Сборник авторских инженерно-технических идей и решений в области силовых установок для лёгких и сверхлёгких летательных аппаратов - страница 3

Рис. № 1. Условие работы пневмоаккумулятора.

В идеальных условиях топливовоздушная смесь должна сжиматься энергией сжатого воздуха в картере (пневмоаккумуляторе). Этим обеспечивается также предотвращение поступления газов в пневмоаккумулятор во время такта сжатия.

Известно, что для двигателей с принудительным зажиганием степень сжатия не должна превышать 10:1 для целей предотвращения детонационное сгорания топливовоздушной смеси. Таким образом, давление в пневмоаккумуляторе должен находится на конструктивно достижимых уровнях в 1 МПа и меньше. Уменьшение давления в пневмоаккумуляторе приводит к необходимости использования облегчённого маховика.

Отсутствие избыточного давления воздуха в пневмоаккумулятое (картере) соответствует весу классического маховика для данного типа двигателя и работе двигателя в обычных условиях. Увеличение давления воздуха в пневмоаккумуляторе (картере) соответственно уменьшает вес маховика.

Часть энергии горения топливовоздушной смеси расходуется на изотермическое сжатие / расширение газа в пневмоаккумуляторе (картере) за счёт движения поршневой группы. Происходит непрерывный дополнительный процесс накопления энергии от поршневой группы за счёт энергии горения топливовоздушной смеси и возврата энергии поршневой группе за счёт энергии сжатого воздуха пневмоаккумулятора. Теоретический КПД изотермического “идеального” пневмоаккумулятора энергии равен 100 %. Теоретически, двигатель внутреннего сгорания без маховика не должен потерять в мощности.

К сожалению, на практике достичь этого невозможно, т.к. минимальные потери тепла в любом случае неизбежны. Но можно свести их к минимуму и получить выигрыш в весе двигателя, что актуально в условиях беспилотной авиации.

Вывод

Избыточное давление воздуха в картере (пневмоаккумуляторе) и работа поршневых групп в двухстороннем действии, в зависимости от значения давления позволяют полностью или частично (с существенным уменьшением веса) отказаться от классического массивного маховика. Это зависит от конструктивного исполнения двигателя внутреннего сгорания с учётом множества ограничений. Например, в одноцилиндровых двигателях пневмоаккумуляторная поршневая группа двухстороннего действия полностью заменить маховик не способна, а только существенно снизить его вес. Это связано с тем, что в одноцилиндровом ДВС пневмоаккумулятор не способен выводить поршень из верхней и нижней мертвой точки.