Первая часть
В двух предыдущих заметках были рассмотрены три известных, но не вполне очевидных фактора, влияющих на экономические и экологические свойства двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).
Наверно, есть смысл более внимательно рассмотреть и другие, не менее известные каждому интересующемуся двигателями факторами, с которыми все сталкиваются постоянно и на которые чаще всего просто не обращают внимания.
Они примелькались всем и кажутся чем-то незыблемым и не подлежащим никакому пересмотру.
История ДВС тянется уже полтора столетия, и всё это время его конструкция претерпевает изменения, направленные на повышение его технологических, эксплуатационных и экологических свойств. На эти цели затрачены и продолжают затрачиваться гигантские силы и средства.
Так, только на европейские исследования уходит до 44 миллиардов Евро в год (данные двухлетней давности), что не приводит к существенному улучшению свойств.
Поэтому не лишним будет более внимательное рассмотрение обстоятельств, которые сопровождают работу двигателя и от которых зависят его выходные данные.
Какие же свойства ДВС в первую очередь интересуют потребителя, которым чаще всего оказывается простой автолюбитель?
А когда приходит срок технического осмотра, самый раз вспомнить про чистоту выхлопа.
Рассмотрим подробно, по возможности не упуская самые мелкие явления, сопровождающие работу двигателя. Цикл работы начинается с заполнения цилиндра рабочей смесью. Полнота наполнения напрямую влияет на мощность двигателя и зависит от длины, формы и величины сечения тракта впуска, а также от характера течения смеси.
Замечу, что целью данных записок является не критика существующих двигателей, но критический взгляд на существующий порядок вещей. С этой точки зрения впускной тракт должен быть по возможности коротким, без изменения направления движения потока рабочей смеси.
При этом рабочая смесь должна двигаться равномерно, без ускорений и торможений. Каким образом можно обеспечить соблюдение этих условий – вопрос отдельный. Пока просто констатируем, что существующие системы питания двигателей не отвечают перечисленным требованиям.
Далее смесь сжимается, горит и расширяется – и эти явления происходят с частичным наложением друг на друга, что непосредственным образом влияет на полноту сгорания топлива с соответствующими потерями. Способ устранения негатива от данного обстоятельства был рассмотрен в первой части заметок.
Из школьного курса физики известно, что применительно к вращательному движению мощность определяется как произведение крутящего момента на число оборотов вала. В свою очередь крутящий момент это произведение действующего усилия на плечо действия силы.
В пределах существующей идеологии построения двигателя достаточно легко увеличить усилие путём увеличения диаметра цилиндра, но крайне проблематично существенное увеличение плеча действия силы (в рассматриваемом случае это радиус кривошипа коленчатого вала).
При этом величина плеча не остаётся постоянной и изменяется от нуля до максимума с поправкой на влияние шатуна и возвращается к исходному нулю. Следовательно, увеличение крутящего момента ограничена этим принципиальным моментом.
Далее обратим внимание на число оборотов вала в единицу времени. Здесь представляется резонным говорить не о частоте вращения, но скорее о числе рабочих ходов за один оборот вала.
С этой точки зрения двухтактный дизельный двигатель (рассматриваем работу одного цилиндра) имеет явное преимущество перед четырёхтактным бензиновым – один рабочий ход за один оборот вала против одного рабочего хода за два оборота.
Ещё большее преимущество в этом плане, несмотря на присущие ему крупные недостатки, имеет двигатель Ванкеля – три рабочих хода за один оборот.
Теория подсказывает, что наилучшие условия для полного сгорания смеси создаются в камере сферической формы. Здесь и наименьшие расстояния для фронта распространения пламени, и отсутствие острых углов, где горение затруднено.
Продолжение рассуждений о поисках оптимального решения на пути совершенствования ДВС последует несколько позже.
А пока – «Бороться и искать, найти и не сдаваться!» (Лев Кассиль).
Автор: Кривко Николай Михайлович, инженер-машиностроитель, создал 13 изобретений.
