Рубрика: Развитие АОН и СЛА

05.09.2013

Резервы для совершенствования поршневых двигателей

 Какие бы хитроумные  устройства ни получал современный поршневой ДВС, он не очень далеко ушёл от уровня техники Второй мировой войны.   О том,  как важны  некоторые  нововведения в системы  работы двигателя, без хорошей рекламы  порой  и  не догадаться,  настолько  они  малоэффективны.        Сегодня  хорошо известны  все слабые места (процессы), не позволяющие  поршневому мотору   преодолеть существующий  барьер  эффективного  КПД  в  25-45%,  но при всём этом,  он самый распространённый и надёжный!  

 Двухтактный  двух вальный  поршневой ДВС с изменённой прямоточной продувкой и изменяемой степенью сжатия - это тот мотор,  который  в полной  мере  раскрыл  потенциал  поршневого  ДВС.  Да,  схема не нова,  но только подобная схема позволяет решить весь комплекс проблем  сразу!  На примерах недостатков существующих  поршневых  моторов  и  того,  как это устранено в новом  двухтактном  двигателе, постараюсь объяснить суть изобретения.

1.  Не эффективное использование энергии газов в фазе расширения, то есть  рабочего  хода,  у всех четырёхтактных моторов!

 Давление газов действует с одинаковой силой не только на поршень, но и на головку цилиндров, что становиться причиной вибраций любого работающего мотора. Оппозитный мотор не панацея!  Он конечно лучше  сбалансирован, но газы по-прежнему давят на головку цилиндров, не принося двигателю  полезной работы. Моторы со встречными поршнями в цилиндре решают  эту проблему,  но существующие  сегодня,  имеют  свои  сложности и недостатки.  В новом  моторе применили  схему  с  изменённой  прямоточной  продувкой,  уменьшили вдвое ход поршня, по сравнению со значениями  хода в обычном четырёхтактном моторе  (к примеру с 80мм до 40мм,  в итоге с двух валов имеем сумму двух ходов  80мм  и  сохраняем величину крутящего момента  неизменной).    В результате  разложение  рабочего  хода,  получили  эффект  прибавки   мощности  в 42%,  при одинаковом давлении  газов в фазе расширения,  у сравниваемых моторов.  Для скептиков уточню,  потери на трение у нового мотора,  в расчёте на один цилиндр, такие же,  как и у четырёхтактного мотора.  Не буду вдаваться в подробности,  боясь  запутать.  Хотите убедиться?  Возьмите пружину прикрепите к ней два одинаковых груза.  В  первый раз, растянув  пружину,  отпустите груз только с одной стороны  и зафиксируйте  время,  за которое  пружина сожмётся, во второй раз,  растянув  пружину,  до таких же размеров отпустите два груза с двух сторон одновременно и также зафиксируйте время. Сравнив увидите, что во втором случае такая же по величине  работа,  будет выполнена на 29% быстрее,   вот вам и прибавка к мощности,  ведь мощность это работа в единицу времени.  Пружина с точки зрение физики сравнима со сжатым газом, который мы имеем в процессе рабочего хода в камерах сгорания сравниваемых моторов.  При одинаковых значениях давления в фазе расширения рабочий  ход  у   нового мотора  выполнится быстрее.  Следует учесть, что в схеме со встречными поршнями  отдача  тепловой энергии топлива  в энергию расширяющихся газов  больше, чем у одновального мотора   (нет головки цилиндров).   Поэтому при одинаковых количествах  сгоревшего топлива в камере сгорания,  давление  газов у нового мотора будет значительно выше, поэтому  и  рассчитывать «эффект коротких ходов» (прибавки мощности  в 42%),  необходимо  с  поправкой  на это.   Результат одна и та же порция топлива  выдаст мощность  в два раза больше чем в обычном  четырёхтактном моторе!  Столь   весомая  часть  вклада в КПД  нового мотора   до сих пор ни как ни применялась!?  Впервые в мире этот эффект был опубликован  в  описании к патенту  № 65547,  заявленного в 1999 году в Украине!  Пусть  кто-то возразит, что это всё есть у американского  ОПОС,  кстати,  он сам подтверждение  преимущества схемы нового мотора,  только благодаря этому эффекту  он и получил приличные результаты по экономичности и мощности,   проработав  на стендах более 500 мото - часов,    Пэтер Хофбауер опоздал не на один год!  ДВС с изменённой схемой продувки «ДИСП»,  первый  патент № 65547 получен в 2004году.  Американский патент на ОПОС  получен в 2008 году.  Английская компания  Cox Powertrain,  используя этот же эффект приступила к выпуску  многотопливных моторов к лёгким надводным судам Королевского флота.   Могу смело заявить, что моя концепция получила «мировое» признание. В мае 2013 года получен патент Украины на модификацию «ДИСП» с облегчённой массой и изменённой схемой впуска.

