ВНИМАНИЕ! Автомобильный катализатор

После публикаций в журналах рекламных статей об изобретении и разработке группой ученых-электрофизиков из МЭИ и МГУ технологии экономичности и долговечности двигателей и воплощении ее в образе АСК (автомобильный синтезатор-катализатор) на страницах Интернета появились многочисленные, достаточно противоречивые отклики на использование этих устройств в различных автомобилях. Разъяснения по этому вопросу дает доктор физико-математических наук профессор, заведующий метрологическим акустическим центром при кафедре акустики физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Гордиенко В. А., фамилия которого регулярно появляется на рекламных страницах с АСК и который действительно имел прямое отношение к обоснованию принципов работы устройств подобного типа и неоднократно выступал с материалами этих работ на страницах научных журналов, конференциях различного уровня.

«Машина не роскошь, а средство передвижения…» — писали И. Ильф и Е. Петров в начале прошлого столетия. Теперь автомобиль прочно вошел в нашу жизнь, добавляя в нее свои проблемы. Если у вас новый автомобиль, и вы пользуетесь качественными горюче-смазочными материалами, то, как правило, производитель (особенно «импортный») гарантирует, что машина будет развивать свою мощность как положено, хорошо заводиться, и уровень загрязнения выхлопных газов не превысит допустимых. Однако по мере старения и износа деталей двигателя топливо начинает сгорать хуже, и в выхлопных газах увеличивается концентрация вредных веществ. Именно поэтому целый ряд стран (в частности, Япония, а с недавнего времени и Китай) фактически запрещают использование старых автомобилей в городах и местах с интенсивными транспортными потоками. Если же вы пользуетесь некачественным топливом (именно это характерно для России) или используете автомобиль не в штатном режиме, то даже у нового автомобиля уровень вредных веществ в выхлопных газах может оказаться повышенным, не говоря о том, что и мощность не будет развиваться должным образом. Именно поэтому практически обязательной опцией для всех выпускаемых автомобилей в развитых странах стал каталитический нейтрализатор выхлопных газов или каталитический конвертер, сокращенно просто катализатор. Его предназначение — окислять вредные соединения, содержащиеся в выхлопных газах.

КАТАЛИЗАТОРЫ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Все нейтрализаторы выхлопных газов различаются по месту их установки (непосредственно сразу после двигателя либо на выходе выхлопной трубы) и типу носителя, на который непосредственно наносится каталитический слой. Тип носителя — обычно либо керамический блок в виде сот, либо блок, выполненный из металлической ленты. Металлический блок более надежен и может длительное время выдерживать различные механические нагрузки. Керамические катализаторы более распространены, чем металлические, и менее дорогие. Основной их недостаток — хрупкость. Чтобы разрушить керамику, иногда достаточно даже несильного удара об камень на дороге или на полностью прогретом автомобиле заехать в лужу, и тогда вода попадет на раскаленный катализатор с известными последствиями. Еще одной причиной разрушения керамики могут быть неполадки в системе зажигания. Когда при попытке пуска двигателя сразу не происходит воспламенения топлива в камере сгорания (например, из-за плохого качества последнего), то несгоревший бензин скапливается в ближайшей емкости выпускного тракта (как правило, в катализаторе), и когда, наконец, мотор заводится, то этот скопившийся бензин взрывается, соты, естественно, рассыпаются, а автомобиль может воспламениться.

Но и керамический, и металлический каталитические нейтрализаторы одинаково боятся некачественного или этилированного бензина, попадания в камеру сгорания масла или антифриза, переобогащенной топливной смеси, долгой работы двигателя на холостом ходу. В этом случае обычно происходит засорение каналов, потеря мощности и перегрев самого нейтрализатора, корпус которого может раскаляться даже до красного цвета. Известны случаи, когда от раскаленного катализатора расплавлялась алюминиевая теплозащита и загоралось антикоррозийное покрытие днища. Именно с такими эффектами воспламенения маршрутных автобусов столкнулась Москва несколько лет назад, когда ввели обязательную установку таких катализаторов на общественный транспорт.

