Моторы V8 ассоциируются прежде всего с большим объёмом, мощью, прожорливостью.
Сейчас это как бы атавизм, но многим бы понравилось как машинка ускоряется при лёгком поглаживании педали газа-зверюга одним словом…
В современных условиях V8 можно слегка обновить и он по-новому раскроет свой потенциал.
Мазда для СХ-30 уже создала атмосферный бензиновый мотор со степенью сжатия 16,3!-такая вот информация несколько удивительная.
Для этого мотора V8 все известные циклы работы бензинового 4-тактного двигателя объединяются в ЕДИНЫЙ!
Так что попробуем прикинуть каким может быть бензиновый среднеобъёмный V8 с объёмом цилиндра 300 куб.см и общим объёмом 2,4 литра. Силовая установка-мягкий гибрид. Бортовая сеть на 48 В. Четыре последовательно соединённых АКБ 6СТ-90 размещаются в теплоизолированном отсеке в багажнике авто.
1. Угол развала блоков цилиндров 45 гр., шейки коленвала с углами в 45 гр. между ними, рабочий ход через 90 градусов .Кривошипы расположены уже в 4-х плоскостях что делает двигатель более уравновешенным.
2. Степень сжатия (геометрическая) 17-18, реальная степень сжатия 10-11, она определяется углами открытия-закрытия впускного клапана(клапанов) и количеством воздуха попадающего в цилиндр.
3. Применить небольшой поддув мотора на уровне 0,1-0,2 бар. Для этого использовать нагнетатель с приводом от бортовой эл.сети. Наддув применяется после пуска и прогрева двигателя. Нагнетатель подаёт воздух в циклон, который производит предварительную очистку воздуха от пыли. Далее обычный воздушный фильтр нулевого сопротивления..
4. Повышенная геометрическая степень сжатия позволяет более полно использовать энергию сгоревшего топлива, растёт крутящий момент мотора и возрастает топливная эффективность.Особенно при его работе в гибридном варианте. У мотора для СХ-30 пик крутящего момента сместился на 3000 об.
5. Коленчатый вал выходит за пределы корпуса и имеет спереди звездообразную форму. На него одевается ротор электродвигателя-генератора. Стартер и генератор заменяются одной обратимой электромашиной на 48 В. Ротор должен иметь относительно большой радиус для увеличения крутящего момента при работе в режиме стартера и увеличения момента инерции при использовании в качестве маховика.
6. Такой атмосферный мотор более прост и надёжен в сравнении с турбированным.
7 .Объём мотора в принципе не ограничивается, но вряд ли стоит его делать более чем 4-х литровым.
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И РЕАЛЬНАЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ.
Геометрическая степень сжатия( степень расширения газов на такте РХ) у этого мотора составляет 17-18. 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 10-11 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.
ПОВЫШЕНИЕ КПД ДВИГАТЕЛЯ
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 деформацией деталей двигателя!
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
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.
ИЗМЕНЁННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
1. НАДЁЖНОСТЬ
Для увеличения ресурса помпы и повышения надёжности системы охлаждения предлагается отказаться от использования ременного привода.
Привод помпы от бортовой эл.сети. Материал изготовления-сталь, чугун. Устанавливается помпа вертикально, в любом удобном месте. Весь вес её вращающихся частей приходится на нижний шаровой опорный подшипник.
Отсутствуют боковые нагрузки на вал помпы, это увеличивает её ресурс.
Дополнительно, параллельно устанавливается вторая помпа с меньшей производительностью. Она вводится в работу в условиях повышенной температуры воздуха и/или при напряжённом тепловом режиме работы двигателя. В условиях холодного пуска возможно дополнительная помпа обеспечит минимальную циркуляцию при прогреве ОЖ.
2. ЛОГИКА РАБОТЫ
Для увеличения ресурса мотора он должен как можно быстрее выходить на свою рабочую температуру и никогда не перегреваться.
Радиатор разделён на 2 части в пропорции 1/3 к 2/3-при прогреве двигателя последовательно вводятся в работу его части.
