Это мы ещё в детстве знали, да и жили так и живем, но походу в общем это сейчас не модно. Ну это опять не в тему :-[
Бесшатунные двигатели
Это мы ещё в детстве знали, да и жили так и живем, но походу в общем это сейчас не модно. Ну это опять не в тему :-[
Никого не хочу обидеть, но углубленное, профессиональное обсуждение с анализом достоинств, недостатков, особенностей БШ-двигателя предпочитаю проводить в кругу специалистов на основе имеющегося личного опыта проектирования, изготовления и испытания опытных образцов двигателей. Всякие другие варианты общения приводят, в конечном итоге, к бесполезной трескотне. В этом убедился неоднократно.
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Клод, я повторю вопрос в третий раз "Клод, а действительно - подает ли Ваш(и) двигатели признаки "клина" ? :-/"
Если да - то в чем могут быть проблемы, если нет - то как Вам удалось ИХ избежать ?
СПАСИБО (больно уж не хочется своим лобом о ту же стенку трескаться, если можно перенять опыт "бывалых"...)
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
....значит, таки "подклинивает" (как его не назови ;D)…некуда правду скрывать….
Так или иначе с этим явлением придется и мне столкнуться когда буду реализовать свой вариант (а возможно и не столкнусь - поскольку кинематика у него всеже нечто другая…) время покажет… :-?
Клод - откровенно и по мужски: мне насрать в кругу кого я нахожусь обсуждая ту или иную тему поскольку мне важнее всего информация которую я черпаю из уст собеседника….пожалуйста не унижайте никого из присутвующих ни здесь ни в обществе…МОЛЧАНИЕ - ЗОЛОТО ! 😉
…………………………………………………………………………………………………………...
Каждое "говно" достойно уважения - оно отличается от меня и тем самым ценно !
Опять невежливо, ТеНВД. Я просто объяснил то,что мне хотелось бы общаться с достаточно хорошо подготовленными собеседниками по обсуждаемой теме. Было бы намного интересней. Але, що маємо - то маємо. Так любил говорить первый президент Незалежной Украины.
И еще более, чем откровенно. Леонид, ты хочешь заработать денег на моторах. Потом, когда-нибудь. Но сейчас ты пока собираешь информацию. И у меня возникает вопрос, наверное риторический. Так ради чего я должен распылять бездарно то, что мне досталось трудом - интелектуальным, физическим. Материальными затратами, наконец. На твоем Западе бесплатно пукнуть не захотят и тебе вот тоже очень хочется "шары". Ні, шановний, дурних нема.
И еще более, чем откровенно. Леонид, ты хочешь заработать денег на моторах. Потом, когда-нибудь. Но сейчас ты пока собираешь информацию. И у меня возникает вопрос, наверное риторический. Так ради чего я должен распылять бездарно то, что мне досталось трудом - интелектуальным, физическим. Материальными затратами, наконец. На твоем Западе бесплатно пукнуть не захотят и тебе вот тоже очень хочется "шары". Ні, шановний, дурних нема.
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Невежлево, согласен и готов извиниться - но откровенно ! Будем с женщинами вежливичать 😉 :-[
Так как на счет клина ? Клинит мотор или нет ? :exclamation Я считаю (извините за то что у меня таки есть свое мнение) что с применением жосткого коленвала (а не синхронизованого - как у Вуля и Баландина) проблема клина не стоит так остро…то же касается отношения длины направляющих - так или иначе в схеме с ексцентриками они должны быть длиннее чем в схеме что на рис 11а стр 14 баландина при одинаковом диаметре поршней…соответственно больше плечо. Также на явление клина могут влиять наличие прокладки между направляющими и штоком и их способ крепления.
....При той простоте что у Вас клод в моторе (нет прокладок, длина направляющих на штоке велика, отношение к диаметру тоже) ПО ИДЕЕ клина не должно быть…
Интересно было бы взглянуть во внутрь второго мотора и что вы там поменяли …Володя...а не стал ли клин причиной создания второго мотора ? 😎 а ?
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Володя, не валяйте дурака - не солдат тот кто не хочет стать офицером !….я очень прагматичный человек - посему, естественно, каждый потраченный час должен окупаться так или иначе….