Не останавливаясь более подробно на «хороших» и «плохих» сторонах катализаторов описываемой конструкции (все эти подробности легко найти и в литературе, и на страницах Интернета), укажем лишь, что главный враг кaтaлитических нeйтрaлизаторов выхлопных газов — плохой бензин, от которого соты нeйтрaлизатора очень быстро разрушаются или забиваются, мотор не может дышать нормально, и автомобиль теряет свою мощность, а то и совсем не едет…

Конструкция катализатора достаточно проста, но содержание солей платины, родия или палладия сказывается на стоимости катализатора не лучшим образом, поэтому замена отработавшего свой ресурс катализатора на новый — удовольствие недешевое…

Если можно снизить вредный выброс, воздействуя на выхлопные газы, то почему бы не сделать наоборот. Воздействуя на топливо, поступающее в двигатель, улучшить его сгораемость, снизить количество вредных примесей в выхлопе, а заодно и повысить мощность двигателя. Исходя из таких соображений, а также из-за высокой стоимости компонентов стандартных катализаторов в России решили пойти другим путем, и в начале 1990-х годов начались разработки катализаторов, устанавливаемых перед системой впрыска горючего в двигатель, которые, как указывается в инструкциях, тем или иным способом настолько улучшают качество смеси, что увеличивается мощность и экономичность двигателя, продлевается ресурс моторов (в два и более раза), возвращаются к жизни старые, подлежащие капремонту «движки» и т. п.

Первые такие устройства представляли обычно специальным образом изготовленные фигурные пластинки из магнитных или немагнитных материалов, устанавливаемые непосредственно в карбюраторы (их часто называли гомогенизаторами смеси). Их эффективность оказалась незначительной, и они довольно быстро сошли с прилавков магазинов.

На смену им пришли катализаторы, которые, активно влияя на горючую смесь перед впрыском ее в двигатель, изменяли ее свойства в лучшую сторону настолько, что это улучшение, по мнению изобретателей, а также продавцов, становилось заметным даже невооруженным глазом.

Рис. 2. Принцип работы шланга-ионизатора Рис. 3. Устройство «Фьюл Макс» с постоянным подмагничиванием топлива Рис. 4. Принцип работы устройства АСК

Как улучшить топливо?

Основная масса разработчиков интуитивно понимала, что процессы сгорания топлива во многом определяются количеством свободных радикалов в бензине и их энергетическим состоянием, реагирующим на внешние электромагнитные поля. Отсюда вытекает и основное направление их конструирования.

Автолюбителям наиболее известны такие устройства, как «Шланг ионизатор» (рис. 2), омагничивающие устройства (например, также хорошо известное устройство Фьюл Макс, рис. 3) и разного рода поляризаторы топлива, среди которых можно выделить таблетки-катализаторы производства Англии и катализатор Power Cat производства США, рекламировавшиеся в свое время даже по телевидению. Последние отличались высокой стоимостью используемых материалов, а также отсутствием регулятора воздействия на топливо. Кроме того, устройство Power Cat было рассчитано на западные типы бензина и оказалось малоэффективным при использовании на нашем рынке. Высокая стоимость Power Cat (порядка $150—200, вызванная применением дорогостоящих редкоземельных металлов и их сплавов) делала устройство малодоступным для автовладельцев.

Наши разработчики также не сидели сложа руки. Один из последних отечественных вариантов таких устройств был разработан на производственной базе МЭИ (Московского энергетического института) и получил название автомобильный синтезатор-катализатор (АСК). В нем, как и в устройстве «Фьюл Макс», организован поток топлива через зону с магнитным полем. Однако это воздействие не постоянно во времени.

В описании указывается, что при прохождении топлива через зазор в магнитном поле происходит разделение заряженных радикалов, а также их движение к диэлектрическим элементам, где они, накапливаясь, создают участки с объемным электрическим зарядом и сильным электростатическим полем. При определенных значениях параметров этих полей в топливном тракте возникают процессы, способные менять состояние молекул топлива.

Поскольку для синтезатора-катализатора можно использовать постоянные магниты и в его конструкции применять конструктивные элементы из хороших диэлектрических материалов, казалось бы, он должен быть достаточно универсальным, автономным, без подключения к источникам питания и пригодным для различных классов двигателей внутреннего сгорания.

