Детонационный ДВС

19 сообщений в этой теме

Опубликовано:

- Вот формула абсолютного термодинамического КПД любой тепловой машины. Обратите внимания, насколько она изощрённее той, которую вывел Карно! - продолжил лекцию Матвей. В ней определение КПД дано через статистическое определение энтропии Больцманом. Сразу видно, что формула Карно - частный, и даже не очень интересный случай! Моя формула учитывает всё то, что проигнорировал Сади. И разные рабочие тела, и их смену. Видно, что возможны случаи, когда, при установившемся тепловом равновесии в системе, но при возможности роста энтропии за счёт, например, смешения разных газов, отличимых друг от друга, возможно совершение работы за счёт их тепловой энергии. Причём холодильник не требуется! Отсюда следует вывод, что КПД обычных ДВС в некоторых случаях может "превысить единицу"! То есть можно получить работы больше, чем заключено энергии в топливе и его окислителе - кислороде воздуха! За счёт того, что, согласно моей формуле, классический ДВС, бензиновый и дизель, обладают "энтропийными резервами" для превращения части тепловой энергии поглощаемого для сгорания топлива воздуха в... полезную работу!

После этого заявления в аудитории поднялся сильный шум. Раздались выкрики:

- "Неслыханно", "Да за кого он нас держит"! и прочие, столь же неконструктивного содержания.

- Товарищи, лицо Матвея закаменело, и приобрело жёсткие черты. ВАШЕ ЧАСТНОЕ МНЕНИЕ В НАШЕЙ СТРАНЕ - ВСЕГО ЛИШЬ ВАШЕ ЧАСТНОЕ МНЕНИЕ. Стране нужны супермоторы, и они уже существуют "в металле". Поэтому, мы, не можем позволить себе, как с прискорбием заметил один западный учёный-физик, дожидаться времени когда старые кадры, не согласные с новыми веяниями, "уйдут на покой". Мы будем вынуждены таких ретроградов "уйти"! В конце концов, в Москве, в средних, и средних специальных учебных учреждениях острая нехватка преподавателей физики! Надеюсь, история с преподавателями геологической науки Университета, кои проявили прискорбное скудоумие, вам известна?!

- Необходимость создания новой термодинамической науки, свободной от старых догм, и плодоносящей минимум ежемесячно практическими достижениями на благо нашей страны - входит составной частью в приказ Рабоче-Крестьянского Правительства создать в СССР собственное двигателестроение! А вы, товарищи, должны понять, что отныне, с победой пролетариата в нашей стране - вы тоже пролетариат! Пролетариат Знаний! И можете пролететь, если не проявите остро необходимую НАСТОЯЩЕМУ ИССЛЕДОВАТЕЛЮ гибкость мышления! Причём "плодоносящую", "практически полезную" гибкость! Чтоб кто не подумал, что я призываю Вас хитрить! Мошенникам в нашей стране будут надёжно обеспечены нары!

После этого заявления Бронштейна в аудитории воцарилась "гробовая тишина".

Матвей же, невозмутимым тоном продолжил совещание.

- Итак товарищи, надеюсь все осознали серьёзность положения. Поэтому считаю необходимым перейти к практической части нашего совещания - изучению образцов ДВС с новыми рабочими циклами, обеспечивающими рекордный КПД! И помните - ПРАКТИКА наш ЛУЧШИЙ УЧИТЕЛЬ!

Матвей сошёл с трибуны и пройдя к стене, нажал кнопку. Часть "подиума" лекционного зала, вместе с меловой доской и столами повернулась на круглом основании. И в аудиторию из подсобной лаборатории плавно "вплыл" стенд, с закреплённым в нём бензиновым двигателем.

- На примере этого двигателя внутреннего сгорания я продемонстрирую новый рабочий цикл, который позволяет превратить в полезную работу более 60% энергии топлива.

С этими словами Матвей принялся энергично крутить рукоятку.

