12.1 Интенсифицирование горения топлива с помощью сильного электрического поля

Главный резерв для всестороннего усовершенствования всего транспорта – использование в существующих тепловых машинах сильных электрических полей.

Применение в термодинамическом цикле современных тепловых машин сильных электрических полей позволит не только интенсифицировать горение топливной смеси, но и эффективно управлять величиной и направлением давления газов в камерах сгорания, использовать воду как топливо.

Известны и нашли массовое применение многие полезные изобретения, например, более интенсивное воспламенение топливной смеси за счет повышения мощности электрозажигания смеси, степени смешивания топливной смеси, устройства по более точной дозировке топлива (инжекторные системы впрыска) и т.д. Эти новшества, конечно, дают некоторую экономию топлива (5–10%).    Но, по большому счету, пока ничего радикального в развитии ДВС за последние 100 лет не произошло. Как говорится, “воз и ныне там”. Почему же такая низкая эффективность ДВС? Потому что пока крайне нерационально используется давление газов в камерах сгорания ДВС. А именно из-за того, что горящие газы начинают расширяться в камере сгорания во все стороны. И только небольшая их часть толкает поршень– не более 30–49%. Остальные газы бесполезно давят на боковые стенки камеры сгорания, т.е. большая часть теплоты сгорания топлива расходуется нерационально и только приводит к бесполезным тепловым потерям. Поэтому более общее название ДВС – “тепловой двигатель” по сути и отражает его энергетическое несовершенство. Именно поэтому разработчикам и не удавалось существенно улучшить энергетику моторов.

12.2.Тенденция дальнейшей электрификации моторов автотранспорта

  Вы скажете, что современный мотор и так уже значительно электрифицирован. Это и система электрозажигания топливной смеси, и система электронного впрыска и многочисленные электронные датчики, и прочее. Да, это так, но на наш взгляд, это далеко не предел. Так, что же может еще улучшить электротехника в существующих бензиновых ДВС?   И как может электротехника помочь его радикальному совершенствованию. Чтобы сделать его существенно более экономичными и экологически чистыми. Каким образом? Для этого высоковольтное электричество необходимо ввести непосредственно внутрь камер сгорания мотора. И не только. Электричество надо использовать также в процессах подготовки и распыления топливной смеси и преобразования химической энергии топлива в механическую энергию. А насколько это эффективно? Конечно, существуют и развиваются и другие более электрифицированные типы автотранспорта. Это и электромобили, и гибридные системы автотранспорта типа “мотор-колесо”, в которых вначале вся энергия топлива превращается в электроэнергию, а затем в механическую тягу вращения колес посредством специальных дисковых электродвигателей. Но пока все они еще очень несовершенны, а их энергетика неудовлетворительна. Поэтому все они пока не нашли еще массового применения.

Данный способ показывает эффективность применения во многих узлах маломощных, но сильных электрических полей, обладающих мощными электрическими силами. Высоковольтное напряжение, порядка 20–39 кВ, полученное, например, от бортового маломощного высоковольтного преобразователя напряжения (не более 100 ватт) и электрогенератора, и специальным образом введенное в камеры сгорания мотора, очень полезно для улучшения энергетических характеристик серийного ДВС.  И для интенсификации горения топлива, и для более полного использования химической энергии традиционного топлива путем управления давлением газов на поршень, и для экологической очистки выхлопных газов.  И даже позволит получать экологически чистое топливо (водород) из воды прямо в самом автомобиле, создать принципиально новый экономичный электромобиль.

12.3.Трехкратное повышение эффективности бензинового мотора

( Пат. РФ №№2079766,2071219, 2126094,2134354 и др..)

 С помощью маломощного высоковольтного электрического поля, правильно введенного в камеры сгорания мотора, с вектором поля вдоль оси хода поршня можно довольно просто и намного полнее и полезнее использовать энергию давления расширяющихся газов горящей топливной смеси в камерах сгорания ДВС. А именно направить их давление практически полностью на поршень ДВС, т.е. создать направленное давление на поршень в камере сгорания. Полезный эффект упорядочения теплового движения молекул расширяющегося газа внутри камеры сгорания, осуществляют мощные Кулоновские силы электрического поля. Оно (электрическое поле) обладает удивительными свойствами “приструнить” это первоначально хаотическое движение непослушных молекул газа = в нашем случае электрически заряженных частиц (электрических диполей и ионов) газов горящего топлива с помощью электромеханического взаимодействия силовых линий поля и движущихся электрических радикалов горящей топливной смеси. В результате, практически все движущиеся молекулы горящего газа в камере сгорания ориентируются вдоль силовых линий поля. Другими словами, практически все давление горящих расширяющихся газов направлено на поршень. Это практически достигается с помощью продольного по оси поршня электрического поля с высоким напряжением, но относительно малой мощности. Дело все в том, что горящая топливная смесь в камере сгорания ДВС и так уже ионизирована. Ведь в этом и состоит физическая сущность горения – в ионизации и дроблении заряженных радикалов топлива.  Кроме того, продольное сильное электрическое поле, введенное в камеру сгорания вдоль оси хода поршня, начинает еще и эффективно интенсифицировать горение смеси и одновременно управлять движением электрически заряженных частиц (радикалов) горящей смеси именно в нужном нам направлением. Именно на поршень! Тогда электрически заряженным частицам (радикалам, ионам и прочее) будет энергетически трудно пересекать эти силовые линии поля. А вот вдоль этих силовых линий поля они будут двигаться свободно и даже ускоряться. Конечно, не все молекулы газа удастся сориентировать в нужном направлении. Но уже экспериментально установлено, что электрическое поле с напряженностью порядка 1– 2 кВ/см сделает это при минимальных энергетических затратах. Электрические токи от высоковольтного бортового источника, необходимые для этого эффекта ориентации молекул газа, составляют миллиАмперы. А рост давления на поршень и мощность ДВС возрастают в 2–2,5 раза при том же потреблении топлива.  А это уже весьма важно для улучшения энергетики моторов. И что самое интересное, в продольном электрическом поле топливная смесь и горит в камерах сгорания намного более полно и быстро. Наши эксперименты показывают, что выхлопные газы в таком двигателе практически полностью экологически чистые. В них только углекислый газ и пары воды. Почему? Потому что возникает эффект чистого горения топливной смеси в камерах ДВС. Ведь наэлектризованные воздух и топливо иозонируются в электрополе. Изменением напряженности электрического поля внутри камер сгорания достигают регулирование давления газов на поршень. Это позволяет более эффективно и точно регулировать вращающий момент и мощность мотора в соответствии с характером езды и с нагрузкой на валу.