ONsteam wkracza do akcji

Firma Nowe Technologie Ekologiczne Sp. z o.o. (NTE) wyprodukowała zestawy ONsteam do konwersji silników Diesla. Te patentowane obecnie zestawy, zmieniające środowisko spalania w komorach spalania przez wprowadzenie do komory spalania pary wodnej wraz z unikalnymi dodatkami optymalizującymi spalanie oleju napędowego, pozwalają na znaczne przedłużenie jego eksploatacji oraz oszczędności w zużyciu paliwa do 30 proc. lub wzrost mocy silnika.


Ulepszenie rzeczywistości
Żyjemy w dobie wielkiego zapotrzebowania na szybkie przemieszczanie się z miejsca na miejsce, często oddalonego od siebie o wiele kilometrów. Są do tego wykorzystywane pojazdy komunikacji miejskiej, krajowej lub międzynarodowej, jak i pojazdy prywatne. O ile te drugie bywają zasilane silnikami benzynowymi, jak i Diesla, o tyle te pierwsze głównie silnikami Diesla. Praktycznie każdy, stojąc w korku lub przy ulicy, widząc tuż obok ruszający samochód ciężarowy lub autobus, a zaraz potem czując to, co wydobywa się z rury wydechowej, zastanawiał się czy musi tak być i czy naprawdę nie można nic zrobić. Tak pokrótce narodził się pomysł, choć początkowo bez szczegółów, ulepszenia obecnego stanu rzeczy. Zaczęło się od dokładnego, ponownego przeanalizowania zasady działania silnika spalinowego. I tu nagle okazało się, że jest bardzo dużo do zrobienia, bowiem rzeczywista, całkowita sprawność rzadko jest większa od 10 proc. Nieprawdopodobe wydawało się, że nikt nigdy wcześniej nie starał się zwiększyć sprawności silnika Diesla oraz zwiększyć jego przyjazność dla środowiska. Poszukiwania przyniosły rezultaty. Okazało się bowiem, że jeszcze przed II Wojną Światową były podejmowane różne próby - alkohole, woda, para wodna zarówno w formie dolotowej, jak i wtryskowej. Niektóre z tych rozwiązań były stosowane w armii niemieckiej i to zarówno w lotnictwie, jak i lądowych pojazdach pancernych. Po przeanalizowaniu wielu rozwiązań postanowiłem zaadaptować niektóre fragmenty innych, znanych rozwiązań i dodać od siebie kilka potrzebnych elementów. Tak narodził się projekt, który potem został wykonany w praktyce.


Ogólna charakterystyka ONsteam
Rozwiązanie ONsteam jest rozwiązaniem unikalnym, różniącym się od innych nie tylko metodą działania, ale również oznakami fizycznymi, które są dostrzegalne zarówno za pomocą zmysłów, jak i przyrządów pomiarowych. Już podczas pracy na biegu jałowym widać ewidentne różnice, jako że z ONsteam silnik pracuje równo, zużywa o wiele mniej wody niż w rozwiązaniach konkurencyjnych, gdyż jest ona inaczej używana i bierze udział w innych przemianach. Bardzo duże różnice występują także podczas jazdy. Kierowca panuje cały czas nad silnikiem, który pracuje pod względem wibracji podobnie do silnika benzynowego o podobnej mocy. Efektem rozwiązania ONsteam jest większa kultura pracy silnika, ale także znaczne ograniczenie emisji CO2 w stosunku do innych metod spalania paliwa. Jednocześnie następuje znaczna redukcja innych pierwiastków i związków szkodliwych dla środowiska w emitowanych spalinach.

W uproszczeniu, ONsteam przewiduje minimum dwa stopnie podgrzewania początkowo wody, a następnie pary wodnej. Korzystne jest odseparowanie tych stopni elektrozaworem sterowanym przez kontroler, który mierzy parametry na czujnikach (temperatury i ciśnienia). W zależności od parametrów, kolejne stopnie są uruchamiane w taki sposób, aby ciśnienie w każdym kolejnym z nich było coraz większe. Uzyskuje się to poprzez odpowiednie sekwencje włączania w odpowiedniej kolejności, kolejnych elektrozaworów. Użycie kolejnych równoległych stopni zwiększa stabilność dopływu pary do komory spalania. Jednocześnie dodaje się minimalne (nano g) porcje różnych środków w zależności od typu materiału, z którego są zbudowane komory spalania silnika. Porcje te polepszają stabilność przebiegów reakcji, jak i parametry ich przebiegu (potencjał chemiczny, egzotermiczność itp.). Reakcje te mogą zachodzić jedynie w określonych warunkach oraz mają określony czas trwania, stąd silnik będzie zachowywał się różnie przy różnych prędkościach obrotowych silnika lub szybkości spalania w komorach innego typu. W celu optymalizacji tych procesów, ONsteam posiada specjalny kontroler sterujący, którego odpowiednie zachowania są podejmowane w zależności od odczytów na czujnikach temperatury i ciśnienia. Niekontrolowane, nadmierne dawkowanie nanostruktur może prowadzić do przedwczesnego zużycia silnika, dlatego są stosowane odpowiednie zabezpiecznia.

