В одной из прошлых статей мы бегло прошлись, а затем начали рассматривать и более подробно элементы, такой интереснейшей темы, как использование необычных средств для апгрейда работы тепловых двигателей — то бишь, двигателей внутреннего сгорания.
Не так давно мы уже рассмотрели любопытный способ получения водорода — плазменный электролиз (потенциально, в этих же целях, — для сжигания в двигателях), чей выход по водороду превышает классический электролиз, примерно в четыре раза (что уже само по себе заставляет более внимательно присмотреться к этому процессу как потенциальному источнику сгораемого топлива).
И сегодня мы подробно рассмотрим ещё одну необычную компоненту — использование озона в двигателях!
Для начала ещё раз кратко повторим, а зачем вообще можно использовать озон в двигателях: как мы знаем, что озон является одной из форм кислорода, представленной соединением трёх его атомов (чем уже отличается от обычного кислорода О2):
То есть для себя мы можем сразу отметить, что озон интересен уже хотя бы тем, что в рамках одного и того же объёма, он содержит гораздо больше окислителя для сжигания топлива!
Почему мы вообще акцентируемся на этом: фактически, использование озона в двигателях внутреннего сгорания — это своеобразная «параллельная ветка» использованию классических систем турбонаддува: точно так же, как в них используются высокооборотистые турбины для закачивания в двигатель большего количества окислителя (воздуха), под повышенным давлением — здесь, фактически, происходит то же самое, только своеобразным, химическим способом, — за счёт «более плотной упаковки» молекулы окислителя (кислорода в воздухе).
Согласитесь, что сама идея выглядит довольно недурно: отказаться от механически сложных (как минимум, в изготовлении) турбин, используя вместо этого, более компактно упакованный окислитель*:
*Как подсказывает нам интернет, подобные свойства озона заставляют рассматривать его учёными даже в качестве потенциального окислителя ракетного топлива, дающего при реакции сгорания совместно с топливом, выделение энергии, на одну четверть превышающую таковую, чем при использовании чистого кислорода!
Таким образом, в теории, можно получить в целом более простое (как минимум, в механической части) устройство двигателя внутреннего сгорания (а простота, как мы знаем, ведёт к большей надёжности!), при сохранении исходной мощности (или даже её повышении?) — что, соответственно, заставляет приглядеться к этой идее! ;-)
Особенно греет душу при рассмотрении этого направления то, что получение больших мощностей (в теории) возможно даже без каких-то кардинальных переделок двигателей — а всего лишь простой подачей более мощного окислителя…
Ну и не забываем про техническую простоту получения озона — достаточно всего лишь электрического разряда разного рода (коронный, барьерный, искровой), чтобы получить озон просто в изобилии…
Было бы странно, если бы наука прошла мимо такого потенциально интересного способа, — и на сей счёт мне удалось найти кое-какую любопытную информацию, которая делает более понятными перспективы подобного подхода, что мы и рассмотрим далее…
Для начала стоит сказать, что озон О3 интересен не только за счёт большего вмещения окислителя в себе, — он также является и гораздо более активным окислителем, чем кислород, за счёт того, что он легко распадается обратно на молекулу кислорода О2 и атомарный кислород О — который химически очень активен и стремится прореагировать практически со всем, и очень активно: даже при комнатной температуре, озон постепенно разлагается на указанные компоненты, а повышение температуры — ускоряет этот процесс.
В процессе исследования этого вопроса я тут наткнулся на любопытное научное исследование, которое мы возьмём за основу, и кратенько изучим, что думает наука на этот счёт…
И сразу же «зайдём с козырей»: мы тут выше упомянули о том, что образование атомарного кислорода при распаде озона поставляет весьма сильный окислитель — как свидетельствуют исследования, добавление некоторого количества* озона во время сжигания смеси кислорода и метана (как одного из конкретных примеров) — ускоряет скорость такой реакции в 23 раза!
Не «на 23%», не «в 2,3 раза» (как мы могли бы, возможно, скромно предположить, до начала ознакомления), а аж в 23 раза!
*К сожалению, в самой статье требуемое для такого ускорения количество озона не указано, хотя мне самому это было бы весьма интересно! ;-)
Причём, они там в этом исследовании не вдаются сильно в подробности, но у них встречается любопытная фраза, по которой мы можем судить о том, что одним из следствий наличия атомарного кислорода в камере сгорания является изначально очень большая зона воспламенения (вероятно, превышающая классические способы, в качестве предположения); насколько я это понимаю (вспоминаю кое-какие обрывки информации, виденные в других научных источниках, по другим поводам): при классических способах воспламенения* возникает точечный источник(и) горения, из которого(ых) затем горение распространяется и на весь доступный объём камеры сгорания; в случае же использования озона — эта изначальная зона воспламенения очень большая в размерах и чуть ли не охватывает всю камеру сгорания сразу — что, в том числе, похоже, что кардинально увеличивает и скорость воспламенения смеси — по крайней мере, как они там же отмечают — при концентрации озона в 1000 единиц на 1 миллион** скорость распространения пламени увеличивается на 21% для бедных смесей. И это ещё одна очень интересная цифра для обдумывания!
