Что он сделал правильно?

Он начал с использования родной системы зажигания и карбюратора. Этого, однако, не хватало для создания достаточной «искры» чтобы взорвать воду. Поэтому, в дополнение к этой системе, он установил инвертор с 12В постоянного тока на 110В переменного тока, и подсоединил к нему электроды свечи через реле, оснащённое встроенными выпрямляющими диодами, таким образом, чтобы всплеск высокого напряжения (при малой силе тока) с катушки зажигания комбинировался с поступающим от инвертора током низкого напряжения (110В), имеющего более высокий показатель силы тока (6,6А). При подключении к каждой свече по одному реле этого комбинированного тока оказалось достаточно, чтобы вызывать реакцию взрыва воды. Инвертор и реле не были заземлены на кузов автомобиля, имея точку заземления только на корпусе свечи.

Так как вспышка плазмы очень непродолжительна по времени, ему пришлось переустановить момент зажигания (повернуть распределитель) на 20 – 30 градусов ПОСЛЕ ВЕРХНЕЙ МЁРТВОЙ ТОЧКИ, что на самом деле является у обычного двигателя лучшей точкой наибольшей компрессии - точкой, когда поршень как раз начинает толкать коленчатый вал вниз.

Ещё одним мероприятием, которое ему пришлось осуществить, было увеличение впрыска воды в цилиндры. Это он реализовал посредством увеличения жиклёров карбюратора приблизительно на 2 размера. Это позволило подавать в цилиндры больше тонкораспылённой воды для каждого момента зажигания, и тем самым обеспечивало более интенсивную реакцию.

Изначально, его автомобиль был оборудован 100-амперным генератором, мощности которого как раз хватало для питания новой системы зажигания. Тем не менее, он установил ещё один аккумулятор в параллель к первому для разделения нагрузки, чтобы обеспечивать бесперебойным питанием другие бортовые электросистемы. Затем он установил новый водяной бак, в который он провёл выхлопную трубу. В баке имеется несколько перегородок для подавления шума выхлопа, конденсации воды, сохранения тепла выхлопных газов и выделения из выхлопа воздуха, который затем выходит из под крышки заливной горловины (или откуда-то ещё в задней части автомобиля).

Вся система очень проста … но за исключением «реле». Использованное им реле старого типа, которое более не выпускается, и он фактически подсоединил это реле неправильно. Таким образом, вероятность точного повторения его системы почти исключена. Тем менее, это привело к разработки нескольких модификаций системы, которые должны быть не менее успешными.

Это не точное представление реле s1r9a9m9, так как в состав внутренних межсоединений входят 4 диода необычной конфигурации с двойными соленоидами. Тем не менее, этот рисунок отражает фактическое течение тока внутри реле и его поступление на свечи.

Проблема с системой s1r9a9m9 заключается в том, что его реле не работает как реле, а функционирует больше как открытая импульсная цепь постоянного тока, которая просто позволяет высоковольтным всплескам от катушки зажигания перед их поступлением на свечи комбинироваться с сигналом 110-вольтовой цепи, имеющей более высокую силу тока. Это создаёт плазменную дугу, которая очень похожа на дугу, используемую электросварщиками, однако импульсы такой дуги очень непродолжительны по времени.

Это по существу создаёт более сильный поток электронов через дугу, тем самым поляризуя молекулы воды в цилиндре, которые мгновенно выстраиваются в направлении сильного электрического тока. Результатом этого является гидродинамический удар в холодной тонкораспылённой воде [cold fog reaction], характеризующийся высоким давлением, a также сильная вспышка и хлопок, создаваемые свечами в условиях нормального атмосферного давления.

Произвольная ориентация Выравнивание ориентации
молекул до зажигания молекул после зажигание

По существу то, что требуется на свече, это высокое напряжение (созданное индуктивным или ёмкостным разрядом) и больше ампер (силы тока), что лучше способствует быстрому выбросу электронов в сжатый водяной туман для создания лавинообразной реакции. Это, как успешно продемонстрировал s1r9a9m9, может быть осуществлено за счёт ряда других способов, рассмотренных ниже.

