Оптимизация
ДВС


Сравнение поршневого ДВС, РПД Ванкеля и рото-мотора. Этапы 1 - 3

 

Для удобства восприятия эту главу также разобьём на этапы (в этой главе всего будет 18 этапов).
 

1 этап. 

Особенности изменения составляющих вращающего момента в тепловом двигателе объёмного вытеснения 

 
Механизм любого ДВС объёмного вытеснения относится к категории программных механизмов.
Определим понятие программного механизма как логическую совокупность подвижных пространственно взаимосвязанных и жёстких по своей структуре механических элементов, в которой воспроизводится их программно повторяющееся перемещение под непрерывным или импульсным воздействием внешней силы. Таким образом, воздействие внешнего усилия на принимающие эти усилия одно или несколько входных звеньев логически выстроенной механической цепочки программного механизма трансформируется в усилия, циклично воспроизводимые в одном или нескольких последующих звеньях этой цепочки. Естественно, по умолчанию, все подвижные звенья механизма должны быть размещены внутри неподвижного корпуса – статора.
Программными механизмами являются подавляющее большинство из искусственно созданных механизмов, конструкции которых логически подчинены сознанию человека.
Как и в любых механических устройствах в данных механизмах передача механической энергии производится путём пространственного линейного, углового или линейно-углового (смешанного¸ планетарного) перемещения составляющих их подвижных механических звеньев, которое передаётся от звена к звену через поверхности их взаимного механического контакта, чаще всего имеющие обоюдно одинаковую форму профиля. С большой долей уверенности можно утверждать, что к настоящему времени нам уже известны конструкции абсолютно всех возможных механических звеньев, кинематических пар и узлов. Различия в однотипных конструкциях могут быть только в архитектурной форме их элементов, габаритах исполнения и взаимной компоновке.
 
Все искусственно созданные двигатели – ветряные, водяные, тепловые и электрические – также являются программными механизмами. Они предназначены для преобразования в механическую энергию вращения силового вала двигателя механической энергии ветра (естественных потоков атмосферного воздуха), механической энергии естественных или искусственных потоков воды, а также подведённой к двигателю теплоты или электричества. В связи с этим механическая энергия, выработанная двигателем, выражается вращающим моментом его силового вала (моментом силы, крутящим моментом), который без излишней потери энергии передаётся им на вал стороннего потребителя, во время этой передачи механически соосно и жестко связанного с силовым валом двигателя. 
 
Величина вращающего момента М = Тl силового вала двигателя характеризуется двумя его составляющими величинами: рычагом вала l, имеющим опору на коренной оси вала, и вращающим усилием Т, прямая линия вектора которого всегда перпендикулярна прямой линии рычага l, на свободный (незакреплённый) конец которого непосредственно производится механическое воздействие вращающего усилия Т.   
В механизмах секций двигателей (моторов) внутреннего сгорания объёмного вытеснения свободный конец рычага l в профиле механизма всегда перемещается по направлению вращения вала и лежит на линии окружности, центр которой находится на коренной оси силового вала. В этих механизмах вращающее рычаг l вала усилие Т определяется из цепочки усилий, трансформируемых внутри программного механизма секции при передаче этих усилий через пары подвижных звеньев механизма на силовой вал, начиная от исходного результирующего усилия Р фиксированного по массе заряда газообразного рабочего тела, нагретого внутри рабочей полости механизма в минимальном объёме камеры сгорания. Чем короче эта цепочка между нагретым зарядом и свободным концом рычага l, то есть чем меньше её звеньев, где в промежуточных кинематических парах на их нагрев и на преодоление их ответного сопротивления теряется исходное количество располагаемой механической работы А этого заряда, тем величины вращающего усилия Т и вращающего момента М будут больше.     
При этом нам следует учитывать и характер изменения вращающего усилия Т за один цикл вращения силового вала, то есть за один его полный оборот, который в полном своём объёме повторяется вновь и вновь. В механизмах ДВС он выражается в обороте вала на 360 градусов – от верхней мёртвой точки (ВМТ) до верхней мёртвой точки. Идеальным было бы значение вращающего усилия Т, которое, сразу достигнув своего максимального значения  в верхней мёртвой точке положения вала, оставалось таким же вплоть до следующего его подхода к ВМТ. Также нам следует принимать во внимание и характер изменения вращающего рычага l за полный оборот силового вала, который в идеале тоже желательно было бы иметь постоянно максимальным по своей величине. Но, в силу объективных и субъективных причин, при работе механизма реальные значения усилия Т и в некоторых механизмах длина рычага l чаще всего бывают меньше своих максимальных значений и могут находиться в режиме постоянного изменения своей величины, а фазы их максимумов и минимумов могут взаимно не совпадать друг с другом. Этот фактор приводит к постоянному изменению величины вращающего момента М на протяжении одного полного оборота силового вала секции ДВС, которого он может быть способен сообщить валу стороннего потребителя.   
 