Чем она интересна: вот такие лёгкие намёки позволяют судить о том, что, похоже, использование озона позволяет уверенно жечь даже бедные смеси — то есть, те, которые в других условиях горели бы неуверенно!
Перефразируя (для ещё большей простоты понимания, и чтобы лучше отложилось в голове): похоже, можно судить о том, что, применяя озон, можно экономить топливо, заставляя его уверенно гореть даже при малых концентрациях!
*Я понимаю, что тех, кто более-менее разбирается в двигателях, наверняка привлечёт вот эта фраза «о классических способах воспламенения», где «возникает точечный источник(и)», — которая для знатока выглядит как «от забора до обеда» :-D, т. е. смешение несмешиваемого.
Поэтому, полагаю, что тут требуется привести некоторое объяснение, которое вы можете найти чуть ниже…
**Для тех, кто ещё не сталкивался, и подобная формулировка концентрации может быть необычной: если мы обратимся к вики, то узнаем, что это стандартный способ формулировки (записывается как ppm – parts per million).
Суть здесь вот в чём: как мы все знаем, большинство наиболее распространённых двигателей внутреннего сгорания в мире можно разделить всего на два типа*: искрового воспламенения и дизельные (воспламенения топлива от давления).
*Мы сейчас говорим о наиболее известных — понятно, что существуют и другие модификации, и даже весьма экзотические — их мы пока умышленно опускаем.
В искровых — проскакивание искры в среде сжатой смеси приводит к возникновению точечного источника воспламенения, откуда фронт горения распространяется на весь доступный объём цилиндра.
В дизельных — предварительно резко и сильно сжимается воздух, в результате чего его температура сильно подскакивает, и уже затем, в этот раскалённый и сжатый воздух форсунка распыляет дизельное топливо, в результате чего это топливо начинает моментально испаряться и воспламеняться — таким образом, можно сказать, что в зоне, близкой к распыляющей форсунке, возникает опять же, относительно точечный источник воспламенения (но уже более-менее объёмный), из которого фронт горения распространяется также на весь доступный объём цилиндра…
В противовес этим двум наиболее известным схемам построения двигателей существует ещё и третий тип, гораздо менее известный — HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) — воспламенение однородной сжатой смеси: подготовленная к сжиганию смесь топлива и воздуха сильно сжимается, в результате чего начинается самопроизвольное воспламенение — такие двигатели чем-то напоминают дизельные, однако отличаются от них тем, что могут работать на гораздо более обеднённых смесях, в результате чего, а также за счёт более полного сгорания топлива (так как воспламенение начинается сразу по всему объёму сжатой смеси), такой двигатель обладает целым набором преимуществ, среди которых одним из наиболее интересных является меньшее количество выбросов — где к последнему привлекается повышенное внимание (особенно в последние годы) в рамках современной тенденции на уменьшение загрязнения окружающей среды…
А теперь, если мы вернёмся обратно к нашему рассматриваемому вопросу, то мы там увидим, что, например, добавление озона к составу дизельной смеси в количестве 500/1000000, позволяет снижать необходимое давление для воспламенения дизельной смеси (конкретное число не называется) — то есть двигатель может работать на более простых установках для подачи топлива в цилиндр (не нужно развивать такое большое давление, топливо всё равно горит хорошо).
Причём, упоминается, что эти эксперименты проводились специально с целью облегчить холодный пуск дизельного двигателя и, насколько можно судить, достигли положительных результатов!
Некоторая информация есть и насчёт двигателей искрового типа, и, чтобы в полной мере «прочувствовать мощь — что такое озон», можно привести вот такой момент: дело в том, что многие искровые современные двигатели внутреннего сгорания поддерживают любопытный режим с рециркуляцией выхлопных газов — это когда в цилиндры двигателя частично снова подаются отработавшие газы (с целью понижения температуры сгорания и уменьшения вредных выбросов).
Как подсказывает нам вики — типичное содержание таких газов в составе смесей для двигателей внутреннего сгорания может находиться в диапазоне 5…15%.
