Модульный роторный ДВС.

[Kanonier]

4. ТЕРМОДИНАМИКА, КАМЕРА СГОРАНИЯ И АДИАБАТИЗАЦИЯ СИЛОВОГО БЛОКА

Цикл расширения: Геометрическое расширение 24:1 (Цикл Аткинсона).

Адиабатный контур: Модуль расширения частично адиабатный. Поверхность обода ротора и нагруженная грань лопатки покрыты жаропрочным экраном (керамика) на теплоизолирующей прокладке. Рабочая температура поверхности экрана в цикле удерживается на уровне 800°C. Внутренний каркас ротора и узлы суппорта привода принудительно охлаждаются маслом до 100…150°C для исключения термических деформаций.

Уплотнение статора и десмодромный микролифт: За выхлопным окном статора установлена прижимная пластина с принудительным кулачковым приводом (микролифт ход 0,1 мм). Пластина утапливается на 0,1 мм строго в момент прохождения сквозного поперечного канала лопатки. При прохождении камеры сгорания пластина опирается на боковые 30-мм дорожки обода ротора, образуя микронный газодинамический затвор.

Камера сгорания (Лунка): Изолированная полость в монолите ротора, пространственно разнесенная с пазом лопатки (лопасть в утопленном состоянии воспринимает только давление сжатия ~2,37 МПа, но не пик вспышки газов).

Бензиновая модификация: Лунка представляет собой идеальную гладкую сферу диаметром до 65 мм (минимизация \(S/V\), предотвращение детонационных очагов). По краям — плавные скошенные фаски. Зажигание — форсированное, объемное многоточечное, интегрированное в статоре.

Дизельная модификация: Внутри лунки спроектированы 3D-вихреобразователи (центральный конус-вытеснитель и спиральные каналы типа «двойной тор») для создания сверхвысокой микротурбулентности, а также пассивный калильный элемент (керамический штифт), раскаляющийся от вспышек до 1100–1300°C и обеспечивающий объемный HCCI-эффект гомогенного сгорания за время 2,22 мс без электрических систем поджига на рабочих режимах.

---

​

 

[Kanonier]

5. НАВЕСНОЙ МОДУЛЬ ПРЕДКАМЕРЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПУСКОМ/ДЕТОНАЦИЕЙ

Конструкция предкамеры: Сменный навесной узел, оснащенный качающейся лопастью и простым синхронизированным золотником распределения потоков.

В бензиновом режиме: Работает как транзитный канал. Геометрический дожим лопастью отсутствует (эффективное сжатие 14:1).

В дизельном режиме: Лопасть предкамеры осуществляет механический дожим охлажденного воздуха в 1,45 раза (суммарная степень сжатия на выходе достигает 19:1…20:1, давление перед «выстрелом» золотника — 3,84 МПа). Высокоскоростной «выстрел» воздуха в раскаленную неохлаждаемую лунку (800°C) обеспечивает мгновенный прогрев заряда выше точки самовоспламенения дизельного топлива.

Антидетонационный пусковой байпас (Управление ЭБУ): Вне золотника спроектирован один возвратный байпасный канал из зоны сжатия предкамеры на впуск/в ресивер, оснащенный электромагнитным клапаном, управляемым ЭБУ. Направление потока в байпасе строго однонаправленное.

Режим пуска бензина: Для холодного старта формируется богатая стехиометрическая смесь (alpha = 0,95). Во избежание детонации при сжатии 14:1, ЭБУ открывает клапан байпаса в обход золотника, стравливая часть воздуха и искусственно снижая эффективную степень сжатия до безопасных 10:1 (под АИ-92) или 12:1 (под АИ-98). После прогрева адиабатной лунки смесь обедняется до рабочих (alpha = 2,5), клапан байпаса намертво закрывается, и двигатель переходит на честные 14:1, где детонация физически невозможна.

Режим пуска дизеля: Клапан байпаса заперт. Включается дежурная пусковая свеча накаливания/плазмы в статоре. После первых вспышек и прогрева пассивного керамического калильного штифта в лунке до 1100°C (3–5 секунд), пусковая свеча статора полностью обесточивается.

Режим останова: Клапан байпаса намертво закрывается. Золотник перекрывает окна. Вся пневмосистема ДВС и ресивер полностью герметизируются, сохраняя пусковое давление для следующего старта.

 

[Kanonier]

После общения с ИИ, тот посоветовал (с обоснованием) изменить компрессор на зеркальный детандеру. Хотя у меня и предполагалось в качестве компрессора использовать любой тип, но тот настоял именно на этом (и с расчетами). Меньшего размера и с большими оборотами (2,45 раза). У нас не нужна синхронность в работе модулей (достаточна производительность компрессора. А после попадания в предкамеру воздуха или ТВС, колебания в ресивере не влияют на заряд находящийся там (при прямом наполнении лунки КС было бы падение давления, за счет увеличения объема). Короче должно быть так.

 

[Kanonier]

Конфигурация модулей: 2 тождественные секции на едином валу со строгим угловым смещением на 90° (полная взаимная компенсация радиальных и динамических сил).


