«Так как давление в цилиндре двигателя всегда намного меньше, чем давление насыщения воды в змеевике, то при впрыскивании воды в цилиндр она не может оставаться в жидком состоянии и часть её «мгновенно превращается» в пар. В процессе такого мгновенного образования пара получается «сырой пар», так как лишь часть воды преобразуется в пар, в то время как остальная её часть распыляется в мельчайшие капельки воды.

Если вода впрыскивается в холодный цилиндр, то мгновенно образовавшийся пар немедленно конденсируется и повышения давления не происходит. Для преодоления этой проблемы головка блока цилиндров и стенки цилиндра подогреваются для передачи дополнительного тепла сырому пару, поступающему в цилиндр. Капельки тонкораспылённой воды испытывают невероятно высокую частоту соударений со стенками цилиндра из-за взрывного эффекта мгновенного образования пара. Маленький размер капелек вместе с высокой частотой соударений обеспечивает быстрое поглощение тепла, что позволяет им быстро превращаться в пар, который затем нагревается до перегрева.

Генератор мгновенно образующегося пара позволяет сконструировать такую котельную установку, которая гораздо компактнее и имеет меньше тепловых потерь, чем традиционный паровой котёл.»

Мы знаем, что в воде тоже есть водородные связи и именно они делают воду уникальной жидкостью, которая отличается от других жидкостей, и даже от тех, которые имеют сходную химическую структуру. Водородная связь между атомами водорода в различных молекулах приблизительно в 10 раз слабее ковалентной связи. Однако мы на самом деде имеем дело с этими связями, когда мы распыляем жидкую воду в холодный туман! Это заставляет меня сделать заключение о том, что водородно-водородные связи каким-то образом связаны с высвобождением дополнительной энергии.

Если считать, что совокупная энергия водородных связей в 10 раз ниже, чем теплосодержание горения водорода, то у нас получится величина порядка 20кДж на моль или 10кДж на 1 грамм воды. Также мы можем предположить, что так называемый «двигатель, работающий на холодном паре» [cold steam engine] отличается от двигателя внутреннего сгорания, так как его работа не основывается на принципах функционирования тепловых двигателей. Поэтому КПД двигателя, работающего в режиме холодного пара, теоретически может подняться до 100% по сравнению с 35% у ДВС.

Таким образом, если мы действительно высвобождаем где-то 10кДж на 1 грамм воды, то нам требуется около 3 – 5 грамм воды в секунду для работы двигателя средних размеров. Это, похоже, соответствует системе s1r9a9m9, так как он сообщал о довольно высоком потреблении воды в его автомобиле.

Подаю сигнал искрообразования, получаю всплеск напряжения где-то -40 кВ. После ионизации среды в искровом зазоре свечи начинается искра, происходит затухающее колебание в течение около 0,5 мсек, напряжение на свече падает где-то до -200 В и остаётся таким до тех пор пока магнитное поле катушки зажигания больше не в состоянии поддерживать искру. Искра прекращается, получаю положительный всплеск напряжением несколько кВ, затем отрицательный всплеск такого же напряжения, затем несколько затухающих колебаний и конец активности. Имеют место 2 конфликтные области:

1. 
   Когда свеча ионизирует межэлектродное пространство получается высокое переходное напряжение в несколько -кВ; требуются диоды низковольтного источника питания, способные изолировать этот источник от напряжения в несколько киловольт, чтобы предотвратить поступление энергии от катушки зажигания в низковольтный источник питания вместо того чтобы поступать на искру свечи. Необходима батарея диодов на -40 кВ для перекрытия подачи тока до момента начала искры и падения напряжения на свече до -200 В, фактически напряжение искры суммировалось с прямым падением напряжения диодной батареи.
   
2. 
   Цель сумматора заключается в том, чтобы продлить момент окончания искры за момент положительного всплеска и конечных переходных напряжений катушки, не допустив их проникновения к цепь низковольтного питания и при этом усилив ток искры, который должен начинаться когда ток искры начинает своё окончательное затухающее колебание. Моё наиболее вероятное предположение это то, что так как катушка истратила свой импульс тока, надо суммировать остающуюся энергию с током низковольтной сети без явного перехода до тех пор пока импульс низкого напряжения не закончится – это удлинение со стандартных 2 мсек до избранной вами длительности в примерно 8 мсек.
   