Trochę dokładniej
Aby dokładniej zrozumieć zasadę działania przerobionego przez firmę NTE silnika, a w zasadzie jego peryferii, musimy nieco inaczej spojrzeć na to, co dzieje się w silniku i dlaczego on tak naprawdę potrafi generować energię mechaniczną.

Otóż, kluczowe jest to, co się dzieje z energią. Prawda jest taka, że nie potrafimy energii ani wytwarzać, ani się jej pozbywać - możemy ją co najwyżej przetworzyć. W tym konkretnym przypadku
źródłem (dostarczycielem) energii jest energia powstała w wyniku spalenia się mieszanki paliwowo-powietrznej. Sęk w tym, że ta energia (cieplna) sama w sobie nie jest w silnikach spalinowych wykorzystywana bezpośrednio. Tę energię dostarczamy zgromadzonym w cylindrze gazom, czyli mieszance paliwowo-powietrznej. W wyniku zwiększenia się temperatury, zwiększa się ciśnienie. To właśnie ciśnienie „pcha” tłok i poprzez mniej lub bardziej wyrafinowaną mechanikę przekazuje do kół. Większość ludzi, tuningując swoje auta, stara się jak najszybciej spalać paliwo, co pozwala podnieść m.in. obroty silnika. Jest to pewna idea, ale niestety bardzo daleko jej do poprawnej optymalizacji (pogarszają się warunki spalania, a do tego nie zdąży się spalić w całości paliwo, przez co dodatkowo powstaje znacznie więcej szkodliwych substancji), poza tym silnik znacznie zwiększa swoją temperaturę, a to dodatkowo generuje straty. Konstruując instalację ONsteam, poszliśmy inną drogą. Obecnie silniki idealne (gdyby komukolwiek udało się taki stworzyć) miałyby sprawność na poziomie 35 proc. (w przybliżeniu wg cyklu Carnota lub Otto, który jest bliższy rzeczywistemu silnikowi spalinowemu). Nowe konstrukcje potrafią „odzyskać i wykorzystać” kilkanaście procent uzyskiwanej energii, a starsze konstrukcje nie wychodzą poza 10 proc. rzeczywistej (realnie zmierzonej) sprawności. Nasze rozwiązanie jest odmienne, ponieważ tak naprawdę „przeszkadzamy” w zbyt szybkim spalaniu, a mówiąc konkretnie - wydłużamy w czasie sam proces spalania, przez co przebiega on w bardziej unormowany (i możliwy do kontroli dzięki naszemu kontrolerowi) sposób, a w konsekwencji spalanie jest znacznie dokładniejsze. Dzięki temu, mimo zwiększania objętości w cylindrze, ciśnienie tłoka nie maleje tak gwałtownie jak w tradycyjnych rozwiązaniach, w których początkowy ruch tłoka obarczony jest dużymi stratami. Tłok dostaje gwałtowny, potężny impuls ciśnienia, w wyniku którego przyspiesza - prowadzi to do konieczności używania bardzo wytrzymałych, a przez to znacznie droższych materiałów. W rozwiązaniu ONsteam, dzięki utrzymaniu (w zasadzie dzięki znacznie wolniejszej szybkości spadku) ciśnienia w cylindrze, zmniejszamy w znacznym stopniu wibracje, co wydatnie zmniejsza naprężenia, a przez to zwiększa żywotność silnika. Z pewnością wiele osób zapyta, jakim cudem można uzyskać większą moc, skoro zmniejszamy ciśnienie w cylindrze. Niewątpliwie będzie to słuszne pytanie, ale można wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje. Silnik oddaje moc, czyli pewną pracę wykonaną w czasie. Im więcej ma cylindrów, tym więcej mocy dostarcza do układu napędowego. Jak już wspomniałem, moc to praca wykonana w określonym czasie przy ustalonych obrotach. W cyklu spalania (niestety, to jedynie 25 proc. całego czasu jednego pełnego cyklu) tylko suw roboczy dostarcza nam energię. Dlatego też moc nie jest dostarczana ciągle, a impulsowo. Możemy to regulować poprzez zwiększenie liczby cylindrów, ale i tak z każdego z nich energia mechaniczna będzie dostarcza impulsowo. Chcielibyśmy, aby podczas owych 25 proc. czasu mieć do dyspozycji pełną moc. Niestety, wysokie ciśnienie bardzo szybko się zmniejsza (zwiększamy objętość cylindra) mimo dostarczania energii ze spalania się paliwa. Najwięcej tej energii tłok oddaje do układu napędowego w początkowej fazie ruchu i potem stopniowo jest jej coraz mniej. Można dostarczać więcej paliwa, ale to generuje dodatkowe problemy, nie mówiąc już o kosztach (znacznie większe zużycie paliwa). To właśnie jest przyczyną, jak już wcześniej opisałem, wibracji silnika. My zmniejszyliśmy ciśnienie (czyli siłę działającą na powierzchni tłoka), ale znacznie wydłużyliśmy odcinek (zwiększyliśmy odległość), w którym na tłok działa duże ciśnienie. W pierwszej fazie ruchu tłoka faktycznie jest mniejsze ciśnienie, ale po pewnym czasie jest ono już większe. W skali energii, czyli wykonanej pracy, liczy się iloczyn siły i drogi (W=FS, W-praca, F-siła, S-droga, na której działa siła). Dzięki naszemu rozwiązaniu uzyskaliśmy lepszy iloczyn, a to właśnie jest kluczowe dla jazdy samochodów.
Jest jeszcze kilka dodatkowych aspektów, takich jak prężność mieszanki paliwowo-powietrznej i wody. Przykładowo, gdybyśmy mieli pewną określoną ilość energii i dostarczylibyśmy ją mieszance paliwowo-powietrznej i dokładnie tyle samo parze wodnej, to mieszanka wytworzyłaby mniejsze ciśnienie. Jednak w rzeczywistości trzeba tę energię dostarczyć, dlatego potrzebujemy i pary, i mieszanki, ale w proporcjach ściśle określonych. Jeżeli pary będzie za mało lub będzie nieodpowiednia temperatura, to nie będzie efektu, natomiast jeżeli będzie jej za dużo, to zadławi silnik i wtedy nie pojedziemy.