- Это не пусковая рукоятка или иначе "кривой стартёр", как некоторые наверно подумали. Это инерционный, маховичный пускач. Его мощи хватит, чтобы провернуть коленвал океанского буксира, даже если тот "намертво" заклинил. Можно вместо вращения рукоятки, которое раскручивает спрятанный в этой коробке маховик, использовать небольшой электромотор малой мощности. Что позволяет при запуске двигателя обходиться пусковым аккумулятором со скромной величиной отдаваемого тока. Это значительно увеличивает срок службы аккумулятора и вдобавок, позволяет использовать его при пуске двигателя только для выработки искры в цилиндрах.

Про себя в это время Матвей думал: - инерционные "пускачи" использовались ещё во Вторую Мировую, немцами, для пуска танковых дизелей вручную. Какого хрена на авто более позднего времени использовали стартёры, вынужденные напрямую вращать электромотором коленвал? Для чего естественно, требовались просто немыслимые пусковые токи, надёжно "убивавшие" стартерные АКБ буквально за пару лет? Надеюсь в моей истории этого маразма не будет.

Закончив "заводить" стартёр, Матвей повернул пусковой рычаг и мотор на стенде бодро взревел.

- Детонация. Что мы знаем о ней? Только то, что это "вредный" процесс, разрушающий двигатель. Детонация - взрывное, со скоростью километры в секунду, сгорание топливной смеси в цилиндре мотора, против сотен метров в секунду при обычном сгорании топлива. Детонация формирует в газе, заполняющем цилиндр, сверхзвуковую "ударную волну", способную разрушить цилиндр и поршень с шатуном и коленвалом. Будет топливно-воздушная смесь детонировать или нет, зависит от октанового числа топлива, его концентрации в горючей смеси, степени сжатия смеси перед её поджигом и опережения зажигания, используемого для того, чтобы дать топливной смеси перед расширением в рабочем ходе поршня как следует прогореть.

- Из моей последней реплики можно заметить, что детонация, с её километрами в секунду скоростью горения топливно-воздушной смеси, справляется с задачей своевременного её сжигания заметно быстрее обычного, "штатного" горения.

- Поэтому сразу напрашивается мысль - а почему бы не использовать детонацию как штатный режим сгорания топливной смеси?

Вообще, к этому режиму горения много вопросов. Опыты показали, что мощность, развиваемая продуктами сгорания и передаваемая поршню при детонации раза в три-пять выше, чем при обычном "неторопливом" сгорании. Количество механической энергии также выше, в среднем в три раза.

И это при том же стехиометрическом составе топливной смеси и её количестве!

Получается, что при детонации химическая энергия топлива преобразуется в механическую в три раза эффективнее, чем при штатном горении!

Но как тогда уберечь поршень от разрушения?! Сила ударов сверхзвуковой денотационной волны продуктов сгорания взорвавшейся топливной смеси на своём фронте может достигать сотен атмосфер!

Просто! Надо всего лишь уменьшить содержание паров топлива, причём любого - денотационный двигатель - принципиально многотопливный, и может работать на любом жидком топливе, в те самые три раза, в которые выше выделяемая взрывом механическая мощность!

Следующим изменением рабочего хода по сравнению с обычным ДВС является поджиг смеси сразу после прохождения поршнем ВМТ, или так называемое "позднее зажигание". Любопытно, что чисто опытовым путём установлено, что "подрыв" топливной смеси должен осуществляться для достижения максимального КПД в данном экземпляре двигателя после прохождения поршнем пути в пять миллиметров от ВМТ. Давление же топливной смеси в этот момент должно быть не менее сорока атмосфер. Но поршень уже уходит от ВМТ! В самой ВМТ тогда давление будет 80 атмосфер! Но... если сжимать топливную смесь, даже обеднённую, произойдёт её самоподжиг! То есть реализуется дизельный режим. Для устранения этого эффекта, в двигатель установлена форсунка. Только вот впрыскивает она в цилиндр не топливо, а... дистиллированную воду! Непосредственно перед достижением поршнем ВМТ, когда температура топливно-воздушной смеси опасно близко подходит к точке самовоспламенения, охлаждая её. В результате, смесь благополучно переживает момент прохождения ВМТ, дополнительно обогащаясь парами воды. После прохождения ВМТ и достижения точки поджига смеси, искра подрывает топливно-воздушно-паровую смесь, и происходит ВЗРЫВ. Формирующаяся ударная волна "мягко" давит на удаляющийся поршень, эффективно и наиболее полно передавая ему механическую энергию.

