Новое направление развития двигателей внутреннего сгорания

Заявлено новое направление развития двигателей внутреннего сгорания, возможно, поставившее крест на электромобилях

   Появившийся на свет автомобиль, в таком виде, как мы его знаем, принципиально не менялся в течение многих лет и даже десятков лет.
Такова судьба успешных изобретений, стремительный взлет и бурное развитие сменяется медленной «тлеющей» эволюцией. Классический вариант, признанный мировым сообществом, на долгие годы определил канву будущего облика. Нет принципиальных решений, позволяющих вдохнуть вторую жизнь в довольно приевшуюся и постаревшую классическую компоновку.

   Но современный автотранспорт настолько переплетен с нашей жизнью, что практически все современные автоконцерны не оставляют попыток обновления и модернизации личного транспорта. Любимой песней автомобильной промышленности является поиск универсального источника топлива, не зависящего от прихотей мировой нефтяной экономики.
В последние несколько лет появились публикации о так называемых универсальных топливных системах, позволяющих преобразовать любой углеводород или просто органический материал практически в полноценное автомобильное топливо. Почти полноценное. В газовом состоянии, с большим содержанием водорода и окиси углерода. В данном случае речь идет о так называемом синтез-газе. Обычно такая смесь газов применяется для химического синтеза ряда соединений, и подобная технология давно и успешно используется во всем мире. Почти полвека назад существовало немало тракторной и автомобильной техники, работающей на газогенераторах, способных производить из обычных дров или угля достаточное количество синтез-газа, или генераторного газа. Подобная мера была вынужденной из-за острой нехватки бензина и дизельного топлива. Справедливости ради надо сказать, что характеристики таких двигателей были очень скромными даже по меркам пятидесятилетней давности. Разработчики нового процесса газогенерации ставили перед собой целью не только получить универсальное топливо, но и повысить реальную экономичность обычного двигателя внутреннего сгорания. Дело в том, что рабочий процесс ДВС, как следствие, вынужденно выбрасывает в окружающую среду в виде горячих газов половину всей выделившейся тепловой энергии. Температура и теплоемкость газов такова, что при наличии определенных условий (никелевого катализатора) энергии отходящих газов вполне хватает для превращения определенного количества смеси, состоящей из углеводорода и водяных паров, в синтез-газ. Водород сам по себе очень эффективное топливо, прекрасно сгорающее в очень широком диапазоне избытка. При этом небольшая, в 10 процентов, добавка в воздушно-топливную смесь резко увеличивает скорость и полноту сгорания даже очень обедненных топливом воздушно-бензиновых смесей.

   Расчеты и последующие натурные испытания показали абсолютную правомерность идеи. Использование энергии отходящих газов для конверсии водотопливной эмульсии в газовое топливо повысило коэффициент полезного действия двигателя на целых 4,5%, а способность работать на сверхобедненных топливных смесях показало поистине фантастические результаты - при работе на холостом ходу двигатель потреблял топлива почти на 40 процентов меньше. В условиях города автомобиль с таким двигателем потреблял топлива на 20 процентов меньше обычного, а экономия топлива на холостом ходу достигает 40 процентов. Замечательная идея использовать тепло отходящих газом для получения синтез-газа была реализована в самых различных вариантах конструкций. Обычно реактор, в котором происходит термический или каталитический процесс разложения исходного топлива, представляет собой компактное устройство, весом до 10кг. Основу такого преобразователя составляет теплообменник, эффективно отбирающий тепло отработанных газов, и собственно капсула с катализатором, через который прокачивается гомогенизированная смесь органического вещества и воды. Катализатором служит, как правило, порошковый никель, нанесенный на химически инертную и стойкую к окислению паром основу. Конструкция не требует кардинальных переделок двигателя, за исключением небольшого дооборудования выхлопных коллекторов и переноса места крепления катализаторной коробки. Общая стоимость доработки не превышает 500 фунтов. К сожалению, массовая практическая реализация идеи ограничивается применением в конструкции большого количества дефицитного никеля.

   Пока, на сегодняшний день, разработчики сумели добиться высоких результатов только для конструкций, спроектированных и оптимизированных под конкретный вид топлива. Есть уже немало конструкций, позволяющих перенастраиваться под бензин, дизельное топливо или керосин. Отдельные экспериментальные конструкции позволяют работать с пастообразным или даже твердым топливом. Интересным решением порадовали японские специалисты, сумевшие в ходе разработок гибридных автомобилей, добиться КПД до 50 процентов двигателя внутреннего сгорания с дополнительным паровым каскадом, использующим в качестве топлива обычный метанол.

   Интересный и перспективный вариант применения синтез-газа был предложен британскими специалистами, когда для переработки использовалась очень небольшое количество бензина, примерно до 6-8 процентов. Полученный газ охлаждался и сжигался в двигателе совместно с бензином или дизельным топливом. При работе на двухкомпонентном топливе общая экономия топлива достигала 18 процентов. Интересно, что для получения синтез-газа не обязательно использовать качественное моторное топливо. В качестве сырья может использоваться отработанное масло, спирт, органические вещества и даже отходы. Единственным условием является ограничение по содержанию в исходном продукте серы и других каталитических ядов, способных вывести из строя никелевый слой реактора. Интенсивные поиски новых каталитических систем, не содержащих никеля, уже сейчас дают повод считать, что подобные ограничения будут сняты в ближайшее время.

   Успехи в разработке генераторов синтез-газа говорят сами за себя - уже в ближайшем будущем появление универсальных компактных реакторов создаст неплохую основу для глубокой модернизации двигателей внутреннего сгорания.