2 этап.

Моделирование начальных условий для сравнения трёх типов ДВС объёмного вытеснения

 
Механизм любого ДВС объёмного вытеснения состоит из набора одинаковых секций программного механизма конкретного типа, каждая из которых за один цикл способна поглотить извне (из атмосферы) в свою рабочую полость конечное количество массы газа – заряд рабочего тела. Для различных механизмов ДВС оптимальное количество секций может быть разным. Например, поршневой двигатель (ПД) традиционно оптимально содержит 4 секции (цилиндра), в роторно-поршневом двигателе Ванкеля (РПД) и рото-моторе (РМ) – оптимальны 2 роторные секции.
Оптимальное количество секций в двигателе определяется из необходимости  выполнения, по меньшей мере, трёх условий. Во-первых, количество секций должно быть минимальным в силу необходимости снижения количества потерь исходной энергии на неизбежные и непроизводительные собственные нужды двигателя. Во-вторых, такты рабочего расширения в нём, по возможности, должны следовать друг за другом  непрерывно и, желательно, без пауз между ними, с целью непрерывной работы собственного механизма ДВС и для выполнения главной задачи ДВС – непрерывной передачи вращающего момента с силового вала (маховика) двигателя на вал стороннего потребителя. В-третьих, количеством секций добиваются начальной (грубой) сбалансированности подвижной части механизма объёмного ДВС, которая уже затем, при необходимости, может корректироваться (тонко) противовесами его балансировочного звена.
 
Во всех приведённых здесь материалах рассматриваются только четырёхтактные ДВС в режиме их автономной работы. В этом режиме двигатель не использует энергию внешнего источника механической энергии, не входящего в состав устройства теплового двигателя.
И особое внимание здесь уделяется лишь одному такту из четырёх, собственно, ради воспроизводства которого эти двигатели нами и создаются. Только непосредственно в этом такте рабочего цикла силовой вал каждой автономно работающей секции ДВС способен самостоятельно вращать силовой вал стороннего потребителя. В ДВС объёмного вытеснения им является такт (процесс) рабочего хода локального заряда нагретого газа. Именно наличие данного процесса в его рабочем цикле принципиально отличает этот тепловой двигатель от других видов двигателей и прочих подобных технических устройств, которые не относятся к категории двигателей.
 
Передачу механической энергии силовому валу стороннего потребителя силовой вал ДВС объёмного вытеснения осуществляет импульсами тактов рабочего хода. Чем длиннее в обороте вала секции двигателя будет импульс рабочего хода и чем короче в повороте этого вала будет длительность каждого сектора паузы, расположенного между окончанием импульса предыдущего такта рабочего хода и началом импульса следующего такта рабочего хода, тем большее количество механической энергии за оборот может быть передано с вала секции на вал стороннего потребителя. Чем больше таких оборотов за короткий интервал времени, например, за одну минуту, будет совершать вал секции двигателя, тем короче будет длительность нежелательной паузы во времени между импульсами тактов рабочего хода, и тем выше будет механический момент инерции силового вала стороннего потребителя.
И только лишь число самих этих секций, входящих в состав двигателя, будет находиться в рамках описанных выше оптимальных условий его компоновки.
 