Вы во всем правы - я пока собираю информацию, чтоб на ее основе построить двигатель полезный себе (в первую очередь) и обществу - ну не буду я же потом эти двигатели раздавать ? …. естественно желание каждого человека - жить хорошо, питать семью…
Володя - МОЛЧАНИЕ-ЗОЛОТО ! Так что молчите - тем более мне уже удалось много чего выяснить - за что я Вам в первую очередь искренне благодарен !!!
ТНВД
Еще немного и ты раскроешься полностью. От меня ты не узнал ровным счетом ничего. Твое "много" - это уровень слабенького двигателиста-самоучки. Но и это можно считать каким-то лмчным успехом. Поздравляю.
И логика твоя проста - хочу хорошо жить, питать семью, но используя труд других - дядя Вова поделись опытом. Леня, подержи арбуз!
Еще немного и ты раскроешься полностью. От меня ты не узнал ровным счетом ничего. Твое "много" - это уровень слабенького двигателиста-самоучки. Но и это можно считать каким-то лмчным успехом. Поздравляю.
И логика твоя проста - хочу хорошо жить, питать семью, но используя труд других - дядя Вова поделись опытом. Леня, подержи арбуз!
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
РВД, Клод,
я както не обратил не эту проблему внимания…действительно - это тема которую все последователи Баландина как то умалчивают (последуют умалчивать Баландина 🙂 )…такие знания даються с опытом...
Первым заговорил в голос Вуль - он запатентовал механизм против прихвата в двигателе
http://www.freepatentsonline.com/6631671.pdf
Теперь становиться ясно что у Володи Якущенка тоже прищемило (не поймите Володя привратно)…. ;D
…наверное в мире есть не один Вуль, Володя, Петрович и задача стоит найти тех кого уже отпустило и готов делиться проблемой…еслм не найду - придется пройти мучительный путь самому...но думаю найду !
Вот в двух словах моя позиция...
Володя - я же четко Вам указал - Вы крестный отец моего будущего двигателя - так что арбуз придержите до крещения (как известно не раньше чем через 9 месяцев), мне будет приятно пожать Вашу руку ! Без обид !
Леонид
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Дело ближе к телу...что продаем ? ;D
Володя, дышите глубже....еще никто никого не вы...бал, тем более через интернет ;D
Я пытался книгу купить Баландина - получил ШИШ...теперь ничего не пытаюсь...
Ищу Володя, ищу и уверен что найду....зачем такие волнения Вы поднимаете не пойму...Вас как будто за живое задело - клинит железку так клинит и хрен с ней, главное чтоб все здоровы и жывы были, а проблемы решим + денег заработаем...а не решим + время ии деньги потратим, и хрен с ней + с ними - мемуары напишем ;D
ТНВД
Вот никак до тебя не доходит. Да спокоен я абсолютно. Сынок, мне всякое приходилось видеть в своей жизни. Я сильно волновался только в процессе рождения первого мотора, почти как при рождении своего сына. Общение с тобой - это мелкие брызги. Кстати, по мылу от тебя идут какие-то каляки-маляки. Я их читать не умею. Как погнал ты в форуме хрень, так и иероглифы пошли по е-мейлу. Наверное, все-таки у тебя что-то с нервами. :🙂
Вот никак до тебя не доходит. Да спокоен я абсолютно. Сынок, мне всякое приходилось видеть в своей жизни. Я сильно волновался только в процессе рождения первого мотора, почти как при рождении своего сына. Общение с тобой - это мелкие брызги. Кстати, по мылу от тебя идут какие-то каляки-маляки. Я их читать не умею. Как погнал ты в форуме хрень, так и иероглифы пошли по е-мейлу. Наверное, все-таки у тебя что-то с нервами. :🙂
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Наверное, надо обоим отдохнуть…..
Володя, вы не как старый еврей отошли от темы…но отошли с какойто руганью, наездими, обвинениями даже….
Так клинил Ваш двигатель или нет - первый и второй ? В смысле задиров на зеркале и направляющих ?
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Володя, Петрович - помните Ваш мартовский спор ? :🙂
Вас обоих можно както собрать в конструктивный диалог с целью выкачки интелектуальной собственности и опыта и зарабатывания денег (в о-о-о-о-о-чень правда далеком будушем) ? ;D
ЕГО ВЕЛИЧЕСТВО – К. П. Д.
