6.2Особливості впливу води на робочий процес двз

Внутрішнє охолодження дозволяє форсувати потужність двигуна й підвищити його економічність. Ефективність охолодження залежить від теплоти паротворення та умов випару палива. Теплота паротворення води 2260 кДж/кг, у той час як в етилового спирту 860 кДж/кг, а в бензину лише 315...350 кДж/кг. Тому застосування чистого спирту або спиртово-бензинових сумішей, тобто палив з більше високою теплотою випару, чим у бензину, і потребуючих до того ж для згоряння менше кисню, підвищує ефективність охолодження. Вода різко знижує не тільки температуру деталей двигуна, але й температуру паливо-повітряної суміші.

Швидкість горіння в циліндрах падає, і не виникають умови для появи «детонації» (ненормально швидкого горіння). Зниження температури згоряння палива при упорскуванні води впливає на хімічні реакції горіння. У результаті зменшується концентрація окислів, азоту й вуглецю.

Робота на водопаливних сумішах зв'язана й з деякими неприємностями. У відпрацьованих газах незначно збільшується концентрація вуглеводнів. Нерідко в експлуатаційних умовах двигуни працюють не стійко, особливо при повністю відкритій дросельній заслінці, при русі автомобіля на малій швидкості. Все це пов'язане з нерівномірним розподілом води по циліндрах двигуна.

6.3Горіння робочої суміші з водою

Поряд з накопиченням експериментальних фактів, пов'язаних з використанням води у двигунах, проведена маса досліджень, які дозволили з'ясувати роль водяного пару в процесі горіння. Присутність води не тільки впливає на швидкість поширення полум'я, але й прискорює перетворення СО у СО₂. Особливо це помітно при концентрації води 7...9%, подальше зростання її концентрації зменшує швидкість процесу, через зниження температури горіння.

Особливо цікаві роботи, у яких визначалася справжня антидетонаційна ефективність паливоповітряної суміші при різному вмісті води. Безпосередні досвіди з вуглеводнями на стандартних дослідницьких установках практично неможливі, тому що вода не розчиняється у вуглеводнях і не змішується з ними. Тому визначалася антидетонаційна ефективність сумішей тетрагідрофурана з водою. Виявилося, що водні добавки підвищують детонаційну стійкість тетрагідрофурана на 3 одиниці октанового числа. Зрозуміло, для практики значно цікавіше оцінити ефект на товарних бензинах. Такі дослідження проводилися на стабілізованих водопаливних емульсіях. Дані про детонаційну стійкість бензинів з різними добавками води - у таблиці 1.

Таблиця 1

Вплив води на детонаційну стійкість (моторний метод) товарних бензинів й їхніх сумішей з водою

Паливо	без води	5% води	10% води	20% води
А-66	66	66,5	67,5	72
А-72	72	72,5	74	76
А-76	76	77	78	81
АИ-93	85	85,5	96	98

Значне підвищення октанових чисел палива пояснюють зниженням температури горіння паливоповітряної суміші. За тепловими розрахунками процесу згоряння додавання 10% води знижує максимальну температуру циклу з 2978 до 2951 К (тобто незначно). Експерименти та аналітичні розрахунки рівноважного состава продуктів згоряння для ізооктану з 10% водною добавкою показують, що при такому вмісті води в суміші кількість СО у відпрацьованих газах, падає на 6%, a NOx – на 8%. Подальше збільшення водної добавки ще більше знижує концентрацію токсичних компонентів. Безумовно, це пов'язане зі спадом температури циклу, але, на жаль, і з падінням потужності двигуна. Тому, мабуть, у концентрації води в суміші є раціональна межа – близько 10%.

Вважається, що вода в певних концентраціях гальмує розвиток ланцюгових реакцій без вогняного окислювання вуглеводнів. Можливо, між перекісними радикалами й гідроксильною групою води утвориться водневий зв'язок. Природно, що при цьому активність радикалів різко знижується, і це у свою чергу підвищує детонаційну стійкість паливних сумішей.