В 4-цилиндровом ПД за один оборот силового вала происходят два такта рабочего хода, то есть работа расширения совершается только двумя зарядами рабочего тела в двух его секциях из четырёх располагаемых секций. В 2-секционном РПД Ванкеля с трёхгранным ротором за один оборот вала работают два заряда – по одному в каждой из двух секций. В 2-секционном рото-моторе, например, с пятигранным ротором за один оборот силового вала происходит рабочее расширение сразу 10 зарядов – по 5 в каждой из двух секций, в рото-моторе с семигранным ротором за оборот вала работают сразу 14 зарядов – по 7 в каждой секции. При увеличении количества граней ротора в секции рото-мотора кратно увеличивается и количество зарядов, работающих в одном обороте её вала. 
В связи с этим каждый из трёх сравниваемых типов механизмов ДВС имеет в одном обороте своего силового вала разные собственные возможности по выработке величины вращающего момента его силового вала, способного быть переданным валу потребителя.
 
Механизмы сравниваемых здесь ДВС имеют несовпадающую друг с другом оптимальную величину вращающего рычага своего силового вала, к свободному концу которого прикладывается вращающее его усилие. Например, при одинаковом объёме (и массе) заряда рабочего тела, способного поступить в секцию, рычаг силового вала секции ПД в 2,891 раза превосходит рычаг вала секции РПД (смотрите главу «Вращающий момент» старой редакции сайта). В обоих этих типах двигателей им является эксцентриситет е эксцентрика силового эксцентрикового вала секции.
В каждой секции рото-мотора ось ротора в профиле механизма отстоит от коренной оси вала также на величину эксцентриситета е, свободный конец которого относительно другого своего конца, жёстко закреплённого на коренной оси, при работе механизма мотора совершает движение по линии окружности с радиусом е. Но в механизме РМ его невозможно измерить относительно коренной оси вала на конкретном механическом элементе конструкции так же, как, например, на эксцентрике вала в секциях ПД и РПД. Потому что такого элемента конструкции в рото-моторе просто-напросто не существует. Поэтому в рото-моторе эксцентриситет е является дематериализованным, или воображаемым. По траектории окружности с радиусом е в профиле каждой секции рото-мотора параллельно коренной оси вала перемещается геометрическая ось реального механического элемента её конструкции – ротора.
 
В секции ПД или РПД длина единственного рычага эксцентриситета, вращающего вал секции, неизменна на протяжении всего времени работы двигателя.
Но в секции рото-мотора на протяжении такта рабочего хода силовой вал секции вращают одновременно несколько рычагов. Их длины изменяются на протяжении оборота вала. Вращающее их усилие через силовые подшипники цевок диска вала передаётся на них от кромок качения отверстий диска ротора его силовой цевочной муфты. Сам ротор в секции рото-мотора (рото-секции) также вращает собой его собственный рычаг, который непрерывно меняет свою длину на протяжении такта рабочего хода.
Усилие, вращающее рычаг грани ротора, инициирует масса нагретого рабочего тела, расширяющаяся над этой гранью ротора и в момент такта рабочего хода находящаяся в полости расширения секции РМ. Масса рабочего тела над гранью ротора при определённом угле поворота воображаемого эксцентриситета е может быть неизменной по величине. Но она также может и уменьшаться в результате перетекания части её массы с высокими параметрами в смежную полость над другой гранью ротора с низкими в ней тепловыми параметрами рабочего тела, тем самым, увеличивая там его нагретую массу и изменяя параметры газа над этой гранью ротора.
 
В связи с этим, ДВС объёмного вытеснения могут корректно сравниваться по длинам рычагов вращения силового вала только в том случае, если они имеют однотипные кинематические схемы своих механизмов, например, механизмы секций с эксцентриковым валом ПД и РПД.
 
Поэтому единственным элементом, который может обладать реальным запасом механической энергии и, в то же время, может быть абсолютно одинаковым для всех механизмов сравниваемых здесь объёмных ДВС, по-прежнему является лишь конкретное количество массы заряда газообразного рабочего тела, состоящей из 14,75 частей атмосферного воздуха и одной части газообразного или жидкого распыленного топлива. И вся эта масса энергоносителя, к которой в камере сгорания подводится исходная тепловая энергия, совершенно однозначно может определяться конструкционными параметрами и возможностями механизма секции ДВС, в состав которого входит и его рабочая полость. И длина эксцентриситета е, определяющая величину рабочей полости секции каждого конкретного типа механизма, по-прежнему является основным параметром его конструкции.
В связи с этим в качестве основы для сравнения трёх механизмов ДВС примем следующий факт, что в камере сгорания каждой из их секций объёмного вытеснения находится одинаковый по массе заряд рабочего тела, к которой перед каждым импульсом расширения рабочего хода в камере сгорания подводится одинаковое количество теплоты, которое условно примем равное единице (цифре 1). Таким образом, для начала сравнения нами смоделированы одинаковые начальные условия.  
 