Насколько я помню, Теро и другие провели испытания и добились впечатляющих улучшений искрового разряда, однако были далеки, от того чтобы попытаться испытать это на двигателе под рабочим давлением или на испытательном стенде.

Я провёл небольшие испытания под давлением где-то 7 бар пока у меня не начало искрить в выпрямителе. Сейчас проблема состоит в определении характеристик суммирующих диодов – направление, количество и т. д. Я использую быстровосстанавливающиеся диоды 1 KV 75 nS Trr по цене 9 центов за штуку в параллели с металлооксидными (металлоплёночными) резисторами 1,5 M 1/2 W 1%.

Большая разница. Похоже потребуется около 40 штук в сумматоре низкого напряжения между выходом питания и наконечником свечи. Они могут легко справиться с прямым падением напряжения 30В. Думаю, что тороид обеспечит выпрямление ок. 900В.

Выяснил, что резисторы на 1,5 Мом выдерживают около 8 кВ прежде чем начинают искрить через краску. Я использую их без диодов, чтобы смоделировать сигнал провода распределителя на запуск синхронизируемой подачи низковольтного электропитания.

Провод распределителя >>>>>>>> плата сумматора >>>>>>>>>> свеча

Плата сумматора продляет время запуска искры и обеспечивает подачу синхронизирующего стартового импульса на тороидальную плату низковольтного питания; суммирует напряжение катушки с напряжением низковольтного питания. Для каждой свечи требуется один сумматор. Получится низковольтный импульс на каждой свече в момент запала одной из свечей. Похоже 6 диодов способны заблокировать утечку системы низковольтного питания на вторичную обмотку катушки зажигания и выдержать положительный всплеск на двигателях с прямым соединением, без промежутка.

Какие будут комментарии?

Том Крамер [Tom Kramer] написал великолепный конспект текущей ситуации:

Введение в технологию автомобиля на водяном двигателе:

Существует несколько методов обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания с использованием воды в качестве единственного вида топлива. Традиционный подход заключается в том, чтобы разъединять воду на водород и кислород посредством электролиза, однако КПД такого процесса довольно низкий. Для поднятия КПД электролиза различные изобретатели искали методы стимулирования молекул воды на резонансных частотах с тем чтобы получать больше газа с меньшими затратами энергии. Такой подход себя оправдывает, однако проблема всегда заключалась в том, чтобы произвести достаточное количество газа, которое требуется двигателю, принимая во внимание то, что хранение водорода и кислорода представляет собой очень взрывоопасную альтернативу, которую следует избегать. Существует также другая группа изобретателей, которые производят газ одноатомного водорода и кислорода, что очень хорошо, так как при этом получается больше газа, т. е. больше реагирующего топлива и таким образом его потребление меньше, но и в этом случае газ должен производится сообразно текущей потребности двигателя. Несмотря ни на что использование процесса электролиза на борту автомобиля не увенчалось большим успехом.

Другие пытались получить химическую реакцию воды для получения водорода. Типичный подход заключается в использовании гидроксида натрия (NaOH) и алюминия, в результате образуется достаточно газа пока у вас хватает пустых пивных банок чтобы автомобиль передвигался. Гидрид натрия (NaH) ещё более химически активен, однако очень опасен в обращении если он должным образом не упакован так как рекомендует компания Powerballs, Inc. Есть много других химических реакций редукции, которые можно использовать, однако металлы дорожают, а очистка и переработка отработавшей воды будет хлопотной проблемой. С точки зрения экологии это не очень хороший подход.

Ещё одним недавно пересмотренным подходом является использование плазменной дуги для диссоциации воды. Компания US Magnegas Inc. использует такой метод в реакторах, которые перерабатывают жидкие отходы на основе углерода, такие как сточные воды, использованные кулинарные и автомобильные масла, мыло и чистящие растворители и так далее для получения стабильного и сжимаемого «Магнегаза», который был очень успешно применён в качестве топлива для обычных автомобилей и может применяться для приготовления пищи, резки металла и в ряде технологических процессов по выработке электроэнергии. Это заслуживающий внимания метод с точки зрения утилизации жидких отходов и выработки ограниченного количества используемого газа для работы двигателя транспортного средства.