--------------------------------------------------------------------------------
Откуда следует уверенность в возможности создания революционного двигателя? Это наличие "истинных систем" (см. "Журнал НОУ-ХАУ", 1995, № 1-2), которые в первую очередь отличаются предельной экономичностью. Понятие "истинная система" является универсальным, то есть не имеет исключений. Поэтому обязательно должен быть "истинный" двигатель - предельно экономичный и эффективный.
Проанализируем последовательно все 16 видов потерь энергий в существующем двигателе и выясним возможность их минимизации.
1. Химическая энергия топлива
1.1. Прямые потери в выхлопную трубу
Чтобы исключить прямое попадание топлива из впускного тракта в выпускной есть несколько возможностей: устранить перекрытие фаз ВПУСК и ВЫПУСК; максимально разнести впускные и выпускные отверстия и газовые потоки; осуществить прямой впрыск топлива в камеру сгорания.
1.2. Потери из-за неполного сгорания в пристеночном пространстве и щелях
Есть единственный способ устранения пристеночных эффектов - повысить температуру стенок камеры сгорания до 700 °С. Это возможно реально осуществить, используя теплоизоляционное покрытие стенок камеры сгорания.
1.3. Потери из-за больших капель топлива
Предельным решением данной проблемы является использование гомогенной смеси, когда топливо измельчено до молекулярного уровня и однородно смешано с воздухом. В обедненной гомогенной смеси топливо сгорает полностью во фронте пламени.
1.4. Потери из-за богатой воздушно-топливной смеси
При решении проблем 1.2 и 1.3 необходимость в обогащении воздушно-топливной смеси сама собой отпадает.
2. Тепловая энергия газов
2.1. Потери, вызванные окислением и горением топлива в фазе СЖАТИЕ
Для уменьшения данных потерь есть несколько путей: снижение максимальных оборотов двигателя; снижение линейных размеров камеры сгорания; оптимизация газовых потоков при СЖАТИИ; зажигание в центре камеры сгорания.
2.2. Потери из-за декомпрессии
Для достижения максимальной компрессии необходимы высокая точность и чистота сопрягаемых поверхностей. Кроме того, должен быть исключен износ движущихся сопряженных поверхностей. В свою очередь необходимо исключить давление поршня на цилиндр.
2.3. Потери в стенки камеры сгорания и цилиндра
Аналогично 1.2. решением проблемы является создание теплоизоляционного покрытия всех поверхностей, имеющих контакт с горячим газом, особенно в камере сгорания, где самая высокая температура.
2.4. Потери в выхлопную трубу
Для снижения температуры выхлопных газов требуется повышать степень расширения. Реально существует возможность повышения степени расширения до двух раз.
3. Линейная механическая энергия поршня
3.1. Потери на трение поршневых колец о цилиндр
Самым радикальным решением данной проблемы является отказ от колец. Теоретически это возможно при выполнении следующих условий: поршень движется строго прямолинейно, не оказывая бокового давления на стенки цилиндра; поверхности поршня и цилиндра идеально сопряжены с минимальным зазором; материалы поршня и цилиндра обладают коэффициентами линейного теплового расширения, близкими к нулю. Не исключается при этом применение специальных (алмазоподобных) покрытий.
3.2. Потери на трение из-за осесимметричной реакции шатуна
Классический кривошипно-шатунный механизм должен быть заменен принципиально иным, в котором отсутствуют боковые силы давления на поршень.
3.3. Инерционные потери
Данные потери убираются путем: снижения максимальных оборотов двигателя; снижения массы линейно движущихся частей уменьшения линейных размеров и использования легких материалов (магниевых сплавов).
3.4. Потери из-за асимметричного горения
Решение данной проблемы скрывается в самом названии потерь. Для полного исключения потерь данного вида необходимы: симметричная камера сгорания; симметричные газовые потоки; симметричное зажигание.
3.5. Осевые потери (потери на взаимное преобразование механических энергий: линейной и вращения)
Существуют механизмы взаимного превращения двух видов механической энергии, у которых коэффициент преобразования примерно в два раза выше, чем у кривошипно-шатунного механизма (Баландина и др.). Однако они обладают рядом существенных недостатков: у них возникает проблема замкнутых размерных цепочек, имеются локальные бесконечные силы давления, они несимметричны и отличаются переменным положением центра масс. Тем не менее, возможен механизм, лишенный перечисленных недостатков.
4. Механическая энергия вращения вала
4.1. Потери на подготовительные фазы
Предельному сокращению данных потерь может способствовать отказ от четырехтактного режима работы и переход на двухтактный режим, а также аксиальная конструкция двигателя.