3 этап.

Доступная энергия для процесса рабочего хода в секции ДВС объёмного вытеснения

 

Из практики известно, что в тепловую энергию нагрева заряда рабочего тела в камере сгорания секции переходит не вся энергия, которой потенциально способен там обладать заряд горючей смеси перед самым началом сжигания находящегося в нём топлива – Еисходная. По каким-либо причинам в камере сгорания и далее в полости расширения какая-то часть топлива, поступившего в камеру сгорания, вообще не сгорает или сгорает не полностью. Не смотря на это, здесь условно предлагается считать, что в каждой из сравниваемых секций ДВС сгорают все 100% топлива и заряд рабочего тела получает все 100% предназначенной для него теплоты нагрева. То есть, предполагаем, что энергия потерь топлива – Епотерь топлива секции ДВС = 0. Таким образом, в камере сгорания полости расширения каждой секции находится заряд рабочего тела, в момент подвода к нему теплоты располагающий энергией – Ерасполагаемая секции ДВС:

 Ерасполагаемая секции ДВС =  Еисходная.

Также известно, что под действием, по меньшей мере, трёх объективных причин: совершения работы, программного расширения рабочей полости и теплоотдачи в её стенки, в такте рабочего хода при расширении в полости расширения секции ДВС объёмного вытеснения нагретый заряд рабочего тела к завершению процесса расширения резко теряет степень своего силового воздействия на днище поршня.
Размеры площади поверхности стенок камеры сгорания и полости расширения заслуживают особого внимания, в основном, в режиме начального пуска двигателя, когда они ещё не аккумулировали в себя теплоту нагретого рабочего тела. Но в рассматриваемом стационарном режиме работы, уже обладая большой собственной температурой, они существенно убавляют степень своего температурного влияния на процесс расширения заряда. В противном случае в известных объёмных двигателях не применялась бы жидкостная система принудительного охлаждения этих стенок. Причём, например, в поршневой секции, кроме этого, для охлаждения стенок полости расширения используется ещё и дополнительный хладагент – это заряд свежего и холодного рабочего тела, поступающий из атмосферы в рабочую полость именно через одну из поверхностей камеры сгорания в головке цилиндра.
Три сравниваемые секции ДВС по размеру площади поверхности стенок полости расширения не сильно отличаются друг от друга, поэтому условно можно принять, что этот их параметр имеет, примерно, одинаковое значение. Однако между программой расширения рабочего тела в полости объёмного вытеснения и количеством производимой там рабочим телом механической работы по перемещению им поршня или ротора, создающим это самое программное расширение, имеется непосредственная взаимосвязь, зависящая от особенностей конструкции механизма каждой отдельной секции.
 
В программном увеличении объёма полости расширения секции ДВС было бы желательно соблюдение разумного баланса между скоростью его повышения по текущему углу поворота эксцентриситета после ВМТ и степенью разреженности нагретого заряда рабочего тела в этом объёме от разрежения, создаваемого самим программным движением днища поршня или грани ротора в направлении нижней мёртвой точки (НМТ). Так как любое принудительное разрежение заряда провоцирует в нём снижение его способности по выполнению того количества механической работы, которое он мог бы совершить собой, находясь в менее разреженном состоянии, то есть, обладая более высоким собственным рабочим потенциалом. Поэтому при сравнении секций ПД, РПД и РМ по степени влияния динамики изменения объёма их полостей расширения на рабочий потенциал находящегося там заряда особое внимание уделим скорости нарастания величины объёма каждой полости расширения в зависимости от текущего угла поворота эксцентриситета в механизме секции, начиная от минимального объёма сжатия камеры сгорания при его положении в ВМТ. В качестве основы рассуждений примем независящие от субъективного желания человека, то есть объективные свойства, которыми в такте рабочего хода обладает заряд рабочего тела в полости расширения поршневой секции, поведение которого там к настоящему времени хорошо изучено.
 
