Экономичный ДВС с впрыском воды.

- Во время Второй Мировой войны, когда цены на нефть были чрезвычайно высоки, иногда применялись экономичные двигатели с впрыском воды. Тогда впрыск воды регулировался вручную, и забывчивость водителей приводила к поломке моторов. Поэтому, когда нефть подешевела, от моторов с впрыском воды поспешили отказаться. Но теперь управление впрыском воды можно поручить микроэлектронике. Любой ДВС впустую выбрасывает 70 - 80 % тепловой энергии и даже разрушается, если потеряет возможность, через систему охлаждения, отдавать воде своё тепло. Получающая это тепло вода, превращаясь во время кипения или испарения в пар, при обычном атмосферном давлении увеличивается в своём объёме в 1700 раз. Более того, любой газ, в том числе пар, с увеличением температуры на один градус, увеличивается на 1/270 своего объёма. При температуре 300*С в атмосферном давлении, из каждого кубического сантиметра воды получается около 4 литров перегретого пара. Давление пара может помочь рабочим газам двигать поршни или турбины и тем дать существенное приращение мощности, максимального крутящего момента и коэффициента полезного действия (КПД) теплового двигателя. Существует 3 варианта впрыска воды на ДВС:

1. От контакта воды с горячими выхлопными газами возникает пар и вращает турбину, которая помогает основному двигателю. О разработке подобной силовой установки для своих автомобилей в ноябре 2005 заявила компания BMW: ttp://auto.mail.ru/news?id=16848

2. Чтобы больше сжатого воздуха вмещалось в цилиндр двигателя с меньшими затратами энергии, на многих спортивных автомобилях, использующих турбонаддув, этот воздух охлаждается распылением в нём прохладной воды.

3. Впрыск воды непосредственно в цилиндры двигателя. От контакта с горящим топливом, раскалённым поршнем и цилиндром, вода вскипает, и расширяющийся пар помогает рабочим газам приводить поршни в движение. Здесь впрыск воды заменяет турбонаддув, не нарушая стехиометрическое (оптимальное) соотношение топлива и воздуха, в котором лишний кислород приводит к нежелательному обгоранию цилиндров, поршней, поршневых колец, клапанов и окислению электрических контактов свечей. Более эффективное непосредственное охлаждение (и смазывание) водой раскалённых и интенсивно трущихся поверхностей цилиндра продлевает жизнь мотора. Помимо прибавки мощности и экономии топлива на 30 - 40 %, улучшается и охлаждение мотора, так как здесь цилиндры охлаждаются водой не снаружи, а изнутри. Впрыскиваемую воду важно подогревать горячими выхлопными газами, чтобы в момент впрыска температура воды максимально приближалась к своей точке кипения, которая неизбежно повышается в сжатой газовой среде (давление в цилиндрах достигает 100 атмосфер). При температуре выше 431 С* весь объём воды принимает газообразное состояние независимо от дальнейшего роста давления.

Давление, p (атм.) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … x<
Температура кипения воды, t(С*) - 100 119 132 141 150 157 163 168 173 178 182 … 431

Предварительный подогрев воды улучшает процесс парообразования. Чем больше воды вскипит в цилиндре работающего ДВС, тем больше экономится топливо. При избыточном нагреве цилиндра, микропроцессор увеличивает подачу в него воды и снижает подачу в него топлива настолько, чтобы от этой замены при существующей нагрузке не изменилась скорость вращения маховика, установленная водителем. Мотору с впрыском воды уже не нужен громоздкий радиатор, ухудшающий аэродинамическое сопротивление быстро движущегося автомобиля, водяная рубашка цилиндров и вентилятор. На освободившееся под капотом место можно установить термос, чтобы в нём подогретая вода зимой не замерзала. Перед остановкой двигателя электроника отключает впрыск воды, возвращает в термос неиспользованную горячую воду, а остатки воды сливает на дорогу. При приближении температуры воды в термосе к точке замерзания электроника может на короткое время включить мотор для прогрева воды, либо слить воду. В последнем случае, перед включением мотора, водителю придётся снова залить в термос тёплую дистиллированную воду. В начале работы холодного двигателя электроника откроет вентиль термоса и подключит впрыск воды только тогда, когда выхлопные газы достаточно прогреют насос и трубки для воды. Выпускной патрубок с горячими выхлопными газами должен охватывать водяной насос и пронизываться этими трубками. Чтобы не допустить образования льда, впрыскиваемую воду можно разбавить спиртом, ацетоном, эфирами и другими растворителями, чей уровень содержания и детонации должен подсчитываться электроникой.

Для впрыска воды можно приспособить топливный насос высокого давления и форсунки немецкой фирмы Бош, применяемые на двигателях с непосредственным впрыском. Из общей рампы под давлением до 150 атмосфер вода через отверстия (диаметром около 0,1 мм) распыляется очень мелкими капельками, которые успевают полностью вскипеть ещё в цилиндре за время одного такта двигателя (1/250 долю секунды). Впрочем, допустимо, чтобы какая-то часть воды переходила в пар уже после выхода её из цилиндра с горячими газами в выхлопной трубе. Тогда удастся снизить температуру и шум выхлопных газов, а пар поможет вращать турбину в этой трубе. Пар от впрыскиваемой воды может создавать нужную температуру, давление, скорость и даже форму распространения пламени в цилиндре, что позволит предотвращать взрывные явления (детонацию), без вреда для двигателя создавать в цилиндре ещё большее давление, использовать более дешёвый низко октановый бензин, а также нитрометан и закись азота.