Двигатели внутреннего сгорания еще рано списывать в утиль. На завоевание автомобильного рынка электрокарами уйдет не одно десятилетие. А в ряде стран ДВС может и вовсе доминировать еще долгое время. Поэтому компании продолжают работы по усовершенствованию бензиновых моторов. Одной из ключевых технологий, призванных повысить их эффективность, является замена устаревших свечей зажигания на так называемые нанопульсы.
Камень преткновения
Кто бы что ни говорил, миллионы работающих дизельных и бензиновых моторов являются одним из крупнейших источников загрязнения окружающей среды. В городах на ДВС приходится львиная доля вредных выбросов. Речь идет не только об углекислом газе, вызывающем парниковый эффект в атмосфере. Но также в выхлопных газах содержатся вредные оксиды, альдегиды, тяжелые металлы, бензапирен, сажа, хлор и прочее.
Казалось бы, перевод автотранспорта на электричество решит многие проблемы экологии, особенно в городах. Однако для очень богатых бизнесменов и влиятельных политиков это может быть невыгодно. Самим автопроизводителям придется инвестировать огромные средства в новые производства. А куда девать старые технологии, на которые затрачены миллиарды долларов? Также не следует недооценивать пресловутое «нефтяное лобби». Углеводороды сегодня приносят баснословные доходы. И сильные мира сего не собираются от них отказываться.
Компромисс возможен
В чем главный недостаток двигателей внутреннего сгорания? В выбросах вредных веществ. Но что, если их уменьшить? Компания Transient Plasma Systems задалась этим вопросом и предложила интересную систему зажигания топливной смеси.
Неравномерность сгорания топлива в цилиндрах приводит к нескольким проблемам. Во-первых, не все элементы смеси утилизируются и переходят в энергию. Во-вторых, это приводит к не рациональному, повышенному расходу горючего. Transient Plasma Systems разработала альтернативу свечам зажигания. Новые элементы, служащие для поджога топливной смеси, назвали нанопульсарами.
Технологии двойного назначения
Фирма TPS образовалась на базе Университета Южной Калифорнии. Свою деятельность она начала с разработки инновационных технологий в сфере импульсной энергетики. В частности, в ее стенах исследовались импульсы мощности наносекундной длительности. Заказчиком проекта выступало Министерство обороны США. С 2009 года компания работает над коммерциализацией технологий для гражданского рынка. Наиболее перспективным видится автомобильный сектор.
В чем суть инновации
В обычном четырехтактном бензиновом двигателе внутреннего сгорания за детонацию топливной смеси отвечает свеча зажигания. Вырабатываемая ею искра за несколько миллисекунд должна воспламенить смесь. При этом топливо загорается не равномерно. Любой, даже малейший недостаток свечи влияет на эффективность воспламенения бензина. И хотя управление искрой сегодня осуществляется электроникой, а не механическим способом, принцип остается тем же, который был изобретен в 1910 году.
Система TPS позволяет покончить с традиционным, не самым эффективным подходом. Вместо этого для зажигания топливовоздушной смеси внутри цилиндра предлагается использовать гораздо более короткие импульсы плазмы, длящиеся всего несколько наносекунд. Они имеют более высокую пиковую мощность, чем обычная искра.
При этом благодаря короткой продолжительности импульсов работа системы зажигания остается низкоэнергетической. Это позволяет достичь лучшего сгорания топлива при высоких степенях сжатия, более стабильной обедненной детонации. При этом температура в цилиндре не будет превышать допустимых значений. Более того, она может быть даже более низкой, что позволит повысить ресурс двигателя.
Какие еще преимущества сулит новая технология? Расчеты показывают, что внедрение нанопульсов позволит повысить эффективность классических ДВС как минимум на 20%. При этом снизятся выбросы вредных веществ, особенно окиси азота.
Компания TPS проделала большую работу по унификации новой технологии с уже действующими. Нанопульсы можно установить на существующие модели двигателей внутреннего сгорания. Автопроизводителям не придется заново изобретать велосипед, то есть, новый мотор. Хотя технологию нанопульсов и не назовешь революционной, она позволит значительно повысить эффективность существующих моторов и сократить выхлопы вредных веществ.