Двигатель № 1 с Е=10 (Д1): ход поршня 90 мм, высота камеры сгорания 10 мм, угол начала тепловыделения 15* до ВМТ, величина Рz достигается при 15* ПКВ (поворота коленчатого вала) после ВМТ.
Двигатель № 2 с Е=25 (Д2): ход поршня 90 мм, высота камеры сгорания 3.75 мм, угол начала тепловыделения 0* по углу ПКВ, величина Р1 достигается при 0* ПКВ.
В обоих двигателях продолжительность тепловыделения 50* по углам ПКВ.
В Д1 при нахождении поршня в 15* после ВМТ высота камеры сгорания 11.53 мм.
В Д2 при таком же положении поршня высота камеры сгорания 5,28 мм.
В Д1 при нахождении поршня в 35* после ВМТ высота камеры сгорания 18.14 мм.
В Д2 при таком же положении поршня высота камеры сгорания 11,53 мм.
Т. е., в двигателе со степенью сжатия 25 при положении поршня в 35* ПКВ после ВМТ камера сгорания имеет такой же объем, какой имеет камера сгорания двигателя со степенью сжатия 10 при положении поршня в 15* ПКВ после ВМТ. Только, если во втором двигателе 15* является точкой возникновения и исчезновения Рz, то в первом двигателе точка 35* является точкой завершения линии Рz и началом линии расширения.
Из изложенного видно, что линия расширения жестко связана со степенью сжатия двигателя. По мере повышения степени сжатия в координатах цикла она смещается вправо, в зону больших углов и начинается позже.
Решение перечисленных вопросов приводит к тому, что между известными теории процессами и между процессами, которые происходят в двигателе со сверхвысокой степенью сжатия возникает, большая разница. В частности, из-за ввода тепла на такте сжатия в двигателе со степенью сжатия 9,9, работающем при полном наполнении с частотой 3200 об/мин в момент завершения сжатия температура смеси составляет, примерно, 900 *С, давление сжатия, примерно 32 атм. В двигателе со степенью сжатия 25, при этих же параметрах соответственно: температура, примерно, 600 *С, а давление сжатия, примерно, 52-54 атм. Эксперименты показывают, что давление в 52-54 атм и температура 600 *С не являются предельными и могут быть увеличены еще не менее, чем в полтора раза.
Влияние и состояние температур:
В ДВС со степенью сжатия 9,9:
На сжатии за 15* до ВМТ сформировался очаг пламени, начался ввод тепла. В ВМТ давление 32 атм, температура 900* С. В 15* после ВМТ давление 56 атм., температура 2100 С. В 35* ПКВ после ВМТ, когда горение завершилось, давление 35 кг/см2, температура 2400* С.
В ДВС со степенью сжатия 25:
В ВМТ давление 60 атм. Температура 600* С. Сформировался очаг пламени, начался ввод тепла.
Суммарная тепловая нагруженность рабочего тела в ВМТ обоих двигателей примерно одинакова (там выше температура, а здесь давление). Но в первом случае ввод тепла и распространение пламени по фронту начинается при давлении 15,5 кг/см2, а во втором - при 60 кг/см2. В первом случае максимальное давление в 56 кг/см2 достигается только в момент завершения распространения пламени, а во втором случае давление неизменно на весь период. Такая разница в давлениях означает, что на одном и том же отрезке области смеси во втором двигателе на начало ввода тепла располагается вчетверо больше молекул, чем в первом. Т.е. при одинаковой скорости распространения пламени по фронту во втором двигателе в среднем в один и тот же промежуток времени в процесс горения вовлекается, примерно, в два раза больше смеси. Это означает, что в первом двигателе распространение пламени по фронту происходит в течении 30* ПКВ ( 15* до ВМТ и 15* после ВМТ), а во втором двигателе в течении, примерно, 15* после ВМТ. Но скорость горения (если нет детонационного сгорания) тоже является величиной постоянной. Поэтому время горения смеси во втором двигателе по углам ПКВ будет равно времени горения смеси в первом двигателе. Расчетная температура в указанной точке, т.е. в 15* ПКВ после ВМТ составляет, примерно 1100* С, но и объем рабочего тела вдвое меньше. В 35* ПКВ после ВМТ давление 60 кг/см2, температура 2700* С. Объем камеры сгорания меньше в 1,57 раз. Дальше на линии расширения происходит догорание остатков еще не окислившихся молекул.
Технические проблемы
Чтобы уменьшить объем камеры сгорания приходится стачивать головку блока цилиндров на 3мм. Заводская толщина ее стенки составлет 9,2 мм. Остается всего 6 мм. Т.е. стенка головки блока цилиндров над поршнем сильно ослабляется. В то же время этот же факт показывает, что в моем двигателе напряжение деталей существенно меньше. В противном случае стенку головки прожгло бы или продавило с первых же рабочих оборотов. Уменьшение высоты головки блока цилиндров приводит к смещению фаз газораспределения почти на 10 градусов, что отрицательно влияет на работу двигателя. Есть еще много проблем, связанных непосредственно с блоком цилиндров, КШМ, поршнями и пр. К примеру, поршня заказываю в МАМИ. Они нецентрованные, на 40 грамм тяжелее, чем серийные.