4.2. Потери на работу вспомогательных механизмов и устройств
Общее сокращение различных потерь автоматически приводит к сокращению потерь на работу вспомогательных механизмов, так как требуется меньше топлива и смазки. Можно отказаться от жидкостного охлаждения. Кроме того, полезно отказаться от кулачковых валов, обуславливающих относительно большие потери.
4.3. Инерционные потери
Снижение данных потерь возможно путем уменьшения веса и диаметра вращающихся частей. Целесообразно сокращение числа цилиндров посредством перехода на двухтактный режим.
Таким образом, используя системный подход и минимизируя все потери, можно создать "революционный" двигатель с к.п.д. практически в 4 раза выше существующего!
--------------------------------------------------------------------------------
Откуда следует уверенность в возможности создания революционного двигателя? Это наличие "истинных систем" (см. "Журнал НОУ-ХАУ", 1995, № 1-2), которые в первую очередь отличаются предельной экономичностью. Понятие "истинная система" является универсальным, то есть не имеет исключений. Поэтому обязательно должен быть "истинный" двигатель - предельно экономичный и эффективный.
Проанализируем последовательно все 16 видов потерь энергий в существующем двигателе и выясним возможность их минимизации.
1. Химическая энергия топлива
1.1. Прямые потери в выхлопную трубу
Чтобы исключить прямое попадание топлива из впускного тракта в выпускной есть несколько возможностей: устранить перекрытие фаз ВПУСК и ВЫПУСК; максимально разнести впускные и выпускные отверстия и газовые потоки; осуществить прямой впрыск топлива в камеру сгорания.
1.2. Потери из-за неполного сгорания в пристеночном пространстве и щелях
Есть единственный способ устранения пристеночных эффектов - повысить температуру стенок камеры сгорания до 700 °С. Это возможно реально осуществить, используя теплоизоляционное покрытие стенок камеры сгорания.
1.3. Потери из-за больших капель топлива
Предельным решением данной проблемы является использование гомогенной смеси, когда топливо измельчено до молекулярного уровня и однородно смешано с воздухом. В обедненной гомогенной смеси топливо сгорает полностью во фронте пламени.
1.4. Потери из-за богатой воздушно-топливной смеси
При решении проблем 1.2 и 1.3 необходимость в обогащении воздушно-топливной смеси сама собой отпадает.
2. Тепловая энергия газов
2.1. Потери, вызванные окислением и горением топлива в фазе СЖАТИЕ
Для уменьшения данных потерь есть несколько путей: снижение максимальных оборотов двигателя; снижение линейных размеров камеры сгорания; оптимизация газовых потоков при СЖАТИИ; зажигание в центре камеры сгорания.
2.2. Потери из-за декомпрессии
Для достижения максимальной компрессии необходимы высокая точность и чистота сопрягаемых поверхностей. Кроме того, должен быть исключен износ движущихся сопряженных поверхностей. В свою очередь необходимо исключить давление поршня на цилиндр.
2.3. Потери в стенки камеры сгорания и цилиндра
Аналогично 1.2. решением проблемы является создание теплоизоляционного покрытия всех поверхностей, имеющих контакт с горячим газом, особенно в камере сгорания, где самая высокая температура.
2.4. Потери в выхлопную трубу
Для снижения температуры выхлопных газов требуется повышать степень расширения. Реально существует возможность повышения степени расширения до двух раз.
3. Линейная механическая энергия поршня
3.1. Потери на трение поршневых колец о цилиндр
Самым радикальным решением данной проблемы является отказ от колец. Теоретически это возможно при выполнении следующих условий: поршень движется строго прямолинейно, не оказывая бокового давления на стенки цилиндра; поверхности поршня и цилиндра идеально сопряжены с минимальным зазором; материалы поршня и цилиндра обладают коэффициентами линейного теплового расширения, близкими к нулю. Не исключается при этом применение специальных (алмазоподобных) покрытий.
3.2. Потери на трение из-за осесимметричной реакции шатуна
Классический кривошипно-шатунный механизм должен быть заменен принципиально иным, в котором отсутствуют боковые силы давления на поршень.
3.3. Инерционные потери
Данные потери убираются путем: снижения максимальных оборотов двигателя; снижения массы линейно движущихся частей уменьшения линейных размеров и использования легких материалов (магниевых сплавов).
