Тази страница е предназначена най-вече за тези, които подобно на мене намират теорията за скучна и да се действува в практиката е по-интересно за тях. За съжаление ако ни липсва някаква елементарна теоретична база в дадената област, бързо се намираме "натясно" и започваме да се въртим на едно място вместо да напредваме.
Затова в тази страница ще се постарая внеса малко ред, като опростя колкото е възможно някои обяснения върху функционирането на моторите и върху някои термодинамични явления, които ги съпровождат. Тези обяснения са необходими за по-доброто разбиране на стр. 15 и най-вече заради това което съм премълчал в нея.
Ще ви обясня по-долу кое прави разликата между един мотор дизел, захранван традиционно и същия мотор екипиран с устройство Pantone вариант "вода", който приехме да наричаме « система G ».
Трябва веднага да уточня, че при традиционната версия топлината, произведена от горивото, служи единствено за затопляне на различните газове, които при разширяването си произвеждат директно работа.
Във версията « система G » горенето на горивото служи по-скоро за да декомпозира някакво количество гореща водна пара, предварително вкарана и компресирана в цилиндъра, като й дава необходимите липсващи калории в допълнение на тези, придобити от отработените газове. Това, което повишава температурата на различните газове, произвеждащи работа и които са в по-голямата си част водни пари, е горенето или по-скоро избухването на получените водород и кислород.
Трябва да се отбележи, че разлагането на една определена част водна пара (което зависи от количеството на впръскваното гориво и на топлинната енергия на парата, влизаща в цилиндъра) става много успешно, тъй като топлинната й енергия се приспада от енергията необходима за това разлагане.
Това е една от причините за ниската консумация на екипираните с устройството Pantone мотори, но само една от тях, защото както ще ви покажа по-долу, другата причина е едно значително подобрение на полезния ефект на тези мотори.
Преди да продължа, смятам за важно да си припомним набързо по какъв начин един двигател върши работа, ще рече какво точно тласка буталото. Така ще знаете малко повече от хората, които се задоволяват с обяснението, че единствено разширяването на газовете го тласка. Ще опростя сложните обяснения, така че да ви станат ясни без задълбочени познания по термодинамика.
Така, че ако не сте на "ти" с теорията (с термодинамиката и термохимията), запомнете най-малко това, че буталото е "бутано" или от увеличаването на обема на газ, намиращ се в цилиндъра между буталото и цилиндровата глава, или от навлизането на допълнително количество газ там, или едновременно при двата случая (увеличаване н обем или навлизане на повече газ). В същност при тези условия е ясно, че газът може да увеличи обема си при положение, че може да избута буталото - за да може да избута буталото, налягането му трябва да се увеличи - за да се увеличи налягането на газа, трябва да се увеличи температурата му - за тази цел му трябва загряване (калории), което получаваме при изгаряне на гориво в мотора. Горейки, горивото произвежда газове, които се присъединяват към вече съществуващите, произвеждайки и топлинна енергия. Ясно е, че газовете, за които говорим по-горе, са в по-голямата си част въглероден двуокис, водна пара и това което остава от въздуха, т.е. азот.
Размишлявайте добре върху това и долу изложеното и всичко ще ви стане ясно.
Да се върнем към функционирането на двигателя като вземем за пример дизеловите двигатели.
Ето какво става при тях стъпка по стъпка:
когато горенето започне в началото на впръскване на дизелово гориво буталото е избутано от разширяването на различните газове, които са повишили температура и налягане благодарение на три причини, независими една от друга и които се появяват налице в началото на всмукването.
Така в един двигател със свойствена температура на работа:
Газовете, получени от това горене се прибавят към азота във въздуха, увеличавайки обема му (значи и налягането му) и разширявайки се, тези газове избутват буталото.
Така различните горещи газове, разширявайки се, бутат буталото към долната мъртва точка и произвеждат едно количество работа, част от което е извършена от горивото, а друга част от частичното възстановяване на необходимата работа на сгъстяване от предишния цикъл. Очевидно е, че получената работна енергия ще бъде добита от тази, необходима за следващите три такта, ще рече - изпускането, всмукването и сгъстяването.
