как российский автопром может завоевать мир

Просто один пример, как это будет работать. В сегодняшнем технологическом укладе автомобили BMW, Mercedes, Audi считаются продуктами самой высокой технологии, вершиной современной конструкторской мысли. В каждом из них примерно 1500 трущихся деталей, требующих длинной и фондоёмкой цепочки оборудования для особо точной обработки различных металлов, много подшипников, масел и тд. Это самые сложные и ответственные элементы автомобиля: двигатели, коробки передач, мосты, карданы, тормозные и рулевые системы и т.д. Для производства автомобилей по традиционной технологии добываются миллионы тонн разных видов руды, уголь, производится метал очень сложных составов со строгими физико-химическими характеристиками, требуется оборудование для дорогостоящих процессов литья, прокатки, штамповки, сварки, окраски…Крутится гигантская производственно-технологическая цепочка с миллионами рабочих мест. Так изготавливается любой автомобиль. Именно поэтому господдержка направляется прежде всего производителям с глубокой локализацией. Но… наступает новый технологический уклад. Появляется один из первых образцов-автомобиль Tesla (Model 3). В этом автомобиле ещё только первого поколения нового технологического уклада — кузов композитный, двигатель электрический. Всего 140-150 трущихся деталей. Это означает, что дорогостоящее оборудование заготовительных производств автозаводов (металлургия, кузница, прессовое, арматурное,) и особо точного механообрабатывающего (двигатели, КПП, мосты, карданы) можно сдать в металлолом. Туда же скоро можно отправить сварку и окраску, поскольку композиты и пластики можно окрашивать при приготовлении массы для формования. Mercedes недавно обнародовал, что инвестиции в строительство его завода в России (пока без мощностей по производству двигателей, КПП и других сложных механических узлов и литейного производства) мощностью 25 000 авто в год составили около €300 миллионов. На мощность 100 000 автомобилей (даже бюджетного сегмента) с полным набором локализации производства традиционных узлов и агрегатов потребуются существенно более высокие инвестиции. Это цена пути углубления традиционной технологии для автопрома. Есть над чем задуматься. Но гораздо более существенные и дорогостоящие изменения автопром потребует от других отраслей. С точки зрения нового технологического уклада производства автомобиля, это означает, что автопрому больше в таких масштабах не нужна прежняя металлургия и традиционная металлообработка, радикально меняются требования к продукции таких отраслей, как химия и нефтегазохимия.

Ученые создали нанодвигатель на воде

https://ria.ru/20200914/nanodvigatel-1577227375.html

Ученые создали нанодвигатель на воде

Ученые создали нанодвигатель на воде — РИА Новости, 14.09.2020

Ученые создали нанодвигатель на воде

Американские и британские исследователи разработали соединение, кристаллы которого меняют свой размер в зависимости от влажности. В исследовании, опубликованном РИА Новости, 14.09.2020

2020-09-14T18:02

2020-09-14T18:02

2020-09-14T18:02

наука

биология

физика

химия

открытия — риа наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn21.img.ria.ru/images/07e4/09/0e/1577224330_0:233:2481:1629_1920x0_80_0_0_6757e927df159fd1cdb3508edefd34cd.jpg

МОСКВА, 14 сен — РИА Новости. Американские и британские исследователи разработали соединение, кристаллы которого меняют свой размер в зависимости от влажности. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, подробно описывается, как новый материал может работать в качестве молекулярного нанодвигателя.Испарение и конденсация воды — мощные процессы, энергия которых пока никак не используется. Ученые из Центра перспективных научных исследований Университета города Нью-Йорк вместе с шотландскими коллегами из Университета Стратклайда в Глазго собрали из простых биомолекул — трипептидов, материал, кристаллы которого расширяются и сжимаются в ответ на изменения влажности.Авторы предлагают, что механическую энергию, производимую созданными ими морфогенными кристаллами, можно использовать в различных молекулярных машинах и устройствах.Материал состоит из трехмерных блоков пептидов, в наноразмерных порах которых плотно связывается вода. Когда влажность понижается и достигает критического значения, вода выходит из пор, что приводит к сильному сжатию взаимосвязанной сети. Кристаллы при этом временно теряют свой упорядоченный узор, а когда влажность восстанавливается, возвращаются в первоначальную форму. Такое жесткое и одновременно гибкое поведение кристаллов трипептидов объясняется тем, что их структура напоминает сетку, ячейки-поры которой заполнены водой. При этом процесс заполнения и осушения пор можно повторять до бесконечности — это своего рода наноразмерный вечный двигатель, чрезвычайно эффективный и экологически чистый.Используя комбинацию лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования, исследователи определили факторы, контролирующие срабатывание кристаллов. «По сути, мы создали новый тип привода, который приводится в действие за счет испарения воды, — приводятся в пресс-релизе Центра перспективных научных исследований (ASRC) слова первого автора статьи Роксаны Пиотровска (Roxana Piotrowska). — Наблюдая за его активностью, мы смогли определить фундаментальные механизмы того, как реагирующие на воду материалы эффективно преобразуют испарение в механическую энергию».Важной особенностью нового материала авторы считают то, что морфогенные кристаллы производят из тех же строительных блоков, из которых состоят белки, но они существенно проще, и их свойства можно точно настроить и рационально оптимизировать для каждого конкретного приложения.»Прелесть использования биологических строительных блоков для создания этой новой технологии в том, что полученные кристаллы биосовместимые, биоразлагаемые и недорогие», — отмечает еще один автор исследования, директор ASRC Рейн Улийн (Rein Ulijn). Авторы подчеркивают, что, зная механизм эффективного извлечения энергии испарения и превращения ее в движение, можно в будущем разработать самые разные приложения, такие как роботизированные нанокомплексы, механические микро- и наномашины.

https://ria.ru/20200804/1575334175.html

https://ria.ru/20200407/1569670116.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn23.img.ria.ru/images/07e4/09/0e/1577224330_0:1:2481:1862_1920x0_80_0_0_1b31dcc30529baf3e4eb76e0000e5ff8.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

биология, физика, химия, открытия — риа наука

МОСКВА, 14 сен — РИА Новости. Американские и британские исследователи разработали соединение, кристаллы которого меняют свой размер в зависимости от влажности. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, подробно описывается, как новый материал может работать в качестве молекулярного нанодвигателя.Испарение и конденсация воды — мощные процессы, энергия которых пока никак не используется. Ученые из Центра перспективных научных исследований Университета города Нью-Йорк вместе с шотландскими коллегами из Университета Стратклайда в Глазго собрали из простых биомолекул — трипептидов, материал, кристаллы которого расширяются и сжимаются в ответ на изменения влажности.

Авторы предлагают, что механическую энергию, производимую созданными ими морфогенными кристаллами, можно использовать в различных молекулярных машинах и устройствах.

Материал состоит из трехмерных блоков пептидов, в наноразмерных порах которых плотно связывается вода. Когда влажность понижается и достигает критического значения, вода выходит из пор, что приводит к сильному сжатию взаимосвязанной сети. Кристаллы при этом временно теряют свой упорядоченный узор, а когда влажность восстанавливается, возвращаются в первоначальную форму.

Такое жесткое и одновременно гибкое поведение кристаллов трипептидов объясняется тем, что их структура напоминает сетку, ячейки-поры которой заполнены водой. При этом процесс заполнения и осушения пор можно повторять до бесконечности — это своего рода наноразмерный вечный двигатель, чрезвычайно эффективный и экологически чистый.

4 августа 2020, 09:04НаукаРоссийские ученые смоделировали материал для хранилищ водорода

Используя комбинацию лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования, исследователи определили факторы, контролирующие срабатывание кристаллов.

«По сути, мы создали новый тип привода, который приводится в действие за счет испарения воды, — приводятся в пресс-релизе Центра перспективных научных исследований (ASRC) слова первого автора статьи Роксаны Пиотровска (Roxana Piotrowska). — Наблюдая за его активностью, мы смогли определить фундаментальные механизмы того, как реагирующие на воду материалы эффективно преобразуют испарение в механическую энергию».

Важной особенностью нового материала авторы считают то, что морфогенные кристаллы производят из тех же строительных блоков, из которых состоят белки, но они существенно проще, и их свойства можно точно настроить и рационально оптимизировать для каждого конкретного приложения.

«Прелесть использования биологических строительных блоков для создания этой новой технологии в том, что полученные кристаллы биосовместимые, биоразлагаемые и недорогие», — отмечает еще один автор исследования, директор ASRC Рейн Улийн (Rein Ulijn).

Авторы подчеркивают, что, зная механизм эффективного извлечения энергии испарения и превращения ее в движение, можно в будущем разработать самые разные приложения, такие как роботизированные нанокомплексы, механические микро- и наномашины.

7 апреля 2020, 09:05НаукаРоссийские ученые создали уничтожающий микробов материал для имплантов

Вода в топливе – это очень выгодно! – Основные средства

Грамотная постройка из древесины – недолговечного, как считается традиционно, природного ресурса – сохраняется на века (над заглавием статьи: дворец усадьбы Кусково XVIII столетия, запечатленный в наши дни автором статьи). Так же в автомобильной, строительной, грузовой и специальной технике: правильное использование уникального природного ресурса – воды – для разбавления углеводородного топлива сулит неожиданные преимущества.

Реальность и миф

Известно, что автомобильная строительная и грузовая техника оснащается весьма мощными двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Режимы их работы резко изменяются в зависимости от действий, совершаемых рабочими органами (например, подъем груза или ковша), что ведет к повышению токсичности отработавших газов.

С целью улучшения экологии на строительных площадках за счет более качественного сгорания топлива в ДВС автомобильной специальной техники можно добавлять к топливу воду. Такие технологии существуют, вот только многие специалисты относятся к ним весьма скептически. Попробуем наглядно опровергнуть традиционный миф о том, что вода в топливе для ДВС – это плохо. Обычный ДВС (рис. 1) вполне способен работать на обогащенном водой топливе.

Огонь и вода

Выдающийся русский ученый Н. Жуковский на заре развития авиации сказал, что человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума. Если перефразировать его пророческое выражение применительно к химии топлива, то можно отметить, что человек достигнет успехов в использовании углеводородного топлива, опираясь не на объемы его природных запасов, а на познание физики его горения.

С давних времен вода и огонь известны человеку как совершенно противоположные стихии. Люди заливают водой огонь, когда хотят потушить его. Горящие торфяники и леса, как последствия действия палящих солнечных лучей, природа устраняет обширными проливными дождевыми потоками воды. Эти явления в макромире кажутся для нас вполне очевидными. Однако взаимные отношения между процессом горения и водой в микромире не так очевидны и даже удивительны.

Присутствие воды в углеводородном топливе принято считать неблагоприятным явлением, приводящим к снижению теплоты сгорания топлива. При попадании воды в топливо ДВС начинает работать неустойчиво и может заглохнуть. Поэтому допустимое содержание воды в углеводородном топливе строго регламентируется. С другой стороны, экспериментально и теоретически доказано, что горения углеводородов без воды не происходит. Важно суметь обратить негативное явление в позитивное.