Матвей выдержал паузу, разглядывая показания измерительных приборов, анализирующих информацию поступающую с датчиков мотора.

- Так вот, товарищи, на этом экземпляре мотора, работающего на... сырой нефти, удалось добиться показателя КПД в 79%!!!

В аудитории послышался шум, раздались выкрики: - "этого не может быть", "фокус", "мошенничество"! Александр Микулин прошёл к работающему мотору и внимательно осмотрел показания приборов. Хмыкнул, вытащил записную книжку и что-то записал.

- Как измеряется расход топлива? - спросил он Матвея.

- При помощи ультразвукового датчика измерения скорости поступления топлива в распылительную камеру прибора карбюрации. Кроме этого сама емкость с нефтью - мерная и кроме точного определения расхода, можно дополнительно применить и грубый метод оценки - мерной ёмкостью.

Микулин ещё раз осмотрел мотор. Тот работал в "установившемся режиме" удивительно тихо. Шум металлических частей - колец поршня, подшипников, был почти не слышен. Шум отработанных газов - вот наиболее громкая составляющая "симфонии" звуков, издаваемых мотором. К выхлопу двигателя была прикреплена длинная гофрированная труба, выводившая выхлопные газы на улицу, через отверстие в потолке.

- А почему форма выхлопной трубы такая затейливая? - удивился Александр.

- Это резонатор. Мотор - двухтактный, и такой выхлоп "вколачивает" прорвавшуюся во время продувки топливную смесь обратно в цилиндр, за счёт отражения газа от фигурных стенок выхлопной трубы. В "резонансном режиме" оборотов потери топлива практически отсутствуют.

- Всё же впрыск воды, Микулин указал на бачок для дистиллята, усложняет конструкцию...

- КПД 79% стоит того... Если же не гнаться за "сверхэкономичностью", и удовлетвориться 50-60% коэффициента полезного действия, то можно отказаться от впрыска охлаждающей воды, понизив давление в ВМТ до тридцати-сорока атмосфер...

Александр положил руку на рубашку цилиндра.

- Какое здесь охлаждение? Водяное? - удивился он невысокой температуре.

- Отсутствует вообще! При денотационном горении температура расширяющихся газов на удивление мала, основная энергия выделяется в виде кинетического движения массы газа ударной волны. Кстати, денотационное горение происходит не по законам классической термодинамики. Фактически, происходит прямое преобразование химической энергии топлива в кинетическую энергию макроскопического упорядоченного движения газа в ударной волне...

Насколько такое возможно?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

В сверхзвуковых прямоточных реактивных двигателях эффект детонации используется, она там гасится из за сложения волн детационных вперед и вбок и усиливается в направление назад через сопло. Но вроде расчеты слишком сложные из за необходимости конфигурации двигателя, подачи топлива и воздуха , качества воздуха и топлива. Вроде изменение температуры подаваемого топлива на несколько градусов все меняет, разность давления атмосферного так же требует разной конфигурации и размеров камеры сгорания и сопла, короче слишком сложно. А представить подобное для двигателя ВНУТРЕННЕГО сгорания выше моего понимания, может когда материалы будут из литых алмазов или силовых полей.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Это, разумеется, нереально. Тепловой двигатель с К.П.Д. более, чем у цикла Карно.