3.4. Потери из-за асимметричного горения
Решение данной проблемы скрывается в самом названии потерь. Для полного исключения потерь данного вида необходимы: симметричная камера сгорания; симметричные газовые потоки; симметричное зажигание.
3.5. Осевые потери (потери на взаимное преобразование механических энергий: линейной и вращения)
Существуют механизмы взаимного превращения двух видов механической энергии, у которых коэффициент преобразования примерно в два раза выше, чем у кривошипно-шатунного механизма (Баландина и др.). Однако они обладают рядом существенных недостатков: у них возникает проблема замкнутых размерных цепочек, имеются локальные бесконечные силы давления, они несимметричны и отличаются переменным положением центра масс. Тем не менее, возможен механизм, лишенный перечисленных недостатков.
4. Механическая энергия вращения вала
4.1. Потери на подготовительные фазы
Предельному сокращению данных потерь может способствовать отказ от четырехтактного режима работы и переход на двухтактный режим, а также аксиальная конструкция двигателя.
4.2. Потери на работу вспомогательных механизмов и устройств
Общее сокращение различных потерь автоматически приводит к сокращению потерь на работу вспомогательных механизмов, так как требуется меньше топлива и смазки. Можно отказаться от жидкостного охлаждения. Кроме того, полезно отказаться от кулачковых валов, обуславливающих относительно большие потери.
4.3. Инерционные потери
Снижение данных потерь возможно путем уменьшения веса и диаметра вращающихся частей. Целесообразно сокращение числа цилиндров посредством перехода на двухтактный режим.
Таким образом, используя системный подход и минимизируя все потери, можно создать "революционный" двигатель с к.п.д. практически в 4 раза выше существующего!
"PURSHEV"
Почему бы Вам не повторить Ваш диалог на новой ветке, здесь и так "амбары ломятся" от переизбытка интелекта. Тему можете обозначить к примеру так: "Куда надо двигаться, когда на планете не останется топлива".
"TNVD"
Хватит третировать "Cloud", это была шутка с моей стороны.
Почему бы Вам не повторить Ваш диалог на новой ветке, здесь и так "амбары ломятся" от переизбытка интелекта. Тему можете обозначить к примеру так: "Куда надо двигаться, когда на планете не останется топлива".
"TNVD"
Хватит третировать "Cloud", это была шутка с моей стороны.
Leon CX
Будь просто - смог бы каждый...
Петрович,
ну Вы шутник - однако....тут Клод весь как его ексцентрики завертелся, незнал как из ситуации что его роскусили выходить, меня во всех грехах плотских обвиинять стал...
Я уже извелся вовсю напрягая мозги как проблему клина решать и применительна ли она к моей компоновке...
3. ПОТЕРИ ЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОРШНЯ
Однажды любопытные ученые измерили, что максимальная скорость, с которой движется клюв дятла в момент удара, равняется скорости пули. Возник законный вопрос - "почему у дятла не болит голова?", а точнее - "почему у дятла целы мозги?"
Используя самую современную технику, удалось получить удивительный результат. Оказывается, несмотря на всю неестественность и сложность реализации, голова дятла движется строго по линейной траектории. Только такой - линейный закон движения позволяет самортизировать мозг дятла.
Однако вернемся к двигателю, а точнее к его поршню. На мой взгляд, у поршня и у головы дятла есть кое-что общее - необходимость двигаться линейно. Рассмотрим потери третьего вида энергии, используемой в двигателе, - линейной механической энергии поршня.
3.1. Потери на трение поршневых колец
Кольца являются важными элементами поршня. Они выполняются разрезными из специальных сплавов и устанавливаются в специальные канавки в верхней части поршня (у дна). Обладая в свободном состоянии диаметром большим, чем диаметр цилиндра, они позволяют обеспечить высокую компрессию и отвод тепла от поршня. Нижнее кольцо снимает с цилиндра излишки масла (имеет специальную конструкцию) и называется маслосъемным.
Кольца постоянно поджаты к внутренней поверхности цилиндра и работают как своеобразный тормоз. Это приводит к соответствующим потерям на трение. Указанные потери зависят от многих факторов:
- силы давления кольца на цилиндр;
- коэффициента трения сопряженных поверхностей;
- наличия и качества смазки;
- скорости движения поршня;
- наличия боковой силы давления поршня на цилиндр.