Мнение о плохой работе ДВС на обводненном углеводородном топливе нельзя считать в полной мере справедливым. Все зависит от того, в каком виде вода присутствует в топливе. Если она содержится в виде отдельных скоплений, то есть в неорганизованном виде, либо неравномерно подается вместе с рабочей смесью в камеру сгорания ДВС, то тогда это действительно негативно отражается на работе двигателя.

Уникальная вода

Для достижения положительного эффекта от впрыска воды в ДВС нужно, чтобы она была равномерно распределена по всей массе топливной смеси. Еще в СССР, рассматривая значение воды в процессах сгорания углеводородного топлива, протекающих в цилиндрах ДВС, академик Е. Чудаков показал, что вода участвует не только в процессах теплообмена, отбирая часть тепловой энергии от сгорания топлива на свое испарение и перегрев паров, но и непосредственно в процессах горения рабочей смеси. Свои взгляды на роль воды в процессе сгорания углеводородного топлива в ДВС он подтвердил экспериментально в автомобильной лаборатории Академии наук СССР к началу 1950-х гг.

Обнаружено немало пора­зительных явлений. Водотопливные эмульсии (ВТЭ) с содержанием воды до 50% и даже больше обеспечивают при сгорании уменьшение расхода топлива. Их можно даже массово готовить в стационарных технологических установках, как тонкодисперсные смесевые котельные топлива (рис. 2). Нормальная работа ДВС на ВТЭ без потерь мощности происходит с содержанием воды вплоть до 70%! Известна так называемая «водная плазма» энтузиаста Ю. Краснова на основе воды в объеме от 90 до 99,5% и горючего вещества – от 0,5 до 10%.

Так или иначе, при подаче определенным образом воды с углеводородным топливом в ДВС повышаются их экономичность, мощность и экологические показатели работы. Даже увеличивается ресурс ДВС, и на поршнях почти не откладывается нагар (рис. 3).

С начала 2000-х гг. активно пошел процесс перевода ДВС на использование высокодисперсных ВТЭ для повышения топливной экономичности и экологичности рабочего процесса судовых дизельных двигателей. Однако мировая автомобильная промышленность на профессиональном уровне изготовителей пока остается верной углеводородной классике в качестве топлива для ДВС.

Еще в 1930-х гг. паровые автомобили (рис. 4) достигли высокого уровня совершенства и по чистоте выхлопа превосходили своих конкурентов с ДВС. Сегодня возможно дополнить автомобильную технику с ДВС компактным паровым котлом и баком с водой для работы почти на воде с потреблением лишь малого объема углеводородного топлива.

О технологиях

Классическая идея реализации процесса генерации водяного пара с последующей его подачей в ДВС представляется на первый взгляд следующим образом. На борту транспортного средства устанавливается компактный паровой котел-утилизатор для работы на выхлопных газах от ДВС. Вода подается в котел из отдельного бака, который тоже монтируется на транспортном средстве. При работе дизельного двигателя водяной пар в некоторой пропорции и в определенные промежутки времени впрыскивается вместе с воздухом в цилиндры. Однако практическое воплощение может выглядеть несколько иначе.

Введение дисперсии воды в углеводородное топливо либо водяного пара во впускной воздушный тракт дизельного двигателя; топливная ячейка Стенли Мейера (Stanley Meyer) из США… Перечень удивительных способов и устройств с использованием воды как составного компонента топлива для ДВС в настоящее время весьма обширен. Как минимум, это сотни три патентов со всего мира. Например, известны устройства подачи отработавших газов, пропускаемых через воду, во впускной тракт ДВС, которые предложил американец Пол Пантон (Paul Pantone). Применение таких «бульбуляторов», или реакторов Пантона, снижает расход углеводородного топлива от 15 до 20% и концентрацию вредных веществ в отработавших газах.

В Советском Союзе многие энтузиасты и изобретатели успешно примиряли воду с углеводородным топливом для процесса совместного их сгорания в ДВС. К примеру, можно отметить следующие авторские свидетельства СССР (SU): 993989, 1271993, 1574882. Есть и патенты РФ (RU) на изобретения (например, 2002092), подтверждающие необходимость изучения тайн союза воды и огня на микроуровне для улучшения экологических и экономических показателей работы ДВС.

Из российских разработок применительно и к мощным ДВС, какими оснащается тяжелая грузовая, строительная и карьерная техника, отмечу струйно-кавитационные эжекторы (RU 2143581, 2352805) для приготовления ВТЭ и ее подачи в ДВС. При их использовании повышается надежность работы ДВС на переходных режимах и при малых нагрузках; обеспечивается автоматическая регулировка процессов подготовки и подачи ВТЭ в ДВС на всех режимах его работы. Разумеется, что при всех этих выгодах концентрация вредных веществ в отработавших газах ДВС снижается.

Перспективы

В прошлом веке австрийский изобретатель В. Шаубергер отмечал, что заключительная победа над проблемами воды будет достигнута русскими, которые ближе к природе. Не вызывает сомнений и тот факт, что экологически и экономически весьма выгодно внедрять отмеченные выше технологии на транспорте с ДВС. А недорогие эксперименты вполне можно проводить на микроДВС (рис. 5).

Автомобиль, который работает на воде

Автомобили спустят на воду

Ярослав Гронский

Японские инженеры приближают кризис производителей бензина: разработчики представили двигатель, который ездит на воде. Причем заправляться можно как из-под крана, так и речной, и морской водой.

Компания Genepax представила автомобиль, двигатель которого «питается» необычным топливом. Машина будет приводиться в движение обычной водой, а вредные выбросы в атмосферу будут равны нулю. Причем, если верить японским разработчикам, всего одного литра воды хватит на час езды со скоростью 80 км/ч. Представители компании утверждают, что машина может использовать воду любого качества – хоть дождевую из лужи, хоть из-под крана, речную и даже морскую. «Автомобиль может продолжать движение до тех пор, пока у вас есть с собой емкость с водой, чтобы периодически заливать ее в топливный бак», — сказал глава Genepax.

«К тому же для питания батарей энергией не надо будет строить станции подзарядки, как для большинства современных электромобилей», — добавил он.

Силовая установка получила название Water Energy System (WES). Она устроена по тому же принципу, что и другие двигатели, использующие в качестве топлива водород. Но главной особенностью системы Genepax является то, что она использует коллектор с электродами мембранного типа (MEA), который состоит из особого материала, способного при помощи химической реакции расщепить воду на кислород и водород.

Пока разработчики не получили патент на свое изобретение, а потому, как преобразуется вода в энергию, пока держится в секрете. Однако президент компании-разработчика Хирасава Киеси намекнул, что этот процесс аналогичен принципу получения водорода путем реакции гидрида металла и воды.

Кроме полного отсутствия вредных выбросов среди плюсов силового агрегата Genepax долговечность. Выносливость установки достигается за счет того, что катализатор не изнашивается от загрязняющих веществ.

Представленный в Осаке автомобиль с водяным мотором создан в единственном экземпляре и будет использован, чтобы запатентовать изобретение. Себестоимость производства одного такого двигателя составляет чуть более $18 тыс. Однако, как утверждают представители фирмы, в будущем расходы на его постройку можно будет снизить в 4 раза путем налаживания массового производства, для которого Genepax сейчас ищет компаньонов среди японских автопроизводителей. Кроме того, дорогостоящие материалы, такие как, например, платина, необходимы для мотора в том же количестве, что и в обычных фильтрующих системах в двигателях внутреннего сгорания, и не сильно удорожают производство. Также нет необходимости использовать водородный топливный бак под высоким давлением.

Это уже далеко не первый случай, когда производители пытаются найти необычную альтернативу стандартным видам горючего.

Так, например, в начале года те же японцы объявили, что вложат более $11 млн в налаживание изготовления биоэтанола из древесины. А в Испании в скором времени собираются получать биотопливо из отходов, оставшихся после производства апельсинового сока. При его отжиме в испанской провинции Валенсия получается до 240 тыс. тонн отходов ежегодно. Из каждой тонны «мякоти» можно получить около 80 литров горючего. Испания, как и остальные страны Евросоюза, намерена к 2010 году довести долю потребляемого биотоплива до 6%, около 1% из которых будут получать из апельсиновой кожуры и мякоти.

Когда в России появятся водородные автомобили — Российская газета

На стыке 2020-2021 годов в мире начался водородный бум. Сейчас чуть ли не дурным тоном считаются возражения прогнозам, что через десяток-другой лет элемент N 1 заменит все виды углеводородного топлива в энергетике и на транспорте.

Наша страна не остается в стороне от водородного тренда. В ноябре прошлого года премьер Михаил Мишустин утвердил программу развития водородной энергетики в России до 2024 года. Далее последовали высказывания высшего истеблишмента о потенциале развития водородной энергетики в стране. Подытожил ряд программных выступлений Владимир Путин, поставив правительству задачу разработать к 2023 году автобус на водороде, а позже и локомотив. Так что повернуть назад не получится.

«Японская Toyota запустила массовые продажи своего водородного автомобиля Toyota Mirai еще в 2015 году. В Германии на регулярной основе курсирует пригородный поезд на водороде производства Alstom, ожидаются поставки еще 27 подвижных составов. В мире существует множество подобных проектов, — рассказал «РГ» гендиректор компании Drive Electro, доктор технических наук, профессор Института механики и энергетики имени В.П. Горячкина Сергей Иванов, — в то же время водородный транспорт пока не вышел на массовое производство. Даже в Японии, стране, где «дорожную карту» по переходу на водородную энергетику подписали еще в 2014 году, на всю страну всего 2,5 тысячи таких машин».

Почему же не происходит скачка в развитии водородного транспорта и когда стоит ждать массового использования водородных автомобилей в России? Разбираемся в этом вместе с экспертом.

Водородный транспорт — это тоже электромобиль, только более продвинутый, объясняет Сергей Иванов. Вместо аккумуляторных батарей электродвигатель питают топливные элементы. Такая техника надежна, неприхотлива, бесшумна, работает без вредных выбросов. Использование водорода особенно актуально для ТС, которые передвигаются на большие расстояния. Без дополнительной заправки можно проехать от 500 до 1000 километров. Плюсы использования водородного двигателя очевидны и в целом общеизвестны — его КПД намного выше, чем у двигателя внутреннего сгорания, а благодаря использованию электрической трансмиссии таком транспорту присуще накопление энергии при торможении.

2 миллиона тонн может составить экспорт водорода из России к 2035 году

Тем не менее причины, по которым правительство России задумалось о возможном переходе на водородный транспорт и водородную энергетику, лежат за пределами чисто технологических вопросов, уверен Сергей Иванов. В июле 2020 года была опубликована водородная стратегия ЕС, согласно которой страны-участники планируют полностью отказаться от автомобилей на ДВС к 2040 году. Помимо этого ЕС планирует значительно снизить долю использования традиционных энергоносителей. «А Россия очень зависима от цен на энергоносители ввиду специфики структуры своей экономики, — подчеркивает профессор. — Более того, углеводороды — наш главный экспортный продукт, а Европа — основной торговый партнер и потребитель энергоресурсов. Чтобы сохранить за собой статус экспортера и избежать трансграничных налогов при поставках продукции в Евросоюз, нашей стране придется следовать стандарту чистого производства».