 С увеличением хода поршней  у двух вального мотора, теряется эффект  прибавки мощности.  Увеличение крутящего момента в моторе не компенсирует потерь на трение, увеличивающиеся  из-за повышения  линейной скорости поршней  и  снижения теплового КПД,  из-за неполного сгорания топлива  в результате плохой продувки.   Именно поэтому существующие моторы со встречными поршнями  не  получили такого широкого применения, как  четырёхтактные поршневые моторы!

2.  Процесс сгорания топлива у современного мотора  далеко не идеаленТопливо по-прежнему не сгорает полностью.

 Основная причина этому: не достаточно времени в процессе сгорания смесь пребывает в сжатом виде, особенно на высоких оборотах.    После прохождения  В.М.Т. поршень удаляясь от головки цилиндров,  увеличивает объём цилиндра,  в котором в данный момент времени происходит сгорание смеси, что  становится  причиной  медленного  и не полного сгорания топлива.  У разных моторов показатель различный  (зависит от оборотов)              5 - 15%  потерянного (недогоревшего)  с выхлопом топлива,   самые большие потери  у двухтактных моторов и дизельных моторов.  Ощутимый довесок, чтобы побороться за него!?     Современные системы непосредственного  распределённого впрыска,  частично решают эту проблему,  но,  к  сожалению,  только этого не достаточно для полного сгорания  топлива на высоких оборотах двигателя.     Единственный мотор,  в котором можно комплексно решить проблему  - это новый двигатель со встречными поршнями.  Механизм   синхронизации вращения валов,   позволяет регулировать время, в течение которого  поршни   будут сохранять неизменным расстояние  между собой при  встрече в В.М.Т.,  сохраняя тем самым неизменным объём камеры сгорания столько,  сколько это необходимо!

3. Низкий тепловой КПД.

Как решают эту проблему сегодня: - повышают рабочую температуру охлаждающей жидкости, а самым простым и эффективным способом решения данной проблемы,  является уменьшение площади контакта горящей  смеси с системой охлаждения двигателя.   У  двух вального двигателя  камера сгорания образуется между поршнями,  поэтому энергия переходит  в  расширяющиеся газы,  а не в головку цилиндра.  В двигателе  с изменённой  схемой продувки,  площадь цилиндра  в два раз  меньше, площади цилиндра обычного двигателя со встречными поршнями,  поэтому потери тепла в систему охлаждения у него наименьшие из всех поршневых моторов и соответственно самый высокий тепловой КПД!  По разным сведениям подобным образом можно  на  10 - 15%   увеличить  эффективный  КПД  поршневого мотора,  согласитесь не мало!     

4. Некачественная продувка цилиндра  существующих  двухтактных  моторов,  в том числе и  с прямоточной продувкой.

   Необходимость сжатия воздуха  для такта  продувки  у старых моторов со встречными поршнями   дополнительным устройством,  чаще всего центробежным  или  осевым компрессорам.  Для качественной продувки   этого  не достаточно,  да и на приведение  их в действие нужно  отдельно и прилично  отдать  механической  энергии.  Если начать использовать кинетическую энергию выхлопных газов для привода турбокомпрессора  (как это в основном и делают),  получится  мультик  «про Мюнхгаузена»,  когда он сам себя вытащил за  парик из болота.  Проталкивать  газы  в выхлопную трубу,  используя  их же кинетическую энергию!?  Реальность не мультик, поэтому и  продувка  цилиндра  плохая,  и результат:  топливо не догорает до конца.  Кроме этого, подобная продувка   быстро  «убивает»  ресурс  таких  моторов.   В результате тепловой перегрузки   коксуются  кольца в поршнях,    резко  понижается  компрессии в цилиндрах  и далее по списку!  Даже  «свеженький»  американский  ОПОС  не избежал этих  проблем.   Продувка в новом моторе  выполняется  воздухом,  сжатым поршнями в продувочных  камерах до значительно большего давления, чем в осевых компрессорах старых  моторов,  поршни охлаждаются  воздухом во время впуска и продувки,  что  снимает с  них тепловую перегрузку,  повышая  моторесурс и надёжность мотора в целом.  