Самая последняя технология водяного двигателя использует малоизвестный принцип «взрывающейся воды», который основывается на высокоёмкостном разряде в воде или водяных испарениях, что вызывает импульс давления, созданный гидродинамическим ударом в холодной тонкораспылённой воде [cold fog jet], и сопровождается вспышкой света и акустическим сотрясением. В основе своей это реакция молнии и грома и этот метод является наиболее многообещающим применительно к двигателю внутреннего сгорания. Это рекомендуемый подход, так как он требует меньших затрат энергии и даёт мощный результат без потребления воды, которая постоянно восстанавливается для достижения расхода 1 галлон на 300 миль и менее.

Автомобиль с плазменновзрывным паротопливным двигателем, работающим на воде

Автомеханик, оставляющий свои сообщения в Интернете под именем s1r9a9m9, известен как создатель первого автомобиля с плазменновзрывным паротопливным двигателем, работающим на воде. Создание такого двигателя на основе старого мотора Chevrolet El Camino 1978 года выпуска с рабочим объёмом 350 куб. дюймов у него получилось некоторым образом по ошибке. Озарение нашло на него когда он случайно уронил провод под напряжение 110В переменного тока в ведро с водой, в результате чего в ведре тут же произошёл взрыв. Он посчитал это весьма интересным явлением и повторил этот эксперимент ещё раз, однако теперь положив на ведро доску. В этот раз доска размером 2 x 4 впечаталась в потолок его мастерской и он решил, что больше так делать не стоит, однако если можно было бы получить такой взрыв в цилиндре автомобильного двигателя, то это было бы уже что-то!

Год спустя после череды проб и ошибок s1r9a9m9 добился успеха! Теперь его двигатель объёмом 350 куб. дюймов работает исключительно на воде с расходом 1 галлон на 300 миль … и он проехал на нём 30 000 миль, чтобы доказать, что система работает.

Что он сделал правильно?

Он начал с использования родной системы зажигания и карбюратора. Этого, однако, не хватало для создания достаточной «искры» чтобы взорвать воду. Поэтому в дополнение к этой системе он установил инвертор с 12В постоянного тока на 110В переменного тока и подсоединил к нему электроды свечи через реле, оснащённое встроенными выпрямляющими диодами, таким образом, чтобы всплеск высокого напряжения (при малой силе тока) с катушки зажигания комбинировался с поступающим от инвертора током низкого напряжения (110В), имеющего более высокий показатель силы тока (6,6А). При подключении к каждой свече по одному реле этого комбинированного тока оказалось достаточно чтобы вызывать реакцию взрыва воды. Инвертор и реле не были заземлены на кузов автомобиля, имея точку заземления только на корпусе свечи.

Так как вспышка плазмы очень непродолжительна по времени, ему пришлось переустановить момент зажигания (повернуть распределитель) на 20 – 30 градусов ПОСЛЕ ВЕРХНЕЙ МЁРТВОЙ ТОЧКИ, что на самом деле является у обычного двигателя лучшей точкой наибольшей компрессии - точкой, когда поршень как раз начинает толкать коленчатый вал вниз.

Ещё одним мероприятием, которое ему пришлось осуществить, было увеличение впрыска воды в цилиндры. Это он реализовал посредством увеличения жиклёров карбюратора на приблизительно 2 размера. Это позволило подавать в цилиндры больше тонкораспылённой воды для каждого момента зажигания и тем самым обеспечивало более интенсивную реакцию.

Изначально его автомобиль был оборудован 100-амперным генератором, мощности которого как раз хватало для питания новой системы зажигания. Тем не менее, он установил ещё один аккумулятор в параллель к первому для разделения нагрузки, чтобы обеспечивать бесперебойным питанием другие бортовые электросистемы. Затем он установил новый водяной бак, в который он провёл выхлопную трубу. В баке имеется несколько перегородок для подавления шума выхлопа, конденсации воды, сохранения тепла выхлопных газов и выделения из выхлопа воздуха, который затем выходит из под крышки заливной горловины (или откуда-то ещё в задней части автомобиля).