Интересно ще бъде да проучим от близо естеството на газовете, присъстващи в горенето и получени от него.
Забележка: Получените при горене на въглеводородно (петролно) гориво газове са най-вече въглероден двуокис ( CO2 ) и водна пара. Както при горенето на бензин или мазут, трябва ни въздух, който да достави необходимия кислород, който смесваме с горивото, и който съдържа също така и азот. Ако се случи така, че има прекалено много въздух, ще имаме в плюс малко кислород, ако има липса на въздух - ще имаме малко въглероден двуокис.
За по-просто, нека отбележим трите главни газови продукта, които, разширявайки се, задвижват буталото:
Ще отговоря веднага на тези, които се учудват да видят водна пара в отработените газове на двигателя и желаят да знаят причината.
Въглеводородното (петролното) гориво е съставено от въглерод и водород в различни пропорции, разбираемо е че една част от кислорода във въздуха гори въглерода, а другата - водорода.
Така че горенето на въглерода с част от кислорода дава въглероден двуокис, а горенето на водорода с другата част кислород дава водна пара, която можем да видим кондензирана на края на ауспуха, когато е много студено.
Всъщност, в петролните горива ние имаме смесени две много различни горива, които имат нужда от кислород за да горят.
Тези, които следят внимателно, ще забележат, че наличието на азот може да изглежда като недостатък, тъй като не доставя никаква енергия. Въпреки това, без неговото присъствие един двигател, захранван с чист кислород вместо с въздух ще бъде много по-труден за направа поради високата температура, която ще се развива при горенето.Така, че даже и да не ни е от голяма полза, азотът има поне това предимство.
Може да се счита, че в момента на горене на водорода когато се отделя водна пара и се прибавя към загретия азот и въглеродния двуокис, двигателят работи частично с пара.
Преди да започна да говоря върху системата "G" , ще ви говоря за КПД и мощност. В предишните ми разговори с хора, които се интересуват от двигатели, констатирах , че мнозина не правят разлика между мощност и КПД.
Затова преди да продължа по-нататък, ще се опитам , опростявайки, да реша този проблем веднъж завинаги.
КПД и мощност са две различни неща:
Можем да кажем, че един двигател има КПД 23%, ако 23% от изразходваната енергия е произвела работа.
Ще рече, ако дефиницията за мощност няма нужда от повече обяснения, по-важно е да задълбочим малко повече тази на КПД.
Трябва да знаем, че има няколко вида КПД, а именно:
Теоретичният КПД може да се изчисли преди двигателят да е конструиран. Можем да го определим, изхождайки от характеристиките на механиката, но най-вече в зависимост от нивото на компресия и от типа на двигателя - бензинов, на газ или дизелов.
Ефективният КПД се изчислява, като се прилага един коефициент-редуктор, получен по емпиричен начин. Той ни дава една доста точна пропорция за очакваната полезна работа по отношение на изразходваната за нея енергия. Коефициентът-редуктор се узнава в практиката, зависи от типа на двигателя и т.н.
Естествено ефективният КПД не достига никога теоретичния КПД, даже доста е далечен от него.
Основните причини за тази разлика и за трудността да се достигне на практика теоретичния КПД са:
трудност при извеждане на отработените газове и най-вече принудителното лишаване от максималното възможно разширяване на газовете, което ни струва повече от 15% (виж стр. 16);
икономическият КПД е същият като ефективния, тъй като ако един двигател има КПД 25%, според цената на използваното гориво, 25% са произвели полезна работа, а останалото е изгубено (освен за моторите при стационарни инсталации, където понякога тази енергия може да се използува за отопление на помещения) .
Забележка: Даже и да нямате много познания в областта на двигателите, всички сте чували, че дизеловият двигател има изключителен КПД което води до малка консумация на гориво по отношение на бензиновия двигател.
Това е вярно, този КПД, който може да стигне до 40%, е най-вече ефективен КПД, тъй като теоретичния такъв е по-нисък от този на бензиновия двигател (като се сравнява при еднакво ниво на компресия, естествено). Ефективният КПД на бензиновия двигател достига едва 25%.
