В последней модификации 1992 года это 70-сильный четырехтактный многоготопливный бесшатунный полностью уравновешенный двигатель (см. таблицу). По сравнению с лучшими образцами существующих карбюраторных двигателей и дизелей, он имеет более высокий КПД, меньшие габариты и массу, более высокую удельную мощность. Особенно важно, что он обладать экологически чистым, нетоксичным выхлопом.
Учитывая интерес, проявляемый нашими читателями к судьбе этого ДВС известного как «двигатель Кушуля», коротко остановимся на современном состоянии вопроса о его промышленном внедрении.
На проходившем по инициативе высшей школы Всероссийском конкурсе предлагаемых к практической реализации ранее выполненных научно-исследовательских работ, способных дать быстрый и существенный экономический и экологический эффект, утверждена научно-исследовательская программа по созданию современных промышленных образцов такого двигателя, выделены необходимые средства. В настоящее время работы по этой программе активно ведутся авторами изобретения совместно с Санкт-Петербургским заводом «Красный Октябрь» и заводом «Дагдизель» в г. Каспийске.
На рисунке представлен продольный разрез разрабатываемого 4-цилиндрового многотопливного двигателя с непосредственным впрыском топлива (в начале процесса сжатия) и сдвигом по фазе в движении поршней в совместно работающих цилиндрах. Его отличительная особенность еще и в том что с целью уменьшения габаритов, по сравнению с традиционными конструкциями, и обеспечения полной уравновешенности сил инерции (при малом числе цилиндров) он выполнен с бесшатунным приводом поршней.
Аналогичный бесшатунный 4-цилиндровый двигатель судовой модификации разработан тем же институтом авиационного приборостроения совместно с «Дагдизелем». В настоящее время завод создал опытный образец этого двигателя, осуществляет доводку конструкции и стендовые испытания. Мощность его около 70 л. с.
С заводом «Красный Октябрь» ведутся работы по созданию многотопливного 2-цилиндрового двигателя воздушного охлаждения широкого назначения — для минитракторов передвижных электростанций и т. д. Этот двигатель должен будет выпускаться серийно заводом «Красный Октябрь». Его мощность около 35 л. с.
Представляют несомненный интерес результаты испытаний 13-сильного двухтактного двигателя малой размерности (образец 1986 г.; см. «КиЯ» №123). Как сообщается в книге В. М. Кондрашева и др. «Двухтактные карбюраторные двигатели» («Машиностроение», 1990 г.), испытания этого двигателя показали высокий уровень форсировки (до 108,8 л. с. на 1 л объема), высокую экономичность, высокую межцикловую стабильность, нечувствительность к октановому числу бензина, снижение токсичности отработавших газов на 50%. Конструктивные данные этого двигателя также указаны в приводимой ниже таблице.
Прежде чем предоставить слово авторам, которые вкратце напомнят особенности работы принципиально нового двигателя, добавим, что его преимущества перед существующими ДВС несомненны. Убеждены, что при нынешнем размахе экономических преобразований концепция нового высокоэкономичного и экологически чистого двигателя найдет энергичных и деловых сторонников.
Новый двигатель является логическим развитием существующих двигателей легкого топлива и дизелей, объединяет их преимущества и практически полностью исключает недостатки.
Основная особенность его рабочего процесса — последовательное участие в процесс сгорания низко-сжатого и высоко-сжатого воздуха, которое реализовано без какого-ли 5о усложнения конструкции. Благодаря этому рабочий процесс осуществляется с недоступными для обычных двигателей оптимальными значениями всех параметров, характеризующих полезное преобразование тепловой энергии. Такими параметрами являются: 1 — приведенное значение степени сжатия 11,5—12; 2 — количественно-качественное регулирование заряда, допускающее повышение коэффициента избытка воздуха на частичных нагрузках до α=3; 3 — оптимальная организация процесса сгорания с созданием интенсивных вихревых движений газов в конце этого процесса, что обеспечивает чистый нетоксичный выхлоп. Испытания опытных образцов двигателя полностью подтверждают указанные характеристики.