^{Вся система очень проста … но за исключением «реле». Использованное им реле старого типа, который более не выпускается и он фактически подсоединил это реле неправильно. Таким образом, вероятность точного повторения его системы почти исключена. Тем менее, это привело к разработки нескольких модификаций системы, которые должны быть не менее успешными}.


Схема реле s1r9a9m9

Катушка зажигания

Распределитель

РЕЛЕЙНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Диод

Инвертор

Аккумулятор

Контактные рычажки

Земля свечи

Искровой зазор

Это не точное представление реле s1r9a9m9, так как в состав внутренних межсоединений входят 4 диода необычной конфигурации с двойными соленоидами. Тем не менее, этот рисунок отражает фактическое течение тока внутри реле и его поступление на свечи.

Проблема с системой s1r9a9m9 заключается в том, что его реле не работает как реле, а функционирует больше как открытая импульсная цепь постоянного тока, которая просто позволяет высоковольтным всплескам от катушки зажигания перед их поступлением на свечи комбинироваться с сигналом 110-вольтовой цепи, имеющей более высокую силу тока. Это создаёт плазменную дугу, которая очень похожа на дугу, используемую электросварщиками, однако импульсы такой дуги очень непродолжительны по времени.

Это по существу создаёт более сильный поток электронов через дугу тем самым поляризуя молекулы воды в цилиндре, которые мгновенно выстраиваются в направлении сильного электрического тока. Результатом этого является гидродинамический удар в холодной тонкораспылённой воде [cold fog reaction], характеризующийся высоким давлением, a также сильная вспышка и хлопок, создаваемые свечами в условиях нормального атмосферного давления.

Произвольная ориентация Выравнивание ориентации

По существу то, что требуется на свече, это высокое напряжение (созданное индуктивным или ёмкостным разрядом) и больше ампер (силы тока), что лучше способствует быстрому выбросу электронов в сжатый водяной туман для создания лавинообразной реакции. Это, как успешно продемонстрировал s1r9a9m9, может быть осуществлено за счёт ряда других способов, рассмотренных ниже.

В обычном двигателе для создания искры в стандартном искровом зазоре требуется от 10 000 до 14 000В. S1r9a9m9 фактически увеличил зазор и таким образом должен использовать более высокое напряжение. Тем не менее, обычная катушка зажигания в состоянии выдать от 25 000 до 30 000В, но не всё это напряжение используется, потому что после образования искры требуется гораздо меньшее напряжение для её поддержания и, во вторых, цепь быстро замыкается по мере смещения контактов распределителя для зажигания горючей смеси в следующем цилиндре. Катушка зажигания очень редко отдаёт полный заряд или имеет время на его отдачу.

Применение более толстого провода, идущего от инвертора, позволяет подавать более высокую силу тока, а также более высокое напряжение. Таким образом, вполне вероятно, что катушки s1r9a9m9 разряжаются в более полной мере, чем это имеет место у обычных автомобилей, имея при этом обычные номинальные характеристики. Сильное превышение этого напряжения только создаст образование дугового пробоя на свечах или в другом месте, где ток найдёт наименьшее сопротивление. Свечи могут также просто расплавиться.

Конечно же, существует некий оптимальный уровень, при котором возникает плазменногидродинамический удар в тонкораспылённой воде, сила которого достаточная для приведения в действие автомобиля и этот уровень основывается на имеющейся мощности генератора. S1r9a9m9 просто доказал, что эта система работает с использованием стандартного автомобильного генератора на 100А 13,8В (1 380Вт).

В действительности, определяющее значение имеет количество джоулей, подаваемое по дуге. Это требует высокого напряжения для создания дуги и более высокой силы тока для более мощного потока электронов в цилиндр с целью создания плазменногидродинамического удара в тонкораспылённой воде. Минимальный «хлопок» появляется на уровне менее 1 джоуля и усиливается по мере роста подаваемой энергии.

Так как двигатель вращается с относительно большим чистом оборотов в минуту, каждую секунду в каждом цилиндре множество раз происходит воспламенение рабочей смеси. Это означает, что для каждого «взрыва» необходим лишь относительно небольшой заряд для поддержания вращения двигателя. Какой силы? Это, очевидно, зависит от мощности генератора и особенностей цепи электропитания. Подход заключается в том, чтобы обеспечить наиболее сильный «взрыв» (максимально количество джоулей на одно зажигание), не используя при этом полную мощность генератора и в то же время обеспечивая нормальное электропитание других бортовых электросистем (фары, стеклоочистители, кондиционер, вентиляторы, CD-проигрыватель и т. д.).

