1."Идеальный" бензиновый 4-х тактный мотор. КПП машине не требуется
ВИДЕО: https://vkvideo.ru/video-152582138_456239043
10-ти цилиндровый, двухрядный, с геометрической ССж (степенью расширения газов на такте РХ) 17-18.
Почему двухрядный?-можно отказаться от балансира на валу. Получается что как бы два отдельных мотора связаны одним валом, но со сдвигом на 180 гр. Один мотор является балансиром для другого.
В случае с 10-цилиндровым мотором получается что 2-й ряд цилиндров размещается между цилиндрами первого ряда. Возрастает весовое совершенство мотора. Рабочий ход через 72 градуса, мотор является полностью сбалансированным.
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 9-11 и несколько зависит от частоты вращения коленвала (распредвалов).
Реальная СС 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 2 более узких, пологих 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.
Наполнение цилиндров воздухом максимально полное, избыток воздуха выпускается из цилиндра в начале такта сжатия. Наддув воздуха может вообще не применяться.
Преимущества моторов с воздушным охлаждением:
"…В двигателе «Запорожца» ЗАЗ-968М каждый цилиндр – это отдельная деталь. Это довольно удобно при ремонте, так как дает возможность быстро снять неисправный поршень или цилиндр и заменить его. В то же время у двигателей с водяным охлаждением дефект даже в одном цилиндре блока требует замены всего блока цилиндров либо его ремонта…
…Преимуществом воздушного охлаждения двигателя является то, что для его охлаждения не нужна жидкость. Так как заливать и сливать жидкость в радиатор не нужно (что важно в зимнее время), двигатель всегда готов к запуску. Воздушное охлаждение двигателя МеМЗ-968Н удобно при эксплуатации в безводных и жарких районах страны. Тепловые потери у МеМЗ-968Н с воздушным охлаждением довольно невысоки по причине высокой средней температуры цилиндров. При охлаждении тепла отнимается меньше, чем у двигателей с жидкостным охлаждением, в связи с чем эффективный КПД выше при одинаковой степени сжатия. Этим объясняется, что у двигателя с воздушным охлаждением удельный расход топлива небольшой.
Так как у двигателей с воздушным охлаждением большая разница температур выходящего и входящего воздуха, то для охлаждения цилиндров нужно относительно меньше воздуха (в 1,5-2 раза), чем для двигателя, имеющего жидкостное охлаждение.
Цилиндр двигателя с воздушным охлаждением из-за меньшей массы быстрее прогревается, что сильно уменьшает его износ. Наибольший износ цилиндров происходит в момент пуска двигателя, когда стенки цилиндров еще холодные и смазка недостаточна. На холодных стенках цилиндров происходит конденсация продуктов сгорания, что вызывают коррозию, особенно в верхней части цилиндров. Этот период износа у двигателей с воздушным охлаждением намного меньше, что важно при эксплуатации автомобиля в условиях города на коротких участках…" Цилиндры: Раздельные, взаимозаменяемые, отлиты из чугуна. Источник: demertim.ru/silovoj-agregat-memz-968n/
Формирование ТВС для бензиновых моторов с высокой ССж:
Для бензиновых моторов с высокой степенью сжатия и топливной эффективностью вполне возможны следующие решения:
1.В состав бензина вводится дизтопливо, ориентировочно в количестве 5%, более длинные цепочки углеводородов продолжат горение ближе к завершению такта РХ и давление газов в цилиндре будет изменяться более плавно, возрастёт крутящий момент мотора.
2. Для более полного сгорания дизтоплива в составе бензина и для того чтобы не снижалось ОЧИ в состав топлива вводится дополнительно примерно 6-8% диметилкарбоната (С3Н6О3, ОЧИ-130) и 2-3% изопропилового спирта (гомогенизатор, С3Н8О, ОЧИ-122).
Таким образом сокращается разрыв между ОЧИ и ОЧМ при возрастании ОЧМ.
3.Для бензиновых моторов уже после воздушного фильтра и интеркулера возможно установить дополнительный испаритель который будет обогащать водно-спиртовыми парами воздух поступающий в цилиндры.Для примера смесь изопропилового спирта с водой в соотношении 50% по массе.