5.  Существующие  бензиновые  поршневые  моторы  не экономны даже при использовании впрыска топлива, объясню почему

 Для нормального воспламенения и горения,  смесь у бензиновых моторов должна состоять из определённых пропорций  бензина и воздуха.  Фактическое количество воздуха  и соответственно топлива,  попадающего в цилиндр у большинства моторов,  зависит от степени открытия дроссельной  заслонки.  В некоторых моторах эту функцию выполняют величиной подъёма  впускного клапана.  На маленьких оборотах в цилиндры бензинового мотора,  поступает не большое количество воздуха,    следовательно,  степень его сжатия  будет значительно меньше величины  указанной  в  паспорте к мотору,  с вытекающими  плохими  последствиями.  Соответствовать  номиналу степень сжатия бензинового мотора может только при максимальном  нажатии на педаль газа.  Известно,  чем выше степень сжатия в цилиндрах поршневого мотора  (до разумных пределов), тем выше эффективность его  рабочего хода  и  КПД  в целом.  Пример: тот же дизельный мотор,  в котором степень сжатия остается неизменно высокой.  Можно  конечно полечить и  бензиновый  ДВС,  если  сохранять необходимую  расчётную степенью сжатия на всех режимах  работы двигателя.   Меняя  дистанцию встречи поршней  у В.М.Т. в новом моторе,  выбираем необходимое,  для определённых  условий,  оптимальное значение степени сжатия рабочей смеси, а это положительно  отражается  на топливной эффективности и мощности бензиновых ДВС.  Конструкция двухтактного  ДВС с изменённой схемой продувки позволяет   изменять степень сжатия,  благодаря  своему  механизму синхронизации вращения  коленчатых валов в зависимости от режима работы мотора. 

Модуль  двухтактного  ДВС с изменённой схемой продувки  имеет два цилиндра,  коленчатые валы  новой  конструкции,  что позволило  сделать  мотор  особо компактным и очень лёгким, а также хорошо сбалансированным.  Мощности в 200-300 л.с  такого модуля  при объёме  1,5 - 2,0 литра,  хватит для большинства  СЛА.  Вес  укомплектованного силового агрегата  мощностью  в 300 л.с,  при использовании традиционных материалов, не превысит 100 кг.   Силовые агрегаты  повышенной мощности предпочтительно собирать из двухцилиндровых модулей, это  позволит даже очень большим и  мощным  аппаратам,  быть экономными,  ведь высокая мощность  используется  в основном на взлёте и наборе высоты,  а это не очень  долго.  Вот и выходит,  что имея  старую двухвальную  схему,  двухтактный  мотор с изменённой схемой продувки  имеет абсолютно другие  результаты   по топливным  и мощностным показателям.  Не  буду приводить  «сногсшибательные»  значения КПД -  и так ясно,  что  он  будет значительно выше  КПД  любого из теперешних поршневых  и  газотурбинных  моторов.

 Из устройства нового мотора  исчез не нужный теперь компрессор,  коленвалы выполнены нетрадиционно, что  в несколько раз снизило их массу и массу двигателя в целом.  Нет газораспределительного  механизма и лишних  цилиндров.  Механизм  синхронизация вращения  коленчатых валов  позволяет  управлять степенью сжатия смеси  и  выбирать необходимое оптимальное  время сжатия   топливной  смеси   для  её  полного и эффективного сгорания.  Ресурс  работы  нового  мотора,  приближен к ресурсу  работы  четырёхтактного  ДВС.

И заметьте,  речь совсем  не шла  о супер-материалах  и  никому неизвестных,  а потому спорных,  способах  улучшения  работы поршневого мотора!  Имея желание и хорошую мастерскую  можно собрать его самому!

 Скажите  кому выгодно,  что таких моторов  до сих пор нет в ваших  машинах???  Наверное, только тем,  у кого топливный бак  с волшебной  функцией -  регенерация  топлива  или своя нефтяная вышка!   

 

Автор: Лошаков Виталий

Автор данной статьи - изобретатель, имеет два патента, третий в процессе получения. Учился в Харьковском авиационном институте, после ухода в армию окончил Николаевский пединститут. Имеет опыт самостоятельной постройки ДВС: для первого мотора строил рабочий прототип, чтобы в натуре убедиться в расчётах. Угадал почти  во всём, но ресурс самоделок да ещё в 90 годы оставлял желать лучшего. Дальше были доработки первого "болвана". Строить ещё один нет смысла, если работал первый, то доработки однозначно будут работать лучше. Пять лет работал с командой картинга. В Крыму на открытых соревнованиях самоделки автора во всех классах были на подиуме.

Просмотров: всего 10053, сегодня 6

Обсуждения

10.09.2009

АОН FAQ: Личный самолет. Реальность и мифы

Просмотров: всего 7669, сегодня 2

читать

10.09.2009

АОН FAQ: Как научиться летать на самолете

Просмотров: всего 12004, сегодня 2

читать

10.09.2009

АОН FAQ: Самые частые заблуждения

Просмотров: всего 6267, сегодня 4

читать

10.09.2009

АОН FAQ: Выбор и приобретение собственного самолета

Обычно эти вопросы начинают возникать в головах тех, кто уже совершил первый вылет с инструктором, прочитал FAQ для новичков, часть I, и начинает строить планы на дальнейшее

Просмотров: всего 7649, сегодня 1

читать

Страницы: [1][2][3][4]