Василий Лекомцев: Дао работы двигателя внутреннего сгорания или критический анализ некоторых способов экономии топлива в ДВС.Назад
Василий Лекомцев: Дао работы двигателя внутреннего сгорания или критический анализ некоторых способов экономии топлива в ДВС.
Чтобы понять внутреннюю суть предмета попробуй понять его дао. Лао-дзы.
В интернете циркулирует множество рекламных способов экономии топлива при эксплуатации автомобилей. Попробуем их перечислить. 1. Установка дополнительного небольшого конденсатора в электрической цепи. 2. Установка магнитов в районе бензопроводов и воздушных фильтров. 3. Установка дополнительного компрессора или турбонаддува в системе подачи воздуха в камеры сгорания, а также подача окислителя в систему подачи воздуха.
Прежде чем анализировать их достоинства и недостатки, для начала хочу рассмотреть некоторые свои полезные наблюдения об экономии топлива при эксплуатации автомобиля на основе личного опыта. Но прежде чем, исследовать режимы экономии топлива следует установить правильный угол зажигания свечей, которые должны быть почищены, и они желательно должны быть новыми, и на них должен устойчиво приходить высоковольтный импульс, т.е. в вв проводах не должно быть утечек. И еще должна быть чистой система подачи топлива, т.е. в системе подачи топлива должен быть чистый бензиновый фильтр. И бензин должен быть правильным. Помню при выполнении не всех этих условий, у меня засорился карбюратор еще на вазовской девятке. Где то залил грязный бензин, и машина начала дергаться и иногда просто глохла. Я поехал почистить карбюратор. Карбюратор почистили, и народный умелец порекомендовал мне заменить расходную шайбу в карбюраторе, т.е. просто уменьшить диаметр отверстия, через который происходит впрыск топлива. Я согласился, и после установки этой шайбы обнаружил, что расход топлива уменьшился примерно с 9 литров на 100км, до 7 литров при поездках по городу. Но при этом я еще и ощутил, что машина стала медленнее разгоняться. А это значит, что если у вас уменьшается расход топлива, то вместе с этим происходит уменьшение мощности двигателя. И это не всегда полезно, но в условиях движения по городу со средней скоростью 30- 40 км/час вполне допустимо. И еще одно наблюдение. В летнее время на своей девятке я проехал по грунтовой и очень пыльной дороге километров 30, потом выехал на трассу. В это время пошел сильный дождь, и я обнаружил, что у меня резко увеличилась мощность двигателя, и при этом расход топлива уменьшился. Я попытался найти объяснение этому эффекту. Воздушный фильтр забился пылью. А это силикаты и частички окиси алюминия, которые, как известно, являются катализаторами и активируют протекание окислительных процессов с водой. Сама вода является хорошим окислителем с углеводородами, особенно в присутствии катализаторов. И еще влажный воздух имеет меньшую плотность, чем сухой воздух. И, следовательно, масса воздушной смеси в камере сгорания уменьшается. И при сгорании топлива это приводит к увеличению температуры, а, следовательно, и мощности. Еще более простое объяснение этого эффект заключается в следующем. Влажный забитый фильтр начинает плохо пропускать воздух в камеру сгорания, и поэтому начальное давление в камере снижается до 0.8-0.9 атм. Уменьшение давления воздуха приводит к повышению температуры, т.е. меньший объем воздуха нагревается до большей температуры, и работа совершается та же самая при меньших расходах топлива. Я и раньше замечал снижение расхода топлива при движении в условиях повышенной влажности, но связывал это просто с уменьшением скорости передвижения во время дождя. Потом я неоднократно использовал этот способ увеличения мощности двигателя и в сухую погоду. Просто подливал немного воды в чашку воздушного фильтра. На длинных трассах это увеличивало мощность двигателя и приводило к экономии топлива. Рекомендую попробовать. Правда химики утверждают, что силикатные фильтры приводят к адсорбции азота, т.е. на выходе должна повышаться концентрация кислорода, что также приводит к повышению температуры в камере сгорания. Но в данном случае я это утверждать не могу, но если у химиков получиться создать подобный научно обоснованный и проверенный на практике воздушный алюмосиликатный адсорбирующий фильтр, то это может привести к экономии топлива, и водители будут им благодарны. Возможно, благодаря таким фильтрам снизятся выбросы в атмосферу окислов азота. И еще при использовании 92 и 95 бензина обнаружил, что на карбюраторном двигателе при одних и тех же режимах работы расход 95 бензина оказывается меньшим. Я объяснил это тем, что вязкость и поверхностное натяжение 95 бензина повыше, а это значит, что при прочих равных условиях через малое отверстие карбюратора его в единицу времени протекает меньше. А его энергетические параметры выше, т.е. несмотря на то, что 95 бензин дороже, его использование приводит к небольшой экономии денежных средств по сравнению с 92 бензином. Это что касается карбюраторных двигателей. Что касается инжекторных впрысков топлива, то прежде, чем рассмотреть возможные способы экономии топлива для них необходимо обсудить несколько вопросов о возможных режимах работы этих систем в условиях различных режимов работы свечей зажигания. Известно, что пробой искры в камере сгорания происходит в момент сжатия рабочей смеси при давлении примерно 9 атм. при подаче на свечу импульса напряжения 10-12 кВ. Для определения эффективности работы свечи зажигания и двигателя полезно просто отвернуть ее и посмотреть на ее состояние.