Автор статьи обсуждает исследования, проводившиеся на российском устройстве АСК, но все выводы и рассуждения в основном справедливы и для других типов устройств. (Прим. ред.)

Немного истории и теории

Рис. 5. Основные молекулярные преобразования при сохранении атомарного состава жидкого топлива (бензина)

Удачи и неудачи разработчиков катализаторов горения топлива вполне объяснимы сложностью процессов, возникающих в органических веществах при физических воздействиях на них.

Вместе с тем отметим, что истоки этих подходов уходят в историю. Еще в 40-х годах А. Г. Гуревич, изучая излучение высокомолекулярных соединений, обнаружил эффекты самопроизвольного изменения числа и состояния радикалов под действием разового, относительно небольшого внешнего воздействия, порождающего возникновение так называемых зародышевых систем. Он приходит к необходимости введения понятий динамического (в отличие от статического) порядка в сложных термодинамических системах. Наличие такого порядка, как отмечал сам А. Г. Гуревич, не вытекает непосредственно из их химической структуры или состояний равновесия. Это противоречило устоявшейся в те времена системе взглядов на процессы эволюции и упорядочения, поэтому большинство работ не были даже опубликованы и не привлекли серьезного внимания специалистов.

В последнее время в связи с интенсивной разработкой идей самоорганизации (которые даже привели к формированию нового научного направления, названного синергетикой), удалось показать, что возможны самопроизвольные процессы не только с повышением, но и с понижением энтропии, при котором энергетическое состояние системы может повыситься.

В определенных случаях «динамического хаоса» (в нашем случае это преимущественно высокомолекулярные соединения) возможны процессы самоорганизации с некоторым повышением энергии. Стабильность системы обязательно при этом понижается, но для открытых систем (т. е. обменивающихся энергией с внешней средой) может оставаться достаточно высокой.

Важнейшим условием самоорганизации является наличие «зародышевых» центров (центров кристаллизации, конденсации и т. п.).

В настоящее время на основании ряда исследований твердо установлено, что при прибавлении ничтожных количеств различных нативных ферментов к растворам простых аминокислот в последних появляются и неограниченно размножаются конденсаты, обладающие некоторой ферментативной активностью. Факты свидетельствуют, что идет процесс самовоспроизведения «затравки».

Аналогичные процессы возникновения метастабильных с достаточно долгим временем жизни состояний могут возникать и в автомобильных маслах, бензине, дизельном топливе. «Зародышевые центры» получаются под воздействием на топливо специально подобранного слабого электромагнитного или статического магнитного поля. Под его воздействием бензомасляная система автомобиля приобретает каталитические свойства. В результате увеличивается количество свободных радикалов в топливовоздушной смеси, что приводит к более полному сгоранию топлива, увеличению прочности масляной пленки и как следствие к снижению уровня вредных выбросов окисей углерода и углеводородов.

Характерное жидкое топливо для двигателей внутреннего сгорания содержит целый ряд углеводородных органических соединений, где среднее количество атомов углерода в молекуле составляет 7—8, а водорода — 10—11. При воздействии электромагнитного импульса на молекулы удается получить зародыши с малым содержанием углерода и низким молекулярным весом, которые обладают более высокой теплотой сгорания (рис. 5). Таким образом, формально появляется возможность экономии топлива при совершении одной и той же работы, включая устройство в топливный тракт (рис. 9).

Появление в топливной системе молекулярных комплексов с меньшим количеством атомов углерода приводит к тому, что меняется температура воспламенения и характер его горения. Более мягкая работа двигателя — с меньшими ударными и динамическими нагрузками, возможность его работы с увеличенными углами опережения зажигания подтверждают то, что компоненты топлива воспламеняются при различной температуре с некоторой задержкой по времени.

Эксплуатация автомобильных двигателей с синтезатором-катализатором действительно подтвердила возникающую «мягкость» работы двигателей на различных видах топлива (ДТ, А-80, 92, 95). При регулировке холостого хода уровень загрязнения по углеродам (СН) для автомобильных двигателей снижался в несколько раз, причем наибольших эффектов удавалось достичь для старых изношенных двигателей.

