Predchádzajúce dva príspevky budú presunuté sem. Alebo skôr nakopírované.

Takže, vačka vstrekovacieho čerpadla musí byť nastavovateľná, priemer kruhu asi 5 centimetrov. Vysúvací segment sa dá ľahko vytvarovat v postskripte, treba len mať odhadnutú rýchlosť horenia. Vnútri vačky je klzne uložený šesťhran/osemhran/čokoľvek, čo je v mieste regulácie zúžené - týmto sa posúva klzný diel. (obrázok povie viac)

Palivové vstrekovacie čerpadlo ostáva na pôvodnom mieste, tam mu je dobre, ale samostatné čerpadlo na vodný roztok by malo byť nad hlavou, alebo blízko vačkovky tak, aby rúrka s tlakom vody išla priamo k svojej tryske. Táto "rúrka" bude asi vysústružená tyčka s priemerom 10-20mm a vŕtaním 2-4mm. Otázka zostáva ako spraviť trysku. Dnes ma napadlo použiť nízkotlakový systém záhradného zavlažovadla ako v humne, alebo využiť tlak palivového prúdu a strhávať a premiešavať pričerpávaný roztok tým. Stále ale narážame na nedostatok vhodných motorov na priamu úpravu.

Teraz by mal nasledovať test pridávania roztoku rôznych koncentrácií (a tým pádom teplôt) do plameňa horáku - vykurovania. Odporúčam kus šamotovej rúry postavenej na dvoch tehlách v kachliach - doprostred plameňa zavedená pod uhlom obetná rúrka, a ešte treba spraviť pozorovacie okienko.

Zumotor part 2 - ingredients properties

Teplo rozkladu dusičnanu amónneho pri konštantnom objeme je 1,59MJ/kg pri totálnom rozklade a 0,96MJ/kg pri rozklade na oxidy dusíka a pod. Kysličníky dusíka tvoria s vodnou parou kyseliny, pre pripomienku spomeniem. Skutočný rozklad na plyny pri konštantnom objeme môže nastať len pri detonácii veľmi veľkého množstva liadku amónneho, takže hodnoty sú pre naše použitie približné. Každopádne je z tých čísiel vidieť že toľko tepelnej energie ani nepostačí na odparenie rozpúšťadlovej vody a ohrev pár na teplotu vhodnú do spaľovacieho priestoru.

Inými slovami: dosiahli sme cieľ návrhu: môžeme - a musíme vstrekovať viac paliva. A nemusíme sa ani báť že by nechcelo horieť, rozkladné produkty ako kyslík, oxid dusný, oxid dusnatý a oxid dusičitý a - kyselina dusičná - sú veľmi reaktívne medziprodukty. Rád by som aby teplota u rozprašovaného dusičnanového roztoku bola rádovo 1000°C aby sa nám netvorila obávaná kyselina dusičná. (odhad od buka)

termodynamika: p=nRT/V - tlak (p) nám bude pri pohybe piestu klesať aj keby sme udržali konštantnú teplotu, riešime to nie zvyšovaním teploty (T), ale pridávaním materiálu (n). Teplota môže podľa vstrekovaného materiálu stúpať alebo aj klesať. Ako už bolo v minulom článku naznačené, najvyšší tlak bude využívaný hlavne v bode kde kľukový hriadeľ vyvinie najvyšší moment.

Zlá správa je, že dusičnan amónny disociuje na amoniak a kyselinu dusičnú a tak si viete predstaviť že väčšina kovov je úplne nekompatibilná (čast 10. v linku). Možno bude treba vstrekovaciu rúrku nahrubo pozlátiť zvnútra :D:D. Aspoň že má zlato dobré mazacie vlastnosti.

Nový typ dieselového supermotora

Pracovný názov je Zumotor.

Úvod: Výkon motora na jednu otáčku je daný množstvom vzduchu ktoré je v cykle stlačené do obmedzeného priestoru, do ktorého môže byť následne vstreknuté množstvo paliva podľa hmotnosti stlačeného vzduchu. Dajme tomu, že máme turbo a do 0,6L objemu zdvihového objemu nasajeme 1,5 gramu vzduchu. Do tohto natlačíme ešte 0,2 gramu paliva a vytvorí to horúcu zmes plynov s vysokým tlakom ktorý vykoná prácu.