Базовый эталон: Наружный диаметр ротора D = 330 мм, ширина полости – 150 мм.

Кинематика: Частота вращения МР — 900 об/мин. Ограничение скорости: Линейная скорость апекса лопатки — не более 15 м/с. Обороты сателлитов — 1800 об/мин.

Общее число рабочих ходов — 8 за 1 оборот общего вала ( 4 такта за 1 оборот вала на модуль). Полный рабочий цикл в одной секции совершается ровно за пол-оборота ротора (180°). Лопатки в секции работают строго в фазе (синхронно).

Полный рабочий цикл в одной секции совершается ровно за пол-оборота ротора (180°). Лопатки в секции работают строго в фазе (синхронно).

Объемные показатели: Чистый объем одной полости (рабочего хода) составляет ~3.6 литра (3600 куб.см). Полный рабочий объем двигателя за 1 оборот общего вала — ~30 литр.

Энергетические показатели (Расчетные без Аткинсона, форсаж):

Среднее эффективное давление (Pe = 0,95 МПа (при СС-14 и коэффициенте избытка воздуха (alpha = 1,5).

Полная расчетная мощность двигателя: 410 кВт (560 л.с.) (суммарно , для двух модулей).

Номинальный крутящий момент на главном валу: 4355 Н·м при 900 об/мин.

Геометрия двигателя: Общий диаметр секции( МР с МС) (расположенного с боков контура элипса МР до 600мм (0,6 м) ну и соответственно двигателя. Длина одной секции 350 мм (0,35 м). Длина двигателя –до 0,7 м.



И при этом бензиновый с СС-14, Использование сверхбедных смесей – базовая ТВС- альфа -2,5 .Качественное регулирование. КПД до 50 %,

 

[Kanonier]

А теперь адаптируем его к АН-2. Увеличиваем до 400мм ширину ротора (полости), при этом мощность и крутящий пропорционально возрастут в 2,66 раза. Но такое нам не надо, хватит и в 2 раза. Т.е. мощность 840 кВт (1120 л/с.), и крутящий-8710 Н·м. Все узлы и вылет лопатки уменьшаем (это не так значительно) поэтому в габаритах увеличиваем только длину 0,25м Х 2 =0,5 м (за счет увеличения ширины раб.полости и ротора). Итак диаметр остается почти прежним, а длина 1,2 м.

Увеличение ширины до 0,4 м позволяет иметь 6 лунок КС (0,086 л) на полость. То есть у нас 24 маленьких сферических КС, без единого клапана (сравнивать с 9 цилиндровой звездой, с 4 клапанами на цилиндр) с единым золотником на полость.

Почему кратность –три. Да потому, что мы можем отключить одну из трех лунок (в нашем случае 2), и получим Аткинсон с расширением в 1,5 раза большим сжатия. А для этого надо только ЭБУ дать сигнал УФС (устройству формирования смеси). И последнее будет пропускать только воздух в предкамеру- режим «Воздушной пружины»: Отключенная лунка (в нашем случае одна из трех) наполняется чистым сжатым воздухом. В такте сжатия она аккумулирует энергию, а в такте расширения возвращает ее как газовая пружина, вылезая обратно в полость и снижая тепловую нагрузку на керамический экран лопатки (Классический Аткинсон-Миллер).



Или можно организовать еще один хитропопый цикл-Режим «Эко-форсаж»: В две лунки подается базовая ТВС ((alpha = 1,5), и регулирование, в третью — ультраобедненная смесь (alpha = 3,5 -5). Под воздействием вспышки в основных лунках в третьей лунке происходит многозонное объемное самовоспламенение (HCCI-процесс) с полным дожиганием углеводородов.

Чтобы избавится от гироскопичности (роторы такие, тут маховиков не надо), секции не на одном валу, а в зацепление (пусть и через демпфер) при вращении секций в разные стороны.

Итак, мощность – 1120 кобыл, крутящий- 8710 Н·м.

А старый еврей Мидель совсем тощий. И Ан-2 на бензинке может летать весьма экономично.

А на соседней ветке в цилиндры балуются, циклы разделяя.

 

[Kanonier]

Некоторые изменения, которым поспособствовало общение с ИИ. Вывод и передача возвратно-поступательного усилия идет от КШМ к боковым торцевым штырям (цилиндрический стержень) d шт = 16 – 18 мм, расположенных на боковом торце строго на расстоянии 22 - 25 мм от, не выдвигаемого в рабочую полость, конца лопатки. Это было.

А вот, широкая грань, нагруженной стороны в зоне заднего короткого торца лопатки у глухого конца канала, жестко связывается с независимой направляющей кареткой, не соединенной напрямую с шатунами КШМ. Каретка компенсирует опрокидывающие моменты, полностью исключает перекос лопатки в канале, перенося паразитный износ на внешние регулируемые направляющие имеющие игольчатые подшипники.

Получаем гарантируемый заданный зазор нагруженной стороны лопатки с каналом. А регулирование и ремонт при износе переносится из канала лопатки (уже не нужно туда залезать), в более доступное место-полость ротора, с технологическим окном.