Silniki BMW 801 w myśliwcach Focke Wulf Fw 190

Historia silników montowanych w firmie BMW sięga czasów przed I wojną światową, jako że pierwsze motory powstawały jeszcze w 1912 roku pod szyldem Rapp-Motorenwerske. Dopiero w 1917 roku firma zmieniła nazwę na Bayerische Motorenwerke GmbH.
By sprostać wymaganiom RLM nakładającym na firmę obowiązek produkcji silników gwiazdowych musiano skorzystać z pomocy z zewnątrz. Pierwszym krokiem do powstania silnika BMW 801 było pozyskanie technologii do produkcji motorów gwiazdowych. Niemcy zakupiły licencję na wytwarzanie silników Pratt & Whitney „Hornet”((Co ciekawe próbowano również licencyjnej produkcji „Waspa”, ale nic z tego projektu nie wyszło. Początkowo używano wersji Hornet A, ale gdy amerykanie wypuścili na rynek Horneta B Niemcy również przestawili się na ten model. Niemcy wykupując licencję na silnik Hornet uzyskali też wyłączne prawo przedstawicielstwa na Europę na okres 6 lat. T. Lorenz, BMW als Flugmotorenhersteller 1926-1940, Oldenburg 2008, s. 51.)). Konsekwencją tego posunięcia było stworzenie silnika BMW 132((Poprzedził go silnik eksperymentalny w układzie gwiazdowym o 9 cylindrach i oznaczony jako BMW 128. Początkowe moce nie były obiecujące i oscylowały wokół 600-700KM, ale prowadzone eksperymenty szybko uzmysłowiły Niemcom, że możliwe jest chwilowe podniesienie mocy o nawet kilkadziesiąt procent. Zaowocowało to zmianami w stopniu sprężania, sprężarkach czy tez powiększaniem wielkości zaworów czy wreszcie zwiększeniem obrotów. To z kolei wiązało się z koniecznością zastosowania lepszych smarów, wydajniejszego systemu chłodzenia itd.)), który napędzał m.in. Junkersa Ju 52((Innymi samolotami, na których montowano silniki BMW 132 były: Arado Ar 196, Arado Ar 197, Blohm & Voss Ha 140, Heinkel He 114, Heinkel He 115, Henschel Hs 123, Junkers Ju 160, Junkers Ju 86.)). Pierwotnie BMW produkowało ten silnik w wersji niezmienionej i oznaczało go jako BMW Hornet. Po krótkim czasie Niemcy wzięli silnik na warsztat i zaczęli prace nad poprawa jego osiągów. Konsekwencją był właśnie silnik BMW 132, który był ulepszoną wersją BMW Hornet. Silnik ten miał 9 cylindrów w układzie gwiazdowym. Posiadał wiele wersji rozwojowych, w których podnoszono m.in. stopnień sprężania, dołożono sprężarkę czy też w późniejszej fazie produkcji zasilanie w mieszankę poprzez wtrysk paliwa zamiast standardowych gaźników. Chcąc uzyskać silnik o większej mocy, Niemcy zaczęli eksperymenty z dwoma BMW 132, połączonymi i tworzącymi jednostkę w układzie podwójnej gwiazdy. Tak powstał silnik BMW 139(( Silnik gwiazdowy BMW 139 rozwijał w tym momencie moc większą o około 300 koni większą od współczesnych mu silników chłodzonych cieczą. Dawało to szansę na stworzenie mocnego i dobrego samolotu)). Ogromnym problemem było jednak chłodzenie drugiego rzędu cylindrów, który ciągle ulegał przegrzewaniu.
W tym momencie na pierwsze miejsce wysunął się właśnie BMW 801 rozwijany równolegle z BMW 139(( BMW 139 użyto w 2 pierwszych wersjach Fw 190.)). Była to jednostka skonstruowana również w układzie podwójnej gwiazdy, ale posiadała 14 cylindrów. Całkowicie nowa, miał wiele ciekawych rozwiązań, do których należało sterowanie przy pomocy Kommandogerät oraz choćby podciśnieniowe przewietrzanie. Mimo tego wszystkie początkowe egzemplarze podobnie jak silniki BMW 139 cierpiały na przegrzewanie się tylnej gwiazdy. W porównani z BMW 139 jednostka ta była cięższa, ale jej większa niezawodność zdecydowała, o postawieni przez zakłady na ten projekt(( K.Kens, H.J.Nowarra, Die Deutschen Flugzeuge 1933-1945, München 1972, s. 586.)). Za produkcję odpowiedzialny był inż dypl. Duckstein(( K. von Gersdorff, H. Schubert, S. Ebert, Flugmotoren und Strahltriebwerke, Bonn 2007, s. 62.)).