Таким образом, как работа поршня, так и потери на трение поршневых колец носят импульсный характер. По оценке специалистов в среднем данные потери составляют 70 % от суммарных потерь на трение в двигателе.
3.2. Потери на трение из-за асимметричной реакции шатуна
Следует отметить, что, если бы суммарный вектор давления горящих газов на дно поршня и вектор реакции нагрузки всегда были на одной линии и эта линия была бы осью симметрии поршня и цилиндра, то никаких иных потерь на трение (кроме указанных в п. 3.1) не было бы. Но, к сожалению, это не так. Первым виновником отклонения от идеального решения является асимметричный характер кривошипно-шатунного механизма. Симметрия наблюдается только в верхней и нижней мертвых точках. Как только шатун отклоняется от оси симметрии, отклоняется и вектор реакции нагрузки, что приводит к появлению боковой силы. Сила направлена относительно оси симметрии в противоположную сторону от отклонения шатуна.
Максимальное значение боковой силы примерно в 3 раза меньше силы давления, что определяется компромиссом между размерами двигателя и потерями на трение.
Под воздействием боковой силы поршень отклоняется от идеального линейного движения на величину зазора между поршнем и цилиндром в плоскости, проходящей через ось симметрии и перпендикулярной оси пальца поршня.
В связи с тем, что взаимодействующие поверхности имеют цилиндрическую форму, в узкой центральной области контактного пятна возникает сила трения. Помимо потери механической энергии поршня трение приводит к дополнительному нагреву двигателя и износу поверхностей пары "поршень - цилиндр". Учитывая, что сила меняется по гармоническому закону, износ цилиндра носит специфический (асимметричный бочкообразный) характер. При этом кольца начинают играть негативную роль, так как имеют очень острые и твердые грани. Поршень с кольцами превращается по сути в своеобразный металлорежущий инструмент. Максимальные потери и износ происходят при максимальных нагрузках. Поэтому потери на трение из-за асимметричной реакции шатуна являются одной из основных причин неработоспособности двигателя при больших нагрузках.
3.3. Инерционные потери
Поршень совершает возвратно-поступательное движение, то есть у него есть два крайних положения (мертвые точки), где скорость равна нулю, а поршень меняет направление движения. Примерно в середине пути поршень достигает максимальной скорости. Она определяется оборотами двигателя и линейными размерами основных элементов двигателя (R и L).
За полный цикл поршень делает четыре разгона и четыре торможения. Условия взаимодействия поршня с поверхностью цилиндра во всех фазах существенно различные. Однако это не означает, что вся кинетическая энергия поршня уходит в потери, так как большая часть ее рекуперируется. К потерям можно отнести примерно 25 %.
Учитывая, что кинетическая энергия поршня определяется квадратом скорости поршня, инерционные потери становятся заметными только при высокой частоте вращения вала двигателя.
Существует еще одна разновидность инерционных потерь поршня, известная как потери на "перекладывание поршня". Дело в том, что центр тяжести поршня, как правило, не находится на оси симметрии пальца. Вследствие этого в мертвых точках возникает момент силы, который поворачивает поршень вокруг пальца в пределах зазоров между поршнем и цилиндром. Это приводит к кратковременному заклиниванию поршня. К счастью, линейная скорость поршня при этом практически равна нулю. Однако при максимальной частоте вращения вала эти потери все-таки становятся заметными.
3.4. Потери на трение из-за асимметричного горения
Сущность таких потерь подробно описана в статьях "Новые возможности свечи зажигания" - № 6 - 2002 и № 3 - 2003. Поэтому кратко напомним, о чем шла речь.
В области 15° после верхней мертвой точки (ВМТ) заканчивается горение воздушно-топливной смеси со скоростью около 1,5 км/с. Поскольку процесс горения завершается в одном углу камеры сгорания, поршень наносит сильный локальный удар краем дна о поверхность цилиндра. Это приводит к кратковременному заклиниванию поршня. С ростом нагрузки данный динамический тормоз становится все сильнее до полной остановки двигателя, то есть коэффициент преобразования механической энергии поршня в механическую энергию вращения коленчатого вала k приближается к нулю. Вот почему двигатель не способен работать на больших нагрузках.