Однако, несмотря на радужные перспективы новых технологий, здесь есть ряд серьезных проблем. Традиционные способы получения водорода из метанола энергозатратны и связаны с выбросами углекислого газа. Производство же «зеленого» водорода путем электролиза резко увеличивает его стоимость. Ограничением массового использования водорода являются также вопросы его хранения и транспортировки. И решение этих вопросов требует огромных финансовых и временных ресурсов.

Тем не менее экономические стимулы к переходу на водород есть уже сейчас и будут расти стремительно по мере дальнейшего развития технологий. «Водород нужен не только как моторное топливо и для генерации энергии, — рассказывает Сергей Иванов. — сейчас на 95 процентов он используется в нефтехиме. При этом Россия уже занимает хорошие позиции на рынке. Согласно Энергетической стратегии России до 2035 года экспорт водорода из нашей страны должен достигнуть 2 миллионов тонн. По прогнозу минэнерго, за 30 лет рынок водорода вырастет с сегодняшних 110 до 150-160 миллионов тонн. По разным прогнозам, объем рынка водорода в денежном эквиваленте может достигнуть 200 миллиардов долларов уже к 2023 году».

Все предпосылки для развития водородной энергетики в России есть. Это отдельно отметил зампред правительства Александр Новак: «В России есть развитые газовый и атомно-энергетический комплексы, которые могут помочь в производстве водорода. Например, водород можно производить методом электролиза или путем переработки газа (запасы которого в стране огромны). Поэтому Россия обладает серьезным потенциалом не только для развития, но даже мирового лидерства в водородной энергетике».

Растет и рынок электрического транспорта. По прогнозам Bloomberg New Energy Finance, к 2040 году ежегодные продажи электрокаров, в том числе тех, что используют водород, достигнут 35 процентов от общего числа продаваемых машин. А Россия имеет примеры эффективного запуска транспорта на электротяге. «Уже сейчас Москва является лидером по количеству электробусов в Европе. Технологии производства водородного транспорта в целом схожи. Следовательно, внедрить водородный транспорт и наладить его массовый выпуск будет возможно. Все это будет способствовать снижению стоимости самого водорода и одновременно повысит скорость окупаемости связанных с его производством и дистрибуцией инфраструктурных проектов. Именно поэтому кажущиеся малоэффективными с точки зрения экономической целесообразности решения имеют для России огромные перспективы», — резюмирует Сергей Иванов.

Так что похоже, что скачок развития водородного транспорта происходит прямо сейчас. К нему готовы как технологии, так и правительство. А это значит, что ждать водородный транспорт в России осталось недолго. К 2023 году первые автобусы на водородном топливе уже поедут по дорогам городов. Радует и то, что, по прогнозам Bloomberg New Energy Finance, уже к 2025 году стоимость автомобилей на водороде сравняется со средней ценой обычных автомобилей.

Просто добавь воды. Маленькая добавка H₂О повышает мощность ДВС и экономит топливо

Фото: Bosch

Может быть, двигатели внутреннего сгорания доживают последние десятилетия, но производители не сдаются. Они выжимают максимум из этой технологии, оптимизируя конструкцию двигателя для повышения эффективности и экономичности. Недавно сообщалось об инновации Nissan, которая изобрела ДВС с изменяемой степенью сжатия. Теперь о своих достижениях поведала Bosch. Немецкая фирма представила систему водяного впрыска WaterBoost для простой модификации существующих ДВС.

Даже самый продвинутый двигатель внутреннего сгорания впустую тратит примерно пятую часть топлива. Например, оно расходуется на систему охлаждения двигателя. В современных двигателях немного дополнительного топлива впрыскивается в камеру сгорания не для сгорания, а для испарения со стенок, за счёт чего происходит охлаждение двигателя.

Bosch предлагает модифицировать систему впрыска топлива: использовать воду вместо бензина при охлаждении камеры. То есть суть технологии WaterBoost заключается в том, что на больших оборотах в двигателе задействуется водяная помпа, которая впрыскивает в камеру сгорания немного воды незадолго до поджига топливной смеси.

Требуется совсем немного воды: на 100 км уходит несколько сотен миллилитров. Поэтому маленький бачок с водой потребуется заливать дистиллированной водой каждые несколько тысяч километров, что для большинства водителей не станет накладным. Это даже приятно: заливая воду, ты знаешь, что эта вода будет использоваться вместо бензина (при охлаждении).

Да и если вода в бачке кончится, тоже ничего страшного, разве что немного снизится крутящий момент и на несколько процентов вырастет потребление топлива.

Как показали опыты Bosch, такая простая модификация может на несколько процентов снизить потребление топлива (до 13%) без потери мощности и крутящего момента. Экономия возможна в моменты перегрева двигателя на самых высоких оборотах: например, при резком ускорении или движении по шоссе с высокой скоростью.

Кроме того что это экономит бензин, так испарение воды ещё и лучше охлаждает двигатель, чем испарение бензина.

Как дополнительный бонус к экономии топлива — на 4% снижаются выбросы CO₂, так что двигателю будет легче пройти проверку на соблюдение жёстких экологических нормативов, которые предъявляются к современным бензиновым двигателям.

Наиболее эффективным внедрение водяного впрыска будет для компактных трёх- и четырёхцилиндровых двигателей. Другими словами, именно для тех двигателей, которые используются в самых популярных современных автомобилях среднего размера.

Но это ещё не всё. Кроме экономии топлива, WaterBoost может добавить до 5% мощности двигателям с турбонаддувом. Дело в том, что добавка воды насыщает кислородом нагнетаемый воздух от турбины и увеличивает скорость горения смеси, позволяя оптимизировать угол опережения зажигания — угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем верхней мёртвой точки.

Идея опережения зажигания в том, чтобы поджигать горючую смесь заранее, до достижения поршнем верхней мёртвой точки. При правильном выборе момента зажигания, давление газов достигает максимальной величины примерно через 10-12 градусов поворота коленчатого вала после прохода поршнем верхней мертвой точки.

Изменив угол опережения зажигания и подкрутив настройки тайминга поджигания, инженеры могут выжать ещё чуток мощности даже из мощных двигателей с турбонаддвуом, даже на спорткарах.

Первым автомобилем, в котором внедрят технологию водяного впрыска WaterBoost, станет BMW M4 GTS с шестицилиндровым турбодвижком.

BMW M4 GTS. Фото: BMW Group

Про внедрение WaterBoost в автомобилях средней ценовой категории информации пока нет.

У компании Bosch есть большой опыт в автомобильной промышленности. Именно Bosch в 1887 году изобрела безопасную систему детонации воздушно-топливной смеси ДВС от магнето. Такая система зажигания используется в автомобилях до сих пор. До этого изобретения смесь в ДВС поджигали через калильные трубки Даймлера открытым пламенем.

Bosch производит не только системы зажигания, стартеры, но и многие другие автомобильные компоненты. Например, недавно наладила серийное производство электромоторов для гоночных картов.

Электромотор Bosch для гоночных картов. Фото: Bosch

За электромоторами — будущее, но и ДВС не собирается сдаваться без боя.

«Наш водяной впрыск показывает, что у двигателей внутреннего сгорания осталось ещё несколько трюков под капотом», — сказал д-р Рольф Буландер (Rolf Bulander), председатель подразделения Bosch Mobility Solutions и член совета директоров Robert Bosch GmbH.

Как на восходе авиации: почти паровые машины — № 02 (29) апрель 2017 года — Тепловая энергетика — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 02 (29) апрель 2017 года

Примечательно, что в роли последней выгодно применять воду и водяной пар!

На заре развития летательных аппаратов тяжелее воздуха выдающийся русский ученый Николай Егорович Жуковский, чей 170‑летний юбилей отмечался в России в начале этого года, сказал, что человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума. Если перефразировать это пророческое выражение отца русской авиации применительно к стационарной и транспортной тепловой энергетике, то можно отметить, что человек достигнет успехов в использовании углеводородного топлива, опираясь не на объемы его природных запасов, а на познание физики его горения. Это должно будет дать ключ к реализации принципа «вода и немного топлива» почти паровой машины или паровой машины внутреннего сгорания. Он заключается в использовании при работе поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) воды либо водяного пара и малого количества углеводородного топлива.

Полезная вода

С давних времен вода и огонь известны человеку как совершенно противоположные стихии. Люди заливают водой огонь, когда хотят потушить его. Горящие торфяники и леса как последствия палящих солнечных тепловых потоков природа устраняет обширными проливными дождевыми потоками воды. Все эти явления в макромире кажутся для нас вполне очевидными. Однако взаимные отношения между процессом горения и водой в микромире не так очевидны и даже удивительны (Ю. П. Рассадкин. Вода обыкновенная и необыкновенная. – М., 2008).

Обычно присутствие воды в углеводородном топливе принято считать явлением неблагоприятным, приводящим к снижению теплоты сгорания топлива. При попадании воды в топливо ДВС начинает работать неустойчиво и в конечном итоге может заглохнуть. Поэтому, как известно, допустимое содержание воды в углеводородном топливе регламентируется соответствующими нормативными документами в области качества топливной продукции. Однако экспериментально и теоретически доказано, что процесс горения углеводородов без воды не происходит. Важно только суметь обратить негативное явление в позитивное (В. М. Иванов, Л. В. Сергеев. Применение топливо-водяных эмульсий в двигателях внутреннего сгорания// Новые методы сжигания топлив и вопросы теории горения: сборник статей / Академия наук СССР, Институт горючих ископаемых; отв. ред. Б. В. Канторович. – М., 1965. – С. 162‑165).

Мнение о плохой работе ДВС на обводненном углеводородном топливе не является вполне справедливым. Все зависит от того, в каком виде вода присутствует в топливе. Если в последнем она содержится в виде отдельных скоплений, т. е. в неорганизованном виде, либо неравномерно подается вместе с рабочей смесью в камеру сгорания ДВС, то в данных случаях это действительно негативно отражается на работе двигателя.

Для достижения положительного эффекта от впрыска воды в ДВС необходимо, чтобы она была равномерно распределена по всей массе рабочей топливной смеси. Еще в Советском Союзе, рассматривая значение воды в процессах сгорания углеводородного топлива, протекающих в цилиндрах ДВС, академик Евгений Алексеевич Чудаков показал, что вода не только участвует в процессах теплообмена, отбирая часть тепловой энергии от сгорания топлива на свое испарение и перегрев паров, но и непосредственно в процессах горения рабочей смеси. Свои взгляды на роль воды в процессе сгорания углеводородного топлива в цилиндрах ДВС он подтвердил экспериментально в автомобильной лаборатории Академии наук СССР в 1950 и 1951 гг.

В энергетике горения углеводородных топлив обнаружено немало совершенно поразительных явлений. К примеру, процесс сгорания угольной пыли улучшается, если ее смочить водой. Водотопливные эмульсии (ВТЭ) с содержанием воды до 50 % и даже больше обеспечивают при своем сгорании уменьшение расхода топлива энергетической установкой, что успешно используется при сжигании мазута в промышленных котельных установках (В. М. Иванов. Топливные эмульсии. – М., 1962). Нормальное функционирование ДВС без потерь мощности обеспечивается при работе на ВТЭ с содержанием воды вплоть до 70 %! Известна и так называемая «водная плазма», которую предлагал энтузиаст Ю. И. Краснов в качестве альтернативы традиционным углеводородным топливам, на основе обычной воды в объеме от 90 до 99,5 % и горючего вещества – от 0,5 до 10 %. Так или иначе, при подаче топлива и определенным образом воды в ДВС повышаются их экономичность, мощность, ресурс и экологические показатели работы.