Рис. 6. Автоволновое изменение электросопротивления топлива и мощности двигателя после отключения активного картриджа Рис. 7. Пример экспериментального измерения КПД одного из двигателей автомобиля ВАЗ-2101 на стенде АЗЛК Рис. 8. Характер изменения эффективности каталитического процесса во времени при использовании картриджей АСК

Возникают проблемы

Вроде бы все хорошо, но, как и у всех других подобных устройств, при работе с АСК возникают и серьезные проблемы.

По сути дела большинство разработок из-за отсутствия законченности исследований и непонимания многими авторами сути проблемы и ее решения часто дискредитировали идею каталитического воздействия на топливо. Вначале вообще считалось, что необходимо непрерывное воздействие поля на топливо.

Однако оказалось, что требуемое воспроизводство радикалов по зародышам происходит неравномерно во времени. Вначале необходимо достаточно быстро довести число «зародышей» в топливном тракте до определенной величины, а затем лишь поддерживать их количество на определенном уровне, но не выше некоторого критического. Поэтому для эффективной работы устройства необходимо через достаточно небольшое время убрать из топливной системы активный картридж, т. е. прекратить пропускание топлива через магнитное поле (на рис. 9 — картридж 1); активный картридж можно включать лишь на короткое время.

Сначала после отключения активного картриджа воспроизводство радикалов по затравке даже увеличивается. Но происходит оно не равномерно во времени, а в виде волн с постепенно уменьшающейся частотой, по характеру напоминающих автоволны (рис. 6). Пример экспериментального измерения КПД одного из двигателей автомобиля ВАЗ-2101 на стенде АЗЛК, приведен на рисунке 7.

Со временем способность к «воспроизводству» падает (эффект «старения» затравки, аналогичный генетическим сбоям в живых системах). Поэтому необходимо повторное включение первого картриджа. Обычно после установки первого картриджа необходимый каталитический эффект устанавливается через 600—1000 км пробега автомобиля (рис. 8). Повторное его включение требуется через 4—5 тыс. км пробега (исходя из потребления бензина 8-10 л на 100 км пробега автомобиля).

Однако время, на которое следует включать второй картридж, к сожалению, определяется многими факторами, в том числе предысторией эксплуатации двигателя, типом использовавшихся горюче-смазочных материалов, присадками к ним и т. п. Так что скорость роста «зародышевых центров» не является величиной постоянной для всех двигателей.

Потому описываемый АСК при реальном изменении вязкости топлива и его электропроводности может менять их как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения за счет возникающих процессов самоорганизации вещества.

К сожалению, основным недостатком этих разработок является их непрогнозируемость воздействия на топливо, вызванная неполным пониманием физических процессов, протекающих в бензомасляной системе автомобиля.

Катализатор влияет не только на топливо!

Рис. 9. Схема установки АСК (выдержки из инструкции по использованию АСК на автомобиле): 1 – активный картридж, 2 – пассивный картридж

Оказалось также, что через масляную пленку каталитический эффект передается смазывающим маслам, и излишнее воздействие на топливо может привести к негативному результату — разложению масла, изменению их смазывающие свойства и как результат — даже снизить ресурс двигателя.

Существенным оказывается также то, что даже после удаления из системы всех картриджей у топливной системы автомобиля остается «память» о затравках, и в двигателе начинает происходить процесс образования зародышевых центров в неуправляемом режиме. В какой-то степени двигатель начинает вести себя как человек, заразившийся вирусом, но не знающий об этом. Причем даже промывкой топливно-масляной системы двигателя не удается полностью избавиться от этого.

Это, в свою очередь, означает, что если на двигатель был однажды поставлен АСК, какие-либо другие модернизации крайне нежелательны, а работу АСК необходимо жестко контролировать, чтобы эффект от его использования не стал отрицательным.

В этом случае при неблагоприятном стечении обстоятельств ресурс двигателя может достаточно резко сократиться. Например, если вы долгое время пользовались плохим бензином, а затем перешли на качественный.

Таким образом, вследствие достаточно неквалифицированного подхода большинства «изобретателей» к конструкции автомобильных катализаторов, реализующих механизмы появления зародышевых центров, включая описываемый АСК, при, казалось бы, разумных исходных посылках катализатор может превратиться в бомбу замедленного действия для автомобильного двигателя, хотя для старых автомобилей и заведомо плохого качества горюче-смазочных материалов (особенно дизельного топлива) положительный эффект может быть хорошо ощутим (если ранее с двигателем не проводились различного рода «эксперименты»).