Принцип схож с обычными увлажнителями воздуха, дополнительно снижается температура поступающего в цилиндр воздуха. Поверхность с которой происходит испарение расположена горизонтально, имеет относительно большую площадь и волнистую поверхность. Или просто впрыскивать водо-метанол в воздушный поток при режиме работы мотора "Спорт+".
Пары спиртов имеют более высокое ОЧИ и препятствуют возникновению детонации, водо-спиртовые пары к тому же несколько уменьшают температуру в цилиндре и дополнительно увеличивают давление в конце такта РХ.
Примерно так это в теории выглядит.
Экология в этом варианте не страдает, ресурс мотора не снижается.
Конечно важна температура (влажность) поступающего в машину воздуха-в морозную погоду и при большой влажности испарение будет происходить значительно медленнее, процесс так сказать саморегулирующийся.
Все эти решения достаточно просты, но требуется их более детальная отработка на стенде для определения наиболее оптимальных пропорций состава топлива и подтверждения роста технических параметров мотора, его топливной эффективности.
Гибридная силовая установка:
Мотор устанавливается вертикально( цилиндры расположены горизонтально, нет верхних и нижних цилиндров), при объёме цилиндра всего 200 куб.см общий объём двигателя составит 2,0 литра.
Сверху на вал мотора устанавливается электродвигатель-генератор постоянного тока на напряжение 48 В. Снизу, под двигателем, устанавливается 3-х фазный генератор переменного тока. Привод полный, на каждое колесо свой электродвигатель.
В более изощрённом виде привод гидравлический. Вместо 3-х фазного эл. генератора гидронасос, вместо эл. двигателей гидромоторы.
"Гидромоторы применяются в технике значительно реже электромоторов, однако в ряде случаев они имеют существенные преимущества перед последними. Гидромоторы меньше в среднем в 3 раза по размерам и в 15 раз по массе, чем электромоторы соответствующей мощности. Диапазон регулирования частоты вращения гидромотора существенно шире: например, он может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин и меньше.
Время запуска и разгона гидромотора составляет доли секунды, что для электромоторов большой мощности (несколько киловатт) недостижимо. Для гидромотора не представляют опасности частые включения-выключения, остановки и реверс. Закон движения вала гидромотора может легко изменяться путём использования средств регулирования гидропривода, однако гидромоторы обладают теми же недостатками, которые присущи гидравлическому приводу."-
"Гидромотор"-автор Харитонов Е.Д. ссылка: ngcrafts.com/item/428-gidromotor
4 АКБ 6СТ-90 устанавливаются в теплоизолированном отсеке в багажнике авто. Суммарная ёмкость АКБ около 4,5 кВт*ч.
Примерно так может быть…или не быть…
P.S. Более простым является 6-ти цилиндровый двухрядный мотор, по 3 цилиндра в каждом ряду или однорядный 6-ти цилиндровый-рабочий ход через 120 градусов.
Ещё более интересны такие (4+2)-тактные моторы, удельная мощность у них примерно в 1,33 раза больше чем у 4-х тактных.
2. Ш(W)-образный мотор с воздушным охлаждением на (4+2)-тактном цикле работы-верх совершенства и практичности
Все преимущества (4+2)-тактного мотора R9 по его сбалансированности и рабочему ходу через каждые 120 градусов можно реализовать на Ш-образном моторе. Это достаточно просто, но так сказать весьма экстравагантно в мире моторостроения. Ш-образный мотор имеет 3 блока цилиндров-центральный и расположенные слева, справа от него под углом 60 градусов. Для 6-ти цилиндрового двигателя коленвал с кривошипами через 60 градусов и рабочий ход через 180 гр.