Приведенные выше факты, особенно касающиеся ДВС, действительно поражают воображение. С начала 2000‑х гг. в мировом судовом дизелестроении активно пошел процесс перевода ДВС на использование высокодисперсных ВТЭ для повышения топливной экономичности и экологичности рабочего процесса судовых дизельных двигателей. Правда, необходимо отметить, что применение ВТЭ в судовых энергетических установках началось гораздо раньше (О. Н. Лебедев, В. А. Сомов, В. Д. Сисин. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях. – Л., 1988). Однако мировая автомобильная промышленность на профессиональном уровне изготовителей пока остается верной классике – использованию для работы автомобильных ДВС бензина и дизельного топлива.

Кстати, уже в 1930‑х гг. чисто паровые автомобили достигли такого уровня совершенства, что внешним видом фактически не отличались от своих конкурентов с ДВС. Однако первые при работе превосходили вторые, в частности, по чистоте выхлопа. Вот и сегодня, если дополнить, к примеру, бензиновый автомобиль компактным паровым котлом и баком с водой, трудно будет догадаться, что автомобиль работает фактически на воде, потребляя лишь немного топлива. Правда, конверсия автомобиля с ДВС в паровой – дело довольно хлопотное. Нужно изготовить паровую поршневую машину, паровой котел с топкой для твердого топлива либо горелкой для жидкого или газообразного топлива и многое другое. Но вот снизить расход углеводородного топлива и повысить экологические показатели работы ДВС вполне реально без всего этого уже сегодня.

Технологии

Классическая идея реализации процесса генерации водяного пара с последующей его подачей в ДВС представляется, на первый взгляд, следующим образом. На борту транспортного средства устанавливается компактный паровой котел-утилизатор, функционирующий на отработавших газах ДВС. Вода подается в этот котел из отдельного бака, который тоже монтируется на транспортном средстве. При работе дизельного двигателя водяной пар в некоторой пропорции и в определенные промежутки времени впрыскивается вместе с воздухом в цилиндры. Если же говорить о бензиновом ДВС, то можно предположить, что пар необходимо подавать вместе с воздухом в карбюратор, где и будет готовиться вся рабочая смесь, состоящая из бензина, воздуха и водяного пара. Однако практическое воплощение этих радужных замыслов может выглядеть несколько иначе.

Введение дисперсии воды в углеводородное топливо либо водяного пара во впускной воздушный тракт дизельного двигателя; использование портативных гомогенизаторов, встраиваемых в топливную систему бензиновых ДВС; знаменитая топливная ячейка изобретателя Стенли Мейера (Stanley Meyer) из США… Этот перечень удивительных способов и устройств для использования воды как составного компонента топлив, на которых могут успешно работать ДВС, является в настоящее время весьма обширным (как минимум – сотни три патентов по всему миру). Например, хорошо известны по патенту США US 5,794,601 устройства подачи отработавших газов, пропускаемых через воду, во впускной тракт авиационных, автомобильных и машинно-тракторных ДВС, которые предложил американец Пол Пантон (Paul Pantone). Применение так называемых «бульбуляторов», или реакторов Пантона, гарантированно снижает расход углеводородного топлива в пределах от 15 до 20 % и концентрацию вредных веществ в отработавших газах.

Не стоит забывать, что в Советском Союзе многие энтузиасты и изобретатели тоже успешно примиряли воду с углеводородным топливом для процесса совместного сгорания в цилиндрах ДВС. К примеру, можно отметить следующие авторские свидетельства СССР: SU 993989, SU 1271993, SU 1574882. Весьма интересные технические решения отражены, например, и в ряде патентов РФ на изобретения: RU 2002092, RU 2143581, RU 2352805. Причем стоит заметить, что данную тематику развивают не только отдельные энтузиасты, но и специалисты в научно-исследовательских учреждениях. Проблемами впуска воды, водяного пара и сгорания топлива в ДВС занимаются, скажем, доктор технических наук Анатолий Васильевич Дунаев и его коллеги во Всероссийском научно-исследовательском технологическом институте ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка (ГОСНИТИ). Положительные результаты по подаче водяного пара во впускной тракт дизельного двигателя на тракторе – лишь малая часть заслуг ученых и инженеров из ГОСНИТИ, лишний раз подтверждающих необходимость изучения тайн союза воды и огня на микроуровне для улучшения экологических и экономических показателей работы сельскохозяйственной техники и автомобилей.

Перспективы

Еще в прошлом веке германский изобретатель Виктор Шаубергер (В. Шау­бергер. Энергия воды / Пер. с англ. М. Новиковой. – М., 2007) отмечал, что заключительная победа над проблемами воды будет достигнута русскими, которые ближе к природе. Не вызывает сомнений и тот факт, что экологически и экономически весьма выгодно внедрять рассмотренные выше технологии на транспорте с ДВС. Кроме этого, в стационарной энергетике возможно существенно снизить расходы на приобретение дорогого привозного топлива для дизельных электрических станций. Они все еще используются в качестве основных источников электрической энергии в негазифицированных регионах страны. Технологии впрыска воды и водяного пара в ДВС ощутимо повысят и экологические показатели работы таких энергетических установок. Все это приблизит человечество к его устойчивому развитию с окружающей природой.

Обзор системы впрыска воды в двигателе внутреннего сгорания

Основные моменты

•

Был проведен всесторонний обзор системы впрыска воды в двигателе внутреннего сгорания.

•

Были представлены и сравнены различные реализации закачки воды.

•

Обсуждались механизмы внутрицилиндрового процесса сгорания с добавлением воды.

•

Были обобщены сравнения и комбинации закачки воды с другими методами.

Реферат

Как многообещающий метод снижения температуры в цилиндрах и температуры выхлопных газов, смягчения детонации, улучшения фазирования сгорания и снижения выбросов NO _x , впрыск воды, применяемый в различных типах двигателей, привлек большое внимание в в последние годы для дальнейшего повышения экономии топлива и выполнения более строгих норм по выбросам. Поскольку механизмы впрыска воды с разными целями различаются, преимущества в отношении характеристик двигателя и выбросов также различаются.Эта статья представляет собой всесторонний обзор системы впрыска воды в двигателе внутреннего сгорания. Сначала представлены различные реализации закачки воды, а затем подробное описание процессов испарения воды. Во-вторых, обсуждаются механизмы процесса сгорания в цилиндре с добавлением воды в отношении скорости тепловыделения, склонности к детонации и образования выбросов. Далее рассматриваются последние работы по впрыску воды, применяемой на различных типах двигателей, с особым вниманием к сравнению различных реализаций и параметров впрыска.Кроме того, резюмируются сравнения и комбинации впрыска воды с другими передовыми технологиями двигателя. Наконец, обсуждаются важнейшие вопросы текущих исследований техники закачки воды.

Ключевые слова

Двигатель внутреннего сгорания

Впрыск воды

Детонация

NO _x выбросы

Топливная эффективность

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2019 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Впрыск воды в двигатели внутреннего сгорания, питаемый системой рециркуляции отработанной воды (EWR): анализ осуществимости

1. Справочник

ASHRAE: основы. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (2001 г.). https://en.wikipedia.org/wiki/ASHRAE_Handbook

2.

Эндрюс, К.С., Сисар, А.Дж., Салинас, К., Мерфи, О.Дж., Джон Эпплби, А.: Источники воды для автомобильных устройств.Патент США US6804949 B2 (2004). https://www.google.fr/patents/US6804949

3.

Арруга, Х., Шолль, Ф., Кеттнер, М., Амад, О.И., Классл, М., Хименес, Б.: Влияние впрыска воды во впускной коллектор на двигатель с искровым зажиганием на природном газе: экспериментальное исследование. IOP Conf. Сер. Матер. Sci. Англ. 257 , 012029 (2017). https://doi.org/10.1088/1757-899X/257/1/012029

Артикул Google Scholar

4.

Бедфорд, Ф., Ратленд, К., Дитрих, П., Рааб, А., Вирбелейт, Ф .: Влияние прямого впрыска воды на сгорание дизельного двигателя прямого впрыска. Технический документ SAE 2000-01-2938 (2000). https://doi.org/10.4271/2000-01-2938

5.

Беркли Дж .: Смерть двигателя внутреннего сгорания. Экономист (2017). https://www.economist.com/news/leaders/21726071-it-had-good-run-end-sight-machine-changed-world-death. По состоянию на 7 января 2020 г.

6.

Боретти, А .: Впрыск воды в двигатели с непосредственным впрыском и турбонаддувом с искровым зажиганием.Прил. Therm. Англ. 52 (1), 62–68 (2013). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.11.016

Артикул Google Scholar

7.

Брун Р.Дж., Лоуэлл Олсен Х., Миллер К.Д .: Впрыск воды в концевую зону как средство подавления детонации в двигателе с искровым зажиганием. Технический отчет, Национальный консультативный комитет по аэронавтике, отчет № E4I27, Исследовательская лаборатория авиационных двигателей, Кливленд, Огайо (1944)

8.

Brusca, S., Lanzafame, R .: Впрыск воды в двигатели IC-SI для контроля детонации и снижения выбросов загрязняющих веществ. Технический документ SAE 2003-01-1912 (2003). https://doi.org/10.4271/2003-01-1912

9.

Челлен Б., Баранеску Р .: Справочник по дизельным двигателям. Баттерворт-Хайнеманн, Оксфорд (1999)

Google Scholar

10.

Чен, Р.Х., Чанг, Л.Топливо 89 , 604–610 (2010). https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.07.015

Артикул Google Scholar

11.

Сушилка, Ф.Л .: Добавление воды в практические системы сжигания — концепции и применения. Proc. Гореть. Inst. 16 (1), 279–295 (1977). https://doi.org/10.1016/S0082-0784(77)80332-9

Артикул Google Scholar

12.

Фернандес, Л.П., Сан-Роман, Т.Г., Коссент, Р., Доминго, К.М., Фриас, П .: Оценка воздействия подключаемых к электросети электромобилей на распределительные сети. IEEE Trans. Power Syst. 26 (1), 206–213 (2011). https://doi.org/10.1109/TPWRS.2010.2049133

Артикул Google Scholar

13.

Харрингтон Дж .: Добавление воды к бензину влияет на сгорание, выбросы, производительность и детонацию. Технический документ SAE 820314 (1982). https: // doi.org / 10.4271 / 820314

14.

Хейвуд Дж.Б .: Основы двигателя внутреннего сгорания. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк (1988)

Google Scholar

15.

Хоппе, Ф., Тевес, М., Баумгартен, Х., Домен, Дж .: Впрыск воды для бензиновых двигателей: возможности, проблемы и решения. Int. J. Engine Res. 17 (1), 86–96 (2016). https://doi.org/10.1177/1468087415599867

Артикул Google Scholar

16.

Хьюгон, П .: Улучшение газовых двигателей. Патент США 49346 (1865 г.). https://www.google.fr/patents/US49346

17.