A co z silnikiem?
Często pojawiają się pytania: co się dzieje z silnikiem? Czy nie rdzewieje? Odpowiedź brzmi nie, ale pod warunkiem, że instalacja zostanie poprawnie zamontowana i zestrojona. W określonych warunkach para wodna zachowuje się względem metali jak powietrze, czyli nie jest zainteresowana wchodzeniem w reakcje, ale muszą być spełnione pewne warunki. Z punktu widzenia montażu można to porównać do instalacji gazowych. W niektórych silnikach wykorzystuje się wprost elementy lub części komponentów instalacji gazowych po przystosowaniu ich do stosowania z wodą czy parą wodną. W tym jednak przypadku montaż jest znacznie prostszy.

Co dalej?
Obecnie trwają prace rozwojowe nad kolejnymi generacjami rozwiązań do silników. Mogą to być niemal wszystkie silniki Diesla - D, TD, TDI, CR - z tym, że im nowsza konstrukcja, tym efekty są mniejsze, choć zauważalne - jest to spowodowane coraz doskonalszymi konstrukcjami silników, które są znacznie sprawniejsze.

Na Dolnym Śląsku powstaje Centrum, którego zadaniem będzie szkolenie
pracowników warsztatów, by mogli oni w swoich warsztatach dokonywać takich montaży. Prowadzone są także zaawansowane rozmowy w innych regionach kraju, w tym również nad stworzeniem takiego centrum w Warszawie. Trwa również budowa sieci montażowej ONsteam w Polsce północno- wschodniej, centralnej oraz na Śląsku i Pomorzu Zachodnim.

NTE posiada także pisma Instytutu Transportu Samochodowego, jak i Ministerstwa Transportu o braku konieczności dodatkowych czynności związanych z przeglądami rejestracyjnymi i przeglądami czasowymi, jak i innymi badaniami czy zaświadczeniami technicznymi.

Piotr Chabecki
Nowe Technologie
Ekologiczne Sp. z o.o.