Това което определя превъзходството на дизеловия двигател пред бензиновия в ефективния им КПД е много високата степен на сгъстяване при дизеловия двигател в сравнение с тази на бензиновия.
За да разберете добре изключителния резултат, постигнат със системата "G" при двигателите, особено дизеловите, смятам за необходимо да задълбочим темата за КПД и ниво на компресия.
В книгите се задоволяват да ви кажат, че колкото по-голяма е степента на сгъстяване, толкова по-голям е и КПД. Ето още един аспект на термодинамиката, който не е лесно да се обясни подробно. Най-общо ви се дава като информация, без да се обясни причината защо е така.
Затова ще се заема да ви обясня това явление.
Но преди това, ето един малък преговор, който ще ви помогне да разберете продължението.
Ако употребите известно количество работа, за да свиете една метална пружина, в момента на отпускане на пружината това количество работа, което е било употребено за свиването на пружината, ще бъде възвърнато почти същото. Има една пренебрежително малка загуба под формата на калории при деформирането на метала.
Сега, ако компресирате някакво количество газ в съд с променлив обем, какъвто е цилиндъра в двигателя, газът ще действува както пружината, тъй като е "свиваем", но за съжаление на практика възвърнатото количество работа при разширяването му ще бъде по-малко, тъй като част от него ще се изгуби под формата на топлина през стените на цилиндъра. Въпреки това при разширяването по-голямата част от работата, вложена при компресирането на газа, се възвръща в ралична степен в зависимост от работния режим на двигателя и работната му температура - една от причините за загуба на ефективен КПД, както описах по-горе.
Най-после трябва да се разбере, че такта на сгъстяване
Finalement, il faut comprendre que le temps compression d’un moteur est assez coûteux en énergie, mais qu’il a l’énorme avantage d’élever la température de l’air à un très haut niveau, non pas en apportant des calories à celui ci, mais en concentrant en un faible volume les calories présentes au départ dans cet air ce qui permet l’inflammation du carburant dans le cas du « diesel ».
Така, че трябва да се разбере :
Тези два момента трябва да са добре разбрани, тъй като те са много важни в системата "G" Pantone вариант "дизел".
Както разбрахте след прочитане на гореизложеното, увеличаването на обема на един газ чрез нагряване, т.е. чрез принос на калории (от горенето на дадено гориво) от което газът се разширява, ни дава известно количество работа.
Така, че в един двигател колкото по-голяма е разликата между максималната температура в момента на горене и минималната температура в момента на отваряне на изпускателния клапан, толкова КПД е по-голям. Което трябва да е ясно най-вече за разликата в компресията между максимум и минимум.
Ако погледнем по-отблизо, може да ни се стори, че по-важната температура е тази в края на сгъстяването, точно преди запалването. Още повече че тази температура е толкова по-висока, колкото по-голямо е сгъстяването (в зависимост от степента на сгъстяване).
Което ни навежда на мисълта че по тази причина би трябвало да впръскваме по-малко гориво (калории) ако температурата на въздуха е вече твърде висока (както при дизела) за да получим необходимата температура, т.е. желаната степен на налягане върху буталото.
Добре е да се разберат тези неща, но не трябва да се заблуждаваме, защото всъщност това което увеличава КПД не е повишаването на температурата чрез сгъстяване, което е следствие на част от работата произведена от предходния такт, но това че трябват все по-малко и по-малко калории за да се повиши температурата на дадено едно и също количество газ и че го сгъстяваме във все по-малък и по-малък обем, независимо от нормалното повишаване на температурата, което следва от това сгъстяване.
Тоест колкото степента на сгъстяване на един двигател е по-висока, толкова по-малко енергия е нужна за да получим тази разлика в температурата т.е. разликата на налягане върху буталото, спомената по-горе. Така за една и съща произведена работа, двигателят консумира по-малко гориво. Именно това имаме при дизеловия двигател, който има висока степен на сгъстяване в сравнение с другите типове двигатели.