Ким, Дж., Парк, Х., Бэ, К., Чой, М., Квак, Й .: Влияние прямого впрыска воды на увеличение крутящего момента и снижение расхода топлива бензинового двигателя при высоких -условия нагрузки. Int. J. Engine Res. 17 (7), 795–808 (2016). https://doi.org/10.1177/1468087415613221

Артикул Google Scholar

18.

Коракианитис, Т., Намасиваям, А.М., Крукс, Р.Д .: Характеристики и выбросы двигателя с искровым зажиганием (SI) и воспламенением от сжатия (CI), работающим на природном газе. Прог. Энергия сгорания. Sci. 37 , 89–112 (2011). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2010.04.002

Артикул Google Scholar

19.

Lanzafame, R .: Эффекты впрыска воды в одноцилиндровом двигателе CFR. Технический документ SAE 1999-01-0568 (1999). https: // doi.org / 10.4271 / 1999-01-0568

20.

Лаппас, П .: Снижение скорости горения и детонации в двигателе с искровым зажиганием. Int. J. Energy Res. 20 (9), 829–838 (1996). https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-114X(199609)20:9<829::AID-ER203>3.0.CO;2-L

Артикул Google Scholar

21.

Линдберг, Дж. Э .: Система управления сгоранием двигателя и метод, использующий конденсацию некоторого количества выхлопных газов. Патент США US4503813 A (1983).https://www.google.fr/patents/US4503813

22.

Мелтон-младший, Р. Б., Лестц, С. Дж., Квиллиан-младший, Р. Д., Рамби, Э. Дж .: Охлаждение с прямым впрыском воды для военных двигателей и влияние на дизельный цикл. Symp. Int. Гореть. 15 (1), 1389–1399 (1975). https://doi.org/10.1016/S0082-0784(75)80398-5

Артикул Google Scholar

23.

Мохан, А., Чидамбарам, П.К., Сурьян, А., Ким, Х.Д .: Термо-гидродинамический анализ процесса влажного сжатия.J. Mech. Sci. Technol. 30 (12), 5473–5483 (2016). https://doi.org/10.1007/s12206-016-1115-4

Артикул Google Scholar

24.

Моисей-Дебуск, М., Бишофф, Б., Хантер, Дж., Клетт, Дж., Нафцигер, Э., Доу, С.: Керамика для окружающей среды и энергетики II, гл. 16: Понимание влияния условий динамической подачи на извлечение воды из выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания за счет капиллярной конденсации с неорганическими мембранами, стр.143–151. Уайли, Нью-Йорк (2014)

Google Scholar

25.

Предложение, Г.Дж., Хоуи, Д., Контестабиле, М., Клэг, Р., Брэндон, Н.П .: Сравнительный анализ аккумуляторных электрических, водородных топливных элементов и гибридных транспортных средств в будущей устойчивой дорожной транспортной системе. Энергетическая политика 38 (1), 24–29 (2010). https://doi.org/10.1016/j.enpol.2009.08.040

Артикул Google Scholar

26.

Парли Уилсон, Дж .: Влияние впрыска воды и увеличения степени сжатия в бензиновом двигателе с искровым зажиганием. Диссертация на степень магистра, Университет Айдахо (2011 г.). http://digital.lib.uidaho.edu/cdm/ref/collection/IR/id/11

27.

Петерс, Б., Стебар, Р .: Водно-бензиновые топлива — их влияние на выбросы и производительность двигателей с искровым зажиганием. Технический документ SAE 760547 (1976). https://doi.org/10.4271/760547

28.

Регий, В., Водри, А., Мутин, С., Монто, А., François, X., Baucour, P., Glises, R .: Определение критериев эффективности увлажнителя на топливных элементах: применение в системе топливных элементов с протонообменной мембраной малой мощности для отрицательных температур окружающей среды. Прил. Therm. Англ. 58 (1–2), 382–393 (2013). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.03.055

Артикул Google Scholar

29.

Роу, М.Р., Лэдд, Г.Т .: Впрыск воды для авиационных двигателей. Технический документ SAE 460192 (1946).https://doi.org/10.4271/460192

30.

Сарви, А., Килпинен, П., Зевенховен, Р .: Выбросы от крупномасштабных среднеоборотных дизельных двигателей: 3. Влияние прямого впрыска воды и Common Rail. Топливный процесс. Technol. 90 , 222–231 (2009). https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2008.09.003

Артикул Google Scholar

31.

Шихан, С .: Система впрыска воды BMW M4 GTS для других автомобилей с 2019 (2016).https://www.autocar.co.uk/car-news/industry/bmw-m4-gtss-water-injection-system-feature-other-cars-2019. По состоянию на 7 января 2020 г.

32.

Смил, В .: Энергетические мифы и реалии: привлечение науки в дебаты по энергетической политике. AEI Press, Вашингтон (2010)

Google Scholar

33.

Смит, Р .: Alpine & Renault: Разработка революционного автомобиля Turbo F1, с 1968 по 1979 год. Veloce Publishing Ltd, Паундбери (2008)

Google Scholar

34.

Snow, M .: Система впрыска воды с использованием воды, регенерированной из выхлопных газов сгорания. Патент США US8820270 B2 (2013). https://www.google.fr/patents/US8820270

35.

Субраманиан, В., Малликарджуна, Дж. М., Рамеш, А .: Влияние впрыска воды и времени зажигания на выбросы оксида азота и параметры сгорания двигателя с искровым зажиганием, работающего на водороде. Int. J. Hydrog. Энергетика 32 , 1159–1173 (2007). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.07.022

Артикул Google Scholar

36.

Таузия, X., Майбум, А., Рахман Шах, С .: Экспериментальное исследование впрыска воды во впускной коллектор при сгорании и выбросах автомобильного дизельного двигателя с прямым впрыском. Энергия 35 (9), 3628–3639 (2010). https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.007

Артикул Google Scholar

37.

Цао, К., Ван, К., Миллер, Э .: Характеристики бензин-водного топлива в модифицированном двигателе SI. Технический документ SAE 841399 (1984).https://doi.org/10.4271/841399

38.

Валера-Медина, А., Сяо, Х., Оуэн-Джонс, М., Дэвид, W.I.F., Боуэн, П.Дж .: Аммиак для энергии. Прог. Энергия сгорания. Sci. 69 , 63–102 (2018). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2018.07.001

Артикул Google Scholar

39.

Vaudrey, A .: Термодинамика непрямого впрыска воды в двигателях внутреннего сгорания: анализ охлаждающего эффекта свежей смеси.Int. J. Engine Res. (2018). https://doi.org/10.1177/1468087418766931

Артикул Google Scholar

40.

Верхелст, С., Валлнер, Т .: Двигатели внутреннего сгорания, работающие на водороде. Прог. Энергия сгорания. Sci. 35 , 490–527 (2009). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2009.08.001

Артикул Google Scholar

41.

Ван, Дж. К., Ли, Дж. Л., Ву, М. Х., Чен, Р.H .: Снижение выбросов оксида азота из двигателя SI за счет впрыска воды во впускной канал. В: Международный конгресс и выставка машиностроения ASME 2009, стр. 335–340. Озеро Буэна-Виста, Флорида, США (2009 г.). https://doi.org/10.1115/IMECE2009-12517

Новый двигатель внутреннего сгорания работает только на воде и этаноле, БЕЗ БЕНЗИНА + ВИДЕО

Израильско-американская команда разрабатывает прорывной поршневой двигатель

ИЕРУСАЛИМ — 22 октября 2019 г .: The Jerusalem Post сообщает о компании Maymaan Research LLC и их новой конструкции двигателей внутреннего сгорания, которые будут работать на топливе, состоящем только из воды и спирта. (этанол, метанол, изопропанол и др.История гласит, что Maymaan Research запатентовала систему для работы традиционного поршневого двигателя на топливной смеси, состоящей из 70% воды и 30% спирта, без необходимости в бензине или дизельном топливе. «Эта революционная система может применяться, — говорят ее основатели, с простыми, но сложными модификациями существующих двигателей, и позволяет сэкономить 50% затрат на топливо, производит гораздо меньше выбросов, чем бензин или дизельное топливо, и является до 60% эффективнее бензина. На сегодняшний день MayMaan построила четыре действующих прототипа, включая автомобиль, генератор и различные двигатели.В то время как компания переросла свои гаражные корни и превратилась в это исследовательская лаборатория, она по-прежнему наполнена духом стартапов ».

MayMaan так говорит о своей технологии:

Этот революционный процесс работает путем преобразования водной смеси в мощное и экологически чистое горючее в камере сгорания двигателя. Когда происходит сгорание, процесс толкает поршень вниз практически на всю длину. рабочий ход, приводящий к очень высокому крутящему моменту в широком диапазоне оборотов двигателя.

Идеально подходит для двигателей, работающих в диапазоне низких и средних оборотов, и является отличным решением для замены или модернизации дизельных / бензиновых двигателей легковых, грузовых автомобилей и морских судов. Это топливо можно хранить и доставляется так же, как бензин и дизельное топливо, без необходимости серьезных изменений существующей заправочной инфраструктуры. Топливо полностью безопасно, а его стоимость существенно ниже, чем у бензина или дизельного топлива.

Эта технология является результатом многолетних обширных исследований нашей команды.Он уникален просто, безопасен и экологически чист.

На видео ниже представлена ​​дополнительная информация:

Для получения дополнительной информации о MayMaan Research посетите их веб-сайт, НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ.

Чтобы прочитать полную историю газеты «Джерузалем пост», посетите: https://www.jpost.com/Israel-News/Fueling-the-future-605616

Могут ли автомобили использовать воду в качестве топлива?

Уважаемый EarthTalk! Я слышал, что автомобили можно модифицировать для работы на воде.Как это возможно?
— Дайан МакМоррис, Рокпорт, ME

Существует ряд онлайн-маркетинговых предложений комплектов, которые превратят вашу машину в «работающую по воде», но к ним следует относиться скептически. Эти комплекты, которые прикрепляются к двигателю автомобиля, используют электролиз для разделения воды (h3O) на составляющие молекулы — водород и кислород — и затем вводят полученный водород в процесс сгорания двигателя, чтобы привести автомобиль в действие вместе с бензином. По их словам, это заставляет бензин сгорать чище и полнее, что делает двигатель более эффективным.

Но эксперты говорят, что уравнение энергии для этого типа систем на самом деле совсем неэффективно. Во-первых, в процессе электролиза для работы используется энергия, такая как домашнее электричество или бортовой автомобильный аккумулятор. Таким образом, по законам природы, система использует больше энергии для производства водорода, чем может дать сам образующийся водород, по словам доктора Фабио Кьяры, ученого-исследователя в области альтернативного горения в Центре автомобильных исследований при Университете штата Огайо.

Более того, по словам Кьяры, количество парниковых газов, производимых автомобилем, «будет намного больше, потому что задействованы два процесса сгорания [бензин и водород].«Наконец, есть соображения безопасности для потребителей, которые устанавливают эти устройства в свои автомобили. «H3 — легковоспламеняющийся и взрывоопасный газ», — говорит он, и для его установки и использования потребуется особая осторожность.

Процесс электролиза мог бы быть жизнеспособным для экономии энергии, если бы для его питания можно было использовать возобновляемые, экологически чистые источники энергии, такие как солнечная или ветровая энергия, хотя захват достаточного количества этого источника энергии на борту автомобиля было бы еще одним препятствием.

