No 5 (83) 2012
24
www.dvigately.ru Идея использовать воду для двигателей внутреннего сгорания
(ДВС) возникла более 100 лет назад, если вести отсчет от первого
патента на применение воды в двигателях, полученного Н. Отто,
создателем цикла поршневого двигателя с принудительным воспламенением. В 206е годы прошлого века воду в поршневые двигатели
вводил знаменитый инженер Гарри Рикардо, в 306х тракторы с карбюраторными двигателями прекрасно работали на водокеросиновых смесях, при этом в карбюраторах были выполнены две камеры:
одна 6 для подачи топлива, другая 6 для подачи воды. В 406506х годах известный советский конструктор академик А.А. Микулин ис6
следовал впрыск воды в авиационные моторы, а д.т.н. И.Л. Варшавский создал уникальную по тем временам методику, в которой по6
казал, что антидетонационный эффект водной добавки связан не
только со снижением температуры рабочего процесса, но и с не6
посредственным участием воды в процессе горения в цилиндре дви6
гателя. Начиная с середины 706х годов на высоком научном уровне
проводятся работы по способам получения и применения ВТЭ,
комплексной стендовой отработке применения ВТЭ для различных
типов двигателей и практического внедрения полученных результа6
тов в Днепропетровском национальном университете, Тамбовском
государственном техническом университете, Новосибирской государственной академии водного транспорта и в Санкт Петербургском государственном технологическом институте в содружестве с
Военной академией тыла и транспорта (ВАТТ) и Балтийским морским пароходством.
В результате проведения большого объема многолетних научных разработок, экспериментальных исследований и анализа материалов практической эксплуатации установлено, что вода в качестве добавки к топливу позволяет:
увеличить детонационную стойкость, особенно низкооктановых моторных топлив;
уменьшить до 10 % удельный расход топлива на отдельных режимах работы двигателя;
повысить долговечность работы и продлить срок службы двигателей, прошедших немалый срок эксплуатации;
снизить концентрацию токсичных составляющих в выхлопных
газах и обеспечить выполнение действующих норм (Федеральный
закон РФ "Об охране атмосферного воздуха No966ФЗ от
04.05.1999г. в редакции закона No 3316ФЗ от 21.11.2011г. и Пра6
вила ЕЭК ООН No49) не только двигателей, поставленных на производство начиная с 2000 года, но и двигателей, находящихся в эксплуатации, без оснащения их систем газовыпуска дорогостоящими каталитическими нейтрализаторами.
Для иллюстрации сказанного можно привести два примера.
Так, испытания двигателя Камаз6740, выполненные в Санкт-Петербурге в Военной академии тыла и транспорта, показали, что оптимальная концентрация воды в ВТЭ, обеспечивающая наименьший
выброс вредных продуктов с отработавшими газами и лучшие топ6
ливно6мощностные показатели, находится в пределах 10... 20 %.
Так, содержание токсичных веществ в отработавших газах уменьшилось: по СО на 17... 18 %, по NOx
на 40... 70 %, а дымность снизилась в 3... 4 раза.
Схожие результаты получены при комплексных стендовых испытаниях двигателя ЯМЗ6238 на эмульсии состава: дизельное топливо
Л60,2640 ГОСТ 305682 6 79 %, вода 6 20 %, ПАВ6АМДМ60,8.. 6 1 %.
Стендовые испытания проводились на скоростном и нагрузочном
режимах работы двигателя и были организованы на базе Государственного технологического института в Санкт6Петербурге. Все перечисленные выше преимущества объясняются тем, что водотопливная эмульсия является особым видом топлива, качественно и количественно изменяющего процесс горения. Содержащиеся в топливе
высокодисперсные частицы водной фазы при прогреве в цилиндре
превращаются в паровые пузырьки, мгновенно дробящие топливные капли на мельчайшие частицы, которые быстрее прогреваются
и интенсивнее взаимодействуют вначале с кислородом, образую6щимся в результате диссоциации воды, воспламеняются и, перемешиваясь с кислородом воздушного заряда, ускоренно сгорают.
Благодаря более полному и ускоренному сгоранию топлива,
постоянной газификации отложений углерода детали цилиндропоршневой группы и газовыпускного тракта не загрязняются продуктами сгорания, меньше подвержены абразивному износу.
Подача воды в двигатель может быть осуществлена тремя способами:
в виде жидкости непосредственно в цилиндр или карбюратор;
в виде паровоздушной смеси во впускной коллектор отдельно
от топлива;
в виде водотопливной эмульсии.
Впрыск воды в цилиндр реализовать непросто, хотя первые эксперименты в 206х годах с водой проделали именно с впрыском воды в зону выпускного клапана.
Подача паровоздушной смеси в зону впускного коллектора может быть реализована, например, путем предварительного испарения воды теплом выхлопных газов. Первые два способа не получили
практического развития из6за необходимости создания двойной
системы питания со специальным оборудованием, а также значи6
тельной неравномерностью распределения воды по цилиндрам.
Поэтому третий способ представляется наиболее простым и
перспективным, так как применение заранее подготовленной
эмульсии позволяло бы эти трудности обойти. Известно, что водотопливные эмульсии 6 это метастабильные жидкости, состоящие из воды и топлива, при этом длительность их метастабильного состояния зависит от третьего вещества эмульгатора. Но подбор именно этого вещества оказался с технической точки зрения намного
сложнее инженерных проблем, возникающих при использовании
обычной воды.
