Тему этой статьи «ИНТЕРу» подсказал читатель газеты, исследователь Анатолий Григорьев. Многих, возможно, напугает сугубо техническая тема нашего повествования. Но как сказал один мудрец, нет ничего сложного, чего нельзя выразить простыми словами. Среди наших читатателей – огромное число автомобилистов, обладающих пытливым умом. Их должен заинтересовать данный материал.
Патент экспертов не убедил
В 1991 году при моральной и материальной поддержке бывшего главного конструктора знаменитого ЦКБ «ТИТАН» В. М. Соболева был поставлен важный эксперимент. Он был призван проверить теоретический посыл нашего земляка Анатолия Григорьева, касающийся работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Специалист был уверен, что из-за завышенной расчетной температура горения топлива в цилиндрах, принятой при проектировании двигателей, происходит выделение угарного газа (СО) и ряд других вредных явлений.
В качестве испытуемого был использован серийный двигатель автомобиля ВАЗ-2110 с небольшой доработкой – уменьшением диаметра топливоподающего канала (жиклёра).
Протокол испытания гласил: «Обеднение смеси за счет уменьшения проходных сечений топливных жиклеров на 20% в сочетании с оптимальными углами опережения зажигания на ряде режимов улучшили экономические, токсические, детонационные характеристики двигателя ВАЗ, а также снизили тепловую напряженность деталей. Однако при этом снижается мощность двигателя». (В основном рабочем режиме она упала с 22 до 19 квт. Содержание СО снизилось на 30%, удельный расход топлива – на 10%).
Кроме того в 2001 году Григорьев получает патент на изобретение: «Способ работы ДВС» в котором указывалась теоретическая ошибка при проектировании современных ДВС. К сожалению, ни патент, ни прямой эксперимент не убедили экспертов ВолТУ. Они признали теоретические посылы Григорьева ошибочными, а эксперимент на единичном двигателе недостаточным для пересмотра стратегии моторостроения.
Суть проблемы
Дмитрий Менделеев в конце 19 века провел фундаментальные исследования процессов горения на воздухе углеводородного сырья. Он составил таблицу температур горения разных видов топлива, из которой явствовало, что они примерно одинаковы и колеблются вокруг цифры 2000 гр. Цельсия. Он же рассчитал необходимое количество кислорода и воздуха для каждого вида топлива.
Но вот на рубеже веков появились двигатели внутреннего сгорания. За счет сжатия рабочей смеси, подбора соотношения топливо-воздух и других ухищрений, которые не прекращаются и поныне, удалось повысить температуру горения до 3000 гр. и выше. А боролись за температуру по той причине, что производительность тепловой машины напрямую зависит от разницы температур начале и конце рабочего цикла. Однако тот же Менделеев указывал на «подводные камни», возникающие если температура горения поднимется выше «данной Богом» (или Прометеем) естественной температуры пламени.
А происходит вот что. Как показали многочисленные исследования, углекислый газ СО2 , образующийся в двигателе, при температуре, превышающей 2000 гр. разлагается на угарный газ СО и кислород. Но согласно закону русского ученого Гесса, при диссоциации (разложении) молекул поглощается столько же теплоты, сколько выделялось при образовании молекул. Кроме того, полученный кислород реагирует с азотом воздуха, образуя токсичные окислы. Об этом, к примеру, ясно сказано в книге известного специалиста, д.т.н. Алексея Кульчицкого «Токсичность автомобильных и тракторных двигателей» (М. 2004).
Итак драгоценная теплота поглощается, а токсичные газы выделяются. Абсурд? Абсурд. Так почему же инженеры принимают его? Ответ напрашивается один. Они не хотят снижать температуру горения, потому что снизится мощность. Пусть потратится больше бензина на лошадиную силу, зато выжмем из-под капота все до последнего. А вредные газы нейтрализуем катализаторами. Богатые клиенты за ценой не постоят.
Однако автовладельцы не столь богатые с ними не согласятся. Автолюбители со стажем, конечно, помнят, что когда-то владельцы «Жигулей» массово прибегали к «модернизации» двигателей, дабы понизить степень сжатия, что позволяло перейти на дешевый 76-й бензин. При этом все понимали, что будет потеря мощности. «Модернизация» требовала частичной разборки двигателя и приобретения дорогостоящей детали (прокладки) кустарного производства. Как говорится, «голь на выдумки хитра».
Но владельцы отечественных «иномарок» могли бы добиться экономии более простой переделкой. Достаточно было «залезть» лишь в карбюратор и уменьшить сечение топливного жиклера. Изменение соотношения воздух-топливо в горючей смеси (ключевой момент идеи Григорьева) вызвал бы уменьшение температуры горения и потерю энергии на диссоциацию СО2 . Как результат- экономия штатного 92-го бензина и ликвидация вредного СО.