Сегодня исследователи уделяют больше внимания использованию водорода для питания топливных элементов, которые могут заменить двигатели внутреннего сгорания для питания автомобилей и выбрасывать только воду из выхлопной трубы.И хотя водород горюч и может приводить в действие двигатель внутреннего сгорания, использование водорода таким образом приведет к потере его лучшего потенциала: для питания топливных элементов.

Автомобили на водородных топливных элементах набирают обороты, но коммерциализация водородного топлива еще не завершена. «Потенциальные преимущества топливных элементов значительны», — говорят исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США. «Однако, прежде чем системы топливных элементов станут конкурентоспособной альтернативой для потребителей, необходимо преодолеть множество проблем.”

В штате Калифорния действует программа «Водородное шоссе», которая поддерживает развитие технологий и инфраструктуры водородных топливных элементов. И многие компании работают над способами производства, хранения и распределения водорода. Автомобили, работающие на топливных элементах, сейчас находятся на стадии опытных образцов, близятся к производству.

В то время как мы все ждем, чтобы увидеть, как это изменится, лучшим выбором сегодня для большого пробега и низкого уровня выбросов по-прежнему остается бензиновый / электрический гибридный автомобиль.

КОНТАКТЫ : Центр автомобильных исследований, http: // car.eng.ohio-state.edu; NREL, www.nrel.gov; Калифорнийское водородное шоссе, www.hydrogenhighway.ca.gov.

ОТПРАВЛЯЙТЕ ЗАПРОСЫ ПО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ НА: EarthTalk , P.O. Box 5098, Westport, CT 06881; [email protected]. Прочтите предыдущие колонки по адресу: www.emagazine.com/earthtalk/archives.php. EarthTalk теперь книга! Подробная информация и информация для заказа: www.emagazine.com/earthtalkbook.

Патент США на двигатель внутреннего сгорания, использующий смесь на водной основе в качестве топлива и способ эксплуатации того же патента (Патент №10,436,108, выданный 8 октября 2019 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУ

В этом заявлении заявлено право на получение пособия по 35 U.S.C. § 119 (e) к Non-Provisional Application Ser. № 14/036952, поданной 25 сентября 2013 г., указанная заявка полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники Область техники

Настоящее раскрытие относится к способу и устройству для работы двигателя внутреннего сгорания с использованием топлива, состоящего из воды и водорастворимого горючего вещества, которое вводят в смесь водорода и воздуха.

Описание предшествующего уровня техники

Использование ископаемого топлива для двигателей, которые используются, например, в автомобилях и других транспортных средствах, а также во многих других двигателях, используемых для различных целей, основано на очень старой концепции, основанной на о двигателях внутреннего сгорания, разработанных в девятнадцатом веке.Несмотря на интенсивные исследования и разработки альтернативных видов топлива за последние 50 лет, ископаемое топливо, полученное из нефти или природного газа, по-прежнему является основным источником энергии почти для всех двигателей внутреннего сгорания, используемых в настоящее время во всем мире.

В результате мировые запасы ископаемого топлива сильно истощились, что привело к дефициту, а цены на нефть росли последние 40 лет. Кроме того, такое топливо очень сильно загрязняет окружающую среду, и некоторые предполагают, что оно было либо основной причиной, либо внесло существенный вклад в глобальное потепление.Все эти факторы привели к многочисленным усилиям по поиску и использованию возобновляемых источников энергии, помимо традиционных ископаемых видов топлива. За последние несколько лет было введено несколько альтернативных видов топлива для уменьшения воздействия истощения запасов нефти, включая гибридные автомобили, электромобили, биодизель, автомобили на водородной основе и т. Д. Однако ни одно из этих решений не было эффективным. Одна из причин этого отсутствия успеха заключается в том, что им требуется совершенно новая инфраструктура для производства двигателей, а также для производства и распределения топлива.Более того, большинство предложенных до сих пор решений несовместимо с существующими двигателями. Стоимость замены всех существующих двигателей, работающих на ископаемом топливе, может быть настолько высокой, что может сделать любое решение, основанное на альтернативных видах топлива, неприемлемым, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

В прошлом многие предлагали воду в качестве источника топлива, и были проведены многочисленные эксперименты по проверке таких систем. В основе таких экспериментов лежит тот факт, что воду можно разделить на водород и кислород, а полученную стехиометрическую смесь можно подать в двигатель внутреннего сгорания для выработки энергии.Однако прошлые эксперименты дали неудовлетворительные результаты. Главное препятствие на пути к их успеху основано на том факте, что энергия, необходимая для разделения воды на ее компоненты, намного больше, чем энергия, производимая двигателем. Кроме того, количество смеси H ₂ , необходимое для работы типичного автомобильного двигателя, слишком велико, чтобы сделать такую ​​систему практичной.

В настоящее время на рынке доступны системы, которые можно использовать в качестве принадлежностей или дополнений к двигателям внутреннего сгорания, работающим на ископаемом топливе, однако независимые испытания показали, что на самом деле эти системы очень мало влияют, если вообще влияют, на общую эффективность. двигателя.

Система, разработанная авторами настоящего изобретения, описана в двух одновременно рассматриваемых заявках, включающих средства получения из воды и подачи небольшого количества газовой смеси водорода / кислорода в стандартный двигатель внутреннего сгорания. (См. Публикации патентных заявок США 2010/0122902 и 2011/0203917). В частности, эти одновременно рассматриваемые заявки описывают эффективный процесс и устройство для получения смеси водорода и кислорода два к одному, обычно называемой коричневым газом или HHO.Смесь помогает повысить эффективность обычного двигателя внутреннего сгорания за счет более эффективного сжигания ископаемого топлива. Хотя эта последняя система намного более эффективна, чем описанные ранее, ее эффективность по-прежнему ограничена количеством водорода и кислорода, производимых на борту транспортного средства. Более того, описанный двигатель внутреннего сгорания все еще сжигает ископаемое топливо.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Вкратце, двигатель внутреннего сгорания включает в себя цилиндр с камерой сгорания, имеющей переменный объем, определяемый возвратно-поступательным поршнем в обычном мореплавателе.Первоначально в камеру сгорания подают водород и воздух. Затем топливо в виде мелких капель жидкости впрыскивается в сжатую камеру сгорания. Полученная смесь жидкости и газа затем сжимается до очень высокого давления, которое вызывает повышение температуры, и устройство зажигания вызывает горение. В результате сгорания образуются горячие газы под давлением, которые заставляют поршень двигаться и генерировать энергию. Преимущественно топливо состоит в основном из воды и легковоспламеняющегося вещества.Воспламеняющийся материал представляет собой спирт, ацетон, альдегид или другое горючее, предпочтительно неископаемое вещество, растворимое в воде. (Термин «неископаемое топливо» используется для обозначения топлива, которое в основном не производится из ископаемых, невозобновляемых материалов, таких как нефть или природный газ, а из возобновляемых источников.) Предпочтительно топливо содержит приблизительно 10-40% воспламеняемых веществ. материал по объему.

Система и способ, описанные в данном документе, могут быть адаптированы к любому двигателю, например роторным и реактивным двигателям, и не ограничиваются поршневым двигателем, пока двигатель может использоваться для реализации основного принципа раскрытия.Этот основной принцип включает (1) смешивание водорода и воздуха с раствором воды и легковоспламеняющегося водорастворимого топлива (2) сжатие смеси до высокого давления для создания высокой температуры и очень взрывоопасной смеси в камере сгорания и (3) ) воспламенение взрывоопасной смеси, вызывающее внезапное расширение таких газов и образование пара, генерируя механическую энергию.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего раскрытия, предоставляется двигатель внутреннего сгорания для использования только с ненефтяным топливом, двигатель включает по меньшей мере один цилиндр, имеющий камеру сгорания, впускной коллектор, избирательно сообщающийся по текучей среде с камерой сгорания , источник водорода, сконфигурированный для подачи водорода, и источник кислорода, сконфигурированный для подачи кислорода, по меньшей мере, один из источника водорода и источника кислорода, сообщающийся по текучей среде с впускным коллектором, чтобы подавать, по меньшей мере, один из водорода и кислорода в цилиндр сгорания через впускной коллектор.Двигатель дополнительно включает в себя источник топлива, сконфигурированный для подачи топлива, состоящего в основном из воды и не нефтяного легковоспламеняющегося вещества, топливный инжектор, сконфигурированный для выборочной доставки топлива из источника топлива в камеру сгорания, по крайней мере, один поршень в по крайней мере один цилиндр, сконструированный так, чтобы перемещаться внутри по меньшей мере одного цилиндра и сжимать водород, кислород и топливо вместе в камере сгорания, и устройство зажигания, сконфигурированное для воспламенения сжатого водорода, кислорода и топлива в камере сгорания для выработки энергии.

В соответствии с другим аспектом настоящего раскрытия, предоставляется способ выработки энергии с использованием двигателя внутреннего сгорания, работающего на неископаемом топливе, причем способ включает в себя следующие этапы: введение водорода и кислорода в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, введение, включая введение по меньшей мере одного из водорода и кислорода в камеру сгорания через впускной коллектор; введение не нефтяного топлива, состоящего в основном из воды и легковоспламеняющегося вещества, в камеру сгорания с помощью топливного инжектора; сжатие водорода, кислорода и топлива поршнем в камере сгорания; и зажигание сжатого водорода, кислорода и топлива в камере сгорания для создания горячих сжатых газов и выработки энергии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 показан первый вариант осуществления изобретения, в котором H ₂ , воздух и водный раствор, образующий топливо, вводятся непосредственно в камеру сгорания двигателя с помощью H ₂ , а воздух вводится через общий заборник;

РИС. 2A и 2B показаны виды в разрезе и сбоку некоторых элементов двигателя внутреннего сгорания, сконструированного в соответствии с этим раскрытием;

РИС.3 показан второй вариант осуществления, в котором ингредиенты сначала смешиваются в смесительной камере перед взрывом.

РИС. 4 показан третий вариант осуществления изобретения, в котором воздух вводится через впускной коллектор, а H ₂ вводятся путем впрыска непосредственно в камеру сжатия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

РИС. 1 показан двигатель , 100, , сконструированный в соответствии с этим раскрытием. Двигатель включает в себя цилиндр 10, , с возвратно-поступательным поршнем 12 , приводящим в движение вал (не показан) через рычажный механизм 14 .Например, экспериментальный двигатель , 100, был сконструирован изобретателями путем модификации стандартного серийного дизельного двигателя объемом 400 куб. См. Двигатель , 100, дополнительно включает в себя обычный впускной коллектор 26 с воздухозаборником 28 и дроссельным регулировочным клапаном 30 , впускной клапан 64 , выпускной клапан 66 , выпускной коллектор. 70 и топливная форсунка 48 .

В обычном четырехтактном дизельном двигателе воздух всасывается через коллектор 26 в камеру сгорания 50 цилиндра 10 , в то время как поршень 12 движется вниз.Впускной клапан 64 затем закрывается, поршень 12 перемещается вверх, и дизельное топливо впрыскивается форсункой 48 в камеру 50 . Поршень 12 сжимает смесь воздуха и топлива и происходит сгорание. Поршень 12 затем перемещается вниз, приводя вал в движение, и снова перемещается вверх, а выпускной клапан 66 открывается, выпуская оставшиеся газы через выпускной коллектор 70 .

