Тема эта непростая для освоения. Без ссылки на статью: www.drive2.ru/l/586794788288744530/ автора: zhornic никак не обойтись. В моей работе будут использоваться (коротко) его выводы и даже картинки из его статьи.
Очень значительная часть энергии сгоревшего топлива в моторе с КШМ тратится на стремление деформировать детали (на нагрев). Зависит это от конструктивных особенностей мотора. Прежде всего от длины шатуна относительно радиуса кривошипа.
Коэффициент трансформации СИЛ(КТС) в сочленении ШАТУН-КРИВОШИП определяется текущим УГЛОМ между ШАТУНОМ и КРИВОШИПОМ, рассчитывается по формуле T=Pt*sin(φ+β) и сильно ПОХОЖ на синусоиду. "Похож" — потому что настоящая синусоида получится только при бесконечно длинном шатуне или в так называемых "бесшатунных" двигателях.
В современных реалиях длина шатуна обычно находится в диапазоне 3-3.5R.
Максимума КТС достигает тогда, когда шатун образует прямой угол с кривошипом.
При бесконечно длинном шатуне пик момента, передаваемого сочленением ШАТУН-КРИВОШИП, находился бы при 90 градусах по коленвалу от ВМТ. При длинном(5R) шатуне этот пик находится в районе 79 градусов после ВМТ, при среднем(3.5R) — в районе 74 градусов, при коротком(2R) — в районе 63 градусов.
Когда осуществляется преобразование ВРАЩАТЕЛЬНОГО движения в ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ, то КТР по мере приближения к мёртвым точкам УМЕНЬШАЕТСЯ до нуля.
Подведём промежуточные итоги.
Кривошипно-шатунный механизм в процессе преобразования ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО движения в движение ВРАЩАТЕЛЬНОЕ при длинном шатуне передаёт на выходной вал не более 62% сил давления сгорающих газов при умеренно длинном(5R) шатуне и не более 53% при коротком(2R) шатуне.
Почти ПОЛОВИНА энергии давления сгорающих газов занимается тупой деформацией деталей двигателя!
Далее его выводы о геометрической ССж(степени расширения на такте РХ)
1). Чем выше степень геометрического расширения — тем ниже давление газов в НМТ. Соответственно — тем выше КПД двигателя. Если при СР=3 двигатель преобразует только около 66% энергии давления, то при СР=12 уже больше 90%. При бОльших СР рост КПД происходит всё медленнее.
2). Чем выше степень расширения — тем стремительнее падает давление газов в цилиндре по мере движения поршня от ВМТ. Потому и момент всех двигателей с ростом степени расширения планомерно ПАДАЕТ.
Кто желает может самостоятельно изучить эту, да и другие статьи по этой теме, у этого автора.
Прелюдия завершена, переходим непосредственно к моторам.
График областей детонации мотора VC-T Infiniti
У бензиновых моторов перед дизельными есть одно существенное преимущество — сгорание ТВС в цилиндре происходит значительно быстрее. Эта особенность и будет использована для существенного повышения КПД двигателя.
Итак речь пойдёт о бензиновом моторе со следующими параметрами(для примера):
Геометрическая ССж(степень расширения газов на такте РХ) — 18
Реальная ССж — 10
Длина шатуна — 5R
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И РЕАЛЬНАЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ.
Геометрическая степень сжатия( степень расширения газов на такте РХ) у этого мотора составляет -18. Это позволяет более эффективно использовать энергию сгоревшего топлива. Реальная степень сжатия обычно определяется углами открытия-закрытия впускных клапанов и количеством попавшего в цилиндр воздуха. Реальная степень сжатия у этого мотора находится в пределах 10 и несколько зависит от частоты вращения коленвала (распредвалов).
Реальная ССж в этом моторе регулируется выпускными клапанами, впускные клапана работают как и обычно.В начале такта сжатия выпускные клапана(клапан) находятся в приоткрытом положении и выпускают часть воздуха при начале движения поршня вверх.
Для этого на распредвале достаточно дополнительно выточить два более узких кулачка (справа, слева от основного, для симметричности давления на коромысло) которые дополнительно приоткрывают выпускные клапана(клапан) на непродолжительное время в начале такта сжатия.
Сразу же исчезают всякие проблемы с воспламенением ТВС-применяется обычное искровое зажигание. Наддув может не применяться, наполнение цилиндра воздухом максимально полное-избыток воздуха в начале такта сжатия выпускается из цилиндра.
СВЕРХПОЗДНЕЕ ЗАЖИГАНИЕ.
Зажигание ТВС происходит в момент когда поршень достаточно удалился от ВМТ и КТС уже значительно вырос.
Таким образом максимум давления газов внутри цилиндра смещается к точке когда КТС=1.
Это наиболее важное условие работы такого двигателя. Далее при движении поршня к НМТ давление газов будет снижаться, но это уже вторично. При этом значительно повышается КПД мотора поскольку пик крутящего момента смещается на участок с более высоким КТС.
Кроме того к моменту зажигания проходит некоторое время когда ТВС присутствует в цилиндре, поршень совершает движение вниз и сама ТВС становится более однородной.
При такой степени расширения ТВС успеет полностью сгореть.
КПД таких моторов предполагается значительно выше чем у современных образцов двигателей.
- Ссылка на мою статью в сообществе DRIVE2: https://www.drive2.ru/b/721723006958714765/