Стереотипы и штампы.

Человеческому мозгу свойственна инерция мышления. На пути работы интеллекта  существуют психологические барьеры. Интеллект я понимаю, как способность личности мыслить абстрактными категориями, выполнять квалифицированную работу (в основном технического характера), как инструмент созидания новых знаний.  Работа администратора требует наличия ума. То есть способности принимать в различных жизненных ситуациях верного решения. Вообще, это свойство умных людей. Здесь препятствием часто является нехватка времени на принятие верно решения. Деятель искусства в основном находится под влиянием эмоций.

Для начала о проявлении этих свойств случай из собственной практики. Мне был нужен забор высотой не более 1,5метра. Заготовки металлические полосы по 2 метра. Я решил их приварить их наклонно градусов под 45. Исполнители были готовы на все. Сделать бесплатно, но чтобы вертикально. Все их существо противилось наклонному забору. Еле уговорил их. Но душу все-таки отвели. В мое отсутствие на воротах для въезда трактора приварили вертикально. Это проявление затронутых выше свойств мозга и психики (или психологии?).   

Далее речь пойдет о том, как инерция мышления завела создателей бензиновых двигателей не туда. И как психологические барьеры не дают оттуда выбраться.

Достижение предела детонационной стойкости бензина при сжатии не является препятствием для повышения экономичности бензинового двигателя.

Бензиновый двигатель имеет экономичность значительно ниже возможной по причине существования инерции мышления., психологического барьера, усвоенных стереотипов и штампов, кажущихся незыблемой истиной. Источником психологических препятствий на пути создания экономичного бензинового двигателя является детонационное свойство бензина. Оно поставило во главу угла степень сжатия, некорректно определяемую как отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Термодинамика рассматривает состояние постоянной массы газа и степенью сжатия является отношение объема цилиндра над поршнем в момент закрытия впускного клапана к объему камеры сгорания. Детонационное свойство бензина ограничивает только этот параметр. Внимание к степени сжатия создало штамп, что ею определяется экономичность  двигателя. Увеличение давления в конце процесса сжатия приводит к увеличению давления в начале такта рабочего хода, в фазе эффективного создания крутящего момента, но и к  увеличению затраты энергии на процесс сжатия. В начале такта рабочего хода имеется потенциальная энергия газа могущего совершить механическую работу. Работа газа пропорциональна разности конечного и начального объемов расширения.     Конечным объемом процесса расширения является полный объем цилиндра и его отношение к объему камеры сгорания является степенью расширения. Коэффициент полезного действия процесса преобразования тепловой энергии в механическую определяется только этим параметром. Существует парадокс в теории двигателя, именно этот параметр отсутствует в формуле термического К.П.Д!? Акцентирую внимание читателя. Подчеркнутое не КПД цикла которое есть отношение механической работы газа за минусом затрат на выхлоп, впуск и сжатие к тепловой энергии. Это КПД такта рабочего хода. Открытие впускного клапана прерывает процесс преобразования тепловой энергии в механическую, но динамика процесса расширения определяется этим отношением. Штампованная фраза «дизель экономичней потому, что у него выше степень сжатия» является не совсем верной и создает впечатление, что экономичность двигателя определяется давлением  в конце такта сжатия. В механическую энергию, поступающую к потребителю, преобразуется тепловая энергия, полученная в результате сгорания топлива. Энергия, созданная в процессе сжатия производит мощность циркулирующую  в цикле. Или, другими словами, циркулирующая мощность создает энергию в процессе сжатия.  И так, и этак правильно. Цикловое поступление бензина и цикловая подача дизельного топлива на единицу объема  камеры сгорания примерно одинаковы по теплотворной способности. В  единице объема камеры сгорания  обоих типов двигателей содержит примерно одинаковое количество тепловой энергии газа. У  дизеля в начале такта рабочего хода выше давление, то есть больше плотность молекул газовой смеси, но ниже температура рабочей смеси, у бензинового давление ниже, но выше температура, то есть больше кинетическая энергия молекул. Потенциал тепловой энергии на единицу объема камеры сгорания примерно одинаков.  Разность конечного и начального объемов расширения есть рабочий объем. У дизеля на единицу объема камеры сгорания, на единицу тепловой энергии приходится  раза  в два больше рабочего объема  и в нем  рабочая смесь производит больше работы. Корректно преимущество дизеля должно быть озвучено следующим образом: « дизель экономичней, потому что у него выше степень расширения. При увеличении отношения полного объема цилиндра к объему камеры сгорания коэффициент полезного действия двигателя повышается в основном в результате увеличении степени расширения и в некоторой мере – увеличения степени сжатия. Склонность автора к корректному применению терминов не буквоедство. Постановка во главу угла степени сжатия сформировала направление конструкторской мысли и даже технической политики.  Создатель двигателя идет в направлении повышения давления в конце такта сжатия с целью увеличить давление в фазе эффективного образования крутящего момента. Это требует создания стойкого к детонации высокооктанового бензина. Такой бензин содержит больше тяжелых фракций и имеет плохую испаряемость. Это вынуждает применять механическое распыление. Рождается изощренное техническое решение – сложная, дорогая, капризная система впрыска, выдаваемая и воспринимаемая как шедевр инженерной мысли. Техническая политика пошла в направлении отказа от карбюраторных двигателей и прекращения производства низкооктанового бензина. Такая политика ставит в сложное положение автовладельцев, расположенных далеко от пунктов автосервиса. Это пограничные заставы, дальние гарнизоны, села расположенные в обширных сибирских регионах, в горах, пустынях.

