Важным вопросом работы в ХНАДУ является оптимизация взаимодей­ствия между ДВС и пневмодвигателем при эксплуатации автомобиля по городскому ездовому циклу. Здесь необходимы как расчетные исследования, так и накопление опытных данных.

Рассматриваемый пневмодвигатель в комплексе проводимых по теме экспериментальных исследований предназначен сыграть роль временного, как бы «технологического» образца для изучения узкого круга вопросов взаи­модействия двух независимых бортовых источников энергии – двигателя вну­треннего сгорания и двигателя, работающего на сжатом воздухе при эксплуатации автомобиля в реальных условиях городского автомобильного движения.

По типу – это поршневой четырехцилиндровый V-образный нереверсивный пневмодвигатель с золотниковым воздухораспределением, с комбинированной системой смазки (подшипники скольжения коленчатого вала смазываются под давлением, а детали цилиндропоршневой группы смазываются разбрызгиванием). Диаметр цилиндра D = 76 мм, ход поршня S = 66 мм, угол развала цилиндров 90°.

Рабочий цикл двигателя четырехпроцессный: впуск, расширение, выпуск–выталкивание и обратное сжатие. Процесс расширения не полный, а частичный, ограничиваемый минимально допустимой температурой рабочего тела в конце процесса по условию недопущения обмерзания выпускного тракта.

Базовые детали: блок-картер, оребренные цилиндры, детали цилиндропоршневой группы, шатуны, вкладыши коренных и шатунных подшипников и ряд других деталей, взяты от ДВС МеМЗ-968, который является четырехтактным, четырехцилиндровым V-образным бензиновым двигателем воздушного охлаждения. V-образная компоновка цилиндров обеспечила компактность и сравнительно малые габариты двигателя. Использование алюминиевого сплава в изготовлении туннельного картера даёт возможность получить умеренную массу всей конструкции. Наличие четырех цилиндров позволяет получить достаточно равномерный суммарный крутящий момент и возможность запуска двигателя при любом положении коленчатого вала. наличие оребрения на цилиндрах интенсифицирует подвод теплоты из окружающей среды к расширяющемуся с понижением температуры рабочему телу, что положительно влияет на КПД рабочего цикла и препятствует обмерзанию выпускных каналов.

Вместо серийного коленчатого вала с крестообразным расположением кривошипов изготовлен новый коленчатый вал, соответствующий двухтактному рабочему циклу пневмодвигателя. Вал трехопорный с двумя кривошипами, расположенными под углом 180° («плоский вал»). К каждому кривошипу подсоединяется два шатуна от левого и правого цилиндров.

Анализ уравновешенности двигателя показал, что при заданном расположении цилиндров и новой конструкции коленчатого вала неуравновешенными оказываются моменты от сил инерции вращающихся масс и момент от сил инерции первого порядка. Эти моменты уравновешиваются размещением противовесов на продолжении щёк.

Золотниковое воздухораспределение двухлинейное, т.е. имеет два канала: один напорный и один выпускной, связанный с атмосферой, и состоит из неподвижной цилиндрической золотниковой коробки и расположенного внутри неё золотника, вращающегося синхронно коленвалу.

Золотниковая коробка расположена в развале блока цилиндров на возможно близком расстоянии от головки цилиндров, с которыми она соединена каналами (трубками). Проходное сечение соединительных каналов оптимизировано: с увеличением этого сечения гидравлические потери снижаются (положительный фактор), а мертвый объем увеличивается (отрицательный фактор). Фазы воздухораспределения как и сечения соединительных каналов оптимизированы путем расчетного исследования, в котором критерием оптимизации был выбран минимальный удельный расход сжатого воздуха.

Проходные сечения каналов выпуска в золотнике и за его пределами приняты в два раза большими в сравнении с каналами впуска. Это вызвано главным образом тем, что объем рабочего тела на выпуске после расширения становится многократно больше его объема на впуске.

Следует заметить также, что через канал в золотнике впуск происходит только в один цилиндр (фазы впуска цилиндров не перекрываются), тогда как выпуск через один и тот же канал в золотнике происходит на значительном протяжении одновременно из двух цилиндров (фазы выпуска чередующихся в работе цилиндров в определенной мере перекрываются).

Привод золотника осуществляется цепной передачей от коленчатого вала.

После сборки пневмодвигатель прошел обкаточные, наладочные и регулировочные испытания.

Пробные испытания пневмодвигателя дали удовлетворительные результаты. При разработке конструкции пневмодвигателя использованы корпусные узлы и детали кривошипно-шатунного механизма бензинового двигателя внутреннего сгорания МеМЗ-968 (изготовитель – Мелитопольский моторный завод).