Когда речь заходит о двигателях внутреннего сгорания, у многих возникает ощущение, что эта тема давно закрыта и все возможные идеи уже перепробованы. Однако именно в такие моменты появляются проекты, которые заставляют пересмотреть привычные представления. Мне довелось познакомиться с одной из таких разработок — проектом двигателя, предложенным инженером Александром Грабовским. С первого взгляда он кажется возвращением к давно забытым экспериментам, но при детальном изучении становится понятно, что перед нами не просто повторение прошлого, а попытка переосмыслить его на новом уровне.
История двигателя внутреннего сгорания всегда была историей борьбы за эффективность. Появление электрического стартера, цепного привода ГРМ, систем регулирования фаз — всё это вехи, за которыми стояло желание выжать из мотора максимум. Но любое улучшение почти всегда оборачивалось компромиссом: выигрывая в одном, конструкторы проигрывали в другом. Именно поэтому идея, которая позволяет одновременно улучшить несколько ключевых характеристик, выглядит особенно привлекательно.
Суть предложения: два вала вместо одного
Центральная идея проекта — отказ от классической схемы с одним коленчатым валом. Вместо неё предлагается кривошипно-шатунный механизм с двумя валами, каждый из которых связан с поршнем собственным шатуном. Схема работает по принципу «правый с правым, левый с левым». На концах валов установлены маховики, соединённые зубчатой передачей. Такая компоновка заставляет валы вращаться навстречу друг другу, что, по задумке автора, обеспечивает взаимное уравновешивание.
Необычно выполнены и сами шатуны. Они имеют серповидную форму и обращены друг к другу выпуклыми сторонами. Это не просто дизайнерское решение — геометрия напрямую влияет на характер движения поршня. При точном расчёте хода можно добиться того, что поршень дольше задерживается в верхней и нижней мёртвых точках. На первый взгляд это мелочь, но именно она открывает целый ряд преимуществ.
Когда поршень дольше находится в нижней мёртвой точке на такте впуска, цилиндр успевает лучше заполниться воздухом или горючей смесью. Это напрямую влияет на коэффициент наполнения. В верхней мёртвой точке увеличенное время пребывания поршня даёт топливной смеси больше времени для полного сгорания. Результатом становится более стабильное и эффективное сгорание, а также снижение тепловых потерь. Всё это не просто теоретические рассуждения — в проекте приведены расчёты, графики и диаграммы, подтверждающие эти выводы.
Что меняется в рабочем цикле
Движение поршня в такой схеме отличается от привычного. Такт сжатия проходит интенсивнее, а его завершение происходит до поворота коленвалов на 180 градусов. Это снижает потери объёма цилиндра и уменьшает прорыв рабочего тела в картер. Давление газов на поршень создаёт усилие, которое через кривошипы передаётся на оба вала, заставляя их вращаться совместно с маховиками.
Особого внимания заслуживает момент открытия выпускного клапана. В классических моторах его приходится открывать заранее, чтобы обеспечить качественную очистку цилиндра. Здесь же, благодаря увеличенному времени нахождения поршня в нижней мёртвой точке, момент открытия можно сместить ближе к ней. Это повышает эффективность использования тепла рабочего тела. Принудительная очистка цилиндра происходит за угол поворота меньше 180 градусов, что делает выпуск более интенсивным. А перекрытие клапанов в верхней мёртвой точке дополнительно способствует очистке.
По расчётам автора, такая конструкция позволяет увеличить объём цилиндра при неизменном радиусе кривошипов. Снижаются потери на трение в деталях цилиндропоршневой группы. Практически полностью уравновешиваются силы инерции первого и второго порядков. Уменьшение скорости поршня в зонах мёртвых точек улучшает наполнение, сгорание и очистку. Всё это в комплексе должно привести к существенному росту КПД.
Схема дезаксиального кривошипно-шатунного механизма со сдвоенными связями
Не первая попытка: уроки истории
Идея использовать несколько коленчатых валов не нова. Ещё в 1900 году компания Lanchester Engine Company выпустила автомобиль с оппозитным двухцилиндровым мотором, у которого было два вала, вращающихся в противоположных направлениях. Каждый поршень соединялся со своим валом толстым шатуном, а с другим — двумя более тонкими. Конструкция позволяла поршням двигаться по одной оси. Однако уже к 1904 году от неё отказались.