Много проблем связано с системой зажигания. Серийные свечи зажигания рассчитаны на искрообразование при давлениях до 8 атм. Даже самые лучшие импортные свечи зажигания при проверке на стенде перестают давать искру при давлении 12 атм. В моем двигателе со степенью сжатия 25 при работе по внешней скоростной характеристике свеча должна давать искру при 60 атм., т.е. она должна работать в условиях в 5 раз превышающих ее физические возможности. Приходится переделывать свечи, уменьшать зазор до минимально возможных 0,25 мм (вместо 1,1 мм по стандарту), что, естественно, отрицательно сказывается на результатах работы двигателя. Для надежной работы двигателя нужны свечи, которые были бы рассчитаны на работу хотя бы при 70 атм.
Серийные катушки зажигания рассчитаны на работу с напряжением разряда не выше 12 к/вольт. Лучшие катушки БОШ могут выдать 25 к/вольт, но при такой нагрузке быстро выходят из строя. Нужны катушки с мощностью разряда 75-80 к/вольт. Кстати, и свечи и катушки для своего двигателя я уже запатентовал.
Но самый слабый узел это программа бортового компьютера Январь 5.1, которую я использую. Во-первых, программа сама по себе содержит много недостатков. Во-вторых, для моего двигателя нужна совершенно другая программа. Алгоритмы ее работы мной уже разработаны.
Последовательное соединение катушек дает возможность увеличить напряжение разряда до 50 К\вольт. При таком соединении двигатель показывает невероятную мощность, а автомобиль становится практически неуправляемым. Но сильный обратный сигнал разряда нарушает работу бортового компьютера. Тот через 30-60 секунд работы начинает выдавать какие попало углы зажигания до 127 градусов.
Результаты работы двигателя
Те двигатели, которые я собираю, на техническом языке называются действующими макетами. Но тем не менее, с учетом всех этих проблем и при работе на стенде и при испытаниях на автомашинах макеты в режимах средних нагрузок показывают примерно двухкратное уменьшение расхода топлива и почти двухкратное повышение мощности. При работе на внешней скоростной характеристике из-за увеличения нагрузок на свечи, катушки, ЭБУ, результаты скромнее (20-25%). Для демонстрации потенциальных возможностей изобретений этого вполне хватает.
Сводить вопрос к имеющимся результатам стендовых испытаний, значить сузить значение вопроса. Суть вопроса в том, что впервые в истории теории и практики двигателестроения построены действующие и в течении длительного периода времени не плохо работающие образцы бензиновых двигателей со степенями сжатия до 25.
Влияние увеличения давления сжатия на ресурс двигателя.
Увеличение степени сжатия в моем двигателе осуществляется, в частности, и для увеличения степени расширения нагретых газов. Температура выхлопа (Тb) серийного двигателя ВАЗ-2111, который я использую в своих экспериментах, составляет 1300 С. В моем макете со степенью сжатия 25 температура (Тb) составляет 700 С. Это означает, что в моем макете термическое напряжение деталей существенно ниже, соответственно их ресурс значительно больше.
Г.А.Ибадуллаев
Цикл Карно является общим или универсальным законом для всех тепловых двигателей. Он поясняет суть явлений, но не имеет конкретного отношения к работе ДВС.
Сутью цикла Карно является превращение теплоты в механическую работу. Последовательность рабочих процессов при этом такова: 1. Рабочее тело, имеющее температуру Т2, сжимается в цилиндре двигателя до достижения им величины температуры Т1. 2. В сжатое рабочее тело вводится тепло. Его объем начинает увеличиваться. Увеличиваясь в объеме, рабочее тело перемещает поршень и совершает работу. Чтобы увеличение объема не привело к падению температуры Т1 процесс расширения сопровождается вводом тепла. 3. При достижении поршнем определенного положения ввод тепла прекращается. Дальнейшее расширение происходит без ввода тепла. В результате этого температура рабочего тела падает от величины Т1 до величины Т2.
Изотермные процессы расширения и сжатия протекают при постоянных температурах Т1 и Т2 и, соответственно, они константы. Адиабатные процессы расширения и сжатия протекают без ввода и отвода тепла. Причем, поскольку адиабатное расширение совершается в положительной зоне работы, а адиабатное сжатие в отрицательной зоне работы цикла, они в сумме уравновешивают друг друга и влияния на результат работы и термический КПД цикла не оказывают (т.е не должны оказывать). Работа цикла есть разница между работой изотермного расширения и изотермного сжатия. Причем критерием оценки является количество введенного на расширении и отведенного на сжатии тепла. Цикл Карно имеет максимально возможный термический КПД в заданном интервале температур Т1-Т2 и любой другой цикл в этом же интервале температур и энтропий приведет к уменьшению площади цикла и, следовательно, к уменьшению теплоты преобразованной в работу.
Таким образом, по циклу Карно способом превращения теплоты в механическую работу являются сжатие рабочего тела без ввода тепла и его последующее расширение с вводом тепла при постоянной температуре Т1. Особым признаком цикла Карно является регулирование количества вводимого тепла для обеспечения постоянства температуры Т1 в процессе расширения.