Добавка водорода
к топливу. Почему появляется экономия бензина.
Прежде всего, все что находится на этой странице, это предположение основанное на моих результатах и на данных взятых из книги А.И.Мищенко «Применение водорода для автомобильных двигателей». Эта замечательная книга, содержащая теоретические выкладки и практические результаты, была издана Киевским издательством «Наукова Думка» в 1984 году. Оригинал найден здесь. Если ссылка не активна, то копия находится здесь. Настоятельно рекомендую ее прочитать, тем более, что к вопросу относятся только 20 страниц из 72.
Для того, что бы понимать откуда берется экономия топлива необходимо немножко представлять как работает бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Максимально короткое описание, которое сэкономит Вам время в будущем, Вы можете прочитать здесь.
Теперь, давайте опустим теорию и посмотрим как работает инжекторный двигатель с компьютерным управлением. С практической точки зрения это выглядит так.
Основная задача - 1 грамм бензина на 14,7 грамм воздуха.
Компьютер должен точно знать сколько лить бензина. Это его главная работа. Для этого он измеряет температуру, расход и давление входящего воздуха. В дополнение он измеряет температуру головки цилиндров, проходя через которую воздух непременно нагревается и увеличивается в объеме. О состоянии выхлопных газов компьютер знает по данным с датчика кислорода. Датчик кислорода, который вернее было бы назвать датчиком отсутствия кислорода, при наличии кислорода в выхлопных газах, выдает напряжение 0 – 0,2 Вольт, а при его отсутствии 0,8 – 0,9 Вольт. Но это детали. Дальше необходим основной датчик системы – датчик положения коленвала. По нему определяется скорость вращения коленвала и его текущее положение для синхронизации системы зажигания и впрыска топлива. Просто нет смысла лить топливо на впускной клапан, кода он закрыт. О наших намерениях компьютер знает по датчику положения дроссельной заслонки, которая поворачивается, когда мы нажимаем педаль газа (акселератора). Забудем на время о дополнительных датчиках. Это может быть датчик разряжения во впускном коллекторе, датчики системы рециркуляции газов, температуры антифриза, детонации, датчик кислорода на выходе катализатора и так далее. Если они есть, то разбираться с ними будет компьютер.
Теперь, так как мы практики, сделаем эксперимент. Давайте отключим все датчики, кроме датчика положения коленвала, и заведем двигатель. Заведется? Конечно. И будет нормально работать до момента пока мы нажмем на педаль газа. Тут он заглохнет. Хорошо. Подключим второй датчик, датчик положения дроссельной заслонки. Теперь, кроме того, что двигатель будет прекрасно заводиться, на машине можно будет ехать.
Почему так получается?
Прежде всего, любой компьютер в течении первых 10 - 200 секунд не обращает внимания на датчики, а работает по внутренней программе. Это называется работа без обратной связи (с открытым кольцом управления или "Open Loop"). По истечении этого времени компьютер пытается начать работу с учетом данный получаемых с датчиков. Если возникает сбой датчика, то вместо его показаний вставляются значения из таблицы, которая заложена заводом изготовителем в память компьютера. Не ленивый изготовитель (речь идет о Форде) заложил таблицы на все датчики, на случай если датчик отсутствует или работает плохо. Это такие многомерные матрицы с числами, но речь не о них. Не имеет значения сколько датчиков «накрылись медным тазом». Хоть все (кроме датчика положения коленвала и дроссельной заслонки, конечно). Просто компьютер «падает» в защищенный режим, который позволяет избежать фатальных последствий, к примеру, когда Вы обгоняете на скорости 130 км/час и происходит сбой какого-нибудь датчика.
Все отклонения в работе датчиков, списываются компьютером на износ двигателя, который просчитан до 300 - 500 тыс. км. Это означает, что если «доктор Пилюлькин» поставил Вам в автомобиль другой датчик расхода воздуха (Mass Air Flow sensor (MAF)), номер которого совпадает, а калибровочная характеристика нет (это две последние буквы в номере датчика), то компьютер воспримет это как дополнительный износ двигателя. По жизни, это приводит к ошибкам чего угодно, но только не MAF сенсора. Очень сложно определить. Но «пилюлькины» не по этим делам и машина, рано или поздно, попадет к профессионалу, который, ругаясь, это устранит. Но, что то, я отвлекся от темы.
Задача компьютера лить бензин, весь вопрос сколько. Логично предположить, что если бы мы были на месте компьютера, то мы бы лили, по возможности, поменьше. К сожалению, к компьютера другие приоритеты.
С одной стороны это работа катализатора. На максимальной мощности, с целью обеспечить равномерную загрузку компонентов катализатора, необходимо удерживать соотношение вес воздуха к весу бензина 14,7 : 1 (на 14,7 грамма воздуха в камеру сгорания должно поступить 1 грамм бензина). Основная задача катализатора – уменьшить выброс вредных веществ, а именно при этом соотношении происходит компромисс между азотной и углеродной составляющей.
На холостом ходу или режиме малой мощности нагрузка на катализатор не имеет значения. Он гарантированно справится. Тут появляется возможность немного поиграть с отношением воздух – топливо. Можно подать больше воздуха и меньше топлива, при условии, что двигатель будет устойчиво работать. Не секрет, что КПД двигателя внутреннего сгорания, пусть даже инжекторного, лежит в диапазоне 8 – 12% на холостых оборотах и 25 – 35% в режиме оптимальной нагрузки (данные взяты из книжки на ссылка на которую была выше). Для того, что бы ответить почему так происходит не надо изучать теорию тепловых двигателей. Давайте просто подумаем.