О режимах работы свечей зажигания.
Вид загрязнений свечи при нормальном состоянии двигателя. Такой вид имеют свечи после 15-20 тыс. км пробега. Происходит разрушение материала электродов свечи. Он оседает на изоляторе, что приводит к утечкам тока по изолятору. Искра становиться "слабой", что приводит к неполному сгоранию топлива. Кроме того, происходит увеличение рабочего зазора и закругление кромки инициирующего электрода. Это приводит к задержке искры. В принципе такую свечу, если почистить, то можно использовать и дальше, но при этом необходимо отрегулировать угол зажигания. Но в принципе, если свеча не дорогая, лучше ее заменить.
Матовая черная копоть на свече. А это результат неполного сгорания топлива из-за позднего срабатывания искры или "слабой" искры из-за возникших утечек тока по нагару на изоляторе или утечек в вв проводов системы зажигания. Но возможно, это результат плохого качества бензина. Еще одной причиной появления такого нагара является длительная работа двигателя на малых оборотах из-за неполного сгорания топлива. Возможно, в двигателе с такими свечами пора менять поршневые кольца. Углеродное покрытие на электродах ограничивает после этого ток искры, и она становиться "слабой". Раньше такие свечи прокаливали, промывали и ставили назад. Сейчас просто меняют.
Черный маслянистый нагар на свече. Такой вид свеча имеет при плохом качестве бензина, или при попадании масла в камеру сгорания.
Толстый слой рыхлых отложений на свече. А это итог работы двигателя на бензине с карбонильными антидетонационными присадками. Скорее всего карбонил никеля, или какая-нибудь другая органическая присадка типа нафталина или парафина. В старые времена хитрые водители добавляли в бензин нафталин, чтобы уменьшить уровень СО перед техосмотром. Такая добавка приводила к отложению молекул нафталина в отверстии расходной шайбы карбюратора, т.е. к уменьшению подачи топлива в камеру сгорания. Температура горения повышалась, и уровень СО уменьшался. Но это приводило к снижению мощности двигателя, и к таким отложениям на свечах. Кроме того, засорялся бензопровод, фильтр очистки бензина и карбюратор. Для инжекторных двигателей такая добавка может быть чревата плохими последствиями.
Отложения красного цвета. А так выглядит нагар от карбонила железа. Лучшая рекомендация - это избегать заправок, после которых появляется такой нагар на свечах. Такой бензин может засорить и форсунки инжектора. В принципе, такие добавки также приводят к экономии топлива, так как засоряют форсунки и расходные шайбы, но их добавляют, как правило, в бензин с низким октановым числом. И использование такого бензина для обеспечения требуемой мощности приводит к его увеличенному расходу, т.е. двигатель вынужден работать на больших оборотах.
Оплавление центрального электрода. А это результат работы свечи с большим током в цепи зажигания. В вв проводах системы зажигания для ограничения этого тока установлено ограничивающее сопротивление для увеличения ресурса работы свечи зажигания. Возможно, оно стало проводником, или вышло из строя коммутирующее устройство в цепи зажигания. Установка дополнительного конденсатора в цепи зажигания может увеличить ток искры, но может и привести к расплавлению электрода свечи, что сильно сократит срок службы свечи. В результате такого процесса должна сгореть катушка зажигания. Еще одним возможным процессом, который привел к разрушению центрального электрода, может быть работа двигателя на очень больших оборотах, на уровне 5 -8 тыс. При этом электроды свечи не успевают сбросить температуру и при длительной работе в таком режиме происходит плавление электродов.
Разрушение теплового конуса изолятора. Нагар на изоляторе привел к пробоям по поверхности изолятора и к его разрушению. Возможно, это связано с увеличением амплитуды импульса высокого напряжения на свече. И такой процесс может быть инициирован установкой дополнительного конденсатора в цепи зажигания.
