Нестандартные решения проблемы экономичности и экологичности двигателей внутреннего сгорания (продолжение)
Первая часть
Безымпульсный отделённого горения двигатель внутреннего сгорания обладает рядом характерных особенностей, в силу которых правила расчёта, применяемые для двигателей с кривошипно-шатунным механизмом, для него неприменимы. Вследствие этого расчёты будем выполнять с использованием формул, приведённых в [3], имеющих физический характер. Основные особенности, которые должны быть приняты во внимание при составлении правил расчёта, заключаются:
- в том, что рабочее усилие на каждую лопатку должно повернуть вал ровно на величину тактового хода (автором просчитано в пределах от 600 до 120);
- в непрерывности выполнения тактов в соседних межлопаточных пространствах;
- в длительности рабочего хода, условно принятому равным угловому расстоянию между соседними лопатками (имеет место неучитываемое частичное перекрытие);
- в постоянстве увеличенного плеча действия силы;
- в плавности крутящего момента (см. п. 3);
- в отделённости процесса горения от процесса расширения, способствующему более полному сгоранию ТВС;
- в неприменимости стандартного понятия тактности.
(Заметим в скобках, что в момент создания концепции двигателя автор совершенно не задумывался над лингвистическими последствиями наименования решения, поэтому название технического решения в приведённых ниже патентах не совсем точно отражает суть).
Работу, выполненную механизмом, рассчитываем по формуле (90.1) с. 184, источник [3]):
A = F * s , где F — сила в кг, s — расстояние в м.
Мощность механизма рассчитываем по равнозначным формулам того же источника:
N = A : t = F * s : t = F * v = 2π * n * Mкр = F * R * 2π * n
(c. 207; с. 208; (107.2) с. 209); с. 209)
Где t — время в секундах;
v — скорость в м/с;
n — число оборотов в секунду;
Мкр — крутящий момент в кгм;
R — плечо действия силы в м.
Расшифруем составляющие вышеприведённых формул.
Скорость определяется по формуле:
V = 2π * R * n (м/с); (условно принимается vmax = 18 м/с).
или V = 2π * R(мм) * n(об/мин) : 60000 (м/с).
Среднее давление pср: зависит от степени сжатия, которая в свою очередь зависит от сорта бензина. Для низкосортных бензинов принимается 8 кг/см2.
Средняя действующая площадь лопатки принимается:
Sср = 0,5 * h * B
где h — максимальное выдвижение лопатки в см;
В — ширина лопатки в см.
Сила на одной лопатке (для поворота на угол 360 град./Zл):
F1 = Рср * Sср = 8 * (0,5 * h * B) .
Суммарная сила на всех лопатках при повороте на 360 град.:
F = Рср * (0,5 * h * B) * Zл * Zк
где Zл — число лопаток.
Zк — число пар рабочих камер.
Для расчёта в лошадиных силах вышеприведённая формула приобретает вид:
N = (F1 * Zл * Zк * 2π * R * n) : 4500 (л./с.) (IV)
Где: R в м, n в об/мин, 4500 = 75 (кг * м) * 60 (с) (кг * м * с).
Выражение (F1 * Zл * Zк * R) представляет собой силу, реализованную за один оборот вала (крутящий момент). Вследствие этого можем записать:
Мкр = F1 * Zл * Zк * R (кгм). (V)
Сравнительная характеристика
На основании приведённой выше формулы расчёта мощности для ДВС с КШМ:
N = Pср * S * i * 2π * R * n * КТД * КИТ : 4500 : τ (л. с.), (III)
а также формулы расчёта мощности для оригинального двигателя:
N = (F1 * Zл * Zк * 2π * R * n) : 4500 (л. с.), (IV)
сравним расчётные силовые характеристики одной из модификаций реального двигателя:
диаметр цилиндра 80 мм,
ход поршня 75 мм,
рабочий объём 1500 куб. см.,
мощность 54 л.с./5600 об/мин,
Мкр = 10 кгм/3500 об/мин
и оригинального двигателя:
диаметр ротора 162 мм,
высота ротора 50 мм,
число лопаток Zл=12,
число пар камер Zк =2,
максимальное выдвижение лопаток 4,68 мм,
рабочий объёмом 172 куб. см.,
число оборотов 2100 об/мин.
