Техника - молодёжи 2011-07, страница 12
ю идеи наших читателей автомир ТЕХНИКА - МОЛОДЁЖИ I №93Л I июль2011 Цикл Червякова-2, или Как минимизировать потери на охлаждение Владимир ЧЕРВЯКОВ, Двигатель бельгийского инженера Ленуара - исто| инженер, г. Тольятти вый работающий двигатель внутреннего сгорания жчески пер-, запатентованный в 1859 г., - имел КПД 5°/о. Бо Де Роша - тоже бельгиец!, - ДВС которого работал по циклу, известному как цикл Отто, добился в пять раз лучшего результата - 25%. Затем немец Дизель довёл КПД до &0°/о - а ведь в принципе это был всё тот же поршневой ДВС с кривошипно-шатунным механизмом. Можно ли пойти дальше? Можно ли ещё увеличить эффективность ДВС? Не чуть-чуть, не эволюционно, за счёт улучшения материалов и усовершенствования деталей, которые и так уже донельзя усовершенствованы, а, скажем, на два десятка процентов? За счёт принципиально новой идеи? Российский инженер утверждает: да, можно! Современное состояние теоретической базы расчёта ДВС не совсем точно отображает процессы преобразования тепловой энергии в механическую. Основой расчёта служит индикаторная диаграмма в координатах Р, V, по которой считают работу, совершаемую поршнем. Но при этом упускается из вида одна немаловажная деталь: нам не важно, какую работу совершает поршень; важно, какую работу совершает коленчатый вал, ведь колёса вращает именно он. Работу же, совершаемую валом, следует находить через крутящий момент и обороты вала. Тут на сцену выступает кинематика кривошипно-шатунного механизма. Если бы плечо приложения силы давления на поршень к кривошипу вала оставалось постоянным, то нам, действительно, хватало бы учёта изменения давления на протяжении рабочего хода поршня - так, как это делается сейчас с помощью Р, У-диаграммы. Но ведь плечо меняется - от нулевого значения в ВМТ (верхней мёртвой точке) до максимального где-то около половины длины рабочего хода. Этот подход подробно рассмотрен автором в статье «Цикл Червякова, или Как повысить эффективность ДВС» («ТМ», №1 за 2010 г.)1. В основу приводимого в ней метода расчёта положена индикаторная диаграмма крутящего момента - зависимость крутящего момента от угла поворота коленвала; автор объясняет, как её построить, и затем исследует на ней динамику некоего ДВС с усреднёнными геометрическими параметрами. Первый вывод, сделанный автором, прост: улучшения характеристик двигателя можно достичь, изменяя только отношение длины шатуна и радиуса кривошипа, т.е. при помощи варьирования чисто геометрических параметров. Разумеется, это давно известно разработчикам-двигателистам; но в общепринятой методологии геометрическому фактору не придаётся столь принципиального значения. Второй вывод ещё более интересен - хотя бы потому, что он вообще не требует никаких конструктивных доработок готового ДВС. Отправная мысль проста. Сегодня зажигание смеси, то есть подвод тепла к рабочему телу, производится вблизи от ВМТ. В ВМТ величина плеча передачи силы равна нулю; значит, и момент на валу будет нулевым. Но тогда - зачем иметь здесь максимальное давление на поршень? Давайте сдвинем его туда, где плечо будет если не максимальным, то хотя бы не близким к нулю! Говоря коротко, пик по давлению надо приближать к пику по плечу (рис. 1). Как этого достичь? Можно пик по плечу сместить ближе к ВМТ; эта задача может быть решена в ходе проектирования двигателя. Но можно ещё проще - пик по давлению Рис. 1. Две диаграммы, отображающие зависимость от угла поворота коленвала: а) силы, приложенной к кривошипу в точке его соединения с шатуном и 6) изменения плеча действия этой силы. Отчётливо видно, что пики по давлению и по плечу достигаются в далеко отстоящих друг от друга точках рабочего цикла 1 Статью, а также дискуссию по её поводу (86 экранных страниц) можно прочитать на портале журнала по адресу http://www.technicamolodezhi.ru/rubriki_tm/203/1397. |
