Работа дизеля на эмульсии из воды и мазута

Из журнала "Наука и жизнь" я узнал, что дизельный двигатель может работать на эмульсии из воды и мазута. Не могли бы вы более подробно рассказать об этом и о возможности применения таких эмульсий в катерных дизелях?

В нашей стране исследуется возможность применения в качестве моторного топлива водотопливных эмульсий (ВТЭ), позволяющих повысить экономичность двигателей и снизить токсичность отработавших газов.

Результаты исследований показали, что использование ВТЭ в дизелях позволяет качественно улучшить процесс смесеобразования. Содержащиеся в эмульгированном топливе мельчайшие капли воды при нагревании в цилиндре дизеля разрываются на мелкие части и превращаются в водяной пар. Это явление, получившее название вторичного распыления, улучшает однородность топливовоздушной смеси и полноту сгорания.

Образующийся пар, кроме чисто физического воздействия на процессы внутри камеры сгорания, проявляет химическую активность, вступая при температуре свыше 1000°С во взаимодействие с углеводородами (топливом). Горение образовавшихся при этой реакции окиси углерода и водорода частично компенсирует затраченное на процесс тепло. Химическая активность пара проявляется также в газификации несгоревших сажистых образований, вследствие чего из углерода и воды получаются двуокись углерода и водород. В свою очередь, присутствие водорода положительно сказывается на основном процессе горения.

При использовании ВТЭ снижается тепловая напряженность двигателя, что позволяет дополнительно форсировать дизели, например, наддувом. Однако улучшение процессов смесеобразования и горения не происходит одинаково на всех режимах работы двигателя. Наибольшая топливная экономичность достигается на частичных нагрузках, при которых ухудшение смесеобразования компенсируется эффектом вторичного распыления. Каждой степени форсировки должно соответствовать свое оптимальное соотношение воды и топлива в ВТЭ.

От состава эмульсии зависит удельный расход топлива. Уменьшение расхода топлива на 4% соответствует увеличению количества воды на 15%. Дальнейшее увеличение ее количества в эмульсии сопровождается ухудшением топливной экономичности, так как затраты тепла на испарение воды уже не компенсируются улучшением качества смесеобразования.


Применение ВТЭ в дизелях снижает выбросы окислов азота, способствует более значительному снижению выбросов окиси углерода, чем в бензиновых двигателях, и лучше подавляет сажеобразование, чем впрыск воды во всасывающий коллектор.

Для того, чтобы двигатель крупнотоннажного судна надежно работал на ВТЭ, следует добиться ее стабильности. Наиболее стабильны эмульсии на основе мазута, использующегося в малооборотных судовых дизелях, но при условии, что запуск, прогрев двигателей и работа на маневрах производятся на дизельном топливе. Учитывая большую вязкость и высокую температуру застывания мазута, топливные отсеки и цистерны следует оборудовать змеевнковыми подогревателями, работающими на насыщенном паре от вспомогательного судового котла.

Топливо, которое предназначено для быстроходных дизелей, применяемых на катерах, не образует с водой устойчивой эмульсии. Для повышения ее стабильности применяются присадки-эмульгаторы. В качестве эмульгатора можно использовать и мазут. Однако его требуется добавлять в большом количестве — до 15%, что значительно ухудшает эксплуатационные свойства дизельного топлива. Более эффективны эмульгаторы из поверхностно-активных веществ. Чтобы свести до минимума влияние этих веществ на рабочий процесс, их следует добавлять не более 0,5%.

Применение же на катерах заранее приготовленных ВТЭ нереально из-за их недостаточной стабильности, быстрой деградации при повышении температуры и застывании при охлаждении. Получение эмульсии непосредственно на катере требует серьезного усложнения топливной системы и увеличения общей массы силовой установки.

На дизельных автомобилях испытывались диспергаторы следующих типов: гидравлические, работающие по принципу впрыска воды в , топливо, компактные ультразвуковые генераторы и механические. Наиболее простым и надежным диспергатором для дизельного топлива является шестеренчатый насос, имеющий привод от самого дизеля. В таком насосе вода и топливо интенсивно перемешиваются и диспергируются. Необходимое соотношение воды и топлива обеспечивается установкой на топливоподводящем и водяном трубопроводах регулируемых жиклеров. Кроме диспергатора, необходимо иметь дополнительный бак с дистиллированной водой. Однако, как показали результаты исследований, при использовании ВТЭ сокращается срок службы топливной аппаратуры и цилиндропоршневой группы автомобильных дизелей.

Учитывая все эти факторы, а также условия эксплуатации катерных дизелей, вопрос о применении в них ВТЭ на сегодня остается открытым.