А теперь смотрим вот сюда и пытаемся не уронить челюсть на пол :-) — благодаря озону, смесь воспламеняется даже при содержании выхлопных газов в ней более 30%! И даже при относительно малых степенях сжатия! О_о
То есть, ещё раз: смесь, само собой, хорошо будет гореть даже с использованием чистого воздуха, и даже с выхлопными газами в ней, в количестве более 30% от её объёма!
Вот такие пирожочки вырисовываются!… :-D
В результате, как они там отмечают, это позволяет двигателю работать на более высоких оборотах, при более низкой температуре (за счёт обеднённой смеси), с одновременным увеличением эффективности!
Другими словами, несколько утрируя, думаю, что можно даже говорить о том, что использование озона позволяет перевести обычные двигатели на режим работы, весьма сходный с наблюдаемым в двигателях HCCI-типа: большая скорость сгорания топлива фактически становится очень похожей на скорость сгорания топлива во всём объёме сразу, как при HCCI (понятно, что такое сравнение будет несколько утрировано, но всё же).
В общем, если кому интересно, можете почитать подробнее здесь — там очень много нюансов и цифр, есть на чём заострить внимание… ;-)
_______________
Понятно, что сама возможность генерации озона неизбежно поднимает вопрос и об аппаратной части, где, если мы заинтересуемся этим вопросом и обратимся к имеющейся (в изобилии, надо сказать) научной литературе, то мы узнаем (хотя бы даже вот из этого источника), что при построении подобного устройства, следует выбирать резонансные схемы, которые обладают гораздо большей энергоэффективностью, чем нерезонансные варианты, так как позволяют генерировать, в конечном итоге, гораздо больше озона на киловатт-час потребляемой мощности:
В среднем, по результатам тестов учёных, получается, что резонансная система позволяет достигать на 50% большей эффективности, чем нерезонансная (подробное объяснение схемы выше, а также формулы для расчёта компонентов можно найти по ссылке выше).
Причём там же, по ссылке выше, мы можем обнаружить для себя любопытный нюанс: генерация коронного разряда для получения озона производится не с помощью каких-то заострённых токопроводящих предметов (как мы могли бы ожидать), — а с помощью покрытия коронным разрядом всей внутренней поверхности трубки, сквозь которую продувается воздух!
Дело в том, что это система с использованием так называемого «барьерного разряда» — считающегося одним из наиболее эффективных генераторов озона, так как позволяет сблизить электроды на очень малое расстояние между собой, ввиду того, что один из электродов покрыт токоизолирующим слоем — это защищает систему от зажигания дуги между электродами и позволяет поднимать подаваемую на них разницу потенциалов до относительно больших величин!
Например, на схеме выше, где показана трубка, сквозь которую продувался воздух в результате тестов учёными, видно, что это стеклянная трубка, снаружи покрытая заземлением и внутри содержащая ещё один электрод — на котором и загорается коронный разряд!
То есть, мы видим, что в этой схеме электроды разделены буквально толщиной стенки стеклянной трубки!
Ссылку на подробное объяснение подобного рода разряда я давал выше, но повторю ещё раз — там же мы можем найти и классическую схему построения подобного рода разрядников:
Или, там же, мы можем найти один из простейших вариантов реализации подобного разрядника — всего лишь высокотемпературный каптоновый скотч (хорошо знаком 3D-печатникам), где на каждую из его сторон наклеена фольга, представляющая собой каждый из электродов, и этого вполне достаточно, чтобы создать работающую систему:
Кстати говоря, если мы копнём чуть глубже, то узнаем, что по подобной схеме барьерного разряда построено большое количество лазерных принтеров и копиров: там натянутая проволока-коротрон излучает коронный разряд, за счёт чего покрывает поверхность фотобарабана зарядами — а сам фотобарабан является металлическим, заземлённым, поверхность которого покрыта полупроводником, который не может пропускать ток при коронном разряде:
Подытоживая наш рассказ, отметим, что мы видим, как даже такое, казалось бы, обычное явление, как озон, вполне может быть применено весьма неожиданным образом, давая совершенно уникальные возможности!
Только надо учитывать, что озон является весьма ядовитым для человека и, кроме того, склонен к слишком большому ускорению процесса сгорания, что может вызывать детонацию в двигателе; кроме всего прочего, его высокая реакционная способность может приводить к быстрому окислению практически всего, с чем он сталкивается — прокладки, металлы (особенно при повышенной температуре, на которой работает двигатель).
Возможно, это и является одной из причин, почему такая, казалось бы, интересная (и крайне простая в реализации!) возможность до сих пор широко не внедрена в современной автомобильной промышленности…
Вероятно, для этого может потребоваться и кардинальная переделка двигателей именно под работу на озоне?
В любом случае, наличие такой интересной возможности предоставляет предмет для вдумчивого осмысления, и, может быть, даже внедрения? Кто знает…
© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»