Из индикаторной диаграммы секции обычного поршневого карбюраторного двигателя известно, что, начиная от минимального объёма камеры сгорания и положения эксцентриситета в профиле механизма секции в верхней мёртвой точке – при 0 градусов (стрелка часов на цифре 12), уже при подходе к 90 градусам его поворота в направлении нижней мёртвой точки (стрелка часов на цифре 3) увеличившийся в 6,3 раза объём массы нагретого заряда, по отношению к выбранному здесь минимальному объёму сжатия со степенью 9,3 единицы в камере сгорания, примерно, на три четверти теряет величину усилия своего воздействия на днище поршня от начальной величины своей силы Р в ВМТ, равной единице. А при продолжении движения эксцентриситета от 90 до 180 градусов (стрелка часов на цифре 6), то есть до полного расширения в этой полости, заряд теряет ещё половину от оставшейся величины силы своего давления на поршень. Предлагается считать, что при продолжении расширения с движением свободного конца эксцентриситета, эквивалентного перемещению его далее от нижней и до верхней мёртвой точки, то есть при продолжении вращения эксцентриситета до его полного оборота в цикле, через каждые последующие 90 градусов поворота эксцентриситета усилие воздействия заряда рабочего тела Р на поршень точно также продолжает снижаться ещё в два раза от своего предшествующего значения.
 
Однако не обладающий сознанием человека сам заряд рабочего тела даже и «не предполагает», что он находится внутри рабочей полости объёмного вытеснения, степень увеличения объёма которой после минимального объёма камеры сгорания привязано к текущему углу поворота эксцентриситета эксцентрика механизма, в котором эта рабочая полость находится. Начиная своё расширение по описанному выше алгоритму, объём заряда может расширяться намного дальше предела в 360 градусов полного оборота эксцентриситета. Для получения приблизительно конечного значения энергии заряда рабочего тела в результате его максимально возможного расширения надо только обозначить то крайнее текущее значение энергии заряда, в котором мы будем считать, что этот заряд, якобы, уже достиг значения своего давления, равного атмосферному давлению.
Для этого предположим, что и за значением поворота эксцентриситета в 360 градусов объём заряда каким-то непостижимым нам образом непрерывно продолжает и продолжает возрастать на каждые последующие 360 градусов поворота эксцентриситета.  И по описанному алгоритму он продолжает снижать значение своей потенциальной энергии также в два раза от своего предшествующего значения через каждые 90 градусов поворота эксцентриситета. На этих условиях для такта рабочего хода поршневой секции на фиг.57 построим кривую зависимости изменения располагаемого усилия РПД давления массы нагретого заряда рабочего тела на днище поршня с началом в минимальном объёме камеры сгорания и непрерывным продолжением в полости расширения на угол поворота эксцентриситета Q2 от 0 и до текущего угла поворота эксцентриситета, в котором, по нашему мнению, достигается выбранный уровень значения предельного расширения заряда. По форме и расположению на плоских осях координат линия графика усилия Р напоминает экспоненциальную математическую кривую линию – так называемую «кривую погони», или трактрису.
 

 

 

На графике фиг.57 площадь под трактрисой представляет собой количественное выражение располагаемой энергии Ерасполагаемая секции ПД, которой обладает заряд рабочего тела в такте рабочего хода поршневой секции и при его практически полном расширении за четыре непрерывных оборота эксцентриситета механизма после ВМТ от 0 и до 1440 градусов.
 
 
На фиг. 58 представлена начальная часть от графика фиг.57, площадь которого под линией трактрисы отображает то количество доступной энергии Е0-360 секции ПД, которыми обладает одна секция поршневого ДВС в диапазоне первого поворота эксцентриситета от 0 и до 360 градусов. В числовом выражении она составляет 0,888 от Ерасполагаемая секции ПД:
 
Е0-360 секции ПД = 0,888  .  Ерасполагаемая секции ПД.  
 
Однако поршневая секция способна увеличить свой объём от минимального объёма камеры сгорания в секторе ВМТ до своего максимального объёма расширения в НМТ, то есть при полуобороте эксцентриситета на 180 градусов (часовая стрелка на цифре 6). Поэтому доступная энергия нагретого заряда – Едоступная 0-180 секции ПД, способная быть использована для перемещения поршня, составляет лишь часть от энергии заряда в одном полном обороте эксцентриситета поршневой секции  Е0-360 секции ПД  (фиг.59). 
 