Модифицированный двигатель 100 дополнительно включает источник водорода 20 .В одном варианте осуществления источник 20 реализован как реактор, который генерирует стехиометрическую газовую смесь H ₂ / O ₂ (в данном документе называемую коричневым газом) из воды с использованием процесса электролиза. Пример такого процесса более подробно описан в публикациях патентных заявок США 2010/0122902 и 2011/0203917. Коричневый газ подается по трубке 22 и клапану 24 во впускной коллектор 26 . Следует понимать, что количество коричневого газа, введенного во впускной коллектор, по сравнению с количеством воздуха (который по своей природе также включает кислород) настолько мало, что кислород из коричневого газа незначителен и им можно пренебречь.Фактически, генератор коричневого газа используется в качестве источника водорода. Очевидно, что в качестве альтернативы генератору коричневого газа можно использовать и другие типы генераторов водорода.

Впускной коллектор 26 также принимает окружающий воздух через воздухозаборник 28 , и, как будет более подробно описано ниже, количество воздуха, поступающего в камеру 26 , регулируется клапаном 30 .

Двигатель 100 дополнительно включает топливный бак 40 , в котором находится топливо 42 .Топливо 42 подается через трубку 44 насосом 46 в топливную форсунку 48 .

Топливо в топливном баке состоит в основном из воды и легковоспламеняющегося вещества, растворимого в воде. Более конкретно, считается, что легковоспламеняющееся вещество должно быть на 30% растворимым в воде по объему. Воспламеняющееся вещество может включать спирт, ацетон, альдегид и другие подобные, предпочтительно не ископаемые вещества или их смеси. В предпочтительном варианте воспламеняющееся вещество представляет собой спирт, выбранный из изопропилового спирта, изобутанола, пропилового спирта, бутилового спирта, этилового спирта, метилового спирта или смеси таких спиртов.

Альтернативно, воспламеняющееся вещество представляет собой одно из формальдегида, ацетальдегида, бутиральдегида, бензальдегида, коричного альдегида, толуальдегида, фурфурола, ретинальдегида, глиоксаля, малонового альдегида, их янтарного диальдегида, глутаральдегида или их смеси.

Концентрация горючего материала может находиться в диапазоне 5-40%, предпочтительно 10-35%. Авторы изобретения обнаружили, что, в частности, смесь из примерно 70% воды и 30% изопропилового спирта является особенно выгодной, поскольку она обеспечивает более низкую стоимость по сравнению стактико-технические характеристики.

Топливо 42 из топливного бака 40 подается в топливную форсунку 48 насосом 43 под давлением в диапазоне 200-3000 фунтов на квадратный дюйм. В одном варианте осуществления топливо впрыскивается под давлением около 2000 фунтов на квадратный дюйм. В прошлом предлагались системы, в которых вода разделялась электролизом на смесь H ₂ / O ₂ , а затем подавалась во впускную систему двигателя. Основным топливом, используемым в таких известных двигателях, было ископаемое топливо.В настоящем двигателе , 100, , топливо , 42, , по существу, представляет собой водную смесь легковоспламеняющихся материалов, предпочтительно без ископаемых компонентов.

Двигатель 100 также включает в себя высокоэнергетическую систему зажигания 60 , подающую электрический ток к устройству зажигания 62 (например, стандартной свече зажигания), проходящему в камеру 50 , как показано. Система 60 и свеча зажигания 62 являются обычными компонентами, используемыми для двигателей внутреннего сгорания, использующих бензин в качестве топлива.

Контроллер синхронизации , 54 (обычно включающий в себя микропроцессор — не показан) принимает входные синхронизирующие сигналы и сигнал нагрузки, указывающий нагрузку на двигатель 100 . Входные синхронизирующие сигналы обычно зависят от положения коленчатого вала (не показан). Сигнал нагрузки указывает на нагрузку на двигатель. , 100, выводятся с использованием обычных методов. В ответ контроллер синхронизации генерирует выходные сигналы синхронизации, которые управляют работой устройства зажигания 62 , топливной форсунки 48 , клапана 24 и впускного клапана 30 , клапанов 64 и 66 открываются и закрываются. он управляется традиционным распределительным валом (не показан).

Важно отметить, что двигатель 100 работает с очень высокой степенью сжатия. Обычно обычный двигатель внутреннего сгорания работает со степенью сжатия от 15/1 до 18/1, за исключением некоторых очень специальных двигателей, таких как двигатели, используемые в гонках. Настоящее изобретение может быть сконструировано для работы в диапазоне 10 / 1-40 / 1, предпочтительно в диапазоне 25 / 1-35 / 1 или в диапазоне от 15/1 до 30/1. Оптимальная степень сжатия — около 30/1. Такая высокая степень сжатия может быть достигнута за счет формы головки верхней части поршня для уменьшения объема камеры сгорания.Например, как показано на фиг. 2A и 2B, верхняя поверхность поршня 12 может иметь форму с углублением 70 . Это углубление имеет заданный размер и форму, выбранную для обеспечения требуемой степени сжатия и создания турбулентности в топливном шлейфе 52 . Для этого углубление 70 размещается так, чтобы поршень 12 перемещался вверх к верхней части цилиндра, и струя топлива 52 выпускалась топливной форсункой 48 , струя 52 , используя форму поверхности вмятины, вызывающей ее завихрение.

В одном варианте осуществления изобретения единый шлейф 52 выпускается топливной форсункой 48 в каждом цикле впуска. В альтернативном варианте осуществления выпускается 1-5 шлейфов, в зависимости от нескольких переменных, таких как тип используемого топлива, нагрузка на двигатель, температура окружающей среды и т.д. выпускается намного раньше точки сгорания, чтобы обогатить паровую смесь в камере 50 , а другие струи выпускаются непосредственно перед сгоранием, а также во время сгорания.

Двигатель 100 работает аналогично стандартному четырехтактному двигателю внутреннего сгорания, но с некоторыми важными отличиями. Во время цикла впуска, когда поршень 12 движется вниз, клапаны 30 , 24 и 64 открываются, позволяя воздуху и коричневому газу войти и смешаться в камере 50 . Как объяснялось выше, отношение коричневого газа к объему цилиндра очень мало по объему (около ½% -2%), поэтому количество O ₂ в коричневом газе по сравнению с количеством O ₂ в воздухе пренебрежимо мало и, следовательно, только водород (H ₂ ) имеет какое-либо реальное значение.Затем во время цикла сжатия клапан 64 закрывается, и поршень 12 перемещается вверх, сжимая газы в камере 50 . В заданной точке, например, обычно под углом около 20 градусов до верхней мертвой точки (перед верхней мертвой точкой), струя 52 мелких капель топлива впрыскивается в камеру 50 топливным инжектором 48 и смешивается с воздухом. / H ₂ смесь. Поршень 12 продолжает двигаться вверх, сжимаясь дальше до очень высокого давления и температуры, которые создают очень взрывоопасное содержимое внутри камеры сгорания 50 .Смесь в камере 50 воспламеняется (обычно в верхней мертвой точке) свечой зажигания 62 или другим устройством зажигания, вызывающим горение, которое преобразует смесь в камере 50 в очень горячие газы под высоким давлением, включая пар. Эти газы заставляют поршень 12 двигаться вниз обычным образом. Следующее движение вверх (цикл выпуска) поршня 12 вызывает выпуск остатков сгорания через коллектор 70 .Эти остатки состоят в основном из водяного пара.

Удивительно, но практически без нагрузки было обнаружено, что двигатель 100 может работать со скоростью 2500 об / мин бесконечно, даже когда клапан регулировки впуска воздуха 30 закрыт, и поэтому почти нет воздуха (и очень мало кислорода). предусмотрен двигатель. Очевидно, во время стадий сжатия и / или взрыва по меньшей мере часть воды из топлива диссоциирует на H ₂ и O ₂ и обеспечивает кислород, необходимый для сгорания.Остальная вода, по-видимому, превращается в пар.

При увеличении нагрузки на двигатель следует открывать клапан 30 ; в противном случае двигатель замедляется и может перестать работать. Количество воздуха, вводимого через клапан 30 , зависит от нагрузки на двигатель, и, поскольку очевидно, что воздух не нужен для сгорания, считается, что по мере увеличения нагрузки для поддержания числа оборотов в минуту и ​​выработки мощности против нагрузки необходим более высокий крутящий момент, воздух необходим в качестве рабочего газа, который создает более высокое давление сгорания, которое, в свою очередь, создает более высокий крутящий момент при опускании поршня.

Рабочие параметры двигателя 100 , как описано, следующие:

Степень сжатия 30/1;

Топливо 70% воды 30% изопропилового спирта при температуре окружающей среды;

H ₂ 2-10 л / мин при нормальном атмосферном давлении и температуре окружающей среды;

Воздух 0-50 л / мин при атмосферном давлении и температуре;

Давление топлива 200-3000 PSI. За пределами диапазона будет 200-10 000 фунтов на квадратный дюйм.

Если используется несколько впрысков, первый впрыск или пилотная смесь составляют 5-30% от общего количества топлива, а оставшаяся часть затем нормируется в течение цикла сгорания.

Хотя в настоящее время точное явление, происходящее в части цилиндра 50 во время взрыва, полностью не изучено, считается, что некоторая, если не вся вода из топливной смеси также диссоциирует в цилиндре на H ₂ и O ₂ и предоставляет больше топлива для преобразования, которое запускается H ₂ / O ₂ , подаваемым в камеру. Было обнаружено, что процесс работал хорошо, когда объем 2 мл газовой смеси H ₂ / O ₂ подавался в двигатель на каждый оборот.Так как двигатель объемом 400 мл (или 400 куб. См). Количество H ₂ / O ₂ , обеспечиваемое на каждый оборот, составляет примерно ½% -2% от H ₂ по объему.

Как обсуждалось выше, топливо предпочтительно представляет собой раствор воды и легковоспламеняющегося жидкого вещества. Кроме того, может быть добавлена ​​добавка, такая как некоррозионный материал, который увеличивает проводимость воды при высоком давлении во время сгорания, тем самым способствуя разделению воды на H ₂ / O ₂ .

Показанные методы могут быть легко применены к многоцилиндровому двигателю, в дополнение к обычному поршневому или роторному двигателю, раскрытие может быть также разработано турбинным и реактивным двигателем.

Например, переделка дизельного двигателя довольно проста, нужно изменить только головку, чтобы ввести устройство зажигания, систему зажигания высокой мощности, форму поршня и камеру сгорания, чтобы позволить подходящую степень сжатия, и необходимо добавить довольно небольшой реактор H ₂ / O ₂ (или другой источник H ₂ ), что делает это решение недорогим и простым для вывода на рынок.

Поскольку вода практически доступна на любой заправочной станции, создавать основную инфраструктуру не нужно. Воспламеняющееся вещество можно автоматически смешивать с чистой водой и подавать в топливный бак автомобиля.