Pierwsze opinie nie były jednak zbyt pochlebne. Tak swoje wrażenia na temat silnika opisuje Oberleutnant Karl Boris z JG 26: W marcu 1941 otrzymałem rozkaz jako TO(( TO- Technisches Offizier -oficer techniczny.)) II/JG 26 by wraz z około 30 wybranymi technikami udać się do Rechlina nad Müritzsee by wypróbować Fw 190 pod kątem naszego doświadczenia frontowego.[…] Z krzepkości i właściwości pilotażowych nowej maszyny byliśmy zachwyceni od pierwszego startu- maszyna przekonała nas do siebie od razu. Tylko Motor BMW 801, 14 cylindrowy, o podwójnej gwieździe, chłodzony powietrzem sprawiał wiele kłopotów. Przytrafiało mu się absolutnie wszystko, co tylko mogło. Rzadko mogliśmy wyprowadzić nasze 6 maszyn serii 0 z rejonu serwisowania. Pękały przewody olejowe, ciężki pierścień chłodzący oleju często ulegał uszkodzeniu, ciągłemu przegrzaniu ulegał dolny cylinder 2 gwiazdy z racji niewystarczającej wydajności pompy oleju i chłodnicy. Pękały przewody benzyny i w wyniku wydzielających się oparów był problem, by wyjść z kabiny, tak byliśmy odurzeni. Automatyka śmigła często nie pracowała również bezawaryjnie. Była przerabiana, wymieniana, odnawiana, wypróbowywana i znowu zmieniana(( P.Rodeicke, Focke Wulf Jagdflugzeug Fw 190 A,Fw 190 „Dora” ta 152, Eutin 1998, s. 22.)).
Dalej w swej ocenie idzie Ernst Battmer: Focke Wulf uważał, że silnik nie nadaje się, a BMW uważało, że firma Focke Wulf nie zadbała o odpowiednie chłodzenie silnika. Obydwu trzeba jednak zarzucić kiepską współpracę(( J. Priller, Geschichte eines Jagdgeschwaders, Neckergemünd 1965, s. 118.)). Były to jednak typowe problemy z początku użytkowania samolotu, choć dalsza produkcją była w pewnym okresie poważnie zagrożona i tylko interwencja pilotów i mechaników powstrzymała RLM od wstrzymania całego projektu. Karl Borris wspomina: Profesor Tank starał się spełniać nasze żądania [dotyczące usuwania usterek samolotu] w sposób najbardziej bezpośredni i unikający biurokracji. (…) Komisja złożona z przedstawicieli RLM chciała zamknąć projekt Fw 190 i zrezygnować z brania pod uwagę samolotu jako zdolnego do służby w pierwszej linii. Protestowaliśmy gwałtownie, ponieważ płatowiec sam w sobie był naprawdę wspaniały(( D. Caldwell, JG 26. Top Guns of the Luftwaffe, New York 1991, s. 95.)).
By poprawić przewietrzanie komory silnikowej, założono 12 łopatkowy wentylator z regulowanym kątem łopat, który był stosowany aż do modelu silnika oznaczonego jako D-2. Celem ograniczenia obsługi sinika podczas lotu, wprowadzono zmodernizowane przez inż. dypl. Karla Prestera Komandogerät. Urządzenie to odpowiadało za regulację ciśnienia doładowania, rodzaj mieszanki, kontrolę doładowania oraz zawiadywało czasem zapłonu, zwalniając tym samym pilota z tych wszystkich czynności(( Ibidem, s. 19.)). Zasadniczym zadaniem pilota stawało się przesunięcie przepustnicy, a resztę załatwiało za niego urządzenie. Dawało to niebagatelną przewagę podczas walki i pozwalało skupić się na manewrach przeciwnika,a nie na żmudnym regulowaniu parametrów silnika do odpowiednich dla danej sytuacji wartości.