В обычном двигателе для создания искры в стандартном искровом зазоре требуется от 10 000 до 14 000В. S1r9a9m9 фактически увеличил зазор, и таким образом должен использовать более высокое напряжение. Тем не менее, обычная катушка зажигания в состоянии выдать от 25 000 до 30 000В, но не всё это напряжение используется, потому что после образования искры требуется гораздо меньшее напряжение для её поддержания, и во вторых, цепь быстро замыкается по мере смещения контактов распределителя для зажигания горючей смеси в следующем цилиндре. Катушка зажигания очень редко отдаёт полный заряд или имеет время на его отдачу.

Применение более толстого провода, идущего от инвертора, позволяет подавать более высокую силу тока, а также более высокое напряжение. Таким образом, вполне вероятно, что катушки s1r9a9m9 разряжаются в более полной мере, чем это имеет место у обычных автомобилей, имея при этом обычные номинальные характеристики. Сильное превышение этого напряжения только создаст образование дугового пробоя на свечах или в другом месте, где ток найдёт наименьшее сопротивление. Свечи могут также просто расплавиться.

Это просто означает, что нет необходимости обращаться к катушкам зажигания гоночных автомобилей, имеющим более высокое напряжение, или к системам конденсаторного зажигания для обеспечения максимально возможного разряда в искровом зазоре. После создания дуги напряжение падает. К тому же вы же не хотите создать на свечах дугу, как на сварочном аппарате, так как свечи при этом быстро расплавятся (конструкции свечей более подробно рассмотрены ниже).

Конечно же, существует некий оптимальный уровень, при котором возникает плазменногидродинамический удар в тонкораспылённой воде, сила которого достаточная для приведения в действие автомобиля, и этот уровень основывается на имеющейся мощности генератора. S1r9a9m9 просто доказал, что эта система работает с использованием стандартного автомобильного генератора на 100А 13,8В (1 380Вт).

В действительности, определяющее значение имеет количество джоулей, подаваемое по дуге. Это требует высокого напряжения для создания дуги и более высокой силы тока для более мощного потока электронов в цилиндр с целью создания плазменногидродинамического удара в тонкораспылённой воде. Минимальный «хлопок» появляется на уровне менее 1 джоуля и усиливается по мере роста подаваемой энергии.

Так как двигатель вращается с относительно большим чистом оборотов в минуту, каждую секунду в каждом цилиндре множество раз происходит воспламенение рабочей смеси. Это означает, что для каждого «взрыва» необходим лишь относительно небольшой заряд для поддержания вращения двигателя. Какой силы? Это, очевидно, зависит от мощности генератора и особенностей цепи электропитания. Подход заключается в том, чтобы обеспечить наиболее сильный «взрыв» (максимально количество джоулей на одно зажигание), не используя при этом полную мощность генератора, и в то же время обеспечивая нормальное электропитание других бортовых электросистем (фары, стеклоочистители, кондиционер, вентиляторы, CD-проигрыватель и т. д.).

S1r9a9m9 пришёл к заключению, что он почти полностью расходует мощность своего генератора, и поэтому установил второй аккумулятор в параллель первому для обеспечения потребностей других бортовых электросистем.В обычных условиях вождения, в дневное время суток оба аккумулятора заряжаются, а в ночное время и в дождливую погоду потребление тока вероятнее всего превысит максимальную мощность генератора и этим объясняется потребность в дополнительном электропитании.

Простым решением этой проблемы является установка более мощного генератора или 2-х генераторов.

А теперь про то, как получить этот сильный «взрыв»!

Свечи

Последующие страницы посвящены ряду схем, которые можно использовать для доставки в цилиндр достаточного количества джоулей, чтобы двигатель работал. Но прежде я бы хотел вкратце рассмотреть тему «свечи зажигания».

В магазинах имеется множество типов искровых свечей. В целом то, что нужно, это обычная низкоомная свеча для стартеров, у которой постепенно можно будет увеличивать искровой зазор для получения «более горячей» (высоковольтной) дуги. S1r9a9m9 использует обычные дешёвые свечи, и заменяет их примерно каждые 3 месяца, так как дуговой разряд изнашивает их подобно тому как изнашиваются сварочные электроды. Обычные свечи дают дугу только на кончике маленького бокового электрода, и поэтому в этой точке свеча сильно нагревается, так как дуга постоянно образуется только на одной очень ограниченной площади электрода.