Такие 6-ти (3 пары диаметрально расположенных кривошипов, каждая пара на свой блок цилиндров) и 12-ти цилиндровые( 3 креста, каждый на свой блок цилиндров) моторы являются полностью уравновешенными и более компактными. Для 9-ти цилиндрового (4+2)-тактного мотора образуются 3 тройки кривошипов с углами их сдвига в 40 градусов (в каждой тройке сдвиг 120 градусов, каждая из троек работает на свой блок цилиндров).В этом случае угол развала блоков цилиндров(считая от центрального) у Ш-образного мотора может составлять 40 или 80 градусов(во втором случае расположение ближе к оппозитному). Такие моторы можно устанавливать и продольно, и поперечно.
ГИБРИДНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА.
1.Эл.двигатель-генератор.
Более простым и надёжным является решение когда коленвал выходит несколько за пределы корпуса двигателя и на него одевается съёмный ротор эл.двигателя-генератора. При этом отсутствуют муфты, вал может иметь шестигранную(звездообразную) форму для удобства посадки на него ротора. Ротор эл.двигателя-генератора должен иметь больший диаметр для увеличения момента инерции и крутящего момента при работе в режиме стартера. Увеличенный момент инерции позволит использовать эл.двигатель-генератор в качестве маховика. Мощность эл.Д-Г рассчитывается под конкретную машину, мотор, используемое электрооборудование. Емкость АКБ на 48 В примерно 4,5 кВт*ч ( 4 АКБ 6СТ-90)
3. (4+2)-ТАКТНЫЙ ЦИКЛ РАБОТЫ
Сразу же некоторые пояснения на примере (4+2)-тактного мотора R6 для того чтобы изначально снять вопросы и они не возникали по ходу прочтения статьи.
Цикл работы-первые 4 такта соответствуют работе обычного 4-х тактного мотора, после такта выпуска газов добавляются ещё 2 такта на впуск и выпуск воздуха для дополнительной продувки цилиндра и охлаждения стенок цилиндра, поршня, клапанов. Этот демпферный цикл охлаждения позволяет ориентировочно в 2 раза увеличить удельную мощность на такте РХ без ПЕРЕГРЕВА ДЕТАЛЕЙ ПГ, всё упирается лишь в механическую прочность деталей ПГ, тепловой режим работы не становится более напряжённым. Таким образом цилиндр за 6 тактов выдаёт ту же мощность что и 4-х тактный мотор за 8 тактов. В итоге удельная мощность мотора увеличивается ориентировочно в 1,33 раза при нормальном тепловом режиме работы двигателя.
Для мотора R6 всегда происходит такт РХ в одном из цилиндров, такт выпуска отработанных газов и такт выпуска разогретого чистого воздуха из цилиндра работающего на 6-м такте.
Название (4+2)-тактный цикл применяется для того чтобы не возникала путаница с другими 6-ти тактными циклами других авторов.
ИЗМЕНЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОРШНЯ и КЛАПАНОВ.
Применение стандартных клапанов для впуска воздуха в цилиндр и выпуска газов является настолько привычным и отработанным что как бы и мыслей не возникает что можно какое то другое решение для этого использовать.
Однако такое решение существуют-оно достаточно просто и эффективно(на мой взгляд), но пока в полной мере не отработано, является "сырым" .
О чём речь?-Впуск в цилиндр применить щелевой-впускной клапан вынести за пределы вертикальной проекции цилиндра (это позволит увеличить его площадь).При щелевом впуске под некоторым углом будет дополнительно происходить завихрение воздуха в цилиндре, что как раз улучшает смесеобразование.На впуске клапан может быть нестандартным по своей форме, при своём закрытии он и запирает впускной канал ( щель)
Выпускной клапан только один, большего диаметра, расположен в вертикальной проекции цилиндра.
Далее эскиз:
1.Поршень
2. Одно, более широкое, компрессионное кольцо, с замком распределённым по окружности
3.Выпускной клапан
На такте РХ давление газов на поршень происходит по нормале к его поверхности и стенки поршня дополнительно прижимают компрессионное кольцо по направлению к стенкам цилиндра.
Замок компрессионного кольца распределённый по длине окружности более устойчив к прорыву газов через него.
Ссылки на мои статьи в сообществе DRIVE2 : https://www.drive2.ru/b/721621851888951105/ ; https://www.drive2.ru/l/677351940341891307/