Наличие дроссельной заслонки, которая на малых мощностях закрыта, создает разряжение во впускном коллекторе до 0,3 атмосферы. Это вызывает насосные потери. Двигателю, приходится бороться с этим разряжением каждый раз когда поршень засасывает воздух в цилиндр.
Даже если закрыть глаза на это, то возникает проблема с горением топлива. Оно горит немного медленнее. Поэтому, и весьма логично, надо поджечь топливо воздушную смесь раньше, что бы в момент прохода поршнем верхней мертвой точки, давление и температура достигли максимума. Но при этом поршню приходится преодолевать дополнительное давление, которое возрастает с момента поджига топливо воздушной смеси.
В дополнение, в нормально работающем двигателе, топливо воздушная смесь сжимается поршнем, а потом поджигается свечей зажигания. При этом, на момент поджига, за счет сжатия, температура топливо воздушной смеси повышается до 700 градусов Цельсия (из книжки). Если сильно обеднить топливо воздушную смесь, скажем уменьшить количество топлива, то в цилиндре уже будет нечего сжимать, температура недостаточно повысится и смесь просто не загорится от энергии свечи зажигания.
Теперь к практике.
У меня электролизер, который при токе 30 Ампер покрывает необходимость в водороде атмосферного дизельного двигателя (1 литр) на 2,5%. Если пересчитать это на инжекторный двигатель с дроссельной заслонкой, которая создает разряжение 0,3 атм., то получается, что я покрываю необходимость в водороде на 7 – 8% для условного двигателя объемом 1 литр на холостых оборотах. Если Вы верите книжке, то это позволяет только за счет имеющегося водорода работать на обедненной смеси топливо – воздух. Забудем о водяном паре (около 12%) и кислороде (3 – 4%). По имеющемуся графику это позволяет, только за счет 7% водорода, обеднить топливо воздушную смесь в два раза, сохранив устойчивую работу двигателя. Если по простому, то на холостом ходу и малых нагрузках, двигатель будет потреблять в два раза меньше бензина.
На практике, на карбюраторном двигателе, Вы можете просто накрутить винт регулятора холостого хода. Это, теоретически, поднимет КПД двигателя на холостом ходу, на 60 – 80 процентов, минус расходы 30 Ампер на 12 Вольт, если Вы питаете электролизер от генератора автомобиля. И это только за счет наличия 7% водорода.
Поведение инжекторных двигателей, при добавке водорода к топливу, сложно предсказать, так как они имеют разные алгоритмы управления.
Перспективными являются дизельные двигатели, в которых изменение мощности и оборотов двигателя производится изменением качества топливо воздушной смеси при постоянном объеме воздуха. В двигателях такого типа дополнительный водород учитывается системой управления двигателем, автоматически.
Что мы знаем, на сегодняшний день.
1. Добавка водорода к топливу повышает октановое число в зависимости от концентрации. Речь идет о 10 – 15 пунктах.
2. Добавка 7% водорода к бензину позволяет подвинуть стереометрическое отношение с 1:14,7, до 1:29,4, что означает двойную экономию топлива (только для режима холостого хода и малых нагрузок карбюраторных двигателей)
3. Работа водорода в инжекторном двигателе: сгорает и отбирает кислород, несгоревший бензин возвращает сигнал «в смеси много топлива», компьютер уменьшает количество бензина в топливо воздушной смеси.
4. Водород помогает воспламенению и обеспечивает равномерное горение топливо воздушной смеси.
5. Добавка водорода уменьшает количество моно оксида азота в выхлопных газах. Образование моно оксида азота отбирает много энергии.
6. Водяной пар, в малых количествах, повышает массу рабочего тела в цилиндре, снижает температуру, помогает работать двигателям с заниженной компрессией.
7. Добавка кислорода – нет данных.
8. Работа двигателя на чистом водороде. Возможна. Но мощность двигателя будет ниже, чем в бензиновом (дизельном) варианте.
Заключение.
В книжке, ссылка на которую выше, прекрасно описывается работа двигателя с добавкой водорода и на чистом водороде. Прочитайте ее и Вы получите много ценной информации и пищи для размышлений. Конечно, эта книга не описывает применение электролизера в автомобиле. Но, косвенно, она рассказывает о том какие возможны варианты и что можно ожидать от применения автомобильного электролизера.
И последнее.
Не покупайте электролизер. Его нужно сделать самому или не покупать. Почему?
1. Все конструкции, которые я видел в и-нете, мягко говоря, не совершенны.
2. Их производительность вызывает некоторые сомнения.
3. Системы отделения щелочи, от паров воды, либо отсутствуют либо несовершенны.
4. Отсутсвуют инструкции по настройке системы для конкретных автомобилей.
5. Отсутствует алгоритм управления или стратегия работы электролизера.
6. Сложная система обслуживания и заправки дистиллированной водой.
7. В большинстве не продумана система безопасности и аварийного отключения.
Если Вы сделали систему электролиза для автомобиля или купили, то посмотрите на нее критически из соображений этих семи пунктов.
_