3.5. Потери преобразования в кривошипно-шатунном механизме
К этому месту статьи хотелось бы особенно привлечь внимание специалистов. Итак, после многочисленных потерь химической энергии топлива, тепловой энергии горящих газов и линейной механической энергии поршня все, что осталось, преобразуется в механическую энергию вращения вала. Делается это с помощью кривошипно-шатунного механизма. По мнению "авторитетов", механические потери здесь практически равны нулю, ведь "все вращается и все смазано". На самом деле мы видим совершенно иную (безрадостную) картину.
В положении ВМТ вектор силы шатуна направлен строго в ось коленчатого вала, при этом динамическая сила в колене шатуна равна силе шатуна.
Крутящий момент обеспечивает тангенциальная составляющая силы шатуна. Вторая составляющая преобразуется опять-таки в тепло как результат скользящего удара металла о металл. Никакая смазка не может помешать этому.
Оценим реальное соотношение получаемых энергий. Получается, что во время рабочего такта интегрально сила давления поршня преобразуется в крутящий момент только на 33 %, или всего на одну треть! Следовательно, две трети энергии поршня превращаются в тепло! Такова плата за преобразование одного вида механической энергии в другой.
Оказывается, что основным виновником нагрева двигателя является не горение, не трение, ...а "удары в кость", регулярно возникающие в механизме взаимного преобразования двух видов движения. Причем в процентном отношении эти потери постоянны и не зависят от режимов работы двигателя. Воистину, "сила есть - ума не надо".
Начинает рассеиваться туман "таинственной" неэффективности двигателя.
Однажды любопытные ученые измерили, что максимальная скорость, с которой движется клюв дятла в момент удара, равняется скорости пули. Возник законный вопрос - "почему у дятла не болит голова?", а точнее - "почему у дятла целы мозги?"
Используя самую современную технику, удалось получить удивительный результат. Оказывается, несмотря на всю неестественность и сложность реализации, голова дятла движется строго по линейной траектории. Только такой - линейный закон движения позволяет самортизировать мозг дятла.
Однако вернемся к двигателю, а точнее к его поршню. На мой взгляд, у поршня и у головы дятла есть кое-что общее - необходимость двигаться линейно. Рассмотрим потери третьего вида энергии, используемой в двигателе, - линейной механической энергии поршня.
3.1. Потери на трение поршневых колец
Кольца являются важными элементами поршня. Они выполняются разрезными из специальных сплавов и устанавливаются в специальные канавки в верхней части поршня (у дна). Обладая в свободном состоянии диаметром большим, чем диаметр цилиндра, они позволяют обеспечить высокую компрессию и отвод тепла от поршня. Нижнее кольцо снимает с цилиндра излишки масла (имеет специальную конструкцию) и называется маслосъемным.
Кольца постоянно поджаты к внутренней поверхности цилиндра и работают как своеобразный тормоз. Это приводит к соответствующим потерям на трение. Указанные потери зависят от многих факторов:
- силы давления кольца на цилиндр;
- коэффициента трения сопряженных поверхностей;
- наличия и качества смазки;
- скорости движения поршня;
- наличия боковой силы давления поршня на цилиндр.
Таким образом, как работа поршня, так и потери на трение поршневых колец носят импульсный характер. По оценке специалистов в среднем данные потери составляют 70 % от суммарных потерь на трение в двигателе.
3.2. Потери на трение из-за асимметричной реакции шатуна
Следует отметить, что, если бы суммарный вектор давления горящих газов на дно поршня и вектор реакции нагрузки всегда были на одной линии и эта линия была бы осью симметрии поршня и цилиндра, то никаких иных потерь на трение (кроме указанных в п. 3.1) не было бы. Но, к сожалению, это не так. Первым виновником отклонения от идеального решения является асимметричный характер кривошипно-шатунного механизма. Симметрия наблюдается только в верхней и нижней мертвых точках. Как только шатун отклоняется от оси симметрии, отклоняется и вектор реакции нагрузки, что приводит к появлению боковой силы. Сила направлена относительно оси симметрии в противоположную сторону от отклонения шатуна.
Максимальное значение боковой силы примерно в 3 раза меньше силы давления, что определяется компромиссом между размерами двигателя и потерями на трение.
Под воздействием боковой силы поршень отклоняется от идеального линейного движения на величину зазора между поршнем и цилиндром в плоскости, проходящей через ось симметрии и перпендикулярной оси пальца поршня.