К сожалению, способ этот не прижился. Экономию топлива не так-то просто определить. Дешевый бензин – друге дело. Зато потеря мощности, опять же, чувствуется.
Сейчас ведущими фирмами выпускаются автомобили под одной маркой но с двигателями разной объема. Григорьев предлагает включить в этот ряд движки с пониженной температурой горения. Пусть клиент выбирает – мощность или экономичность (а также увеличение моторесурса от снижения тепловой нагрузки ). Но для начала надо поставить массовый эксперимент, а не на одном моторе, как в 91-м году. Тогда это было невозможно, а теперь — более благоприятные условия. Практика – критерий истины. Но должна быть путеводная теория.
Пока же экологические стандарты Евро-4, Евро-5 достигаются дорогостоящими добавками к топливу и постоянному впрыскиванию в выхлопной коллектор не дешевого нейтрализатора, работающего только в присутствии дорогущего катализатора. Одно название чего стоит – пентаоксид ванадия. Не того ли боятся противники метода Григорьева, что он потрясет устоявшийся рынок упомянутых снадобий?
Время покажет
Недавно Анатолий Николаевич испытал микроинсульт. Пришлось лечь в больницу. Он расценил это, как тревожный звонок и решил активизировать свои попытки достучаться до специалистов. Наш новатор считает, что судьба его слегка напоминает путь Коперника, который столкнулся с глухой стеной непонимания и умер, не успев проломить эту стену.
Но время работает на его идеи, — топливо дорожает, а требования экологии ужесточаются.
Комментарий в тему:
Галина Лобачева, доктор химических наук, президент Волгоградского отделения международной академии авторов научных открытий и изобретений, профессор ВА МВД России:
– С идеями А.Н. Григорьева я знакома давно. Мне импонирует его упорное стремление получить экологически чистый (в известных пределах) и экономичный двигатель. Не будучи специалистом в двигателях внутреннего сгорания я, как ученый-химик, могу подтвердить, что разложение (диссоциация) молекул углекислого газа при температурах горения топлива имеет место, как и то, что при этом идет поглощение энергии.
Эксперимент, поставленный на единичном ВАЗовском двигателе в 1991 г. при ожидаемом повышении экономичности и экологичности показал снижение мощности на 13%. Но, во-первых, является ли удельная мощность в нынешних условиях дефицита углеводородного сырья и проблем экологии определяющим фактором? Во-вторых, не исследованы в условиях упомянутого единичного эксперимента возможные пути повышения этой самой мощности.
Убедительными представляются предположения Григорьева, что основоположник теории конструирования ДВС российский теплотехник Гриневецкий в условиях приближающейся мировой войны (1907г.) стремился выжать максимальную мощность из каждого килограмма двигателя. Особенно это было важно для аэропланов. Вопросы экономичности и, тем более, экологичности были тогда на заднем плане. Остается удивляться, что и современные вузовские учебники, по словам Григорьева, целиком опираются на эту теорию.
Что касается катализаторов и нейтрализаторов выхлопных газов, то катализаторы, хотя и не являются расходным материалом, но также требуют периодической замены. Они загрязняются продуктами сгорания и полдежат восстановлению или утилизации.
Надо еще сказать, что в условиях сельской местности в виду низкого качества топлива эти экологические приспособления будут выходить из строя чаще и вряд ли будут восстанавливаться на практике. Поэтому двигатель, изначально конструктивно чистый, там будет особенно актуален.
Я призываю всех волгоградских специалистов по ДВС, а особенно ученых и инженеров технического университета найти время и собрать специалистов с обязательным приглашением А.Н. Григорьева. Выслушать, обсудить. Показать, где он не прав, где сбой его теории. Или прислушаться, поддержать, если у кого-то найдутся соответствующие аргументы. А не ограничиваться одной лишь фразой «Идея обеднения горючей смеси не нова…».
Но последнюю точку, на мой взгляд, должен поставить эксперимент, стендовые испытания с применением новейших средств измерения.
Обращаюсь также к Андрею Бочарову, нашему новому губернатору, как к человеку с военным, а значит, техническим, образованием, — поддержать нашего новатора. Цель у него четкая, ясная: сократить потребление топлива, снизить вредные выбросы, уменьшить температурную нагрузку на детали двигателя. С тем же обращаюсь к нашему уважаемому сенатору Николаю Кирилловичу Максюте, как грамотному инженеру, бывшему руководителю крупного завода, – выслушать изобретателя, и если возможно, помочь.