Zamontowanie nowego silnika wymusiło przekonstruowanie płatowca, ale odbyło się to bez większych problemów. W związku z większą masą konieczne stało się przesuniecie fotela pilota co również wpłynęło na obniżenie temperatury w kabinie. W samolotach wersji przedprodukcyjnej oznaczonej jako A-0 zamontowano silnik BMW 801 C-0. Silnik w wersji C-1 miał nieco poprawione chłodzenie poprzez użycie 12 łopatkowego wentylatora zamiast 10 łopatkowego jak to miało miejsce w przypadku C-0. Początkowe problemy z całym samolotem, jak i z silnikiem były szybko niwelowane m.in. przy pomocy mechaników z JG 26 „Schlageter”, których uwagi doprowadziły, do uwzględniania 50 poprawek wprowadzono do modelu produkcyjnego. Zespołem tym kierował Oberleutnant Otto Behrens oraz wspominany już Fliegerstabsingenieur Ernst Battmer. Od modelu A-2 wprowadzono do użytku silnik BMW 801 C-2 o mocy 1600 KM, w którym poprawiono okaptowanie, a w szczególności jego mocowanie oraz zmieniono wentylator na bardziej wydajny((W. Wagner, Kurt Tank: Focke Wulfs designer and tetpilot, Atglen 1998, s. 97.)). Dodatkowo poprawiono wentylację poprzez szczeliny w tylnych osłonach silnika((W początkowych wersjach A-4 występowały szczeliny, które w późniejszym czasie przekształcono w ruchome żaluzje pozwalające na większą kontrolę nad temperaturą wewnątrz przedziału silnikowego.)). Pierwsze miesiące z Fw 190 wspomina barwnie oficer techniczny z III/JG 26 Rolf Schrödter, który walnie przyczynił się do usprawnienia silnika: Kiedy Bf 109 został zastąpiony przez Fw 190 znów pojawiły się nasze kłopoty, tym razem z gwiazdowym silnikiem BMW, który często mógł pracować tylko przez kilka godzin. Doprowadzał się do samozagłady z powodu przegrzewania cylindrów. Usiłowaliśmy ratować silniki w warsztatach remontowych w Albert, rozbierając je na części i sprawdzając każda z osobna. Nie mogę sobie nawet przypomnieć, jak często dla tych badań osobiście wzbijałem się w powietrze. W końcu doszliśmy do wniosku, że przegrzewanie dolnego cylindra jest spowodowane niefortunnie poprowadzonym układem wydechowym. Zmianę tego układu można było wykonać na naszych własnych lotniskach. Dowódca 8 Staffel, Obl. Borris, dostał złoty zegarek od zakładów BMW, gdy silnik jego samolotu jako pierwszy wypracował resurs stu godzin(( K.Janowicz, Fw 190 vol. 1, Lublin 2003, s. 28.)).
Od wariantu A-3 BMW zaprezentowało silnik BMW 801D-2. Stanowił on znaczną poprawę w porównaniu do poprzedników. W jednostce tej podniesiona została moc do 1730 KM((Instrukcja D.(Luft)T.2190A-1, Teil 0, Ausgabe Oktober 1943, s. 9 podaje iż było to 1730. W niektórych publikacjach podawana jest wartość 1700 KM. Rozbieżności mogą brać się z przeliczania mocy podawanej jako PS (KM po niemiecku) na inne wartości tylko zagadką pozostaje fakt dlaczego moc silnika C równa 1600 PS występuje zarówno w instrukcjach jak i w tych samych opracowaniach na identycznym poziomie.)) w porównaniu do 1600 KM w C-1. Stopień kompresji wzrósł z 6,5 do 7,22, zwiększono ciśnienie doładowania oraz zmieniono biegi doładowania. Teraz na poszczególnych przełożeniach osiągano wyższe obroty. Wszystkie te manewry wymusiły zmianę paliwa z B4 na C3, które posiadało wyższa liczbę oktanów. Mimo tych zmian silnik BMW zaczął powoli odstawać od motorów przeciwników. Próbowano temu zaradzić, wprowadzając od wersji A-4((Silnik był gotowy do montażu urządzenia, ale w wyniku rozmaitych opóźnień instalacja MW-50 zagościła w samolotach na stałe dopiero od modelu A-8.)) wtrysk mieszanki oznaczonej jako MW-50. Skład mieszanki był prosty. W 50% zawierała ona metanol, w 49,5% wodę oraz 0.5% stanowił olej mający na celu zapewnić zabezpieczenie przed korozją. Pozwalało to na chwilowy wzrost mocy silnika do około 2100KM.
Odparowywanie mające miejsce podczas wtrysku powodowało obniżenie temperatury doładowywanego powietrza i całego układu. Zimniejsze powietrze zawierało większy ładunek tlenu. Należało jednak zachować odpowiedni balans, by zbytnio nie schłodzić powietrza, co uniemożliwiłoby skuteczne odparowywanie wtryskiwanej mieszanki. Dzięki spadkowi temperatury unikano niebezpiecznego dla sinika spalania stukowego za co głownie odpowiadał właśnie metanol((Podczas spalania stukowego dochodzi do nierównomiernego zapłonu mieszanki. Płomień nie rozchodzi się równomiernie. Co gorsza, czoło płomienia przesuwa się szybciej, co objawia się charakterystycznym odgłosem stukania, który jest słyszalny nawet ze znacznej odległości. Taki rodzaj spalania powoduje znaczne obciążenia dla układu korbowego. Podczas tego rodzaju spalania nazywanego również detonacyjny silnik ma niższa moc i sprawność.)). Zastosowanie MW-50 pozwalało w danej chwili użyć większego ciśnienia doładowania.