В 1930 году английский инженер H. Ricardo предложил впрыскивать жидкость в цилиндр ДВС. Специалист он серьезный, достаточно сказать что он руководил исследованиями в области физики внутреннего сгорания. Я думаю что его просто не дослушали. С тех пор этим предложением успешно воспользовались только один раз - для охлаждения авиационных двигателей в режиме форсажа. Хотя эту попытку только с натяжкой можно назвать успешной. Приходилось ставить две свечи из за выхода их из строя, Время работы в режиме форсажа относительно не велико. Не буду пересказывать статьи их много и не совсем я согласен, скажу свое мнение. Вообще заливать водой огонь когда он разгорается не самая лучшая идея. Процесс так называемого быстрого горения очень сложен, достаточно сказать что горение начинается не доходя до ВМТ и продолжается при не равномерном повышении давления и температуры, а потом при неравномерном понижении температуры и давления. И хотя физика процесса у низко оборотных, средне оборотных и высокооборотных двигателях одинакова но условия горения разные. Например для пресловутого высокооборотного двигателя Rotax температура выхлопных газов 800 грС норма а это температура газового водогрейного котла.
По не понятным мне причинам наука пошла по пути создания топлива с водой, а инженеры пошли по пути создания устройства регулирующего подачу воды на изменяющихся режимах работы ДВС при впрыске. Одни портили топливо другие ухудшали рабочий процесс. И обе стороны сошлись на том что оба пути сложные и дорогостоящие. Существует целый ряд на мой взгляд интересных способов использования энергии выхлопных газов ( напомню, у высокооборотного двигателя Rotax температура выхлопных газов 800 грС). Например концепция Кроуэра. Я вижу два пути оптимизации использования рабочего тела в ДВС, это тот по которому идет двигателестроение т.е. использование тепла например в турбокомпрессоре. Второй путь пока считается полностью пройденным - полностью использовать энергию рабочего тела сгенерированного в цилиндре ДВС, это давление выхлопных газов минимальное - достигнуто, и использование рабочего тела до температуры выхлопных газов 50-70 грС. А это можно достичь как раз впрыском воды.
Настольная книга дизелистов - В.А. Ваншейдт "Судовые двигатели внутреннего сгорания" объясняет как должно быть. Рассмотрим диаграмму основных этапов сгорания топлива в двигателе в координатах Р - давление, Т - температура в зависимости от поворота коленчатого вала.
Точка 4 максимальная температура в камере сгорания, в бензиновых двигателях температура достигает 2600 грС. Абсолютно очевидно, что в этой точке и должна подаваться вода. Практически это должен быть пятый такт (по счету третий) четырехтактного двигателя. Технически это должна быть форсунка аналогичная топливной форсунке дизелей. Теоретически должно произойти следующее, обратимся к диаграмме. Кривая Т (Т1) резко поползла вниз и снижает температуру с 2600 грС в бензиновых двигателях до 350-400 грС далеко не доходя до нижней мертвой точки. Мы видим, что тепловой КПД резко повышается. А кривая Р (Р1) делает резкий скачек в сторону увеличения давления внутри цилиндра. Увеличение давления без сомнения приведет к значительному увеличению мощности. А причин две это само увеличение давления и момент увеличения давления по углу поворота коленчатого вала (см. В.А. Ваншейдт). С полной ответственностью заявляю, что механический КПД двигателя повысится.
Бесспорно, что количество воздуха на такте всасывания из-за значительного уменьшения температуры внутри цилиндра увеличится, что позволит сжигать больше топлива со всеми вытекающими результатами. На этой оптимистической ноте можно было бы и закончить, но сначала посмотрим фотографию.