Простым решением этой проблемы является установка более мощного генератора или 2-х генераторов.

А теперь про то, как получить этот сильный «взрыв»!

Свечи

Последующие страницы посвящены ряду схем, которые можно использовать для доставки в цилиндр достаточного количества джоулей чтобы двигатель работал. Но прежде я бы хотел вкратце рассмотреть тему «свечи зажигания».

В магазинах имеется множество типов искровых свечей. В целом то, что нужно, это обычная низкоомная свеча для стартеров, у которой постепенно можно будет увеличивать искровой зазор для получения «более горячей» (высоковольтной) дуги. S1r9a9m9 использует обычные дешёвые свечи и заменяет их примерно каждые 3 месяца, так как дуговой разряд изнашивает их подобно тому как изнашиваются сварочные электроды. Обычные свечи дают дугу только на кончике маленького бокового электрода и поэтому в этой точке свеча сильно нагревается, так как дуга постоянно образуется только на одной очень ограниченной площади электрода.

Альтернативным вариантом, если вы сможете это приобрести или изготовите сами, являются так называемые «свечи зажигания с использованием поверхностного разряда», в которых нет бокового электрода "массы", а искра идет вкруговую от центрального электрода к корпусу по поверхности изолятора. У таких свечей фиксированный искровой зазор, однако вы можете поэкспериментировать и изменить этот зазор, приваривая шайбы с различным отверстием к ободку резьбового цоколя корпуса свечи.

Обычная свеча Свеча с поверхностным Свеча с поверхностным разрядом

Дуга в свечах с поверхностным разрядом редко образуется в одном и том же месте. Она имеет тенденцию кружиться по ободку корпуса и тем самым получается искра с меньшим износом и более долгим сроком службы. Свечи с поверхностным разрядом не так широко распространены, так как при неправильном использовании они быстро загрязняются в бензиновых двигателях. Но в двигателе, работающем на воде, этот недостаток снимается. Можно и самому изготовить свечу с поверхностным разрядом и это на самом деле не слишком трудно. Нужно только отрезать боковой электрод свечи и вместо него приварить шайбу.

Существует ещё один тип свечей, который был запатентован, но пока ещё ждёт серийного производств. Он называется «Файерсторм» [Firestorm]. У таких свечей несколько вариантов конструкции, однако у всех их имеется одна базовая концепция – куполообразный центральный электрод и отстоящий от него на одинаковом расстоянии вогнутый заземляющий электрод. Идея такой конструкции заключается в том, что дуга может образовывать перекрытие от центрального до заземляющего электрода практически в любом месте, так как расстояние между ними в любой точке одинаковое. Это даёт более хорошее зажигание без точек перегрева и обеспечивает более долгий срок службы свечи. Проблема заключается в том, что имеется только одна фиксированная величина зазора и таким образом цепь зажигания должна быть настроена на зажигание только при таком неизменном расстоянии между электродами. Это очень легко сделать, однако имеющиеся на сегодняшний день прототипы таких свечей для хорошей искры нуждаются в цепях конденсаторного зажигания от гоночных автомобилей.

Файерсторм с одним Файерсторм с двумя

Если такие свечи когда-либо поступят в продажу, их ожидают весьма неплохие перспективы применения в плазменновзрывных паротопливных двигателях, так как они создают шаровидный плазменный взрыв вокруг центрального электрода. А пока придётся самому сделать такие свечи, наварив маленькую куполообразную головку на центральный электрод, а затем проволочный свод заземляющего электрода. Прототипы могут выглядеть не так красиво, но они должны заработать.

Схема s1r9a9m9 основывается на этом принципе, пусть даже эта схема не работает так, как показано ввиду того, что ток от инвертора (переменный) и ток от катушки зажигания (постоянный) в обычных условиях будут конфликтовать и окажутся несовместимыми.

