И. О. Кирилюк

Из общей практики конструирования двигателей внутреннего сгорания известно, что наиболее простыми, экономичными, надежными и долговечными являются двигатели с минимально возможным количеством цилиндров. Но обычно двигатели, имеющие менее 4 цилиндров, требуют использования специальных механизмов для уравновешивания сил и моментов инерции вследствие чего оказываются больше и тяжелее многоцилиндровых, что ограничивает область их применения. В настоящее время, в зависимости от назначения, наиболее широко используются 4-6-8-12 цилиндровые двигатели. Использование 1-2-3 цилиндровых двигателей ограниченно двигателями с небольшими размерами цилиндров.

Значительное улучшение весовых и габаритных показателей двигателей с двумя цилиндрами может быть достигнуто при балансировке двигателя за счет размещения цилиндров и использования соответствующей кривошипной схемы. Так, при расположении рабочих цилиндров на одной оси оппозитно относительно коленчатого вала и использовании кривошипной схемы, при которой переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешиваются, двигатель будет сбалансирован не только относительно сил инерции вращающихся и движущихся возвратно-поступательно масс двигателя, но и относительно моментов инерции первого и высших порядков. Примерами таких схем могут служить изобретения по заявке DE 3132144 (опубл. 03.03.83 г., МКИ F 15/24, заявитель Volkswagenwerk AG) и по заявке EP 0503842 (опубл. 05.03.92 г., МКИ F 02B 75/24, F 01B 7/06, F 02F 7/00, заявитель Israel Aircraft Industries, LTD). В этих двигателях первый поршень связан со средней шатунной шейкой с помощью обычного шатуна, а второй поршень связан с крайними шатунными шейками коленчатого вала посредством:  второго шатуна, который выполнен вильчатым и охватывает первый кривошип (заявка DE 3132144) второго и третьего шатунов. (заявка EP 0503842). Недостаток этих устройств – чрезмерные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм и опоры двигателя _ обусловлен тем, что удаленность второй и третьей шатунных шеек от оси цилиндров требует использования: в первом случае второго вильчатого шатуна больших размеров и массы. Причем для обеспечения уравновешенности двигателя первый, обычный, шатун необходимо выполнить с массой, равной массе вильчатого шатуна, то есть заведомо переутяжелить. Однако, вследствие возрастания сил инерции движущихся масс, возрастают и нагрузки на кривошипно-шатунный механизм и опоры двигателя; Во втором случае необходимо использовать поршни большого диаметра для размещения верхних головок второго и третьего шатунов во внут-ренней полости второго поршня. А это приводит к увеличению массы и площади поршней, то есть к увеличению как сил инерции возвратно-поступательно движущихся масс, так и сил давления газов на поршень, вследствие чего возрастают суммарные силы, действующие на кривошипно-шатунный механизм и опоры двигателя. Таким образом, чрезмерная нагрузка на кривошипно-шатунный механизм и опоры известных оппозитных двигателей внутреннего сго-рания с трехкривошипным коленчатым валом, отрицательно влияющая на показатели надежности и ресурс двигателя, объясняется тем, что следствием мероприятий, направленных на обеспечение уравновешивания моментов и сил инерции движущихся масс, неизменно становилось увеличение этих же масс, а значит и действующих на механизм сил. Задача усовершенствования оппозитного двигателя внутреннего сгорания с трехкривошипным коленчатым валом, в котором уменьшены силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс и силы давления газов на поршни при соблюдении условия уравно-вешенности двигателя была решена в предлагаемых изобретениях. Благодаря чему снижены нагрузки на кривошипно-шатунный механизм и опоры двигателя и улучшены показатели его надежности и ресурса. При этом в изобретении (Патент Украины №56277) для уменьшения требуемого диаметра цилиндра два шатуна во втором цилиндре соединены с концами поршневого пальца выведенными в полости, образованные наружной поверхностью тронка поршня и внутренней поверхностью цилиндра, а в изобретении (Патент Украины №61980) использован крейцкопфный механизм, что позволило исключить зависимость размеров кривошипно-шатунного механизма от диаметра цилиндра.

С целью определения реальных технических и экономических показателей двигателя, созданного с использованием изобретения по заявке РСТ WO0196721 был выполнен технический проект среднеоборотного дизеля ДК1, мощностью 370 кВт, с диаметром ци-линдров 260 мм, ходом поршня 270 мм. В этой работе участвовали ведущие специалисты крупнейшего в Украине двигателе-строительного предприятия – «Г.П. Завод им. Малышева». В результате использования изобретения удалось обеспечить снижение массы двигателя на 30% и габаритов на 40% по сравнению с двигате-лем традиционной конструкции. При этом уровень унификации с существующим двигателем составил более 65%. Как показал анализ выполненной конструкции, при отказе от высокой степени унификации, возможно дальнейшее снижение массы и габаритов двигателя ещё на 40-45%. Возможно изготовление этого двигателя при использовании традиционных технологий двигателестроения.


Так как рынок автомобилей является наиболее объемным и привлекательным, был разработан проект дизельного двигателя ДК2 автомобильного типа по этому же изобретению. За основу были взяты диаметр, ход поршня и мощность современного дизельного двигателя Cummins N14 PLUS 525E. В результате был спроектирован двигатель близкий по показателям массы и габаритов к одним из лучших современных двигателей - VR 630 DONC и VR 640 OHV производства DaimlerChrysler Company, но более дешевый в производстве и эксплуатации.

Техническая характеристика дизеля ДК2 характеристика значение Максимальная мощность 131кВт Максимальный крутящий момент 836 Н*м Максимальная частота вращения коленвала 2100 об/мин Диаметр цилиндра 140 мм Ход поршня 152 мм Рабочий объём цилиндров 4660 см3 Степень сжатия 16.5:1 Размеры:   Длина 350 мм Ширина 1540 мм Высота 400 мм Сухой вес в стандартной комплектации 188 кг Удельный вес 1.44 кг/кВт

Таким образом, показана возможность создания двухцилиндрового двигателя, не уступающего современным многоцилиндровым двигателям по массогабаритным показателям и, значительно превосходящего их по надежности и ресурсу.