След всички тези обяснения върху функционирането на един обикновен дизелов двигател, ето какво става при един дизелов двигател, екипиран с устройство Pantone система "G" захранван с въздух, овлажнен чрез изпарител или друго.
Вземаме един дизелов двигател, екипиран с реактор Pantone (който в този случай играе роля на обменител на температура в две насрещни посоки). При входа двигателят всмуква въздух по нормален начин, но освен това той всмуква въздух, обилно овлажнен от изпарителя.
Този овлажнен въздух е всмукан през реактора, където се загрява на висока температура, тъй като самият реактор е загрят от отработените газове, които преминават през него. Така овлажнения въздух служи за възвръщане на изгубените с отработените газове калории, и ги връща отново към двигателя под формата на изключително гореща смес от пара и въздух.
Какво става от момента, когато двигателят, реакторът достигнат нормалната си работна температура:
Погледнато от този ъгъл, двигателят е вид термична помпа, където водата,
превърната в пара, може да се сравни с топлинообменната течност в една
традиционна термична помпа.
Забележка : Една част от отработените газове, която е водна пара, би могла да бъде отново въведена в двигателя, ако нямаше в нея и азот от въздуха и въглероден двуокис, идващ от горенето на въглерода в горивото.
Сега когато ви описах функционирането на традиционен дизелов двигател и на същия дигател, екипиран със система "G" Pantone, струва ми се че разликата ви е ясна:
В традиционния дизелов двигател единственото предназначение на такта на вмсмукване е да въведе в цилиндъра максимум въздух, за да има максимум кислород, необходим за горенето на максимум гориво, за да се постигне максимум мощност на пълен режим и максимум рабтен обем на двигателя. За съжаление ние въвеждаме в цилиндъра и едно значително количество азот, което пречи на ефективния КПД.
При същия двигател, екипиран със система "G", ние не въвеждаме само въздух, но в добавка, посредством водната пара и едно значително количество топлинна енергия, възстановена от отработените газове.
Разбира се, ние въвеждаме по-малко въздух, значи и по-малко кислород, но тъй като горим по-малко количество гориво, сме на аванта, тъй като влиза и по-малко азот, с което печелим ефективния КПД.
Значи двигателят приема свръхзагрята пара вместо излишен въздух, която се превръща в "гориво" след декомпозирането си.
Отбележете добре, че топлинната енергия, изгубена по време на сгъстяването на парата през стените на цилиндъра, както при сгъстяването на въздуха, е получена от отработените газове, т.е. която е така или иначе изгубена, докато за сгъстяването на въздуха се използува енергия, взета от произведената работа, което е съвсем различно, и от там имаме увеличаване на ефективния КПД.
В края на сгъстяването, когато буталото е на горна мъртва точка, в зависимост от работния режим, една известна част от водната пара се разлага при горенето на впръсканото гориво. Мигновеното избухване на сместа от водород и кислород причинява мигновено увеличение на налягането в момент когато сгъстяването е максимално, което води до значително доближаване на ефективния КПД до теоретичния, който е всъщност този на бензинов двигател който би имал същата степен на сгъстяване (както тази на дизелов).
Нашият дизелов двигател се превръща в бензинов двигател с висока степен на сгъстяване, т.е. с висок теоретичен КПД с малка разлика от ефективния му КПД.
Трябва добре да се разбере, че ако теоретичният КПД на традиционен дизелов двигател не е такъв какъвто трябва да бъде като се има пред вид високата му степен на сгъстяване, то е защото отделянето на топлинна енергия от горивото не става мигновено и изцяло в момента на максимум сгъстяване (ще рече при условията на теоретичния КПД), тъй като впръскването трае известно време, отделянето на енергия става постепенно и през това време буталото вече слиза, т.е. компресията намалява и КПД (теоретичен и ефективен) пада.
След избухване на сместа H и O, получената пара се прибавя към тази, която евентуално не е успяла да се декомпозира.
В същност, в традиционния дизелов двигател само една малка част от горивото изгаря в момента когато степента на сгъстяване е максимална, т.е. когато КПД е максимален - това е сериозен недостатък, който довежда ефективния му КПД под този на бензинов двигател.