Как видим в двигателе внутреннего сгорания могут быть различные условия инициирования искры, и кроме того качество бензина может лежать в весьма широком диапазоне, поэтому положительные или отрицательные результаты экспериментов могут сильно зависеть от качества бензина и от различных в нем примесей. Попробуем проанализировать действительную эффективность выше перечисленных способов при нормальных условиях работы свечей зажигания и нормальных условиях работы электрических цепей. 1. К чему приводит установка небольшого конденсатора в цепи электропитания автомобиля. Увеличивается ток искры и ее длительность. Это позволяет увеличить эффективность горения в камере сгорания, т.е. продукты будут сгорать полностью. Будет очищаться свеча от нагара, т.е. будут улучшаться режимы ее работы, но в то же время это приведет к сокращению срока службы свечей, т.е. их чаше придется менять. И еще увеличение длительности импульса позволит реже регулировать угол зажигания, но чаще менять свечи. А вот на расходе топлива работа свечей зажигания никак не скажется. Поэтому его использование в карбюраторных двигателей практически бесполезно. Для них можно просто уменьшить размер расходной шайбы в карбюраторе. Расход топлива в инжекторных двигателях определяется длительностью импульса, который подается на электромагнитный клапан инжекторов. Это где 2-6 мсек. Установка небольшого конденсатора приводит к высокочастотным колебаниям мембраны инжектора, т.е. к периодическим открываниям и закрываниям клапана инжектора на протяжении длительности подачи топлива. Это действительно может сократить расход топлива. В инжекторах некоторых фирм действительно реализуется такой режим работы. Но ограничение подачи топлива снижает мощность двигателя. И использование такого устройства может быть полезно при работе двигателя на малых оборотах. В пробках, при движению по городу. На трассе такое устройство практически бесполезно. Электронное управление инжекторами обеспечивает вполне экономичный режим работы современных двигателей именно на трассах. Но если есть желание экономии топлива в условиях передвижения по городу, то лучше сразу устанавливать на мощные двигатели инжекторы от малолитражек. Их посадочные размеры почти одинаковые. Только зачем тогда приобретать мощные автомобили. Поэтому попытаюсь сформулировать свое мнение по поводу подобных устройств. Это небольшой лохотрон, который позволяет чуть-чуть экономить горючее при движении по городу и в пробках, при этом просто ограничивается рабочая мощность двигателя. В карбюраторных двигателях это можно реализовать просто в виде уменьшение диаметра расходной шайбы. Судя по публикациях в интернете, кое кто пытается бороться с подобными устройствами административными методами, но, я уверен, что у производителей есть сертификат на эту продукцию, и результаты официальной экспертизы. Небольшой эффект действительно может быть. А потребителям никто не может запретить использование сертифицированной продукции на своем автомобиле. И если они верят, что это приведет к экономии расхода горючего, то это их право. Пусть платят и проверяют. Но я бы рекомендовал им лучше отрегулировать угол зажигания, чаще менять свечи, и пользоваться качественным бензином. Это дает больший эффект, чем использование различных примочек. 2. К чему приводит использование магнитов в районе бензопроводов. А это увеличивает поверхностное натяжение и вязкость жидкости из-за магнитных сил притяжения молекул. Подробно это вопрос я рассмотрел в своей публикации " О влиянии электрического и магнитного поля на кавитацию в жидкости". Повышение вязкости жидкости приводит к уменьшению ее расхода, т.е. к снижению мощности двигателя. И действительно есть экспериментальные подтверждения о сокращении на 20-30% расхода топлива. Может кому-то и требуется снижать расход топлива за счет сокращения мощности двигателя. К чему приводит установка магнитов в районе воздушного фильтра. А просто воздушный фильтр лучше поглощает и адсорбирует "намагниченные" молекулы азота и кислорода, т.е. действует почти также как и смоченный воздушный фильтр. Это приводит к небольшому снижению начального давления в камере сгорания. И в конечном итоге к экономии топлива без снижения мощности двигателя. Возможно, повышается парциальное давление кислорода в рабочей смеси при общем снижении ее массы. Влияние магнитного поля на процесс адсорбции, судя по публикациям, особо еще никто не исследовал, и возможно после проведения таких исследований может возникнуть новое направление в аналитической химии - хромотография в магнитном поле. И в магнитном поле может повыситься эффективность разделения газов для известных адсорбентов. Установка постоянных магнитов в районе воздушного фильтра, как утверждают некоторые пытливые умы, действительно приводит к экономии расхода топлива. Это теоретически можно обосновать, но лично я таких экспериментов не проводил. А если и буду проводить, то постараюсь проверить его в сочетании с влажным воздушным фильтром. По моему мнению, магнитный способ экономии расхода топлива имеет лучшие перспективы к использованию, чем предыдущий. Но его эффект также не очень большой, не выше 10-20%. 3. Итак, если при малых расходах топлива увеличить скорость протекания процессов, то это приведет к увеличению температуры в камере сгорания, т.е. к более эффективному сжиганию топлива в камере сгорания, которая позволяет обеспечить ту же мощность двигателя при малых расходах. В гоночных и мощных автомобилях это реализуется в виде специального турбонаддува воздуха в камеру сгорания. Кроме того, это можно обеспечить с помощью повышения парциального давления кислорода при общем начальном уменьшении начального давления в камере, путем удаления азота, или использования окислителей. В своих экспериментах я в качестве дополнительного окислителя использовал обычную воду. Где-то в литературе я встречал использование коронного высоковольтного разряда для наработки озона и окислов азота в рабочей смеси, т.е. использование способа ограничения подачи горючего без интенсификации процессов горения в камере сгорания не имеет большого смысла. А вот использование дополнительных способов интенсификации процессов горения в камере сгорания позволяет с помощью электронных схем инжекторных двигателей действительно экономить горючее без снижения мощности двигателей. Но в одной из последних поездок в автомобиле отечественного производства с инжекторным двигателем после замены свечей, промывки инжекторов и установки правильного угла зажигания у меня на 200 км ушло 10-12 л. бензина. Куда уж меньше то.