Доказывается очень просто. Обращая цикл Карно, получим тепловой насос. Соединяем "супердвигатель" и приводимый им тепловой насос, получаем Вечный Двигатель (2 рода, разумеется).

Преобразование нефти в энергию с К.П.Д. бОльшим, чем у существующих, возможно либо при повышении температуры (скажем, новые материалы, выдерживающие несколько тысяч градусов, или же преобразование без контакта горячего вещества со стенками - МГД-генератор, к примеру), либо при отказе от превращения химической энергии сперва в тепловую, а используя топливные элементы (ну, или "механохимию" изобретя).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано: (изменено)

Кстати описавыемый вариант ДВС сушествует (когда в поршень вприскивают дистилированую воду или смесь воды и метанола для охлаждения массой сравнимую с топливной смесью), у него есть только один недостаток, масса и габариты. Грубо говоря он да экономичней на десятки процентов в отношение сгорания топлива, но в разы тяжелей и обемней на еденицу отдоваемой мощьности. Как результат в Стационарнх установках он может смысл имеет, но вот на транспорте кроме может водного уже вопрос. При том турбины пожалуй нехуже будут в отношение экономичности.

Изменено пользователем komo

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Скорее наоборот. К.П.Д. падает, а отдаваемая мощность растёт. Скажем, когда немцы применили впрыск смеси метанола с водой на Bf-109, мощность возрастала с 1575 л.с. до 1800 л.с., примерно на 15%, но расход топлива становился 640 л/час вместо 480 л/час, на 33%, то есть К.П.Д. падал процентов на 17.

Если используют не для форсажа, а как антидетонационное средство - К.П.Д. не падает, а экономия за счёт использования более дешёвого топлива, с низким октановым числом.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано: (изменено)

Это от количества впрыскиваемой смеси зависит, если чисто для уменьшения детонации, процентов так 10-15 от топливной смеси это одно, а если 50 на 50 или даже 13 вода-метанол и 23 топливо или воздушно-топливная смесь то совсем другое. Кстати вроде где то видал ролики с замедленой сьемкой о взрывах в бутылках с водой и прочими жидкостями, поучительное зрелище.

Изменено пользователем komo

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано: (изменено)

Детонация в двигателе - это сверхзвуковая автоволна горения топливно-воздушной смеси, формирующая ударные волны и чреватая относительно быстрым разрушением двигателя. Лучше придумать какой нибудь способ одновременного воспламенения в нескольких точках по объёму камеры сгорания, чтоб сократить путь волны и за счёт пути время, но не наращивать скорость.

Изменено пользователем taras-proger

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Лучше придумать какой нибудь способ одновременного воспламенения в нескольких точках по объёму камеры сгорания

Японцы делали такой двигатель, с лазерным зажиганием. Не пошло - экономия 2-3 процента, а движок в те же 2-3 раза дороже. Хотя в будущем возможно нечто подобное и пойдет в производство.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Помнится в 90-е все рекламировали эмульсионные двигатели, где топливо и вода проходили через вибрирующий компонент, там образовывалась эмульсия, которая потом и подавалась в ДВС. Обещали огромнейшие примущества. Лохотрон?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Лохотрон?

Нет, но преимущества были далеко не огромнейшие, а порядка 5% ценой плохой работы двигателя на малых оборотах. Вялые попытки создать стабильное водоэмульсионное топливо (чтобы двигатель не переделывать) продолжаются до сих пор.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

А, понял, переключение с режима "эмульсия" на режим "топливо" на малых оборотах требует электронного управления, а при таком раскладе проще сделать чисто ДВС с электронным управлением.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

В карбюраторном двигателе от этого никакой пользы, окромя вреда, поскольку топливо должно испариться перед подачей в цилиндры. В дизеле это хотя бы возможно технически. Но подача эмульсии воды с топливом приведёт к снижению температуры в цилиндре ниже температуры вспышки, то есть надо делать сжатие выше. А какого рода выигрыш ожидается - неясно.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Испаряться? А не превращаться в аэрозоль? От испарительных двигателей вроде бы еще Даймлер отказался.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