В двигател със система "G" този недостатък го няма, освен това по този начин имаме вече значително намаление на консумацията на гориво, което се добавя към другите предимства.
След избухването на сместа на водород и кислород, парата се прибавя към тази, която не би се разложила при горенето на горивото, и разширяването на всички тези съставки взети заедно произвеждат работа чрез налягане върху буталото.
Двигателят действува донякъде като парна машина с висок КПД, чиито източник на пара, ще рече "котелът", се намира вътре в цилиндъра и една част от изгубената енергия е рециклирана както при парните инсталации.
Сега можем да заключим, че един дизелов двигател екипиран с устройство Pantone « système G », има следните предимства пред традиционния дизел:
Веднага става ясно, че в зависимост от значителността на подобряване на теоретичния и ефективен КПД, консумацията а един двигател може да спадне с повече от половината, без да се взема в пред вид и възстановяването на част от топлинната енергия от отработените газове. Ако добавим и тази възстановена енергия в сметката (виж стр. 15), консумацията пада още повече в зависимост от работния режим на двигателя.
Забележка: Би било интересно да предположим че въпреки отличните резултати, констатирани при функционирането на дизелови двигатели екипирани със система "G", би било умно да изпипаме предварително реглажите на впръскване на гориво така, че избухването на сместа O + H да не става преди буталото да е достигнало горна мъртва точка. Тъй като впръскването на гориво служи, веднъж след като двигателят е загрят, да декомпозира водната пара, може би е за предпочитане е да се скъси времетраенето на това впръскване.
Мисля също така, че не е необходимо да се въвежда твърде много пара в двигателя, но да се въвежда на максималната възможна температура.
Има още много неща за изучаване върху дизеловият двигател, работещ като бензинов, с висока степен на сгъстяване и висок КПД.
Накратко, предстои още много изследователска работа врху това устройство, която трябва да се върши от хора, разполагащи с необходимата техническа екипировка.
Въпреки че е много впечатляващо и "медийно" да се каже че това е двигател който работи с вода, нищо подобно, Двигател екипиран със система "G à la Pantone" си остава двигател на петролно гориво, само средството да се извлече максимална полза от това петролно гориво, т.е. да се увеличи КПД на този двигател, е използуването на вода, което променя основно неговото функциониране, но самото функциониране е възможно в крайна сметка само с енергията на петролното гориво.
В същност, ясно е че всичко което става с използуваната вода в този случай, всички тия явления реални или предполагаеми, като например изпаряването, разлагането, декомпозирането, почвата на плазма, които се споменават на някои места, и т.н.в било коя част на двигателя или на реактора Pantone, не са възможни без енергията от употребяваното гориво, тъй като това гориво е единствената енергия, влизаща в двигателя. Обратно на водата, горивото е подобно на "натегната пружина", готов да се разшири при най-слабото драсване на клечка кибрит.
Отбележете също така че в края на един цикъл не се губи нито една капка от използваната вода. Ако си дадем труд да филтрираме това, което излиза от ауспуха, ще възстановим цялото количество вода, използвано в системата, плюс това което идва от влажността на въздуха и отчасти от горивото. Всъщност двигателят не консумира даже капчица вода, а ни връща повече, отколкото сме сипали.
В замяна на това горивото е консумирано напълно и от него остава малко водна пара и въглеродният двуокис CO2 без никакъв енергиен принос.
В нашия случай водата е тази която играе ролята на пружина, която възвръща енергията при отпускане.
Водата е резултат от горенето на водорода с кислорода, или както казва един мой приятел, водата е "пепел".
Въпреки че си прилича с оригиналната система Pantone, през която минават заедно вода и въглеводородно гориво, където претърпяват радикални трансформации, системата "G" е много различна, що се отнася до функционирането на двигателя, където стават трансформациите.
Мисля че това ще е моята последна страница, оставям на другите грижата да се изкажат по темата, да задълбочат детайлите и да нанесат поправки на грешки които може би съм допуснал.
DAVID Michel