Альтернативным вариантом, если вы сможете это приобрести или изготовите сами, являются так называемые «свечи зажигания с использованием поверхностного разряда», в которых нет бокового электрода "массы", а искра идет вкруговую от центрального электрода к корпусу по поверхности изолятора. У таких свечей фиксированный искровой зазор, однако вы можете поэкспериментировать и изменить этот зазор, приваривая шайбы с различным отверстием к ободку резьбового цоколя корпуса свечи.

Обычная свеча Свеча с поверхностным Свеча с поверхностным разрядом
разрядом с приваренной шайбой

Дуга в свечах с поверхностным разрядом редко образуется в одном и том же месте. Она имеет тенденцию кружиться по ободку корпуса и тем самым получается искра с меньшим износом и более долгим сроком службы. Свечи с поверхностным разрядом не так широко распространены, так как при неправильном использовании они быстро загрязняются в бензиновых двигателях. Но в двигателе, работающем на воде, этот недостаток снимается. Можно и самому изготовить свечу с поверхностным разрядом и это на самом деле не слишком трудно. Нужно только отрезать боковой электрод свечи, и вместо него приварить шайбу.

Существует ещё один тип свечей, который был запатентован, но пока ещё ждёт серийного производства. Он называется «Файерсторм» [Firestorm]. У таких свечей несколько вариантов конструкции, однако у всех их имеется одна базовая концепция – куполообразный центральный электрод, и отстоящий от него на одинаковом расстоянии вогнутый заземляющий электрод. Идея такой конструкции заключается в том, что дуга может образовывать перекрытие от центрального до заземляющего электрода практически в любом месте, так как расстояние между ними в любой точке одинаковое. Это даёт более хорошее зажигание без точек перегрева, и обеспечивает более долгий срок службы свечи. Проблема заключается в том, что имеется только одна фиксированная величина зазора, и таким образом цепь зажигания должна быть настроена на зажигание только при таком неизменном расстоянии между электродами. Это очень легко сделать, однако имеющиеся на сегодняшний день прототипы таких свечей для хорошей искры нуждаются в цепях конденсаторного зажигания от гоночных автомобилей.

Файерсторм с одним Файерсторм с двумя
куполообразным заземляющим куполообразными заземляющими
электродом электродами

Если такие свечи когда-либо поступят в продажу, их ожидают весьма неплохие перспективы применения в плазменновзрывных паротопливных двигателях, так как они создают шаровидный плазменный взрыв вокруг центрального электрода. А пока придётся самому сделать такие свечи, наварив маленькую куполообразную головку на центральный электрод, а затем проволочный свод заземляющего электрода. Прототипы могут выглядеть не так красиво, но они должны заработать.

Электрические цепи:

У электрического тока есть уникальное свойство находить самый короткий путь на землю с наименьшим сопротивлением. Помните это.

Схема s1r9a9m9 основывается на этом принципе, пусть даже эта схема не работает так, как показано ввиду того, что ток от инвертора (переменный) и ток от катушки зажигания (постоянный) в обычных условиях будут конфликтовать и окажутся несовместимыми.

Его схема работает благодаря вышеозначенному «известному» направлению течения тока и потому, что в его старом реле имеются «диоды». Проще говоря, диоды выпрямляют переменный ток до однополупериодного или двухполупериодного выпрямленного постоянного тока, который совмещён с высоковольтным импульсом постоянного тока, идущим с катушки зажигания. В этом случае единственной проблемой является течение тока по наиболее быстрому пути до заземления.

S1r9a9m9 не заземлил инвертор и реле на кузов автомобиля, и таким образом единственным выходом было использование толстого заизолированного медного свечного провода и заземления в точке искрообразования.

Технически, в схеме s1r9a9m9 должно иметь место обратное течение переменного тока 110В к катушке зажигания, что создало бы проблемы, но так как это вызвало бы сопротивление, то электричество находит наиболее лёгкий путь и таким образом проходит через реле и диоды к свечам.