Отчаиваться, конечно, не следует. Возможно, что уже в ближайшее время эта проблема может быть решена.

1. Действительно ли АСК изменяет структуру топливной смеси?

Да. Появляющиеся под действием магнитного поля зародышевые центры стимулируют увеличение количества свободных радикалов в топливовоздушной смеси, что приводит к более полному сгоранию топлива и, соответственно, к большему выделению тепла. Масло становится менее вязким и лучше проникает в зазоры между трущимися деталями.

2. Улучшаются ли реально показатели «качества» автомобиля?

Показатели должны улучшиться при условии, что автомобиль старый и (или) используются некачественные горюче-смазочные материалы без различного сорта качественных присадки, а в автомобиле ранее не использовались другие типы катализаторов, влияющих на топливо и масла.

В России это более всего оказалось заметным для дизельных двигателей, так как традиционно качество дизельного топлива на большинстве российских автозаправок оставляет желать лучшего.

За счет более качественного сгорания топлива и уменьшения вязкости масел, как правило, возможна реализация ряда улучшений, указанных в инструкции к АСК:

Увеличение ресурса бензиновых и дизельных двигателей.

Продление ресурса и нормальной работы моторов, подлежащих ремонту.

Исключение сухого запуска моторов.

Снижение СО, СН, дыма, вибраций, шума моторов. Увеличение мощности и экономичности.

У величение октанового числа бензина на 3—5 ед.

Очищение от нагара свечей при наличии дефектов в двигателе. Улучшение запуска зимой.

Именно для таких случаев близко к истине утверждение рекламных статей: «АСК по эффективности и долговечности эквивалентен более 10 упаковкам разных присадок, т. к. ресурс его эксплуатации составляет более 200 тыс. км пробега автомобиля, а также улучшает искрообразование, воспламенение и горение топлива особенно при применении трехэлектродных свечей с открытой искрой, продляет ресурс работы свечей…».

3. Что будет, если поставить АСК на новый автомобиль?

Если вы пользуетесь качественными горюче-смазочными материалами, в лучшем случае эффект не будет заметен. В худшем — за счет дополнительного увеличения октанового числа двигатель начнет перегреваться, и если не принять дополнительных мер, может выйти из строя.

АСК действительно сочетает в себе положительные свойства хороших присадок к маслам, победителей трения, свойства присадок, исключающих дым, добавок к топливу, увеличивающих их октановое, цитановое число, а также препаратов, разжижающих топливо в зимний период эксплуатации. Именно уменьшенная вязкость горюче-смазочными материалов представляет другую опасность. Они (особенно масла) начинают работать не в штатном «режиме», проникать и туда, куда по техническим условиям эксплуатации не должны попадать. Если это вовремя не отследить, ресурс двигателя не только не увеличится, но может и уменьшится. На страницах Интернета это отмечало довольно большое число автолюбителей.

Похожие причины заставляют для дизельных двигателей использовать летом так называемое «летнее» дизельное топливо, а зимой — «зимнее».

Есть и еще одна проблема. При использовании АСК на автомобилях с многоискровым плазменным зажиганием (например, на уфимских моторах) устройство, поляризуя частицы бензина, может нарушить устойчивое воспламенение топлива.

4.  Проверялась ли эффективность АСК экспериментально? Каковы основные результаты таких проверок?

Конечно, проверялась, в частности, на стендах НАМИ и АЗЛК. Проанализировав полученные результаты, специалисты пришли к выводу, что воздействие АСК на масло сравнимо с регулярным применением специальных импортных присадок.

Однако большинство профессионалов в этой области отмечают крайнюю неустойчивость получаемых результатов. Именно на этом основании не дает своего официального заключения НАМИ, на стендах которого проводился ряд испытаний, хотя и они неоднократно замечали изменения в работе двигателей (например, автомобиль ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-402, испытанный по методике Правил ЕЭК ООН № 83-02 (тип В), снизил выбросы оксида углерода более, чем на 20 %, но одновременно увеличил уровень углеводородов на 4 %, оксидов азота — на 20 %. Расход топлива при этом упал примерно на 5 %).

