Природные процессы. бестопливной энергетики
Адресное микродозирование топлива
Цель – облегчение воспламенения в цилиндре двс при минимальном расходе топлива.
При бестопливном режиме топливо нужно, в основном, для облегчения воспламенения переобедненной смеси: тогда не нужны высокая индукция в оптимизаторе, большая мощность электрического разряда (искры), другие сложные устройства усиления возбуждающего импульса для начала горения.
Обычно топливо подают в объем камеры сгорания в цилиндре двигателя. Стараются равномерно распределить его по объему при стехиометрическом соотношении топливо – воздух. Но воспламеняется топливо первоначально только в микрозоне разряда между электродами свечи зажигания, не во всем объеме камеры сгорания. Затем объем светящейся области пламени увеличивается постепенно, достаточно медленно, с вращением вправо вдоль стенки цилиндра, если смотреть сверху (фотографии сделаны Е. С. Бугайцом). Если в обычном термическом топливном режиме топливо нужно, и оно воспламеняется затем по всему объему цилиндра, то в автотермическом бестопливном режиме во всем объеме цилиндра работает не топливо, а предварительно обработанный в оптимизаторе воздух. Топливо, если и нужно для облегчения зажигания, то совсем немного и с подачей адресно в микрозону начала воспламенения, в зазор между электродами свечи.
Из стехиометрического соотношения следует, что в цилиндры двигателя должно подаваться топливо в количестве 1/15 от массы смеси всегда, независимо от нагрузки и оборотов. В то же время применение адресного микродозирования позволяет поддерживать стехиометрическое соотношение топливо – воздух постоянным только в микрозоне зазора между контактами свечи. Это требует, как указано выше, минимальной энергии на искру. Для наглядности ориентировочно можно подсчитать расход топлива при его подаче по каплям, например, размером 1 мм3. На каждые два оборота (из 3000 об/мин) в 4-х цилиндрах двигателя ВАЗ-2106 будет расходоваться
(3000/2) × 4 = 6000 мм3/мин = 360 мл/ч, что в 10/0,36 = 28 раз меньше, чем обычно. Это соответствует соотношению топливо – воздух 1:400.
Форсунки с капельной подачей топлива к электродам свечи разработаны, например, Ю. Поповым /21/. Они были изготовлены и испытаны в количестве более двух десятков штук. Так же по имеющейся информации (журнал «Пикап», 2003 г.) автомобильные фирмы, в том числе Мерседес и Тайота, разрабатывают устройства для создания переобедненной смеси. Указывается, что достигнуто соотношение топливо – воздух 1:40…1:50. Во-первых, это многовато, нужно еще меньше. Во-вторых, без дополнительной доцилиндровой и внутрицилиндровой обработки воздуха бестопливный (точнее близкий к бестопливному) режим не будет получен. Автотермический режим с малым расходом топлива начинается ориентировочно при соотношении топливо – воздух менее 1:100. А мы на автомобили ВАЗ-2106 ездили при соотношении 1:600 и менее.
При автотермическом бестопливном режиме горения воздуха, прошедшего обработку в оптимизаторе, электроны связи атомов в молекулах кислорода и азота становятся свободными при втором воздействии – в цилиндре двс – и начинают ФПВР с выделением энергии не из топлива, а из воздуха. При недостаточном энерговозбуждающем воздействии на воздух топливо может потребоваться в мизерном количестве только для облегчения начала воспламенения. Конечно, в этом случае рационально подавать топливо микродозами, каплями, микропорциями непосредственно в зону искры, а не в объем цилиндра, так чтобы начало воспламенения происходило в указанных выше пределах горючести смеси, близких к стехиометрическому соотношению топливо – воздух. При подаче малого количества топлива в объем цилиндра, безадресно, эти значения соблюдаться не будут, воспламенения не получится, двигатель работать не будет. Либо – надо увеличивать в десятки раз расход топлива только для соблюдения пределов горючести, но не для получения мощности, которая обеспечивается за счет энергии воздуха, а топливо тут не нужно.