В карбюраторном двигателе от этого никакой пользы, окромя вреда, поскольку топливо должно испариться перед подачей в цилиндры. В дизеле это хотя бы возможно технически. Но подача эмульсии воды с топливом приведёт к снижению температуры в цилиндре ниже температуры вспышки, то есть надо делать сжатие выше. А какого рода выигрыш ожидается - неясно.
Воду тоже испарить, сжатие увеличить. Выигрыш как от повышения октанового числа, но не большого. И уже при пяти процентах воды двигатель не заводится. И в дизеле в цилиндр подаётся жидкое топливо, а испаряется оно непосредственно в цилиндре. Поэтому там и нужны кроме насоса ещё и форсунки, чтоб впрыснуть не сплошную струю, а туман, иначе такое тяжёлое топливо даже при температуре конца такта сжатия будет очень плохо испаряться.

А, понял, переключение с режима "эмульсия" на режим "топливо" на малых оборотах требует электронного управления, а при таком раскладе проще сделать чисто ДВС с электронным управлением.
Не надо там ни какой электроники, просто рядом с карбюратором ставится ещё один девайс - испаритель воды.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

ЗАЧЕМ испаритель воды?

Карбюратор как работает?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано: (изменено)

Вот только карбюратор смешивает воздух с топливом, а этот с водой. На сколько я понял дядино объяснение, устроен аналогично, но всё таки на выходе не туман, а смесь воздуха с паром. С холодным не насыщенным паром. То есть это тоже карбюратор, но в другом режиме. А потом смешиваются уже эти две смеси: топливно-воздушная и паро-воздушная. И уже эта трёхкомпонентная смесь подаётся в двигатель. С этим девайсом дядя с прошлого века ездит. Годов с восьмидесятых. И малые обороты ему не мешают.

Изменено пользователем taras-proger

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Вот только карбюратор смешивает воздух с топливом, а этот с водой. На сколько я понял дядино объяснение, устроен аналогично, но всё таки на выходе не туман, а смесь воздуха с паром. С холодным не насыщенным паром. А потом смешиваются уже эти две смеси: топливно-воздушная и паро-воздушная. И уже эта трёхкомпонентная смесь подаётся в двигатель.

Вот эмульсификаторы, с которых и пошел разговор, подходят к этому делу с другой стороны. Они превращают бензин и воду в эмульсию, которую потом пропускают через обычный карбюратор, а еще лучше через инжекторы непосредственного впрыска. Образуется облако из капель. Так как коэффициент поверхностного натяжения воды больше, чем у бензина, то бензин "всплывает" на поверхность капли, что увеличивает его площадь соприкосновения с воздухом смеси, тем самым улучшая горение.

Кстати, в других системах никакого "испарителя" не было. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%B2%D0%BF%D1%80%D1%8B%D1%81%D0%BA%D0%B0_%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано: (изменено)

Тут некоторые утверждают, что эмульсификатору нужно электронное управление, а дядя обошёлся без него. И этот дополнительный девайс у него в режиме именно испарителя работает и ни какого аэрозоля не создаёт.

Изменено пользователем taras-proger

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Опубликовано:

Тут некоторые утверждают, что эмульсификатору нужно электронное управление, а дядя обошёлся без него. И этот дополнительный девайс у него в режиме именно испарителя работает и ни какого аэрозоля не создаёт.

Ну, получается немного другая система и все.

А электроника... Чтобы самому не заморачиваться, когда тумблером щелкать надо, а когда нет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте учётную запись или войдите для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учётную запись

Зарегистрируйтесь для создания учётной записи. Это просто!


Зарегистрировать учётную запись

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.


Войти сейчас