В 1960-х годах команда BRM попыталась создать нечто совершенно необычное для гонок. Они объединили два восьмицилиндровых оппозитных мотора, расположив их параллельно. Получился агрегат с 16 цилиндрами, 64 клапанами и двумя коленчатыми валами. Из-за формы конструкцию назвали «Н». Но мотор не выдал запланированных характеристик и оказался слишком ненадёжным. От него быстро отказались.
В начале 2000-х немецкая компания Neander Motors представила мотоцикл с двухцилиндровым дизельным двигателем объёмом 1430 кубических сантиметров, у которого также было два коленчатых вала. Сначала мотор планировали использовать в гонках Moto GP, затем он перекочевал на дорогие спорт-круизеры, а в итоге пошёл в серию лишь как лодочный двигатель с уменьшенным до 804 кубических сантиметров объёмом. Причины такого исхода не совсем ясны. Возможно, цена мотоцикла около ста тысяч долларов оказалась слишком высокой. Или сочетание дизеля и мотоцикла отпугнуло покупателей сильнее, чем необычная конструкция.
Пример двухколенвального мотоциклетного двигателя
Самым успешным оказался не двух-, а трёхколенвальный вариант. Во время Второй мировой войны британцы узнали, что немцы работают над экспериментальным 24-цилиндровым авиационным дизелем Junkers Jumo 223. Он состоял из четырёх блоков по шесть цилиндров, расположенных в ромбовидной конфигурации с четырьмя коленчатыми валами. Немецкий проект не был доведён до рабочего состояния. А вот в Великобритании на основе этой идеи создали трёхколенвальный двигатель в компоновке «треугольник». Его назвали дельтообразным. Такие моторы десятилетиями использовались на скоростных судах военно-морского флота и в железнодорожном транспорте.
Дельтообразный двигатель в эксплуатации
Однако опыт показал, что эти агрегаты очень требовательны к обслуживанию. Они не прощали даже малейших отклонений от регламента. Локальный ремонт в большинстве случаев был невозможен — требовался демонтаж и отправка на специализированные участки. Сначала двигатели при поломке отправляли производителю, а затем флот и железная дорога вынуждены были создавать собственные ремонтные базы.
Почему у новой версии может получиться
Анализируя прошлые неудачи, можно заметить, что они были связаны не с самой концепцией нескольких коленчатых валов, а с конкретными ошибками в разработке и эксплуатации. Правильный расчёт кинематики, учёт динамических нагрузок и продуманная система обслуживания могут изменить ситуацию. Именно на это делает ставку автор нового проекта.
Отдельный важный вопрос — ремонтопригодность. Если двигатель нельзя починить на месте, в обычной мастерской, он обречён остаться экзотикой. Опыт британцев с дельтообразными моторами это наглядно подтвердил. Поэтому в новом проекте вопросам обслуживания уделено особое внимание. Сам автор признаёт необходимость дополнительных исследований кинематических и динамических параметров, чтобы точнее оценить потенциал конструкции.
Главное, что отличает эту работу от многих других инициатив, — глубина проработки. Это не эскиз на салфетке, а подробный документ с расчётами, графиками и таблицами. В нём описаны принципы работы двух новых термодинамических циклов, также защищённых патентами. Такой уровень подготовки внушает осторожный оптимизм. Возможно, именно сейчас, когда автомобильный мир ищет альтернативы, но не готов полностью отказаться от привычных технологий, подобные проекты получат шанс на реализацию.
Сравнение диаграмм классического ДВС и мотора со сдвоенными кинематическими связями
В конечном счёте, будущее двигателей внутреннего сгорания зависит не только от технических решений, но и от готовности индустрии к переменам. Если предложенная схема действительно позволит повысить КПД, снизить потери на трение и улучшить уравновешенность, у неё есть все шансы занять свою нишу. А история показывает: иногда идеи, которые однажды не прижились, возвращаются в новом качестве и находят применение там, где их меньше всего ждали.
Обсудить статью