В связи с тем, что взаимодействующие поверхности имеют цилиндрическую форму, в узкой центральной области контактного пятна возникает сила трения. Помимо потери механической энергии поршня трение приводит к дополнительному нагреву двигателя и износу поверхностей пары "поршень - цилиндр". Учитывая, что сила меняется по гармоническому закону, износ цилиндра носит специфический (асимметричный бочкообразный) характер. При этом кольца начинают играть негативную роль, так как имеют очень острые и твердые грани. Поршень с кольцами превращается по сути в своеобразный металлорежущий инструмент. Максимальные потери и износ происходят при максимальных нагрузках. Поэтому потери на трение из-за асимметричной реакции шатуна являются одной из основных причин неработоспособности двигателя при больших нагрузках.
3.3. Инерционные потери
Поршень совершает возвратно-поступательное движение, то есть у него есть два крайних положения (мертвые точки), где скорость равна нулю, а поршень меняет направление движения. Примерно в середине пути поршень достигает максимальной скорости. Она определяется оборотами двигателя и линейными размерами основных элементов двигателя (R и L).
За полный цикл поршень делает четыре разгона и четыре торможения. Условия взаимодействия поршня с поверхностью цилиндра во всех фазах существенно различные. Однако это не означает, что вся кинетическая энергия поршня уходит в потери, так как большая часть ее рекуперируется. К потерям можно отнести примерно 25 %.
Учитывая, что кинетическая энергия поршня определяется квадратом скорости поршня, инерционные потери становятся заметными только при высокой частоте вращения вала двигателя.
Существует еще одна разновидность инерционных потерь поршня, известная как потери на "перекладывание поршня". Дело в том, что центр тяжести поршня, как правило, не находится на оси симметрии пальца. Вследствие этого в мертвых точках возникает момент силы, который поворачивает поршень вокруг пальца в пределах зазоров между поршнем и цилиндром. Это приводит к кратковременному заклиниванию поршня. К счастью, линейная скорость поршня при этом практически равна нулю. Однако при максимальной частоте вращения вала эти потери все-таки становятся заметными.
3.4. Потери на трение из-за асимметричного горения
Сущность таких потерь подробно описана в статьях "Новые возможности свечи зажигания" - № 6 - 2002 и № 3 - 2003. Поэтому кратко напомним, о чем шла речь.
В области 15° после верхней мертвой точки (ВМТ) заканчивается горение воздушно-топливной смеси со скоростью около 1,5 км/с. Поскольку процесс горения завершается в одном углу камеры сгорания, поршень наносит сильный локальный удар краем дна о поверхность цилиндра. Это приводит к кратковременному заклиниванию поршня. С ростом нагрузки данный динамический тормоз становится все сильнее до полной остановки двигателя, то есть коэффициент преобразования механической энергии поршня в механическую энергию вращения коленчатого вала k приближается к нулю. Вот почему двигатель не способен работать на больших нагрузках.
3.5. Потери преобразования в кривошипно-шатунном механизме
К этому месту статьи хотелось бы особенно привлечь внимание специалистов. Итак, после многочисленных потерь химической энергии топлива, тепловой энергии горящих газов и линейной механической энергии поршня все, что осталось, преобразуется в механическую энергию вращения вала. Делается это с помощью кривошипно-шатунного механизма. По мнению "авторитетов", механические потери здесь практически равны нулю, ведь "все вращается и все смазано". На самом деле мы видим совершенно иную (безрадостную) картину.
В положении ВМТ вектор силы шатуна направлен строго в ось коленчатого вала, при этом динамическая сила в колене шатуна равна силе шатуна.
Крутящий момент обеспечивает тангенциальная составляющая силы шатуна. Вторая составляющая преобразуется опять-таки в тепло как результат скользящего удара металла о металл. Никакая смазка не может помешать этому.
Оценим реальное соотношение получаемых энергий. Получается, что во время рабочего такта интегрально сила давления поршня преобразуется в крутящий момент только на 33 %, или всего на одну треть! Следовательно, две трети энергии поршня превращаются в тепло! Такова плата за преобразование одного вида механической энергии в другой.
Оказывается, что основным виновником нагрева двигателя является не горение, не трение, ...а "удары в кость", регулярно возникающие в механизме взаимного преобразования двух видов движения. Причем в процентном отношении эти потери постоянны и не зависят от режимов работы двигателя. Воистину, "сила есть - ума не надо".
Начинает рассеиваться туман "таинственной" неэффективности двигателя.