Наивысший процент улучшения характеристик двигателя наблюдается у старых автомобилей, в которых используется некачественное топливо и на которых ранее не проводились другие «эксперименты» по улучшению их свойств.

Поэтому производитель АСК в публикуемых исследованиях и опирается на результаты испытаний АСК на «Автолайнах» и дизельных автомобилях (как правило, использующих наиболее дешевые и поэтому некачественные сорта топлива).

Выборка из протокола испытаний на автотранспортном предприятии ООО «Автолайн Плюс»

Разработчики АСК признают, что положительный эффект может проявляться не на всех автомобилях и не во всех условиях эксплуатации. Отрицательные аспекты, вполне естественно, не обсуждаются.

Неоднозначные результаты испытаний получились и у сотрудников клуба «Автолюбитель».

5. Чего стоят патенты, сертификаты, акты испытаний? 

Превышение критического значения каталитического процесса (например, за счет более длительного использования картриджа 1 на рис. 9) может привести к выходу двигателя из строя

На устройство и способ обработки топлива имеются международный патент № 27272 и российский патент № 2106512.

Те, кто когда-нибудь имел дело с оформлением патентов или заявок на изобретения, прекрасно знают, что патент защищает идею или технологию, но не отвечает за качественные показатели сконструированного на его основе изделия или прибора и его работоспособность.

Для этого существует сертификат качества, выдаваемый соответствующими службами Госстандарта. Такого сертификата у АСК нет.

В рекламе АСК утверждается, что устройство прошло аттестацию и сертификацию в Московском экологическом центре. Однако следует пояснить, что упомянутый Московский экологический центр был создан при негосударственном образовательном учреждении Международный независимый эколого-политологический университет (проректором которого в течение ряда лет был автор данной статьи). Планировалось, что он получит достаточно быстро некий официальный статус при московском правительстве. Но этого по ряду причин так и не произошло. Поэтому упоминаемый экологический центр существовал преимущественно на бумаге, собственной экспериментальной базы никогда не имел и никакими правами на выдачу лицензий не обладал.

ИЗ ИНТЕРНЕТ-САЙТОВ

«Моя машина Opel-дизель старая, нет смысла ремонтировать двигатель. Ремонт стоит минимум $500. Сама машина стоит немногим больше. Хочется проездить до лучших времен один сезон хотя бы 15—20 тыс км. Посоветовали поставить АСК, кто испытал на себе. После установки и пробега 1000 км машина почти перестала дымить. Двигатель стал легче запускаться и мягче работать. Проехал почти 4 тыс. км. Все нормально. Машина почти не дымит, масло уходит меньше. Заводится без проблем, даже в мороз…»

«…Поставив АСК, три недели я подходил к УАЗу, ожидая чуда. В начале четвертой оно произошло. При выезде из гаража за машиной потянулась дорожка из бензиновых пятен… Да, это был он, АСК! Топливо потекло из-под штуцеров, так что при пробеге 2044 км эксперимент прекратил…»

«…Поставил катализатор на служебную «Оду», выждал три часа (так положено по инструкции) и сел за руль. Двигатель завелся мягко и приятно удивил тяговитостью – в потоке автомобиль резко оторвался от других… Стоп! Рекламные проспекты перед испытанием читать вредно, начинаешь говорить цитатами. А на самом деле? Поездив, понял, что ничего с автомобилем не произошло…»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В основе работы АСК лежит принцип, позволяющий реально изменять физико-химические свойства горюче-смазочных материалов. По результатам проведенных испытаний и общему мнению водителей, эксплуатирующих автомобили, устройство АСК может быть полезно при эксплуатации как с точки зрения улучшения экологических показателей автомобилей, так и с точки зрения улучшения эксплуатационных динамических и экономических показателей двигателей.

Однако непрогнозируемость поведения устройства не позволяет гарантировать положительный (и даже хотя бы нейтральный) эффект его применения. Каждый автолюбитель, решивший использовать это устройство, фактически сам для себя должен решать вопрос об ожидающих его последствиям. Будем надеяться, что отрицательных последствий удастся избежать большинству пользователей АСК. Ну а о положительных — каждый будет судить сам.