Prácu vykonáva TLAK, nie teplota! Vysokú teplotu potrebujeme na to aby dané množstvo hmoty (1,7g) malo čo najvyšší tlak plynov a pár. Princíp vylepšenia Zumotoru je práve v zvýšení množstva hmoty ktorú chceme premeniť na plyny a pary a dosiahnuť pokiaľ možno čo najvyšší tlak počas celého pracovného cyklu. Množstvo a tlak spalín bude tiež väčšie, takže použitie turbodúchadla sa javí úplne prirodzené.

Ako prišlo k nápadu: po ceste z obeda som sa pozrel na našu malú mačku, povedal: "no čo, micinko?", išiel smerom ku dverám a pozrel na flašu s technickým liehom. Povedal som: "musí to byť jedno palivo?" Premýšľal som totiž dlhšie o tom ako využiť Elsbettov motor a piest v úprave pre jednoventilový dvojtaktný vznetový motor so štyrmi vstrekovacími tryskami, napríklad (hlavne?) pre drag racing traktorov s vlečenou záťažou. V rýchlosti som prebral možnosti: výsledok: Metanol by bol dobrým sekundárnym 'palivom', naftou by sa rýchlym vstrekom štyroch trysiek pripravilo horúce prostredie na tepelný rozklad metanolu - výsledok sú pary metanolu, voda, uhlík, metán, vodík, oxid uhoľnatý, a určite aj uhličitý. Skrátka, čím vyšší stupeň rozkladu, tým viac tlaku možeme získať s rozkladných produktov. Dynamika je v praxi iná, ale ideme len hypoteticky zatiaľ. Môže to priniesť zlepšenie, ale z princípu to má dve mušky: je to málo energeticky výhodné a produkuje to pevné častice (uhlík), prípadne vodík, ktorý v oceli spôsobuje vodíkové krehnutie, prípadne kvantá oxidu uhoľnatého. ...nie celkom ideálne.

Dnes po ceste z obeda som to trochu premyslel... chceme aby palivá boli kvapalné, nenáročné, ľahko manipulovateľné. Taký HTP peroxid (80% H2O2) by bol fajn, nakoľko sa samovoľne rozkladá a produkuje mračná vodnej pary a kyslíka, ale taktiež rozleptáva ruky, prípadne ich zapáli na dotyk a obsahuje veľa kyseliny fosforečnej, a to nehovorím ani o detonáciách pri tankovaní za druhej svetovej vojny na experimentálnom stíhači. Čo ešte také by sme mohli použiť, aby to neobsahovalo kovy a ani iné veci čo by sa mohli premeniť na tuhé častice, ale by boli len plynné?

"Jedine, jedine asi dusičnan amónny, ten je známy tým že je čiste z dusíka, kyslíka a vodíka"

Pokračoval som teda hypoteticky s dusičnanom amónnym a dospel k zaujímavým výsledkom. Vec prvá: NH4NO3 sa používa občasne ako trhavina. Pre dve veci: stáva sa, že ho máte pár sto kilo a asi toľko výbušniny potrebujete v dobrej cene. Vec druhá je že pri detonácii môže trpieť samorozkladom a tým pádom nepotrebuje palivo - ako som povedal: 2 NH4NO3 -> 4 H2O + 2 N2 + O2 - - - no a tak sa našiel vhodný a lacný kandidát na teoretický a možno aj praktický experiment. Ale ešte pre ilustráciu: v jednom výpočte kedysi dávno som odhadol stechiometrický pomer paliva na 100kg liadku amónneho na 8 litrov (alebo kg?) nafty na 100kg liadku. Tuším tak. Každopádne, na malé množstvo uhlíkatého paliva treba obrovské množstvo beuhlíkatého, na plyny a pary sa rozkladajúceho okysličovadla. Inými slovami, ak pozmeníme príklad vyššie (1,5g vzduchu + 0,2g palivo), môžeme použiť (1,5g vzduch + 0,1g palivo +1,5g NH4NO3 + 0,1 g palivo) a máme ďaleko viac činnej hmoty ktorá môže vykonávať prácu.