Более совершенная схема заключается в том, чтобы сначала выпрямить переменный ток через один диод (однополупериодное выпрямление) или через мостовой выпрямитель (4 диода) чтобы получить постоянный ток 110В (или 220В), смешать его с высоковольтным постоянным током через высоковольтный диод, а затем направить к свече.

Диоды должны быть высоковольтными, однако нет необходимости подбирать их вольтаж в соответствии с напряжением инвертора и катушки зажигания, так как принцип их действия основывается на временном блокировании обратного тока и ориентации его только в одном направлении – к искровому зазору свечи. Так как электричество ищет путь наименьшего сопротивления, то диоды должны иметь достаточный номинал для того, чтобы пропускать напряжение 110В (220В) и блокировать высоковольтный всплеск, идущий к инвертору. Подобным образом, диод со стороны катушки зажигания служит для предотвращения подачи тока 110В (или 220В) на катушку между импульсами.

Заметьте также на вышеприведённой схеме, что принцип однополупериодного выпрямления тока требует заземления инвертора на свече для завершения цепи. При двухполупериодном выпрямлении мостовой выпрямитель может быть заземлён на кузов автомобиля или, что более предпочтительно, на свечу.

Ещё одной интересной особенностью использования инвертора является то, что кроме увеличения напряжения с 12В постоянного тока, инвертор также обеспечивает пульсацию переменного тока с частотой 50 – 60Гц (циклов в секунду). Это осуществляется за счёт схемы ёмкостного разряда в инверторе. Это эквивалентно одному циклу каждые 0,0167 сек (60Гц) или 0,020 сек (50Гц), т. е. 16,7 – 20,0 мсек. Выдержка времени контактов (время размыкания цепи) составляет от 1 до 6 мсек. Это время, необходимое для полной перезарядки катушки зажигания, и таким образом току катушки легко смешаться с однополупериодным или двухполупериодным выпрямленным импульсом от инвертора, так как время заряда и разряда катушки зажигания вполне укладывается в отведённое время. (Время заряда катушки = 1 – 6 мсек; время разряда катушки = 1 – 2 мсек).

И более того, после образования дуги, напряжение 110В (220В) может поддерживать её после того, как катушка зажигания разрядилась, создавая тем самым более длительное зажигание продолжительностью в несколько микросекунд.

Тут также следует заметить, что у системы зажигания с катушкой индуктивности, более длительный период разряда (1 - 2 мсек) по сравнению с конденсаторной системой зажигания (10 – 12 микросекунд) или 0,001 против 0,000012 сек. Это означает, что у старой индукционной системы зажигания по сравнению с новой конденсаторной, имеется больше времени для выброса электронов в плазменную дугу. (Более подробная информация о конденсаторной системе зажигания последует далее).

Продолжительность цикла является важным показателем, который определяет длительность времени формирования плазменной дуги. Когда напряжение падает в конце полупериода, дуга прекращается. Таким образом, время цикла выступает в качестве тактового переключателя для дуги.

Помните, целью таким образом является создание максимально длительной дуги (в рамках целесообразности) чтобы увеличить поток электронов для плазменновзрывного гидродинамического удара. Однако эта длительность не должна приводить к расплавлению электродов. Очевидно, момент зажигания у s1r9a9m9 выставлен в целесообразных пределах, однако он может быть не оптимальным для достижения максимальной мощности.

Следует также заметить, что искровой зазор свечи должен быть достаточно широким для предотвращения искрообразования от напряжения 110В (220В) до появления предварительного искрового разряда от высоковольтного всплеска напряжения, который призван запустить дугу (рекомендуется 0,08 дюйма, однако следует начать с обычного зазора, и увеличивать его до получения наилучших результатов). Раннее зажигание от низкого напряжения не вызовет потока электронов, а только нагреет свечи и водяные испарения, что представляет собой пустую трату энергии. Проще говоря, не рекомендуется постоянное подведение напряжения инвертора на свечи, и поэтому необходим пусковой механизм для напряжения 110В (220В), обеспечивающий совпадение подачи этого напряжения с высоковольтным разрядом катушки зажигания. Подробности следуют далее.