- На некоторых американских и немецких самолётах и танках времён Второй Мировой войны, устанавливались двигатели, в цилиндры которых, вместе с топливом вводилась небольшая порция обычной воды. От контакта с горящим топливом, раскалённым поршнем и цилиндром, вода вскипала, и расширяющийся пар, помогал рабочим газам приводить поршень в движение. Превращаясь во время кипения или испарения в пар, вода увеличивалась в своём объёме в 1700 раз (при атмосферном давлении), что и давало существенное увеличение мощности, максимального крутящего момента и коэффициента полезного действия (КПД) этих моторов. Помимо прибавки мощности и экономии топлива на 15 – 20 %, облегчалась и система охлаждения, так как цилиндры охлаждались водой здесь не столько снаружи, сколько изнутри. Моторы с впрыском (инъекцией) воды в цилиндры, к сожалению, не получили своего дальнейшего распространения по причине сравнительно высокой сложности и недостаточной надёжности. Но достижения современной науки и техники, особенно электроники, позволяют надеяться на больший успех. Именно электроника должна регулировать точное дозирование инжектируемой воды, и её предварительное подогревание от внешних стенок цилиндра и выхлопного патрубка ( водяная рубашка), чтобы температура воды перед впрыском, максимально приближалась к своей точке кипения, которая в сжатой газовой среде неизбежно повышается. Поступающее в цилиндр топливо с воздухом, после такого же (как в случае с водой) предварительного подогрева, легче воспламеняется и полнее сгорает, что позволяет снижать напряжение на свечи зажигания и продлевать срок её жизни. Более эффективное непосредственное охлаждение водой раскалённых, интенсивно трущихся, поршневых колец, самого поршня и цилиндра продлевает жизнь мотора. Впрыскиваемая вода и пар может создавать нужную форму и скорость распространения пламени, и этим предотвращать взрывные явления (детонацию), что позволит без вреда для двигателей, создавать ещё большее давление горючей топливовоздушной смеси и использовать более дешёвый низко октановый бензин. Работа двигателя, по крайней мере, по внешним ощущениям, сильно зависит от погодных условий - при высокой влажности воздуха (особенно в дождливую погоду) двигатель работает мягче, спокойней. Параметры водо-воздушного аэрозоля можно регулировать добавкой небольшого количества спирта или ацетона, степень детонации и скорость горения которых несколько ниже, чем у бензина, что позволяет сгладить пик выделяющейся энергии. Вводимая в цилиндр вода снижает температуру горящих газов и этим уменьшает содержание в выхлопных газах токсичных нитратов, образующихся при высокой температуре из атмосферного азота, из которого почти на 79% состоит воздух, а необходимого для горения топлива кислорода, в нём только 21%. Следовательно, надо каким-то образом повысить процентное содержание кислорода в поступающем в цилиндр воздухе, или соответственно уменьшить присутствие в нём азота, который не только не поддерживает горение, но подобно используемым для тушения пожара воде, песку или углекислому газу, сильно препятствует этому горению. К примеру, едва тлеющая лучина, вносимая в пробирку с чистым кислородом, мгновенно вспыхивает ярким пламенем. Поэтому ответственные ракетные аппараты, несмотря на существенное утяжеление конструкции, снабжаются баллонами с чистым кислородом. Автомобиль также может оснащаться ёмкостью с кислородом или же устройством для выделения из воздуха чистого кислорода. Для этих целей современная промышленность, с немалыми затратами энергии, использует громоздкие каскады испарителей и конденсаторов, которые вряд ли когда – нибудь получится установить на автомобиль. Мембранные молекулярные фильтры также не имеют пока достаточной продуктивности и надёжности (влага, пыль и химически активные аэрозоли сильно затрудняют их работу). Лучше содержание кислорода в воздушной массе увеличивать с помощью быстро вращающейся центрифуги, где сравнительно тяжелые частицы кислорода (молекулярный вес - 32) будут собою вытеснять более лёгкие частицы азота (м.в. - 28). Конечно, чистый кислород таким способом не получить. Но если в поступающем в цилиндр воздухе сократить количество азота хотя бы в два раза - с 79% до 40%, то количество кислорода в нём увеличится уже почти в три раза - с 21% до 60%, а выделяющаяся в горении энергия возрастёт ещё больше - в 5-7 раз! При столь интенсивном горении горючее сгорать будет полностью. Тогда обязательный автомобильный нейтрализатор, отнимающий у двигателя часть его мощности для дожигания впустую ядовитых остатков несгоревшего топлива, сажи (углерода), угарного газа и, при некачественном горючем, сероводорода, станет уже не нужен. Сокращение азота в поступающем в цилиндры воздухе, ведёт к снижению массы выбрасываемых окислов азота, вызывающих кислотные дожди, губительные для всего живого на земле, повреждающие архитектурные памятники, различные сооружения и, даже для лакокрасочные покрытия кузовов самих же автомобилей. Молекулы азота и кислорода можно разделять и по разности их намагниченности, предварительно их ионизировав. Намагничивать при низких температурах и ионизировать при высоких можно топливо, воздух, инжектируемую воду, а затем и продукты сгорания. Расположенные вокруг цилиндра катушки индуктивности, защищённые термостойкой керамикой, смогут создать нужную форму горючей смеси - компактно сгруппировать её в центре, равномерно распределить её же по всему объёму