http://vodorod-na-avto.com/art_own_hands.html#volume
Добавка водорода приводит к экономии?
В интернете много роликов, где в глубине запыленного подкапотного пространства показывают пузырящиеся банки, окутанные трубками, и автор возбужденно и довольно рассказывает, о том, что экономит 20-40% топлива. Также в последнее время появляются сайты (Украина), на которых продаются устройства последнего поколения, так называемые «сухие электролизеры» (Гидрокс Мобайл, Авто на воде, ATW Energy). Однако, в сети также много роликов, демонстрирующих работу «вечных двигателей», и существуют множество интернет-магазинов, предлагающих омагничиватели топлива и прочие сомнительные устройства (смотрите эксперимент «Омагничиватели»).
Сделать испытательный стенд для автомобиля – достаточно дорогое дело, как по деньгам, так и по времени. Перед этим желательно найти доказательство работы самой идеи. Мы взялись за эксперименты после того, как нашли следующую научную статью:
Z.Dulger, K.R.Ozcelic. Fuel economy emprovement by on a board electrolytic hydrogen production (Internation Journal of Hydrogen Energy, 2000)(PDF)
Статья посвящена созданию электролизера, устанавливающегося на борт автомобиля. Авторы изготавливают электролизер производительностью 20 л/час водорода (это соответствует 30 л/час или 0,5 л/мин гидроксигаза), производят установку данного электролизера на на четыре автомобиля: Volvo 940 (1993), Mercedes 280(1996), Fiat Kartal(1992), Fiat Dogan(1992). Экономия топлива в городском цикле составляла 26%-43% в зависимости от автомобиля, замечено резкое снижение вредных выбросов. Из этого авторы делают следующий вывод: "данное устройство демонстрирует топливосберегающий потенциал водородных систем".
Примечательно, что в этом источнике говорится о малых добавках водорода - тепловыделение при сгорании таких количеств пренебрежимо мало по сравнению с тепловыделением при сгорании основного топлива.
В то же время КПД двигателя достаточно мал. В режиме холостого хода КПД бензинового двигателя составляет максимум 12%! На крейсерской скорости максимум 35% - в лучше случае только одна третья часть бензина идет на движение автомобиля. Остальными двумя третями, по сути, двигатель нагревает себя и окружающую среду! Дизельные двигатели немного экономичнее. Максимальный КПД на крейсерской скорости составляет 45%.
Принимая это во внимание, после изучения вышеописанных документов, мы пришли к следующей гипотезе: малая добавка водорода, по-видимому, катализирует сгорание топлива – в присутствии водорода топливо сгорает быстрее, полнее, что приводит к повышению КПД двигателя - для развития той же мощности необходимо сжигать меньше топлива, или при том же потреблении мощность должна возрастать.
ГИПОТЕЗА: Водород выступает в роли добавки, улучшающей качество топлива, а не как самостоятельное топливо.
После этого мы сделали лабораторный стенд (смотрите подробнее «Электролиз воды»), с помощью которого удалось получить некоторое представление о процессе получения гидроксигаза, увидеть будущие проблемы и наметить задачи.
Для тех, кто собирается сам делать бортовой генератор водорода, несомненно, понадобится подобный стенд, представляющий одну водородную ячейку (два пластинчатых электрода). С его помощью можно испробовать разные виды материалов пластин, получить зависимости тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) ячейки при разных температурах, измерить количество образующегося газа (л/мин) в зависимости от тока, посчитать КПД ячейки и так далее.
Например, с помощью такого стенда можно убедиться в следующем:
1) Интенсивность выработки газа прямо пропорционально силе тока
(Q[л/мин] ~ I[А]);
2) С ростом температуры падает сопротивление ячейки (при том же напряжении ток становится больше);
3) КПД ячейки растет с ростом температуры;
4) Сопротивление ячейки уменьшается с увеличением площади пластин.
Все эти измерения помогают оценить:
1) Количество ячеек для Вашего автомобиля;
2) Полезную площадь пластин (больший объем двигателя потребует больших объемов газа);
3) Температурный режим, при котором достигается максимальный КПД ячейки.
Какой объем газа требуется моему автомобилю?
Для Toyota Camry 2AZ 2,4 л установлено, что при токе 9А (0,5 л/мин гидроксигаза) на холостом ходу и 22А (1,2 л/мин гидроксигаза) при 2500 об/мин достигается максимальная эффективность нашего водородного генератора для данного автомобиля. Отсюда можно найти коэффициент потребления бензинового двигателя (!):
1,2 л/мин / 2,4 л ~ 0,5 л/мин на каждый л двигателя
Нашими опорными данными при изготовлении первой версии генератора были (источник):
1. Для бензиновых двигателей объемом 2-5 литров справледлив коэффициент: 0,4 - 0,6 л/мин на каждый литр двигателя.
2. Дизели больших объемов 10-14 л требуют ~5-10 л/мин гидроксигаза, что соответствует коеэффициенту: 0.4 - 1 л/мин на каждый литр двигателя. Там же продается генератор гидроксигаза производительностью 3.5 л/мин, с помощью которого возможна частичная экономия для дизелей 10-14 литров (говорится об экономии 22%).
