|
Давайте разберёмся: Можно-ли получить экономию топлива ДВС при добавлении во впускной коллектор мотора водорода или газа Брауна (кислородно-водородная смесь), полученного путём электролиза воды на борту автомобиля с помощью бортовой электросети?
Совершенно очевидно, что КПД бортового электролизёра не высок, КПД ДВС ещё ниже и количество энергии, полученной от сжигания газа Брауна будет значительно меньше, чем количество энергии, затраченной на его добычу, тем-не-менее идея не лишена смысла.
Рассмотрим процесс сгорания топлива (солярки) в автомобильном дизельном двигателе:
Топливо впрыскивается в камеру ограниченного объёма, содержащую мало воздуха (это может быть форкамера на форкамерных или вихрекамерных дизелях, расположенная в головке блока, либо камера сгорания в поршне на более современных моторах с непосредственным впрыском топлива).
Работа двигателя на холостых оборотах: топлива впрыскивается мало, смесь получается бедной, воспламеняется быстро, мотор работает жёстко, на грани детонации (характерный «тракторный» звук дизеля).
Конструкторы двигателей с этим явлением пытаются бороться путём добавления выхлопных газов во впускной воздух (кислорода меньше, топливная смесь богаче, мотор работает мягче, можно даже уменьшить количество подаваемого топлива, создав определённую экономию). Любители с этой-же целью иногда во впускной коллектор добавляют водяной пар или даже воду, нагреваясь и расширяясь в цилиндре, пар выполняет некоторую работу (как в паровой машине) и позволяет немножко сэкономить, впрочем, с точки зрения термодинамики тип рабочего тела значения не имеет и нет разницы добавляется в цилиндры водяной пар или выхлопной газ, но это небольшое отступление от темы.
Работа двигателя на малых режимах: топлива впрыскивается больше, состав смеси в камере сгорания становится оптимальным, выхлопной газ расширяясь толкает поршень, нет никаких проблем.
Работа двигателя на средних и максимальных режимах: топлива впрыскивается ещё больше, смесь обогащается и полностью сгореть в камере сгорания уже не может (воздуха мало), вместе с факелом в цилиндр выбрасываются «излишки» топлива, которые воспламеняются и сгорают уже в цилиндре (а не в камере сгорания) за счёт имеющегося там воздуха. Вот здесь появляются проблемы:
Во-первых топливная смесь резко обедняется, т.к. в цилиндре воздуха значительно больше, чем требуется для сжигания топлива (почти всегда, кроме режима полной нагрузки), во-вторых газ расширяясь интенсивно охлаждается (за счёт преобразования тепловой энергии сгорания топлива в работу по движению поршня), т.е. даже несмотря на наличие факела из камеры сгорания (или из форкамеры), качественно сжечь «излишки» топлива в цилиндре становится трудно, в выхлопных газах появляется сажа, а из трубы чёрный дым.
Экологи и экономисты недовольны.
Конструкторы двигателей решили и эту проблему, они придумали систему электронного управления впрыском топлива «Коммон Рэйл», основная фишка этой системы – двухступенчатый (иногда многоступенчатый) впрыск топлива (именно в этом и зарыта собака!)
Итак: Предварительный впрыск очень небольшого количества топлива (1-2% от нормы) происходит в начале такта сжатия, топливо впрыскивается прямо в цилиндр (поршень и камера сгорания (в поршне) находится вблизи нижней мёртвой точки), в процессе сжатия топливо отлично смешивается с воздухом, нагревается, испаряется, но воспламенения не происходит, т.к. топлива слишком мало (увеличивать подачу на предварительном этапе нельзя, иначе в процессе сжатия произойдёт неконтролируемое воспламенение топлива и мотор будет работать «вразнос»)
Основной впрыск (98-99% топлива) происходит как обычно в камеру сгорания (поршень недалеко от ВМТ), солярка воспламеняется, «излишки» выбрасываются в цилиндр и там поджигаются факелом из камеры сгорания вместе с уже имеющимся в цилиндре топливом (от предварительного впрыска), процесс сгорания «лишнего» топлива в этом случае протекает быстрее и более равномерно, т.к. самих «излишков» топлива меньше, а падение температуры в цилиндре от расширения газов частично компенсируется за счёт интенсивного горения предварительно впрыснутого и хорошо испарённого («активированного») топлива.