Логика работы-после пуска двигателя два термостата закрыты, но присутствует минимальная циркуляция по обводному каналу с малым сечением в части радиатора с объёмом 1/3 от общего. Делается это для того чтобы ОЖ в нём постепенно разогревалась и для того чтобы даже при неисправности термостата сохранялась минимальная циркуляция.
При открытии 1-го термостата открывается обводной канал 2-го термостата и начинается минимальная циркуляция в радиаторе с объёмом 2/3 от общего.
Возможно вместо термостатов использовать только датчики температуры ОЖ и 2 надёжных эл.магнитных клапана.
Регулирование режимов работы системы охлаждения ступенчатое- 2 режима работы у каждой помпы (производительность дополнительной помпы примерно 40% от основной) и плюс к этому 3 режима работы радиатора. Основная помпа-2 режима 40 и 100% производительности, дополнительная 20 и 40% от производительности основной. Таким образом можно будет изменять производительность помп системы охлаждения в пределах от 20 до 140% с шагом в 20% и ориентироваться только на температуру ОЖ, поддерживать её в заданных пределах. Итого возможен 21 режим работы системы охлаждения.
Поскольку обе помпы не находятся в работе постоянно дополнительно растёт их ресурс.
3. ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
Возможно для такой "холодной" системы охлаждения использовать и иной состав ОЖ.
Идеальной видится ОЖ состоящая из изобутанола ( Т кип. 108 гр.С). Температура замерзания изобутанола минус 108 гр.С. Теплоёмкость изобутанола с ростом температуры плавно нарастает, так при 0 гр.С она составляет 53% от теплоёмкости воды, при 100 гр.С это уже 83%, при 150 гр.С -100%.
Т.е. при прогреве мотора увеличивается теплоёмкость ОЖ в нём, это хорошо. Коэффициент теплового объёмного расширения изобутанола примерно в 3 раза больший чем у воды, это следует учитывать.
"Изобутанол — бесцветная, нейтральная жидкость с характерным запахом. Он ограниченно смешивается с водой. Большинство органических растворителей смешивается с изобутанолом практически в любых соотношениях. Изобутанол легко растворяет большинство натуральных и синтетических смол. Он удовлетворительно растворяет воски только при нагревании. В изобутаноле нерастворимы сложные и простые эфиры целлюлозы, природный каучук, неопрен, уксусная кислота пищевая и полимеры, такие как полистирол и поливинилхлорид."
Коэффициент объёмного расширения изобутанола примерно в 3 раза выше чем у воды, это следует учитывать.
4. ПРИСАДКИ в ОЖ
"Преимущества карбоксилатов. Карбоксилаты защищают металлические детали, в том числе алюминиевые, образуя на поверхности металлов окисную пленку толщиной в одну молекулу – 0,0006 мм, причем только в зонах, подверженных вредному воздействию кавитации и коррозии. На остальных теплопередающих поверхностях защитный слой, ухудшающий теплоотвод, не формируется. Благодаря «адресной» защите, а также тому, что эта реакция обратимая, присадки-карбоксилаты расходуются намного медленнее, чем нитриты, и следовательно, не нуждаются в постоянных проверках и пополнении. Карбоксилатные антифризы не образуют в процессе эксплуатации гелей и осадка, которые ухудшают теплообмен. К тому же отсутствие в составе нитритов помогает избежать образования аммония и увеличения кислотности (pH). Карбоксилатные антифризы неагрессивны по отношению к пластиковым, эластомерным, резино-силиконовым и другим материалам, используемым в системе охлаждения.
Подчеркнем, что, по мнению некоторых специалистов, карбоксилаты могут обеспечивать необходимую защиту от кавитации лишь при условиях, когда антифриз будет иметь предписанный уровень содержания присадок-карбоксилатов и воды и не будет разбавлен антифризами других марок выше допустимого предела."
Ссылка на мою статью в сообществе DRIVE2: https://www.drive2.ru/l/602482895071762849/