Расчёт по формуле для двигателя с КШМ даёт результат:
N = 8 * 50,24 * 4 * 6,28 * 0,0 375 * 5600 * 0,62 * 0,75 : 4500 : 4 = 54,8 л.с.
Мкр = Рср * S * R * КТД = 8 * 50,24 * 0,0375 * 0,62 = 9,34 кгм,
что вполне согласуется с паспортными 54 л.с. и 10 кгм.
Расчёт по формуле для оригинального двигателя даёт результат:
N = 8 * 0,5 *0,468 * 5 * 24 * 6,28 * 0,081 * 2100 : 4500= 53,3 л.с.
Мкр = F1 * Zл * Zк * R = 4 * 0,468 * 24 * 0,081 = 18,2 кгм.
Для наглядности сведём результаты расчётов в таблицу.
Совпадение значений мощности двигателей с КШМ и оригинального носит случайный характер.
Сравнение данных, рассчитанных по законам физики и приведённых в таблице, свидетельствует о неоспоримом преимуществе безымпульсного с отделённым процессом горения двигателя внутреннего сгорания по всем показателям перед традиционным двигателем. Особенно это относится к тяговитости и топливной экономичности, как следствие — к экологичности.
Попутно заметим, что расчёты для вышеупомянутого двигателя с КШМ по формуле (243) из источника [2]) даёт результат
Ne = (pe * i * Vh * n) : 225τ = 8 * 4 * 0,375 * 5600 : 900 = 74,7 л.с.,
что иллюстрирует некоторое расхождение между теорией двигателей внутреннего сгорания и практикой — там, где течёт вода и дует ветер, все расчёты носят ориентировочный характер.
Необходимо заметить, что все вышеприведённые выкладки не учитывают количество клапанов на цилиндр, то есть степень заполнения рабочего объёма топливо-воздушной смесью.
Разумеется, окончательные значения приведённых величин могут быть определены только в результате инструментальных испытаний. Однако сравнительный анализ расчётов, выполненных по одним и тем же правилам для реального двигателя (V = 1500 куб.см.) и предлагаемого (V=172 куб.см.), позволяет надеяться на неоспоримое превосходство безымпульсного с отделённым процессом горения двигателя оригинальной конструкции над двигателем с кривошипно-шатунным механизмом по всем удельным показателям. А его тяговитость находится вне всякой конкуренции.
При этом следует иметь в виду, что все преимущества достигаются при крайне простой конструкции, не усложнённой ни турбонагнетателями, ни датчиками, ни дожигателями.
#хакнем_изобретения 👈 если Вы хотите, чтобы о Вашем изобретении или открытии узнали как можно больше читателей, напишите нам о нём на почту: story@haknem.com , и мы опубликуем ваш рассказ на канале Хакнем Школа от Вашего имени
Использованная литература
1. А. Н. Гоц, «Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей», Владимир, 2005 г.
2. М. С. Ховах, «Автомобильные двигатели», издание второе, «Машиностроение», Москва, 1971.
3. «Элементарный учебник физики» под редакцией академика Г. С. Ландсберга, том 1, издание десятое, Москва, «Наука», 1985.
4. Патент РФ № 2619672.
5. Патент РФ № 2654555.
6. Патент РФ № 2707343.
Автор: Кривко Николай Михайлович, инженер-машиностроитель, создал 13 изобретений.
Цикл статей " Нестандартные решения проблемы экономичности и экологичности двигателей внутреннего сгорания ":
1 статья
4 статья [Текущая]