Хотя изучением свойств воды на научной основе занимаются два века, существуют таблицы состояния пара, проведенные эксперименты с впрыском воды показали - неизученного остается много. Например в понятие теплоемкость (кал/ (г*град) ) я бы ввел еще и время. Чтобы далеко не ходить можно просто посмотреть в интернете ролик "как вскипятить воду в микроволновке". Как сказал в переписке профессор Васильев А.А. формул определяющих состояния воды и пара больше 100 но каждый ученый пользуется своей. Другими словами, я утверждаю, что при правильном подходе при впрыске воды (давление впрыска, температура впрыскиваемой воды и времени впрыска) на существующих ДВС мощность можно увеличить кратно. Уверен что инженерам понятно на существующих ДВС такой подход приведет к разрушению ДВС, и надо идти по пути уменьшения расхода топлива. Должен сказать, что существует еще как минимум два условия при котором при значительном уменьшении расхода топлива значительно увеличится мощность. Естественно повысится общий КПД. Теперь на мой взгляд интересный нюанс, на вопрос "что такое паровая машина" искусственный интеллект ответил - Паровая машина – это тепловой двигатель, в котором механическая работа возвратно-поступательных движений поршней преобразовывается из потенциальной энергии пара, образованного в рабочем котле машины. А Большая Советская энциклопедия гласит - ПАРОВАЯ МАШИНА — тепловой поршневой двигатель для преобразования энергии водяного пара в механическую работу. Давайте разберемся в чем же преимущество и естественно перспектива цикла ДВС. - температуры в 2600-2700 грС не достигается ни в одной тепловой машине и не потому что это на сегодняшний день невозможно а по тому, что это многократно удорожает такую машину и снижает надежность и ресурс. В наиболее перспективных парогазовых тепловых машинах температура в камере сгорания достигает 1600 грС. И уже это делает технологически сложным для Российских производителей (охлаждение, конструкцию лопаток турбин и пр.) Сравнивая два варианта цикла Брайтона с циклами ДВС, приходим к выводу, что цикл p=const близок к циклу Отто, а цикл v=const — к циклу Дизеля. Оба цикла успешно применяются, что обусловлено качественным отличием рабочих процессов в поршневых машинах от осевых машин. См. Зысин Л. В. Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учеб. пособие. – СПб. : Изд.-во Политехн. ун-та, 2010. – 368 с и Например, в ближайшие годы в России парогазовые электростанции будут комплектоваться отечественными газотурбинными установками ГТЭ-110 мощностью 110 МВт, изготовленных на НПО «Сатурн» г.Рыбинск. КПД данной установки составляет 36%, а температуру уходящих газов 517 0С. В свою очередь часто используемая за рубежом газотурбинная установка фирмы Asea Brown Boveri (ABB) GT26 мощностью 265 МВт имеет КПД 38,5% а температуру уходящих газов более 600 грС [12]. - тепловой КПД ДВС при генерации парогазовой смеси как рабочего тела, будет самым высоким из всех тепловых машин (2600 грС а температура уходящих газов не выше 300 грС. - мы видим что общий КПД тепловых машин сравним с КПД ДВС, а после утверждения , что общий КПД ДВС повысится после впрыска воды можно говорить о соперничестве этих значений. - утверждаю, что механические потери в ДВС можно значительно уменьшить. - и последнее мы видим что впрыск воды превращает "дизель" в паровую машину. Хотя изучением свойств воды на научной основе занимаются два века, существуют таблицы состояния пара, проведенные эксперименты с впрыском воды показали - неизученного остается много. Например в понятие теплоемкость (кал/ (г*град) ) я бы ввел еще и время. Чтобы далеко не ходить можно просто посмотреть в интернете ролик "как вскипятить воду в микроволновке".
Статья получилась большая, продолжение в котором рассмотрим какие перспективы ДВС вообще, и впрыска воды в ДВС в частности и почему. А так же какие проблемы возникнут при превращение ДВС в паровую машину и можно ли их преодолеть. А самое главное сможет ли ДВС-паровая машина конкурировать с электрическими автомобилями и нужна ли конкуренция. Ну и конечно сможет ли малый бизнес и уважаемые мной "гаражные самодельщики" получить материальную выгоду от разработки способов впрыска воды.
Продолжение в котором рассмотрим какие перспективы ДВС вообще, и впрыска воды в ДВС в частности и почему. А так же какие проблемы возникнут при превращение ДВС в паровую машину и можно ли их преодолеть. А самое главное сможет ли ДВС-паровая машина конкурировать с электрическими автомобилями и нужна ли конкуренция. Ну и конечно сможет ли малый бизнес и уважаемые мной "гаражные самодельщики" получить материальную выгоду от разработки способов впрыска воды.
