲程柴油机（两圈点一次火）和两冲程柴油机（一圈点一次火）效率都要高；而且比起传统的两冲程柴油机必须要涡轮增压器才能保证内部压力不同，它通过活塞共同对内挤压实现了点火压力，使得它可以不依赖涡轮增压器运转；因为没有气缸头结构，因此也无需气门，气门推杆，气门密封结构；同时活塞的动量上下相反相互抵消，发动机运转更加平稳，因此当时是个被欢迎的设计。

同时，由于采用垂直对置设计，整个柴油机看起来是细高的，有利于节约占用空间，尤其是1930年代使用三胀蒸汽机的一些小型船舶的内燃机改造时，由于小船的三胀蒸汽机也是又高又细，和这种柴油机规格接近，使得它在当时老旧船舶改造时很受青睐。

当然，有利就有弊，垂直对置发动机和后来的水平对置发动机虽然有利于降低气缸数量下曲轴数量不减少，和利用反方向运转的活塞抵消动量使得运转平稳，但是这种设计的发动机有两个难点：第一是气缸热量较大，尤其是活塞头温度难以及时排除，这是因为不能通过传统在气缸头上增设水冷的方式加快散热导致的，使得整个发动机排气温度较高，尚有不少热能没有利用；第二就是两组曲轴虽然理论上转速相同，但是由于实际中需要把两组曲轴的输出力矩合成输出到一根传动轴上，需要每组气缸都需要良好的时序控制，并利用并车齿轮将力矩整合起来，结构比起四冲程柴油机复杂不少。所以在后世涡轮增压四冲程柴油机普及后，各国就不再开发这种柴油机了。

广泛应用的费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机

如这款发动机的名称“费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型船用柴油机”所说，它一开始确实是给美国船舶使用的柴油机，一开始主要面向民用市场的拖轮、小型蒸汽船改造的市场。后来，随着美国小鲨鱼级潜艇投入生产，美国迫切需要一款足够紧凑的潜艇发动机驱动庞大的（相比德国7型而言）的小鲨鱼级潜艇，因此选中了费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机，它瘦高的设计可以让小鲨鱼级在狭窄的潜艇内部并列安装4台，为潜艇提供可观的发电量和水上航行速度。之后，由于美国需要在前线开设潜艇补给基地，需要派驻潜艇补给船，为了考虑和潜艇引擎通用以降低零件种类，美国潜艇支援船的发动机也采用这款发动机；甚至到了1960年代美国建设全核动力潜艇梯队时，美国也选择继续订购费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机，作为核潜艇备份柴油发电机使用，可见美国对其的高度信任。

在水面舰艇上，费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机一般以其出色的体积控制，往往作为大船的备份发电机使用，如埃塞克斯级航空母舰；同时，埃德索尔级护航驱逐舰也采用它作为主发动机，说明该引擎适用面是非常广泛的。

苏联和中国：经典的火车机车发动机

在大洋的彼岸，苏联也在二战中通过租借法案获得了费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机。不过，苏联人对于这款发动机的主要用途不是海洋，而是陆地轰鸣的火车。

二战结束后，重获新生的哈尔科夫运输机械厂（即马雷舍夫工厂）结束了T-34坦克的生产任务，开始为重建家园操起了老本行——生产火车机车。由于蒸汽机车的弊病严重，苏联决定逐步淘汰蒸汽机车，转型内燃机车，所以他们仿制了美国援助的D型柴油机车开发出了TE-1型内燃机车，但很快就觉得D50柴油机功率太小了（只有1000马力）。于是，哈尔科夫运输机械厂发掘出了费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机用于铁路机车的价值，将其仿制为2D100型发动机，采用10气缸，无涡轮增压的版本，功率达到了2000马力，在双机重联时则为4000马力，完全可以胜任大部分场合的运输任务。因此，TE3型内燃机车（出厂即为双机重联）完成苏联的各项考核后，被用作蒸汽机车的换代车型在苏联大量的投产，哈尔科夫运输机械制造厂于1955年开始批量生产TE3型柴油机车。1956年，科洛姆纳工厂、伏罗希洛夫格勒内燃机车制造厂也按照相同的图纸开始批量生产TE3型柴油机车，并成为苏联铁路史上产量最大的干线柴油机车车型之一，对苏联铁路牵引动力内燃化的快速过渡具有重要贡献。至1973年停产，三家工厂累计生产了6797台TE3型机车，其中哈尔科夫工厂生产了599台，科洛姆纳工厂生产了404台，伏罗希洛夫格勒工厂生产了5805台。

与此同时，在学习苏联建设时期的中国也看中了发展内燃机车的价值。因此，在研究了满铁的一部瑞士生产的内燃机车后，中国决定参考苏联TE3发展国产内燃机车。根据资料介绍：

1958年3月，根据中国方面提出请求，苏联派出内燃机车专家别洛乌斯来华协助，直接指导进行草图技术设计工作 。进行设计之初，工厂没有现成的机车全套图纸，只有苏联专家提供少量关于TE3型柴油机车的图纸资料，以及海军部门提供的几张美国费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型船用柴油机检修图纸。

1958年6月23日，工厂召开由大连工学院、大连海军指挥学校(今海军大连舰艇学院)、大连海运学院和大连柴油机厂(今道依茨一汽大柴)参加的柴油机设计制造协作会议，与会各单位决定承担提供参考资料、指导设计、制作精密部件等工作。除此之外，上海江南造船厂、上海船舶修造厂等在当时生产任务紧的情况下，还坚决把生产的一部分活塞、曲轴、汽缸套等50余种精密部件供给柴油机的组装。