 
 
Площадь под трактрисой на графике фиг.59 отображает количество энергии, доступной для преобразования в работу по перемещению поршня в такте рабочего хода поршневой секции – Едоступная 0-180 секции ПД. В числовом выражении она составляет 0,737 от Е0-360 секции ПД :
 
Едоступная 0-180 секции ПД  = 0,737 . Е0-360 секции ПД  = 0,737 . 0,888 Ерасполагаемая секции ПД = 0,654 Ерасполагаемая секции ПД.
 
В секции роторно-поршневого двигателя Ванкеля в такте рабочего хода объём полости расширения от минимального объёма сжатия камеры сгорания увеличивается до 6,3 раза при повороте его эксцентриситета на 135 градусов после ВМТ. А в секции рото-мотора – при подходе эксцентриситета на угол 165 градусов после ВМТ. Поэтому по аналогии с поршневой секцией точно такой же по массе нагретый заряд рабочего тела в секции РПД и в секции РМ потеряет три четверти силы своего давления на грань ротора именно при этих положениях эксцентриситета. Далее через каждые 90 градусов его поворота заряд также будет терять ещё половину силы от своего предшествующего значения (фиг.60).
 
 
 
Сравнение площадей под трактрисами трёх сравниваемых секций ДВС на фиг.60 выявляет превосходство секции РМ в располагаемой энергии:
 
Ерасполагаемая секции ПД  = 0,677 .  Ерасполагаемая секции РМ .
 
 Ерасполагаемая секции РПД = 0,872 .  Ерасполагаемая секции РМ .
 
Доступная в одном первом полном обороте эксцентриситета после ВМТ энергия нагретого заряда рабочего тела для роторных секций РПД и РМ имеет следующие цифровые выражения (фиг.60 и 61):
 
Е0-360 секции РПД = 0,947 Ерасполагаемая секции РПД.
 
Е0-360 секции РМ = 0,966 Ерасполагаемая секции РМ.
 
 
При этом роторно-поршневая секция РПД Ванкеля и секция РМ способны увеличить свой объём от минимального объёма камеры сгорания в секторе ВМТ до своего максимального объёма расширения при повороте эксцентриситета на 270 градусов (часовая стрелка на цифре 9). Доступное количество энергии нагретого заряда – Едоступная 0-270 секции РПД и Едоступная 0-270 секции РМ, способное быть использовано на перемещение ротора в такте рабочего хода, от энергии заряда в одном полном обороте эксцентриситета каждой из секций показано на фиг.62.
 
 
 
Причём по отношению к величине энергии, доступной в полном обороте в своей секции, и для секции РПД, и для секции РМ, доступная энергия такта рабочего хода имеет одинаковое числовое значение – 0,874.  
 
Едоступная 0-270 секции РПД  = 0,874 . Е0-360 секции РПД = 0,874 . 0,947 . Ерасполагаемая секции РПД = 0,828 . Ерасполагаемая секции РПД.
 
Едоступная 0-270 секции РМ  = 0,874 . Е0-360 секции РМ = 0,874 . 0,966 . Ерасполагаемая секции РМ = 0,844 . Ерасполагаемая секции РМ.
 
Теперь приведём значение доступной энергии в секциях ПД и РПД к преобладающей величине располагаемой энергии в секции РМ:
 
Едоступная 0-180 секции ПД  = 0,654 . 0,677 .  Ерасполагаемая секции РМ  = 0,443 .  Ерасполагаемая секции РМ .
 
Едоступная 0-270 секции РПД  = 0,828 . 0,872 .  Ерасполагаемая секции РМ  = 0,722 .  Ерасполагаемая секции РМ .
 
Отсюда можно сделать вывод, что из одинакового количества теплоты, подведённой к одинаковой массе заряда рабочего тела, находящейся в камере сгорания ДВС под одинаковой степенью сжатия, секция рото-мотора в одном такте рабочего хода способна предоставить для выполнения механической работы по вращению вала секции в 1,9 раза большее количество энергии, чем секция ПД, и в 1,2 раза большее, чем  секция РПД Ванкеля. То есть можно говорить, что по сравнению с ними секция РМ изначально обладает более высокой работоспособностью
 
Трактриса конкретного типа ДВС задаёт собой шкалу потенциальных возможностей, которыми в такте рабочего хода обладает заряд рабочего тела, находясь в рабочей полости секции данного ДВС. Все возможные значения текущего вращающего усилия заряда для величины текущего угла поворота эксцентриситета после ВМТ в каждой секции каждого конкретного типа ДВС объективно всегда будут находиться ниже шкалы его трактрисы (фиг. 61, 62).
 