Промышленное внедрение нетрадиционного двигателя нового типа представляется чрезвычайно актуальным, это позволит существенно продвинуться в решении двух важнейших проблем — энергетической, благодаря уменьшению в среднем на 25% расхода дефицитного углеводородного топлива, и экологической, благодаря отсутствию токсичных компонентов в выхлопных газах.
Как показали испытания, новый двигатель, в сравнении с лучшими образцами существующих карбюраторных ДВС, обеспечивает повышение КПД и уменьшение расхода горючего на 20— 25% (минимальный удельный расход топлива 165 г/л.с.·ч), уменьшение габаритов и удельного веса на 12%; его работу характеризуют нетребовательность к октановому числу топлива (отсюда — многотопливность) и нетоксичный выхлоп, исключающий необходимость применении в системе выхлопа дорогостоящих каталитических нейтрализаторов.
Журнал «Катера и яхты» в своих прежних публикациях довольно подробно знакомил читателей с принципиальными основами рабочего процесса нового двигателя который осуществляется в двух смежных цилиндрах со смещенным по фазе движением поршней. Приведем дополнительно лишь единственное, на наш взгляд, достаточно убедительное пояснение эффективности нового рабочего процесса.
На индикаторной диаграмме нового ДВС имеется характерный уступ на линии сгорания, который достоверно характеризует отмеченную выше основную особенность рабочего процесса — соответствует окончанию первой фазы сгорания с участием низко-сжатого воздуха и началу второй фазы сгорания с участием высоко-сжатого воздуха.
Процесс подвода тепла заканчивается к моменту прихода поршня второго цилиндра в крайнее верхнее положение, когда весь его воздушный заряд будет вытеснен в камеру сгорания. Объем над поршнем второго цилиндра в этот момент практически будет равен нулю; учитывая, что сдвиг по фазе в движении поршней составляет 22—24°, поршень первого цилиндра к этому моменту пройдет путь, соответствующий повороту коленчатого вала на 22—24°.
В обычных карбюраторных двигателях объем камеры сгорания примерно такой же, как в первом цилиндре нового ДВС, а продолжительность сгорания по углу поворота коленчатого вала тоже составляет не менее 22—24°.
Следовательно, к моменту окончания процесса сгорания объем над двумя поршнями в новом ДВС будет таким же, как объем над одним поршнем в обычном двигателе; но поскольку в новом ДВС в том же объеме будет сосредоточено двойное количество заряда, то и температура, и давление газов в начале процесса расширения будут значительно более высокими, чем у обычных двигателей.
Расширение рабочего тела в новом ДВС происходит не в одном, а в двух цилиндрах. Следовательно, степень расширения газов после подвода тепла будет вдвое большей, поэтому температура и давление газов в конце процесса расширения будут более низкими, чем у существующих двигателей.
Таким образом в новом ДВС существенно повышается используемый термодинамический перепад температур и давлений в цикле, а следовательно, возрастает КПД.
На частичных нагрузках в новом ДВС, как и в дизелях, произойдет дополнительное увеличение КПД благодаря качественному регулированию заряда, которое повысит процентное содержание двухатомных газов в рабочем теле, что приведет к уменьшению их теплоемкости и, как следствие, к повышению температуры и давления рабочего тела при том же количестве подводимого тепла.
В последних разработках нового ДВС применена новая схема механизма главного движения, позволившая осуществить бесшатунный привод поршней. В результате на 10% повысился механический КПД, удалось уменьшить габаритные размеры и, что самое важное, обеспечить полную уравновешенность двигателя.
Указанные преимущества нового ДВС подтверждены данными испытаний опытных образцов и за рубежом. В частности, опытный двигатель был создан на базе серийного двигателя «Rover» фирмы «British Leyland» в г. Кранфельд; о результатах его испытаний под названием «двигатель Кранфельда — Кушуля» сообщалось в работе Н. Р. Била и Д. Ходжеттса.
Предприятия и бизнесмены, заинтересованные в организации производства указанных высокоэкономичных многотопливных, экологически чистых двигателей, которые с одинаковым успехом могут использоваться на катерах, автомашинах и любых других транспортных средствах, могут обращаться в редакцию журнала «Катера и яхты» или непосредственно к авторам настоящей статьи.