Азотный термодинамический цикл работы двигателей внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) являются наиболее массовыми энергосиловыми установками. Поэтому кажется естественным, что именно в ДВС впервые были получены режимы работы, соответствующие азотной реакции. Это были двигатели гоночных машин и мотоциклов, на которых вдруг мощность (и скорость) существенно росла при том же, или даже при меньшем расходе топлива. На выхлопе содержание азота и углекислого газа было снижено, а доля водяного пара существенно повышена. Несмотря на более чем двадцатилетний период единично-индивидуальной настройки серийных легковых автомобилей на азотную реакцию, до сих пор нет даже демонстрационного образца, а результаты – для нескольких десятков машин – весьма нестабильны. Это можно объяснить отсутствием до недавнего времени теории, да еще в соединении со сложностями практики.

Лучшие образцы автомобилей ездят с настройкой на азотную реакцию 10…11 лет. Расход топлива снижен до 5…6 раз. Легкое топливо может быть заменено более тяжелым, вплоть до дизтоплива и керосина. Улучшаются динамические характеристики (разгон…). Отмечается бесшумная и более мягкая работа двигателя, снижение температуры охлаждающей жидкости.

Рассмотрим рабочий процесс (с азотной реакцией) на примере карбюраторного двигателя, так как примеры для дизельного и инжекторного двигателей отсутствуют. Итак, по окончании выпуска газов и продувки происходит всасывание топливовоздушной смеси в цилиндр двигателя при движении поршня вниз. Затем на такте сжатия при движении поршня вверх происходит повышение температуры и давления смеси в цилиндре двигателя. При некотором угле опережения зажигания штатно включается свеча и под действием электрического разряда (искры) происходит воспламенение смеси.

Далее следует описать необычности. Угол опережения зажигания устанавливается на 40⁰…50⁰ до верхней мертвой точки (ВМТ) поршня. В нормальных двигателях это привело бы к стукам, поломкам или обратному ходу поршня. В азотном двигателе, если его так можно назвать, этого не происходит по следующим причинам. Под действием катализатора, электрического разряда, электромагнитного импульса, параметров смеси, в плазме воспламенившейся смеси начинается азотная реакция: распад азота, кислорода и взаимодействие с ними электронов – генераторов энергии. При этом часть водяного пара конденсируется на стенках цилиндра, что уменьшает объем и давление парогазовой смеси в цилиндре. Направленное от стенки к центру (оси) цилиндра испарение влаги снижает и температуру в цилиндре. В то же время азотная реакция в микрозонах, особенно вблизи стенок цилиндра должна идти, так как катализатор имеется только на стенках. Образование мелкодисперсного твердого графита также уменьшает первоначальный объем газа и давление. То есть давление и температура должны достаточно резко снизиться, чтобы поршень преодолел угол опережения до ВМТ без препятствий. Кстати как такового электрического разряда, в принципе, не надо, так как достаточно электромагнитного импульса: были случаи, когда двигатель начинал работать при снятых проводах зажигания. При отсутствии искры не происходит и обычного воспламенения топливовоздушной смеси – это тоже оказывается лишним, так как топливо просто расщепляется под действием катализатора и электромагнитного импульса, как и молекулы воздуха.

Относительно холодная газовая среда в цилиндре двигателя при движении поршня от ВМТ вниз на следующем такте – расширении понижает давление, что, как мы знаем, способствует распаду молекул. И при некотором наиболее эффективном разрежении – вакууме в цилиндре опять происходит расщепление оставшейся части азота, кислорода, топлива под действием катализатора, который никуда из цилиндра не делся, и – электромагнитного импульса от штатной индукционной катушки. То есть возникает и выполняется азотная реакция с выделением энергии. Работа индукционной катушки на такте расширения предназначена для производства искры в другом цилиндре, но электромагнитный импульс (ЭМИ) от катушки распространяется в этот момент одновременно ко всем цилиндрам, в том числе, и в рассматриваемый, где происходит такт расширения. Поскольку такт расширения в энергетическом плане является решающим, вносящим основной вклад в энергетику двигателя, то "угол опережения зажигания", который как бы устанавливался для предыдущего такта – сжатия, на самом деле автоматически устанавливается для ЭМИ на такте расширения, и как "угол опережения зажигания" утрачивает смысл. Индицирование двигателя позволило бы установить все параметры. В связи с необходимостью разных углов подачи ЭМИ для разных тактов в одном цилиндре, и – разные для разных цилиндров в связи с неравномерностью, следует устанавливать углы подачи ЭМИ для разных тактов и цилиндров – индивидуально.

За расширением следует такт выпуска выхлопных газов, в котором большое значение имеют инжекторные выхлопные системы, обеспечивающие вакуум на выпуске и соответствующее увеличение съема энергии и улучшение продувки и последующего наполнения – увеличения воздушного заряда в цилиндре. Все это увеличивает мощность двигателя и снижает расход топлива.

В серийных двигателях со штатными вспомогательными системами вряд ли удастся вообще отказаться от топлива, но, как следует из опыта, можно существенно уменьшить его расход. При изменении вспомогательных систем, а особенно цилиндрово-поршневой группы возможно вообще избавиться от даже частичного использования органического топлива в ДВС.