1958年6月20日，大连机车车辆工厂全体职工举行誓师大会。同年6月29日，工厂开始试制车体金属结构，至7月13日完成车体中梁组装。由于参考资料和设计经验不足，工厂设计科只能采用边学习边设计的办法，力争早日把图纸交到车间进行试制。1958年7月25日，完成了最后一张草图的设计工作，同时机车开始进入组装阶段。同年8月15日，第一台机车的车体钢结构完工，月底第一台柴油机完成组装 。1958年9月26日，被命名为巨龙型的双节重联4000马力干线内燃机车在大连机车车辆工厂举行隆重的出厂典礼，成为中国第一种电力传动干线货运内燃机车 。巨龙型内燃机车是直流电传动的干线货运内燃机车，由两节结构相同的2000马力内燃机车连挂组成，采用仿苏联2D100型二冲程中速柴油机作为动力装置。

不过，由于“大跃进”时代我国工业水平无法达到原样生产TE3的能力，加上中苏交恶，三年自然灾害的破坏，我国为了保证生产出的发动机的可靠性，只得降低功率到1800马力，这种自产的发动机命名为10L207E发动机，机车名称也从“巨龙”改为“东风”。但是由于输出功率比TE3降低了200马力，加上我国自然环境多山地和丘陵，1800马力的东风型并不能有效使用在所有的祖国大江南北。因此，一直到1986年中国东风4B通过铁道部鉴定前，我国一直没有生产更多的内燃机车，主力仍然是蒸汽机车（前进型输出功率2190KW，比单节的TE3都高700KW，更不必提功率更小的东风内燃机车）。最终随着国产功率达到2400KW的东风4B（采用四冲程16V240ZJB型中速柴油机）的量产，我国才在1988年终止了蒸汽机车生产，也是最后一个停产主力干线蒸汽机车的大国。

无端而可能的猜想：费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机和苏联T-64/80UD的5TDF/6TD-2的血缘联系

我们知道，对置双冲程柴油机在世界上并不如四冲程柴油机普及。但是仍有一些国家看中了它小体积，大功率的优势，将其发展为坦克柴油机。值得一提的是，如今采用这种水平对置双冲程柴油机最著名的坦克——T-64，和上文提及的TE-3内燃机车，都是同一个著名的工厂——哈尔科夫运输机械厂（马雷舍夫工厂）生产的。

在1950年代初期期，也就是哈尔科夫运输机械厂刚刚开始研制TE-3内燃机车的时候，莫洛佐夫回到了乌克兰哈尔科夫运输机械厂（值得一提的是，二战爆发时哈尔科夫运输机械厂搬迁到下塔吉尔时，带走了183的厂名，回归乌克兰后，183厂的名字却留在了下塔吉尔，哈尔科夫运输机械厂更名75号工厂），成立了第60设计局，并开始设计下一代坦克——430工程。由于莫洛佐夫希望让坦克更轻，更紧凑，他选择了一个大胆的想法——放弃T-34,T-54的V2四冲程柴油机，转向水平对置柴油机路线，并提出了4TD发动机，采用4个气缸，8个曲轴的设计。后来，随着430工程下马，432工程转为后来鼎鼎大名的T-64，4TD发动机也增加了1个气缸，改名为5TDF发动机。之后，随着T-80UD在哈尔科夫运输机械厂生产，哈尔科夫人又把5TDF增加了1个气缸，变为6TD系列发动机，在苏联解体后，这款发动机改进型6td-2也被用于中国MBT2000坦克。

（2023-9-27修改：在咨询了@Panzerwine大佬后，确认VT4发动机不是6td系列发动机，6td受制于水平对置活塞技术特点，不能用传统散热器，只能用高压尾气引射冷空气降温，因而6TD发动机原装的一体化引射散热装置，在车体尾部有标志性的引射喷管；而VT4尾部的散热窗不符合这个引射喷管的特征。VT-4发动机动力包顶部拍摄图片和实车的进气道分析，应当是99坦克的150系列发动机转横置摆放的产物）

迄今为止，都没有任何资料说明为什么莫洛佐夫从下塔吉尔返回哈尔科夫后，会选择水平对置发动机作为430工程、T-64直到T-84的发展路线。很多人认为，苏联的4/5/6TD发动机是来自于缴获的德国JUMO205发动机的相关技术，但JUMO205大多只用于战前的客机和飞艇，在二战后期就不再是一种出色的设计。而哈尔科夫运输机械厂虽然以生产坦克出名，但其主营业务还是以生产铁路机车为主，在莫洛佐夫回归哈尔科夫后，身为第60设计局的总设计师的他不可能不知道同一个工厂生产的2D100垂直对置发动机。而且，考虑到2D100柴油机4气缸版本为667马力（490KW），那么增加一个气缸并调整转速适合坦克后，5TDF发动机514（一说法551）KW正好符合这个推算。因此，以本人的判断：T-64/80采用的5TD、6TD发动机，有极大可能性参考了费尔班克斯-莫尔斯38D-8-⅛型柴油机，甚至不排除使用了部分相同的技术（毕竟都是由哈尔科夫运输机械厂的柴油机工厂生产的）。

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