Мысль об использовании воды или водяных паров в качестве добавки к основному бензиновому или дизельному топливу давно будоражит воображения разных технарей – от гаражных «кулибиных» до серьезных специалистов из лабораторий топлива мировых корпораций.
Идея не нова, практические конструкции двигателей с водяной «добавкой» появились еще до второй мировой войны, как в Советском союзе, так и в отдельных европейских странах, например, в Германии. В то время особенно актуальным был вопрос использования низкокачественных дешевых прямогонных бензинов в двигателях внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия (от 7 до 10). Общее количество впрыскиваемой воды в отдельных случаях достигало 25%.
С организацией производства высокооктанового бензина, в первую очередь американскими и немецкими химиками, теоретики ДВС отправили идею впрыска воды на архивную полку до лучших времен. И скорее всего, такие времена не за горами. Вопрос использования воды, как одного из компонентов топлива двигателя внутреннего сгорания, выглядит не таким безумным. Причина – возникновение реальных потребностей в использовании тяжелых высококипящих топлив.
На сегодняшний день существует два основных способа впрыска воды.
1. Распыление воды в виде паров или капельного тумана через дополнительную специализированную систему жиклеров (для карбюраторных ДВС) или воздушно-водяных форсунок (для инжекторов). Смешивание с топливом происходит на уровне микроскопических капель, благодаря чему достигается достаточно равномерное сгорание.
2. Вторая схема предусматривает предварительную подготовку путем получения топливно-водной эмульсии с содержанием дистиллированной воды до 10%. Дальнейший впрыск происходит штатными средствами системы питания.
В обоих случаях достигается значительный антидетонационный эффект. Например, добавка в топливовоздушную смесь паров воды в пределах 7-9% от объема топлива повысит октановое число смеси на 3-4 единицы.
Эффект связан с частичным снижением температуры стенок камеры сгорания и отдельных ее узлов. При контакте с раскаленным металлом микроскопические капли воды интенсивно испаряются и гасят возможные очаги возникновения детонации.
Добавление тонкораспыленной воды положительно сказывается на характеристиках горения топлива до концентрации 18-20%. Дальнейшее увеличение приводит к обратному эффекту, эмульсия горит неустойчиво, охлаждающий эффект испаряющейся воды приводит к полному гашению фронта пламени.
Практические испытания различных вариантов впрыска воды показали, что эффект наиболее ярко проявляется при использовании тяжелых парафинистых бензинов с низким октановым числом, даже загрязненных и разбавленных маслами и керосином. В проведенном опыте двигатель грузового автомобиля предварительно разогревался непродолжительной работой на качественном топливе до температуры, превышающей оптимальный уровень, примерно до 95-98 градусов Цельсия. Дальнейшая работа, скорее всего, привела бы к перегреву ДВС и выходу его из строя. Далее топливо в мотор подавалось с содержанием воды примерно в 12% от расхода бензина. Через некоторое время бензин был заменен смесью 30% бензина и 60% керосина. Двигатель устойчиво проработал весь запланированный срок испытания с небольшими повреждениями (прогарами) в выхлопной системе, которая явно не была рассчитана на подобную тепловую нагрузку.
Подобная идея широко использовалась во время второй мировой войны на немецких бомбардировщиках. В период интенсивной нагрузки при взлете и наборе высоты в мотор самолета вместе с бензином впрыскивалась водно-метаноловая смесь, а позже и просто вода для снижения тепловой нагрузки.
К сожалению, использование тонкораспыленной воды или эмульсионных смесей топлива и воды требует применения в конструкции двигателя большого количества легированных сталей в связи с интенсивными процессами коррозии. Сера и ее соединения, растворенные в топливе, легко переходят в воду и образуют сернокислую среду. Часть водяных паров конденсируется в масляном картере, смешивается со смазкой, образуя белую пенистую эмульсию. Качества смазочного материала теряются на длительное время.
Сама идея имеет очень серьезный потенциал и требует простого и эффективного воплощения, возможно, она предпочтительна для дизельных и газовых двигателей тяжелых магистральных грузовиков.
02.10.2015
Отправить новый комментарий