Следует отметить, что эти данные справедливы для умеренных оборотов двигателя. Если целью является сделать генератор для гоночного автомобиля (большие обороты при разгоне) или для езды при высоких скоростях (большие обороты на скорости выше крейсерской), то необходимо увеличивать коэффициент прямо пропорционально используемым оборотам двигателя.
Например, наш водородный генератор, выдает максимально 2,0 л/мин гидроксигаза при 35А, то есть полуторный запас для автомобиля Toyota Camry 2AZ 2.4L.
Нагрузка на электрогенератор
Известно, что при использовании кондиционера, расход топлива увеличивается. Это происходит потому, что нагрузка на генератор возрастает, он начинает отбирать больше мощности от двигателя, и электронная система добавляет время открытия топливных форсунок.
Выработка гидроксигаза нагружает электрогенератор подобно кондиционеру, то есть для выработки газа двигатель должен увеличить расход. Вместе с тем, полученный гидроксигаз подается в воздушный коллектор и приводит к экономии этого увеличенного расхода.
Этот момент требует особого внимания. Следующий случай из нашей практики помог разобраться в этом. В одном из экспериментов обнаружили «увеличение расхода при включенном водородном генераторе». Оказалось, неплотно закрутили крышку заливного бачка (нанесли мыльную пену губкой на все узлы, где была вероятна газовая течь - из-под крышки заливного бачка надувались пузыри газа). Гидроксигаз производился, но улетал под капот, не доходя до воздушного коллектора. В результате утечки появились следующие экспериментальные данные для городского цикла (Toyota Camry 2AZ 2.4 л).
Каждое измерение проводилось за достаточно продолжительный пробег (300км). Абсолютный расход топлива приведен в [л/100км], 100% - расход по городу без вмешательств (водород не вырабатывается, водород не подается в воздушный коллектор, то есть стандартный расход для машины).Без вмешательств 12,8 100%
Водород вырабатывается, поступает в воздушный коллектор 10,5 82%
Водород вырабатывается, но не поступает в воздушный коллектор 14,5 113%
На производство гидроксигаза необходим добавочный расход 13%, однако за счет добавки его к топливу итоговая экономия достигает 18%. Можно записать приближенное уравнение баланса расхода в процентах от стандартного расхода:
Итоговая экономия = Эффект добавки газа – Затраты на производство газа
Для нашего случая уравнение баланса примет следующий вид:
18% = Эффект добавки гидроксигаза – 13%,
или Эффект добавки гидроксигаза = 13%+18%=31%;
Другими словами, если возить добавляемый газ в баллоне, не нагружая электрогенератор, то экономия будет ориентировочно 31%. Но поскольку мы вынуждены тратить на его производство электроэнергию, экономия снижается до 18%.
Если посмотреть на процесс под этим углом, мы получим, что экономии может вообще не быть, если:
1) Есть течь и гидроксигаз не поступает в воздушный коллектор, но мощность на его производство отбирается. Итоговая экономия = 0 – 13% = -13%, или добавка к расходу 13%
2) КПД водородного генератора низкий.
Итоговая экономия = 31% - Затраты на производство гидроксигаза
Если затраты будут больше 31%, то итоговая экономия также превратится в убыток.
Следует учесть тот факт, что эффект от добавки газа конечен. Для каждого объема двигателя существует оптимальное количество гидроксигаза (л/мин). Если увеличивать подачу газа, то экономия не будет расти, поскольку газ помогает сгорать основному топливу, собственный вклад в горение незначителен. В то же время, при увеличении выработки газа увеличивается нагрузка на электрогенератор, что приводит к возрастанию затрат на его производство, а значит к уменьшению итоговой экономии. Это иллюстрируют следующие качественные графики.
Таким образом, необходимо:
1) Сделать водородный генератор с наивысшим КПД.
2) Подобрать оптимальную выработку газа.
Увеличение КПД водородного генератора – сложная задача. Необходимо провести множество правок конструкции с последующими испытаниями, чтобы получить требуемый компромисс между высоким КПД и стоимостью установки.
Подбор оптимальной выработки газа осуществляется блоком электроники. Можно считать, что оптимальная выработка газа пропорциональна оборотам двигателя. Именно поэтому для инжектора Toyota 2AZ 2.4L мы привели данные для двух крайних режимов работы: холостой ход и режим загородной езды. Электронный блок должен вырабатывать гидроксигаз в зависимости от оборотов машины.
Электронный блок разрабатывается под определенную конструкцию электролизера, учитывая его особенности. Например, если КПД электролизера невысокий, при длительной работе он начинает перегреваться, тогда в электронный блок встраивают защиту от перегрева: при достижении определенной температуры электронный блок начинает уменьшать выработку газа, при достижении максимальной температуры блок отключает выработку газа. Подобные генераторы гидроксигаза плохо работают летом в жару, особенно в пробках, когда нет обдува.
А дальше читайте сами на сайте, я источник подсказал, кому интересно, тот прочтет, кому не интересно, тот бессмысленно что то объяснять.