Его схема работает благодаря вышеозначенному «известному» направлению течения тока и потому, что в его старом реле имеются «диоды». Проще говоря, диоды выпрямляют переменный ток до однополупериодного или двухполупериодного выпрямленного постоянного тока, которые совместим с высоковольтным импульсом постоянного тока, идущим с катушки зажигания. В этом случае единственной проблемой является течение тока по наиболее быстрому пути до заземления.

S1r9a9m9 не заземлил инвертор и реле на кузов автомобиля и таким образом единственным выходом было использование толстого заизолированного медного свечного провода и заземления в точке искрообразования.

Технически в схеме s1r9a9m9 должно иметь место обратное течение переменного тока 110В к катушке зажигания, что создало бы проблемы, но так как это вызвало бы сопротивление, то электричество находит наиболее лёгкий путь и таким образом проходит через реле и диоды к свечам.

Более совершенная схема заключается в том, чтобы сначала выпрямить переменный ток через один диод (однополупериодное выпрямление) или через мостовой выпрямитель (4 диода) чтобы получить постоянный ток 110В (или 220В), смешать его с высоковольтным постоянным током через высоковольтный диод, а затем направить к свече.

Диоды должны быть высоковольтными, однако нет необходимости подбирать их вольтаж в соответствии с напряжением инвертора и катушки зажигания, так как принцип их действия основывается на временном блокировании обратного тока и ориентации его только в одном направлении – к искровому зазору свечи. Так как электричество ищет путь наименьшего сопротивления, то диоды должны иметь достаточный номинал для того, чтобы пропускать напряжение 110В (220В) и блокировать высоковольтный всплеск, идущий к инвертору. Подобным образом, диод со стороны катушки зажигания служит для предотвращения подачи тока 110В (или 220В) на катушку между импульсами.

Заметьте также на вышеприведённой схеме, что принцип однополупериодного выпрямления тока требует заземления инвертора на свече для завершения цепи. При двухполупериодном выпрямлении мостовой выпрямитель может быть заземлён на кузов автомобиля или, что более предпочтительно, на свечу.


Инвертор

Переменный ток

Мостовой выпрямитель

Постоянный

ток

ток

Ещё одной интересной особенностью использования инвертора является то, что кроме увеличения напряжения с 12В постоянного тока инвертор также обеспечивает пульсацию переменного тока с частотой 50 – 60Гц (циклов в секунду). Это осуществляется за счёт схемы ёмкостного разряда в инверторе. Это эквивалентно одному циклу каждые 0,0167 сек (60Гц) или 0,020 сек (50Гц), т. е. 16,7 – 20,0 мсек. Выдержка времени контактов (время размыкания цепи) составляет от 1 до 6 мсек. Это время, необходимое для полной перезарядки катушки зажигания и таким образом току катушки легко смешаться с однополупериодным или двухполупериодным выпрямленным импульсом от инвертора, так как время заряда и разряда катушки зажигания вполне укладывается в отведённое время. (Время заряда катушки = 1 – 6 мсек; время разряда катушки = 1 – 2 мсек).

И более того, после образования дуги напряжение 110В (220В) может поддерживать её после того как катушка зажигания разрядилась, создавая тем самым более длительное зажигание продолжительностью в несколько микросекунд.

Тут также следует заметить, что у системы зажигания с катушкой индуктивности более длительный период разряда (1 - 2 мсек) по сравнению с конденсаторной системой зажигания (10 – 12 микросекунд) или 0,001 против 0,000012 сек. Это означает, что у старой индукционной системы зажигания по сравнению с новой конденсаторной имеется больше времени для выброса электронов в плазменную дугу. (Более подробная информация о конденсаторной системе зажигания последует далее).

Продолжительность цикла является важным показателем, который определяет длительность времени формирования плазменной дуги. Когда напряжение падает в конце полупериода, дуга прекращается. Таким образом, время цикла выступает в качестве тактового переключателя для дуги.

Помните, целью таким образом является создание максимально длительной дуги (в рамках целесообразности) чтобы увеличить поток электронов для плазменновзрывного гидродинамического удара. Однако эта длительность не должна приводить к расплавлению электродов. Очевидно момент зажигания у s1r9a9m9 выставлен в целесообразных пределах, однако он может быть не оптимальным для достижения максимальной мощности.