Результат: топливо сгорело практически полностью, сажи нет, дыма нет, достигнута хорошая экономия солярки, увеличилась мощность двигателя, экологи и экономисты довольны.
По большому счёту: предварительный впрыск можно заменить или осторожно дополнить добавлением небольшого количества топлива во впускной воздух дизеля.
Тип этого топлива значения не имеет: это может быть водород, пропан и даже бензин (главное, нужно, чтобы дополнительного топлива было мало (концентрация дополнительного топлива во впускном воздухе должна приближаться к порогу самовозгорания в условиях цилиндра дизеля, но не должна достигать его), не более 1-2% от общего количества), для этого и годится автомобильный электролизёр, он вполне способен дать 1-2% от общего необходимого мотору топлива даже с учётом всех КПД и относительно низкой мощности автомобильного генератора (по сравнению с мощностью двигателя), впрочем и больше от классического автомобильного электролизёра не получить (электросеть слабовата), поэтому применение таких устройств относительно безопасно (двигатель вряд-ли пойдёт «вразнос», хотя в системах «Коммон Рэйл» такая возможность существует, но там много электронных предохранителей, «мозги» не дадут мотору выйти на опасный режим, выключат или уменьшат подачу основного топлива).
Экономия топлива на дизелях с механическим впрыском может достигать 25-30% (эта цифра как-раз и является разницей в экономичности дизелей старого и нового поколений, с помощью водорода мотор старого типа просто получает аналог предварительного впрыска, которого раньше не было), на моторах с электронным управлением экономии может не быть совсем, но скорей всего можно добиться 10-15% (чем больше износ топливной аппаратуры, хуже качество распыления солярки, тем выше экономия за счёт оптимизации процесса сгорания), т.к. подача дополнительного топлива во впускной воздух не связана с состоянием топливной системы автомобиля и не зависит от качества солярки на заправках.
Кислородная составляющая газа Брауна значения не имеет, т.к. дизель в целом работает при избытке воздуха и добавление литра кислорода на 1000 литров прокачиваемого через мотор воздуха в минуту заметного повышения концентрации кислорода не даст.
В целом, применение генераторов газа Брауна на дизельных моторах оправдано, даёт положительные результаты, однако включать электролизёр нужно только на режимах работы мотора выше средних, на холостом ходу и малых режимах это бесполезная трата энергии, т.к. процесс сгорания солярки в этих режимах оптимален и предварительного топлива не требуется.
На бензиновых моторах применение классических электролизёров вряд-ли может дать экономический эффект: там нет ни форкамер, ни камер сгорания в поршне, бензин испаряется значительно лучше чем солярка, воспламеняется легче, а впрыск полного количества бензина происходит в начале такта сжатия (на старых моторах вообще во впускной коллектор, а не в цилиндр), поэтому тратить бензин на производство дополнительного топлива смысла не имеет.
Впрочем, вероятно на холостых оборотах бензинового мотора можно добиться небольшого улучшения сгорания топлива за счёт кислородной составляющей газа Брауна (в отличие от дизеля, на бензиновом моторе есть дроссельная заслонка, на холостом ходу она почти закрыта, подача воздуха в двигатель минимальна, не исключено, что в этом режиме дополнительный литр кислорода в минуту немножко улучшит процесс сгорания бензина, хотя я сомневаюсь, что это даст энергетическую выгоду с учётом дополнительных затрат топлива на добычу газа Брауна)
Для особо упорных любителей: необходимо помнить, что кислородный датчик при увеличении концентрации кислорода в выхлопных газах пытается увеличить подачу бензина, поэтому без переделки «мозгов» двигателя вы получите не экономию, а гарантированный перерасход топлива, поэтому надо обязательно вносить поправки в систему управления двигателем.
|