РИС. 3 показан другой вариант осуществления. В этом варианте двигатель 200 очень похож на двигатель 100 . Различие состоит в том, что новая смесительная камера , 210, предусмотрена в верхней части цилиндра 10 в связи с частью цилиндра 50 , где происходит сгорание.Смесь H ₂ / O ₂ подается вторым инжектором 220 в эту смесительную камеру 210 (а не в камеру 50 ). Таким образом, смесительная камера 210 принимает как топливную смесь 42 , так и смесь H ₂ / O ₂ . Эти материалы смешиваются друг с другом и всасываются в участок 50 , когда это необходимо, через канал 230 .

РИС. 4 показан другой вариант реализации 300 .В этом варианте осуществления водно-топливная смесь и смесь H ₂ / O ₂ подаются непосредственно в камеру сгорания.

Другими словами, смесь H ₂ / O ₂ может подаваться в двигатель тремя различными способами: в коллектор, в камеру смешения или в саму камеру сгорания.

Настоящее раскрытие имеет несколько преимуществ. Во-первых, он использует в качестве топлива общедоступные возобновляемые вещества вместо невозобновляемых ископаемых веществ.Считается, что раскрытые намного более эффективные и аналогичные двигатели, работающие на ископаемом топливе, могут генерировать больше энергии. В-третьих, во время экспериментов, проведенных на двигателе, выхлоп двигателя был очень чистым, наблюдалось минимальное загрязнение, и даже в непроветриваемом помещении не было видимого дыма, и изобретатель не обнаружил затруднений с дыханием.

В это раскрытие могут быть внесены многочисленные модификации без отклонения от его объема, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Например, были реализованы и протестированы несколько улучшений вышеупомянутого механизма и метода. Двигатель, изначально предназначенный для работы на дизельном топливе, был модифицирован для работы на водном топливе. Двигатель, согласно спецификации производителя, должен выдавать около 9 л.с. при 3000 об / мин. Двигатель был испытан перед внедрением улучшений, описанных в настоящем описании, и фактически он выдавал максимальную мощность 7 л.с. при 2500 об / мин. Это измерение было выполнено в лаборатории с использованием динамометра для отрыва воды.Используемые инструменты включали в себя 7-дюймовый поглотитель воды Land and Sea и систему сбора данных Dyno-Max.

При переводе двигателя для работы на водном растворе было протестировано множество различных конфигураций. С самого начала было замечено, что, хотя довольно высокий крутящий момент был достигнут на низких оборотах, как у дизельного двигателя, лучшие рабочие характеристики были достигнуты при степени сжатия от 15: 1 до 20: 1. Было отмечено, что чем выше степень сжатия, тем выше крутящий момент.

Первые испытания модифицированного двигателя выдавали около 2,4 л.с. при 1500 об / мин. Наблюдалось небольшое количество воды, выходящей из выхлопной трубы, что является признаком неэффективного горения. В традиционном цикле сгорания, когда топливо и воздух сжимаются в верхней мертвой точке или непосредственно перед этим, топливо воспламеняется, и максимальное давление создается сразу после верхнего мертвого галопа. С топливом по настоящему изобретению процесс достижения наивысшего давления занимает больше времени, потому что воде необходимо перейти на водород / кислород, после чего она воспламеняется.На следующем этапе вода превращается в пар, что еще больше увеличивает давление. Для накопления максимального давления в верхней мертвой точке хода поршня требуется предварительное зажигание. В настоящем описании опережающего зажигания примерно на 20-30 градусов было достаточно, в зависимости от рабочей скорости.

Кроме того, лучшие результаты были достигнуты при использовании свечи зажигания «горячей свечи». Кроме того, головка блока цилиндров была модифицирована для размещения двух свечей зажигания для получения лучших результатов.

Подача топлива была разработана аналогично GDI (непосредственный впрыск бензина). Насос с кулачковым приводом использовался для подачи высокого давления до 3000 фунтов на квадратный дюйм. Чтобы достичь минимального размера капель в инжекторе, давление во время впрыска должно быть как можно более высоким. Следовательно, форсунка сконфигурирована так, чтобы быть синхронизированной с выступом кулачка насоса, чтобы впрыскивать топливо во время подъема поршня насоса или сразу после достижения высокого давления, когда поршень насоса находится в верхней части своего хода в цилиндре.

Вышеупомянутые усовершенствования показали, что путем модификации двигателя для большей совместимости с топливом достигается аналогичная или более высокая выходная мощность. Двигатель был протестирован со всеми упомянутыми усовершенствованиями и модификациями, и он превзошел дизельную конфигурацию, выдав до 7,8 л.с. при 2000 об / мин. Кроме того, уровень крутящего момента улучшился на 10% по сравнению с конфигурацией на дизельном топливе.

Другим вариантом настоящего раскрытия является возможность впрыска топлива в коллектор, а не непосредственно в цилиндр.

Различные варианты осуществления, описанные выше, могут быть объединены для обеспечения дополнительных вариантов осуществления. Аспекты вариантов осуществления могут быть изменены, если необходимо использовать концепции различных патентов, заявок и публикаций для предоставления дополнительных вариантов осуществления.

Эти и другие изменения могут быть внесены в варианты осуществления в свете вышеприведенного подробного описания. В общем, в нижеследующей формуле изобретения используемые термины не должны толковаться как ограничение формулы конкретными вариантами осуществления, раскрытыми в описании и формуле изобретения, но должны толковаться как включающие все возможные варианты осуществления вместе с полным объемом эквивалентов, к которым такие претензии имеют право.Соответственно, формула изобретения не ограничивается раскрытием.

Чтобы сделать двигатель более эффективным, просто добавьте воды

Двигатель внутреннего сгорания всегда был в стадии разработки. С тех пор, как мы впервые начали устанавливать их в автомобили более века назад, инженеры придумывали все более сложные способы выжать из них больше мощности и повысить эффективность использования топлива. Одна компания заявляет, что нашла удивительный способ сделать наши двигатели еще более эффективными: просто добавьте воды.

Просто добавь воды

Дизайн разработан немецкой инженерной фирмой Bosch.Согласно их пресс-релизу, часть топлива, которое впрыскивается в двигатели с турбонаддувом, никогда не сгорает, а охлаждает двигатель и предотвращает его перегрев. Их система WaterBoost заменяет этот бензин водой через отдельный инжектор во впускном отверстии.

Двигатели внутреннего сгорания объединяют топливо и воздух внутри цилиндра, где свеча зажигания воспламеняет смесь, и последующий взрыв заставляет поршень опускаться, приводя в движение коленчатый вал и вращая колеса. В результате этого процесса выделяется много тепла, поэтому современные двигатели включают сложные системы охлаждения, предназначенные для снижения температуры.Добавление воды в цилиндр способствует непосредственному охлаждению двигателя, что помогает защитить двигатель и повысить его эффективность.

В системе Bosch мелкий водяной туман распыляется в цилиндр между каждым сгоранием. К тому времени, когда следующий цикл топлива готов к взрыву, вода испарится, охлаждая двигатель. Это сокращает количество потребляемого топлива, создает более плотный и богатый кислородом воздух и позволяет быстрее воспламеняться в цикле двигателя, повышая эффективность.

Охлаждающие двигатели более эффективны

Компания заявляет, что ее система теоретически может повысить топливную эффективность на 13 процентов. (Или увеличьте мощность на 5 процентов, если это больше ваш стиль.) По словам Bosch, выигрыш будет происходить в основном на высоких оборотах, когда двигатель самый горячий и всасывает больше всего топлива.

Система также не требует много воды; потягивая всего несколько миллилитров на каждый километр пути. По их оценкам, большинству водителей придется заправлять пятилитровый бак только раз в 3000 километров.Если вы забудете, двигатель все равно будет работать нормально; все, что вы потеряете, — это немного эффективности.

Система впрыска воды уже реализована в BMW M4 GTS, но говорят, что эта технология предназначена для автомобилей среднего размера с небольшими двигателями с турбонаддувом. По их оценкам, помимо повышения топливной экономичности автомобилей, система сократит выбросы углекислого газа примерно на 4 процента в результате более полного сгорания.

Системы двигателей внутреннего сгорания (I.c.e)

Описание

«Мобильные и аварийные системы двигателей внутреннего сгорания для очистки паров углеводородов высокой концентрации.Поскольку наши системы ДВС работают на пропане, электричество на площадке не требуется.

После первого запуска на пропане карбюратор переключается на отвод паров углеводородов из потока загрязняющих веществ. Загрязняющие вещества сгорают в двигателе и выделяются в виде CO2 и воды. Системы ICE безопасны и обладают уникальной функцией автоматического удаления воды из влагоотделителя. Эта функция позволяет работать без присмотра в ситуациях, когда поток пара насыщен водой.

В применениях по восстановлению системы разработаны с пробивным резервуаром с фильтром твердых частиц, пламегасителями, вакуумметрами и манометрами, а также отверстиями для отбора проб.В системе используется контроллер Phoenix 1000 и имеются двухпозиционные переключатели для всех компонентов, устройство отключения при низкой / высокой температуре, система управления клапаном скважины и блокирующие соединения. Система управления автоматически регулирует разрежающий воздух, технологический поток и дополнительные топливные клапаны, чтобы максимизировать технологический поток без ущерба для безопасности или качества выбросов сточных вод.

В промышленных применениях пар из надземных резервуаров для хранения (AST) и трубопроводов обычно загрязнен опасными загрязнителями воздуха (HAP), такими как летучие органические соединения (VOC), оксиды азота (NOx) и оксид углерода (CO).Перед сбросом в атмосферу отработанный воздух должен соответствовать требованиям к сбросу воздуха. Для удовлетворения этих требований используются блоки ICE.

Многие AST имеют крышу, которая плавает над хранимым продуктом. Каждый раз, когда под плавающей крышей остается паровое пространство, существует риск выхода паров. Во время заполнения, прежде чем крыша будет плыть по поднимающемуся продукту, пары выталкиваются вверх и выходят из резервуара. Evoqua может использовать ICE для обработки этих паров. В зависимости от скорости заполнения и продукта в резервуаре, Evoqua будет использовать ICE подходящего размера для обеспечения этой скорости, чтобы обеспечить соответствие.Агрегаты ДВС имеют отличный коэффициент уменьшения расхода вспомогательного топлива.

Дегазация трубопровода с использованием двигателей внутреннего сгорания

Трубопроводы — еще один источник опасных паров. Дегазация трубопроводов, очистка, гидроиспытания, вывод из эксплуатации и другие действия могут привести к выбросу загрязненных газов. Они должны быть захвачены и уничтожены для защиты здоровья и безопасности человека и окружающей среды.

Пар от AST и трубопроводов обычно загрязнен опасными загрязнителями воздуха (HAP), такими как летучие органические соединения (VOC), оксиды азота (NOx) и монооксид углерода (CO).Перед сбросом в атмосферу отработанный воздух должен соответствовать требованиям к сбросу воздуха. Для удовлетворения этих требований используются блоки ICE.

Evoqua предлагает широкий выбор безопасных блоков ДВС, от 4-х цилиндровых до 8-цилиндровых, доступных для долгосрочной и краткосрочной аренды, а также предлагает комплексные услуги «под ключ» для проектов. А поскольку наши технические специалисты по ДВС являются экспертами в эксплуатации и техническом обслуживании двигателей для восстановления окружающей среды, они поддерживают наши двигательные системы в новом состоянии.