цилиндра, или же сместить её к краям - и скорость её возгорания, повысив которую - увеличить мощность, либо понизив - не допустить детонации. Эту детонацию хорошо бы использовать, так как скорость распространения пламени при взрыве, по сравнению с регулируемым (ограниченным) горением, в 5 – 20 и более раз выше, в зависимости от степени сжатия и других условий. Благодаря заведомо избыточному давлению воздуха, можно значительно сократить количество поступающего в цилиндр топлива, без снижения при этом мощности двигателя. Разумеется, прочность двигателя должна соответствовать предложенным нагрузкам, и продуман алгоритм управления этим «взрывомотором». С целью уменьшения нежелательных последствий от резких ударов рабочего газа, верхнюю часть поршня или его сочленения с шатуном - палец лучше слегка подпружинить. Подверженные сильнейшему излучению от пламени, поршни и цилиндры могли бы изготавливаться не только из сплавов железа или более лёгких по весу алюминия и магния, но и керамики, а ещё лучше – из монокристаллического полупроводникового кремния и германия, которые в солнечных батареях вырабатывают электроэнергию. Она, через электродвигатель, помогала бы поршням вращать коленвал мотора. А если кремний, обладающий односторонней электропроводимостью, заменить в фотоэлектрических батареях таким же четырёхвалентным одно-кристаллическим углеродом, т. е. твердейшим и жаростойким искусственным алмазом, из которого попытаться делать «вечные» поршни и цилиндры, или хотя бы их поверхности?.. Подобным же образом логично улучшать показатели экономичности у реактивных авиационных двигателей. Тогда впрыск воды или фотоэлектрические элементы должны находиться уже в камере сгорания или в сопле турбины. Обсуждая варианты экологичных двигателей, нельзя не упомянуть водородные и гибридные автомобильные силовые установки, которые так же нуждаются во всестороннем усовершенствовании. Последние электроэнергию могли бы вырабатывать и накапливать не только благодаря силе инерции движущегося автомобиля, но и за счёт хода амортизаторов всех колёс на неровностях дороги и использовать даже вибрацию работающего мотора, которому уже не требовалось бы устанавливать на коленчатом валу утяжеляющие мотор балансиры, уравновешивающие паразитную инерцию поршней и шатунов. Есть возможности усовершенствования и двухтактных ДВС, выдающих значительно большую, чем четырёхтактные, мощность и разгонную динамику (за счёт малого холостого хода и сопутствующего ему сопротивления трения). Однако нынешние двухтактники более «прожорливые», так как вместе с отработавшими газами в выхлопную трубу вылетает и часть топливовоздушной смеси поступающей в это время в цилиндр для последующего сжигания. Логично к существующему циклу добавить кратковременную фазу принудительной вентиляции цилиндра простым воздухом в момент обратного хода поршня, с тем, чтобы обеспечить наилучшие условия сгорания более обогащённой топливовоздушной смеси, впускаемой в цилиндр только после закрытия выпускного клапана. История последних десятилетий показала, что техника развивается путём неуклонного своего усложнения. И, несмотря на возросшую себестоимость, она всегда, прямо или косвенно, окупает себя. Иногда на подводных лодках и в далёком космосе, в шахтах и тоннелях, на мощных электростанциях и в комнатных условиях, уже используются высокоэкологичные двигатели Стирлинга, изобретённые аж в 1817 (!) году. У них, в абсолютно замкнутом пространстве под большим давлением (200-500 атмосфер) инертный газ (гелий) нагревается от печки с внешним подводом тепла и расширяется, а с другой стороны цилиндра, уже в особом холодильнике, он охлаждается, т. е. сравнительно «сжимается». Возникающая разница давления, над поршнем, и под ним, толкает этот поршень; затем в работу вступают другие цилиндры или запасённая энергия вращающегося маховика. Вместо поршней могут быть и турбины. «Стирлинг» может работать на любом топливе: твёрдом, жидком, газообразном, от энергии солнца, атомного реактора и, вообще, от любых источников тепла, даже не связанных с горением. Благодаря высочайшему максимальному крутящему моменту на низких оборотах «Стирлинг» способен преодолевать значительные перегрузки, и при этом, в отличие от обычных моторов, он не глохнет, и позволяет обойтись даже без коробки передач или вариатора. Сравнительная мощность, КПД, экономичность, нетребовательность к топливу и смазке, неприхотливость и простота обслуживания, универсальность применения, бесшумность, лёгкий запуск в холодное время года, долговечность, малый удельный вес и компактность, низкая себестоимость, надёжность и многие другие параметры выгодно отличают моторы Стирлинга от традиционных двигателей внутреннего сгорания. Обладающие поистине фантастическими характеристиками, «Стирлинги» всё ещё остаются незамеченными производителями серийных автомобилей и другой подвижной техники. Предложенные здесь идеи только с большой натяжкой можно назвать изобретениями по той причине, что почти такие же двигателя уже использовались в технике в прежние времена. Это, в большей степени, лишь попытка (пока безуспешная и, получается, бескорыстная) призвать мировых автопроизводителей, ввиду наступающего роста цен на нефть и неизбежного энергетического и экологического кризиса, возвратиться к несколько подзабытым, но вполне оправдавшим себя способам экономии топлива с привлечением и современных технологий. Безукладников Василий Александрович.