Technické vlastnosti :
Obľúbená stránka s ťažkou chémiou, rozpustnosť je asi 1,2kg v 1kg vody pri 0°C, 1,9kg v 1kg H2O pri 20°C a asi 10kg v litri 100°C vody!!! Spočítajte si, že 100 gramov NH4NO3 rozložíme na 45g H2O + 35g N2 + 20g O2. Pri 100°C po nahriatí motora na polo-varné chladenie by rozpúšťadlo (voda) pridalo len ďalších 10g vody na strany rovnice. Zanedbateľná položka! A ak budeme potrebovať inú rovnováhu reakcie (nižšiu teplotu spalín) doladíme obsah vody v roztoku.

Asi sa nedostanem k opisom všetkých motorov ktoré ma napadli, ale skončím u toho piestu štvortaktu s vŕtaním 91 mm a zdvihom 92 mm. Použijeme piest s omega komôrkou, ale s upraveným profilom priebehu pre viac vstrekov. Základom je jednovalec, OHC, 2 ventily na valec, externé turbodúchadlo. Do stredu piestu mieri kolmo tryska na vstrekovanie koncentrovaného roztoku dusičnanu, uhol rozprašovania je malý a kruhový - obvyklá ihlová tryska zatiaľ. Pre vstrek paliva dve trysky podobne ako pri Elsbettovom dvojtermickom návrhu. Uhol vstreku "šikmo dole zahnuto". V hlave motora je do spaľovacieho priestoru cez malý otvor zavedená tlaková sonda.

Pracovný cyklus: Celé zariadenie je mechanické, len s elektronickým servoladením, čiže bude fungovať bez elektroniky, elektronické súčasti sú len na nastavenie presných pracovných parametrov. Toto je podmienka návrhu. Vstrekovací mechanizmus roztoku dusičnanu amónneho nemôže byť z ocele obsahujúcej uhlík. Takisto ani žiadna súčiastka z rozvodnej rúry. Roztoky dusičnanov majú veľmi vysokú elektrickú vodivosť, korózia je zaručená. Takže ušľachtiká zliatina bez uhlíka bude obsahovať aj prímesi železa :D:D

Pracovný cuklus už naostro: Proces pri 100% výkone: V hornej úvrati (alebo nejaký ten stupeň pred) vstrekneme naftu, primerané množstvo pre vývin vysokého tlaku a teploty. ((Potiaľto to funguje ako normálny vznetový motor)) Pri posunutí piestu o centimeter pod hornú úvrať už vstrekujeme ďalšie palivo a skôr než sa stihne rozpadnúť na uhlík bohatú zmes nasleduje dávka chladivého dusičnanového roztoku, tlak stúpa. Po posunutí na 2 centimetre pod hornú úvrať nasleduje druhá boostovacia dávka, výsledný tlak by mal byť blízko maximu. Pri približovaní sa ku štvrtému centimetru pod hornou úvraťou nasleduje posledná boostovacia dávka, tlak blízko maximu; tu treba zloženie a časovanie paliva a dusičnanu premyslieť, boli by sme radi aby spaliny idúce do výfuku mali primeranú, nízku teplotu ~550-650 stupňov Celzia, alebo niečo podobné, aby turbodúchadlo vydržalo ten nadštandardný tlak a množstvo splodín.

Výsledok: Oproti nepreplňovanému motoru môžeme pri neoptimalizovanom procese dosiahnuť 3-násobok výkonu, ale prakticky by sa dalo počítať s 250kW na 3-litrovom 5-valci, však to je len 50kW na valec bez použitia drahého a nebezpečného nitrometánu :P .

Výpočty čo sú potrebné: rozkladné teplo liadku, tepelná kapacita vzniknutých plynov a pár, spalné teplo paliva pre vzniknutý kyslík, odparné teplo rozpúšťadla -> výsledok je buď exotermicá alebo endotermická bilancia (skôr jej približný odhad) doladiť pre jednotlivé boost fázy procesu. Ale to bude práca na iný deň. Má niekto záujem o tento projekt ;-) ?