Возможности использования водотопливной эмульсии
В настоящее время большинство автопроизводителей стремятся улучшить характеристики
двигателя: повысить экологические параметры,
увеличить КПД, снизить расход топлива.
Минимизировать эти проблемы можно несколькими способами: модернизировать двигатель, установить на автомобиль устройства,
улучшающие экологию (аналоги катализаторов),
увеличить КПД двигателя с помощью чип тюнинга
и так далее.
Одним из перспективных способов повышения общих характеристик автомобиля является
применение водотопливных эмульсий (ВТЭ). Суть
данного метода заключается в получении однородной водотопливной эмульсии и дальнейшем ее
разложении на мелкие составляющие для лучшего
и быстрого воспламенения в камере сгорания [1].
Это способствует уменьшению выброса вредных
веществ, а именно: снижению концентрации NO
и CnHm в отработавших газах, а также уровня
дымности отработавших газов [2].
Добавление воды позволяет увеличить топливную экономичность автомобиля, водотопливные
эмульсии способствуют повышению эффективности и долговечности деталей цилиндропоршневой группы. При сжигании эмульсия попадает
в камеру сгорания, после взрыва часть капель долетает в камеру сгорания, и это способствует предотвращению отложений и очистке поверхностей
от нагара и других образований [3].
Существует достаточно много технологий
и устройств, с помощью которых можно произвести активацию топлива и достичь эффективности
его сгорания.
Наиболее интенсивно проводятся исследования, связанные с применением водотопливных
эмульсий, по двум направлениям:
— впрыскивание воды в камеру сгорания непосредственно перед воспламенением топлива;
— приготовление водотопливной эмульсии
с заранее подобранным оптимальным составом
воды и топлива с классическим впрыском.
Для оценки устройств приготовления и подачи водотопливной эмульсии проведен патентно-информационный поиск, по российским
и зарубежным информационным источникам.
Просмотрены технические решения ряда крупных отечественных и зарубежных компаний, среди них такие, как Федеральное государственное
автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский национальный
исследовательский университет имени академика
С.П. Королева», в техническом решении которого
инжектируют одновременно топливо и воздух,
это приводит к уменьшению расхода топлива
и снижению дымности отработавших газов [4];
ОАО «Российские железные дороги» предлагают
устройство, интегрированное в систему питания
тепловозного двигателя, которое диспергирует
рабочую смесь за счет наличия пассивного и активного сопла и подают в камеру сгорания ДВС,
© Курносов Н. Е., Модяков А.В., Вайчук А.А., Рвянин А.А., 2021
40
увеличивая КПД [5]; «Форд Глобал» (Соединенные
Штаты Америки) предложила способ впрыска
воды непосредственно в камеру сгорания двигателя в зависимости от режима его работы [6]; OCRI
B. V. предлагает способ подачи в камеру сгорания
двигателя топливную эмульсию, составляющие
которой предварительно прошли через диспергатор — эмульгатор с обеспечением необходимой
дисперсности [7].
Найденные в ходе информационно-патентного
поиска устройства обладают рядом особенностей,
которые могут быть полезны при разработке нового устройства, но также имеют недостатки: дороговизна [5], большие габариты [4], сложность
конструкции [7] или кардинально другой подход
к решению задачи, требующих дополнительных
исследований [6].
В Пензенском государственном университете
ведется работа по поиску новых подходов к проблеме подготовки и подачи качественной рабочей
смеси для двигателей внутреннего сгорания. Предлагается способ решения этой проблемы, заключающийся в использовании термодинамического
диспергатора в качестве устройства подготовки
топливовоздушной смеси и получения водотопливной эмульсии [8].
Работа диспергатора, основанная на вихревых
процессах, позволяет смешивать топливо и воду
в нужных пропорциях, распылять полученную
эмульсию с необходимой дисперсностью. Предлагаемое решение направлено на интенсификацию
массообменных процессов между топливом и воздухом, увеличение времени и площади контакта
топлива, скорости насыщения воздухом [9].