Вся энергия, содержащаяся в общем количестве располагаемой энергии Ерасполагаемая секции ДВС в нагретом заряде рабочего тела, не входящая в количество доступной энергии Едоступная секции ДВС, представляет собой минимальную энергию выхлопного газа после такта рабочего хода – Еминммального выхлопа секции ДВС :
  Еминммального выхлопа секции ДВС   =  Ерасполагаемая секции ДВС  –  Едоступная секции ДВС.
 
На самом же деле «в выхлопную трубу» вылетает газ с большей по величине энергией выхлопа –  Емаксимального выхлопа секции ДВС.
Равенство   Емаксимального выхлопа секции ДВС  =  Еминммального выхлопа секции ДВС возможно только в случае, если в такте рабочего хода всё количество доступной тепловой энергии  Едоступная секции ДВС без остатка будет преобразовано в теплоту нагрева звеньев механизма секции ДВС и в механическую энергию вращения её вала. Но такой вариант, практически, не достижим ни в какой реальной секции, поэтому «в трубу» всегда вылетает выхлопной газ, обладающий энергией Емаксимального выхлопа секции ДВС.   
 
Не вдаваясь в особенности конструкций каждой из сравниваемых секций, сравним по количеству их минимальную энергию выхлопа:
 
Еминммального выхлопа секции ПД  = Ерасполагаемая секции ПД  –  Едоступная 0-180 секции ПД  = (1 – 0,654) .  Ерасполагаемая секции ПД  = 0,346 .  Ерасполагаемая секции ПД.
 
Еминммального выхлопа секции РПД  = Ерасполагаемая секции РПД  –  Едоступная 0-270 секции РПД  = (1 – 0,828) .  Ерасполагаемая секции РПД  = 0,172 .  Ерасполагаемая секции РПД.
 
Еминммального выхлопа секции РМ  = Ерасполагаемая секции РМ  –  Едоступная 0-270 секции РМ  = (1 – 0,844) .  Ерасполагаемая секции РМ  = 0,156 .  Ерасполагаемая секции РМ.
 
В поршневой секции более трети её располагаемой энергии «вылетает в выхлопную трубу», в секциях РПД и РМ по отношению к количеству своей располагаемой энергии – в два раза меньше.
 
Приведём количество минимальной энергии выхлопа секций ПД и РПД к возможностям, которыми обладает наиболее работоспособная секция рото-мотора (к шкале РМ), в которой точно так же, как и в секциях ПД и РПД, к одной и той же массе заряда рабочего тела подводится точно такое же количество исходной (располагаемой) теплоты (фиг.62):
 
Еминммального выхлопа секции ПД  = (1 – 0,443) .  Ерасполагаемая секции РМ = 0,557 .  Ерасполагаемая секции РМ.
 
Еминммального выхлопа секции РПД  = (1 – 0,722) .  Ерасполагаемая секции РМ = 0,278 .  Ерасполагаемая секции РМ.
 
Отсюда можно сделать вывод, что выхлопной газ секции РМ, как минимум, обладает в 1,8 меньшей энергией, чем выхлоп в секции РПД, и меньшей в 3,6 раза по сравнению с выхлопом секции ПД. То есть для обладающего меньшей механической энергией выхлопного газа рото-мотора требуется существенно облегченный глушитель, у которого из-за меньшей температуры выхлопного газа секции РМ срок службы "до прогара" по времени эксплуатации может быть в три раза длиннее, чем в секции известного поршневого двигателя. Для проталкивания ротором потока выпускного газа по выхлопному тракту рото-мотора требуется также в три раза меньше энергии, чем в поршневой секции.
В поршневой секции, как минимум, на 40% больше от располагаемого в секции РМ количества энергии «вылетает в выхлопную трубу», чем в секции рото-мотора, которые в секции РМ могут быть использованы непосредственно на вращение её силового вала. Проверить это можно, определив степень эффективности расходования количества её доступной энергии Едоступная 0-270 секции РМ.
 
Далее: Этапы 4 - 7.