Балашов А.Е.

ВПРЫСК ВОДЫ В ЦИЛИНДР ДВС ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА

Нижегородский Государственный Технический Университет

В данной работе рассматривается применение впрыска воды  с целью улучшения экологических показателей работы двигателя

Ключевые слова: впрыск воды, снижение выбросов оксидов азота

This report examines the use of humidification methods for reduction of NOx

emissions

Key words: water Injection, reduction of NOx emissions

Когда появляются новые представления о каких-либо процессах, часто они отличаются от теории по данному вопросу. Однако, в данной работе приложены усилия на сведение к минимуму различий между теоретическими выкладками и результатами тестов.

Теоретические предположения.

Механизм формирования оксидов азота, в основном NO, в цилиндре двигателя на сегодня хорошо изучен и широко описан в литературе. Для легкости, еще раз опишем, почему увлажнение поступающего воздуха очень эффективно противодействует образованию оксидов азота:

- основными параметрами, влияющими на образование оксидов азота, являются температура и время. Зависимость количества NO от времени – прямая. Это было доказано в ходе проведения так называемого «Процесса сгорания с низким уровнем выбросов NOx», когда 50%-ное сокращение времени привело к двукратному снижению выбросов. Все методы увлажнения способствуют увеличению теплоемкости свежего заряда. Увлажнение в дизеле находится в пределах от 20 до 80 грамм воды на килограмм сухого воздуха. В случае, когда максимальная температура в цилиндре составляет 2600 градусов Цельсия, подача 80 грамм воды на килограмм сухого воздуха приведет к снижению данного показателя на 140 единиц.

Здесь не говорится ничего о том, что процесс увлажнения может иметь и другие, химические, последствия на протекание горения. Есть уверенность, что эффект подачи воды в цилиндр имеет исключительно физические корни. Помимо упомянутого выше эффекта увеличения теплоемкости, процесс подачи воды сопровождается и другими:

- если вода подается в цилиндр в жидкой фазе, то процесс испарения, когда вода трансформируется в водяной пар, потребляет значительное количество теплоты. Это положительно скажется на концентрации оксидов азота, так как данная теплота не регенерируется в течение всего процесса расширения

- если вода подается в цилиндр в газовой фазе (в виде водяного пара), пар сжимается воздухом. Во всех проведенных тестах при прохождении через компрессор поток сжимался и, следовательно, увеличивалась его плотность, что сказывалось на количестве поступившего в цилиндр кислорода

- когда вода подавалась в цилиндр в виде микроэмульсии, результаты оказались лучше, чем предполагалось, потому что снижение выбросов азота было настолько существенным, что оказало положительное влияние и на снижение дымности, и на расчетный КПД. Это доказывает, что негативные эффекты, которые могут сопровождать испарение воды в цилиндре, не противодействуют процессу горения.

- доказана невозможность появления микровзрывов капелек топлива в присутствии воды, о чем уже говорилось в работах различных авторов. Причина в том, что эти микровзрывы физически не возможны.

Другие механизмы, способствующие улучшению процесса сгорания, основаны на применении микроэмульсии:

- количество впрыснутой жидкости больше, чем количество воды. На двигателях с традиционной топливной системой эти результаты возможны при увеличении давления впрыскивания и улучшении распыливания.

- увеличение количества жидкости ведет к увеличению числа капель. На поверхности капель эмульсии – топливо, а внутри них – вода, следствием чего является большие размеры капель и большая площадь испарения топлива. Это заключение справедливо как для традиционных двигателей, так и для систем Common Rail.

- задержка воспламенения несколько увеличена. Это связано с тем, что большее количество жидкости требует большего времени для подвода необходимого количества воздуха на окисление.

- время сгорания не увеличивается. Это говорит о том, что газификация капель топлива не ухудшает процесс. Без сомнения пар, образующийся из капель топлива, положительно влияет на вихревое движение несгоревших или «полусгоревших» капель топлива от центра камеры сгорания к периферии.

Многие из приведенных выше утверждений являются объектом для дополнительных исследований и подтверждений.

Литература:

1. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. Топливная аппаратура и системы управления дизелей: учебник для ВУЗов.-М.:Изд-во «Легион-Автодата

2. Das Common Rail – Einspritzsystem – ein – neues Kapitel der Dieseleinspritz-technik / Von K.-H. Hoffman, K.Hummel, T.Maderstein /MTZ:Motortechnische Zeittschrift.-1997