Вода в топливе – это очень выгодно!

Реальность и миф

Известно, что автомобильная строительная и грузовая техника оснащается весьма мощными двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Режимы их работы резко изменяются в зависимости от действий, совершаемых рабочими органами (например, подъем груза или ковша), что ведет к повышению токсичности отработавших газов.

С целью улучшения экологии на строительных площадках за счет более качественного сгорания топлива в ДВС автомобильной специальной техники можно добавлять к топливу воду. Такие технологии существуют, вот только многие специалисты относятся к ним весьма скептически. Попробуем наглядно опровергнуть традиционный миф о том, что вода в топливе для ДВС – это плохо. Обычный ДВС (рис. 1) вполне способен работать на обогащенном водой топливе.

Огонь и вода

Выдающийся русский ученый Н. Жуковский на заре развития авиации сказал, что человек полетит, опираясь не на силу своих мускулов, а на силу своего разума. Если перефразировать его пророческое выражение применительно к химии топлива, то можно отметить, что человек достигнет успехов в использовании углеводородного топлива, опираясь не на объемы его природных запасов, а на познание физики его горения.

С давних времен вода и огонь известны человеку как совершенно противоположные стихии. Люди заливают водой огонь, когда хотят потушить его. Горящие торфяники и леса, как последствия действия палящих солнечных лучей, природа устраняет обширными проливными дождевыми потоками воды. Эти явления в макромире кажутся для нас вполне очевидными. Однако взаимные отношения между процессом горения и водой в микромире не так очевидны и даже удивительны.

Присутствие воды в углеводородном топливе принято считать неблагоприятным явлением, приводящим к снижению теплоты сгорания топлива. При попадании воды в топливо ДВС начинает работать неустойчиво и может заглохнуть. Поэтому допустимое содержание воды в углеводородном топливе строго регламентируется. С другой стороны, экспериментально и теоретически доказано, что горения углеводородов без воды не происходит. Важно суметь обратить негативное явление в позитивное.

Мнение о плохой работе ДВС на обводненном углеводородном топливе нельзя считать в полной мере справедливым. Все зависит от того, в каком виде вода присутствует в топливе. Если она содержится в виде отдельных скоплений, то есть в неорганизованном виде, либо неравномерно подается вместе с рабочей смесью в камеру сгорания ДВС, то тогда это действительно негативно отражается на работе двигателя.

Уникальная вода

Для достижения положительного эффекта от впрыска воды в ДВС нужно, чтобы она была равномерно распределена по всей массе топливной смеси. Еще в СССР, рассматривая значение воды в процессах сгорания углеводородного топлива, протекающих в цилиндрах ДВС, академик Е. Чудаков показал, что вода участвует не только в процессах теплообмена, отбирая часть тепловой энергии от сгорания топлива на свое испарение и перегрев паров, но и непосредственно в процессах горения рабочей смеси. Свои взгляды на роль воды в процессе сгорания углеводородного топлива в ДВС он подтвердил экспериментально в автомобильной лаборатории Академии наук СССР к началу 1950-х гг.

Обнаружено немало пора­зительных явлений. Водотопливные эмульсии (ВТЭ) с содержанием воды до 50% и даже больше обеспечивают при сгорании уменьшение расхода топлива. Их можно даже массово готовить в стационарных технологических установках, как тонкодисперсные смесевые котельные топлива (рис. 2). Нормальная работа ДВС на ВТЭ без потерь мощности происходит с содержанием воды вплоть до 70%! Известна так называемая «водная плазма» энтузиаста Ю. Краснова на основе воды в объеме от 90 до 99,5% и горючего вещества – от 0,5 до 10%.

Так или иначе, при подаче определенным образом воды с углеводородным топливом в ДВС повышаются их экономичность, мощность и экологические показатели работы. Даже увеличивается ресурс ДВС, и на поршнях почти не откладывается нагар (рис. 3).

С начала 2000-х гг. активно пошел процесс перевода ДВС на использование высокодисперсных ВТЭ для повышения топливной экономичности и экологичности рабочего процесса судовых дизельных двигателей. Однако мировая автомобильная промышленность на профессиональном уровне изготовителей пока остается верной углеводородной классике в качестве топлива для ДВС.

Еще в 1930-х гг. паровые автомобили (рис. 4) достигли высокого уровня совершенства и по чистоте выхлопа превосходили своих конкурентов с ДВС. Сегодня возможно дополнить автомобильную технику с ДВС компактным паровым котлом и баком с водой для работы почти на воде с потреблением лишь малого объема углеводородного топлива.

О технологиях

Классическая идея реализации процесса генерации водяного пара с последующей его подачей в ДВС представляется на первый взгляд следующим образом. На борту транспортного средства устанавливается компактный паровой котел-утилизатор для работы на выхлопных газах от ДВС. Вода подается в котел из отдельного бака, который тоже монтируется на транспортном средстве. При работе дизельного двигателя водяной пар в некоторой пропорции и в определенные промежутки времени впрыскивается вместе с воздухом в цилиндры. Однако практическое воплощение может выглядеть несколько иначе.

Введение дисперсии воды в углеводородное топливо либо водяного пара во впускной воздушный тракт дизельного двигателя; топливная ячейка Стенли Мейера (Stanley Meyer) из США... Перечень удивительных способов и устройств с использованием воды как составного компонента топлива для ДВС в настоящее время весьма обширен. Как минимум, это сотни три патентов со всего мира. Например, известны устройства подачи отработавших газов, пропускаемых через воду, во впускной тракт ДВС, которые предложил американец Пол Пантон (Paul Pantone). Применение таких «бульбуляторов», или реакторов Пантона, снижает расход углеводородного топлива от 15 до 20% и концентрацию вредных веществ в отработавших газах.

В Советском Союзе многие энтузиасты и изобретатели успешно примиряли воду с углеводородным топливом для процесса совместного их сгорания в ДВС. К примеру, можно отметить следующие авторские свидетельства СССР (SU): 993989, 1271993, 1574882. Есть и патенты РФ (RU) на изобретения (например, 2002092), подтверждающие необходимость изучения тайн союза воды и огня на микроуровне для улучшения экологических и экономических показателей работы ДВС.

Из российских разработок применительно и к мощным ДВС, какими оснащается тяжелая грузовая, строительная и карьерная техника, отмечу струйно-кавитационные эжекторы (RU 2143581, 2352805) для приготовления ВТЭ и ее подачи в ДВС. При их использовании повышается надежность работы ДВС на переходных режимах и при малых нагрузках; обеспечивается автоматическая регулировка процессов подготовки и подачи ВТЭ в ДВС на всех режимах его работы. Разумеется, что при всех этих выгодах концентрация вредных веществ в отработавших газах ДВС снижается.

Перспективы

В прошлом веке австрийский изобретатель В. Шаубергер отмечал, что заключительная победа над проблемами воды будет достигнута русскими, которые ближе к природе. Не вызывает сомнений и тот факт, что экологически и экономически весьма выгодно внедрять отмеченные выше технологии на транспорте с ДВС. А недорогие эксперименты вполне можно проводить на микроДВС (рис. 5).