В этом моторе необычно всё, мы привыкли что идеал мотора это рядная шестёрка с жидкостным охлаждением.
А здесь предлагается нечто такое:
Этот мотор сочетает в себе (4+2)-тактный цикл работы и Ш-образную конструкцию(W-образную).
Система EGR не применяется, нейтрализация выхлопных газов основана на других принципах, без использования катализаторов с драгметаллами.
Степень сжатия около 20, топливо бензин марки 95, для увеличения мощности, крутящего момента и в целом КПД двигателя, сокращения расхода топлива применяется сверхпозднее зажигание ТВС.
1. 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/
2. ПОРШЕНЬ
При использовании щелевого впуска, когда впускной клапан вынесен за пределы вертикальной проекции цилиндра и для выпуска используется один выпускной клапан большего диаметра такая форма поршня и цилиндра даёт некоторые преимущества.
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.
3. "ТЕПЛОВОЕ ЗЕРКАЛО" ПОРШНЯ
"Тепловое зеркало" на поверхности поршня-это для чего? Ответ как бы прост-для того чтобы при увеличении мощности на такте РХ через тело поршня проходил значительно меньший тепловой поток, двигатель работал в облегчённом тепловом режиме.Далее будет несколько сложнее.
Начинается всё с изменения цикла работы двигателя, он становится 6-ти тактным, для того чтобы не возникала путаница используется название (4+2)-тактный цикл.
Сразу же некоторые пояснения на примере (4+2)-тактного мотора R6 дабы 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 тактном моторе за 8 тактов. При одном и том же диаметре цилиндров и поршней в атмосферном варианте мотора количество ТВС сгорающей в цилиндре в 2 раза больше чем при ССж 10. При использовании наддува можно применять большее давление наддува. 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.
Конструктивно мотор R6 это растянутый R4 с кривошипами коленвала расположенными под углом 180 гр. относительно друг друга, как и на 4-х тактном рядном моторе. Рабочий ход через 180 градусов.
Зеркало-"сковорода" поршня слой стали толщиной 4-6 мм, потом слой нихрома (теплопроводность в 3-4 раза ниже чем у сталей, коэффициент теплового линейного расширения близок к сталям), толщина слоя около 1 мм, затем стальное тело поршня. "Тепловое зеркало" формируется между стальной сковородой и нихромом.
При температуре 300-400 гр.С сталь (в зависимости от марки) обладает теплопроводностью примерно в 3-4 раза большей чем нихром и на поверхности их сопряжения должно возникнуть своеобразное тепловое "зеркало". Т.е. значительная часть теплопередачи происходит по контуру горячие газы => стальная "сковорода" =>холодный воздух на внешней поверхности поршня, оставшаяся часть теплового потока идёт по пути "сковорода"=>нихром, при этом на поверхности внутреннего теплового перехода возникает ситуация когда значительная часть теплового потока возвращается в направлении внешнего стального слоя поршня .В итоге через сам поршень пройдёт менее половины от общего потока в сравнении с обычным исполнением поршня. В теории это так выглядит. Эффективно это для (4+2)-тактного цикла работы когда на 6-м такте воздух направляется на выпуск, необходимо определить дополнительно оптимальную толщину слоя нихрома и марку стали, толщину "сковороды".
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ.
Воздух разогретый в цилиндре на 5-6 тактах поступает сразу же в камеру дожига выхлопных газов, туда же поступают выхлопные газы из других цилиндров. В этой камере на раскалённых сетках происходит дожиг газов СН, СО, частиц углерода. Сетки изготавливаются из стали, с их гальваническим покрытием серебром, для предотвращения их окисления.
Стенки камеры двойные, из стали. Пространство между стенками вакуум.
Далее выхлопные газы вместе с окислами серы и азота поступают в относительно объёмный глушитель-катализатор( функции совмещены). Окислы азота и серы в нём пропускаются через смесь карбоната и гидрокарбоната кальция (очень дешёвый компонент), при этом окислы азота и серы свяжутся и войдут в состав солей кальция или через смесь частиц железа и оксида железа (Fe2O3) с образованием солей железа, можно использовать для этого оксиды цинка и алюминия или различные по пропорциям сочетания этих веществ, так чтобы кислотные оксиды из выхлопа связывались в соли в широком температурном диапазоне.Возможно введение в состав смеси и гранул мочевины (до 40-60% по массе) -в выхлопных газах всегда присутствуют пары воды, они увеличивают интенсивность протекания реакций нейтрализации. В теории так получается(из школьного курса химии), специалисты более предметно смогут произвести расчёты и оптимизировать процессы. В результате получится дёшево, без использования в катализаторах драгметаллов.Примерно раз в год или в зависимости от пробега заменять эту сухую смесь внутри глушителя-катализатора, это должно быть удобно делать.
4. МОТОР
ССж около 20, увеличивается высота цилиндров и площадь их оребрения.
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).
ГИБРИДНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА
Коленвал двигателя выходит за пределы корпуса и имеет шестигранную(звездообразную) форму, на него одевается ротор эл. двигателя-генератора постоянного тока напряжением 48 В. Отсутствуют муфты.Ротор эл. Д-Г имеет больший диаметр и момент инерции, одновременно является и маховиком.
В машине, в теплоизолированном отсеке с эл. подогревом, устанавливаются 4 АКБ 6СТ-90 суммарной ёмкостью около 4,5 кВт*ч, бортовая сеть на 48 В
ПОВЫШЕНИЕ КПД МОТОРОВ, СВЕРХПОЗДНЕЕ ЗАЖИГАНИЕ.
Первоначальный впрыск топлива производится на такте сжатия. Формируется ТВС 25:1.
Зажигание ТВС происходит на такте РХ в момент когда поршень начал движение вниз, достаточно удалился от ВМТ и КТС (коэффициент трансформации сил в связке поршень — кривошип) уже значительно вырос. Примерно при угле 15-20 градусов от ВМТ. При угле около 25-30 градусов после ВМТ производится впрыск второй части топлива в цилиндр, так чтобы общее соотношение ТВС составляло 14,7:1.
Таким образом максимум давления газов внутри цилиндра смещается к точке когда КТС=1.
Это наиболее важное условие работы таких двигателей. 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.
Угловая скорость вращения w(омега) коленчатого вала у этих моторов предполагается на уровне современных дизелей, т.е. примерно в 1,5 раза меньше чем у обычных бензиновых двигателей. Все моменты пропорциональны квадрату угловой скорости и моторы получаются значительно более сбалансированными.
Ориентировочно удельная мощность у таких моторов с воздушным охлаждением ожидается на уровне 10-12 л.с. на 100 куб.см, крутящий момент около 17 Нм на 100 куб.см.
Двигатели должны получиться конструктивно простыми (надёжными) и очень эффективными.
Ссылка на мою статью в сообществе DRIVE2 : https://www.drive2.ru/b/727705724603352896/