У читающего эти строки может сложиться  впечатление, что автор один шагает в ногу, а все остальные не в ногу. Технический прогресс существует только потому, что находится человек, который делает что-то не как все. Любой вклад в цивилизацию имеет имя. Неизвестен только изобретатель колеса. Здесь читателя подстерегает еще один сильнейший психологический барьер, являющийся, видимо, элементом российского менталитета. Существует убежденность, и даже относительно самих себя в среде коллег-конструкторов (это унылое в курилке «куда уж нам…»), что дельная техническая мысль может появиться в голове только жителя Дейтройта, Штутгарта, Хиросимы и т.д и т.п но никак не в мозгах жителя российской Хацепетовки или Мухосранска. Это основная причина неконкурентоспособности продукции российской промышленности мирного назначения.  Если бы изложенное выше написал некий Джон Смит (Ганс Мюллер, Кому То Рытояма…), то читатель воспринимал их без тени сомнения. Продукция военно-промышленного комплекса убеждает, что у нас есть генераторы идей и люди, способствующие их реализации. Генераторы идей есть в любой отрасли техники. Опыт конструкторской работы автора позволяет заявить, что дело за людьми стоящими на пути реализации идеи в металле.

Автором произведено теоретическое исследование способа повышения экономичности посредством увеличения степени расширения без увеличения степени сжатия. Достижение максимальной экономичности требует выполнения двух основных условий.

Первое. Полного и своевременного сгорания поступившего топлива. Поскольку скорость горения фактор недоступный управлению, видимо, следует обеспечить поступление такого количества топлива, которое сгорает максимально и своевременно. При этом увеличится степень повышения давления. Давление в фазе эффективного образования крутящего моменту будет увеличено без увеличения затрат энергии на процесс  сжатия. Двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, работающий на бензине должен иметь механический К.П.Д. (отношение работы на маховике к тепловой энергии) выше, чем дизель, при одинаковых пропорциях между объемом камеры сгорания и рабочим объемом потому, что у него выше степень повышения давления.

Второе. Максимального преобразования полученной тепловой энергии в механическую посредством оптимального сочетания тепловой энергии и рабочего объема. Что такое сочетание существует ясно из простого логического рассуждения. Имеется некий объем содержащий тепловую энергию. При отсутствии рабочего объема это энергия производит механическую работу равную нулю. При существовании рабочего объема по мере его увеличении механическая работа  газа возрастает. Но и увеличивается работа по преодолению сил инерции. При некоторых  размерах поршня масса его будет такова, что энергии газа будет недостаточно, чтобы его сдвинуть с места. Работа газа  опять равна нулю. Если функция имеет два нулевых значения, то она имеет экстремум. В данном случае максимальное преобразование тепловой энергии в механическую.

Оба условия выполнимы при увеличении степени расширения без увеличения степени сжатия. Имеется простое конструкторское решение без технологических препятствий. Реализация  идеи производится на серийном двигателе  пропорциональным уменьшения объема камеры сгорания  и сжимаемого объема посредством увеличения угла поворота коленчатого вала от Н.М.Т. до момента закрытия впускного клапана. При этом часть горючей смеси будет удаляться из цилиндра. Предотвращение нарушения процесса впуска имеет простое решение с сопутствующим положительным эффектом.

Специалист по двигателям, для которого понятия «степень сжатия» и «наполнение цилиндра» святы, воспримет идею с возмущением, если не сможет перейти через психологический барьер, преодолеть инерцию мышления.  Преодолеть эти препятствия можно, если рассматривать цикл не с начала его, процесса впуска. Начать с основного процесса – такта рабочего хода, помня при этом из школьного курса физики «работа газа пропорциональна разности конечного и начального объемов расширения».

1.Архангельский В.М. и др.»Автомобильные двигатели».                                    Москва, «Машиностроение». 1967г.