Yra žinoma, kad vanduo ir kuras nėra pageidaujamas derinys. Šiuolaikiniai kuro filtrai dažnai yra aprūpinti vandens buvimo kuro sistemoje jutikliais, o vandens absorbcijos problema buvo viena iš priežasčių, dėl kurių kritikuojamas E10 kuras. Tačiau pasirodo, kad vandens pridėjimas į kuro ir oro mišinį gali turėti daug privalumų. Kyla klausimas: ar vanduo degimo kameroje nesugadins variklio?

Vandens įpurškimo metodai

Vandens įpurškimas į degimo kamerą gali būti atliekamas keliais būdais. Priklausomai nuo variklio tipo, laukiamų rezultatų ir biudžeto, vanduo gali būti įpurškiamas:

• Į įsiurbimo sistemą už turbospragos,
• Tiesiai į degimo kamerą,
• Tiesiai į kurą, sukuriant emulsiją (tik dyzeliniai varikliai).

Priklausomai nuo vandens įpurškimo metodo ir jo procentinės dalies kuro ir oro mišinyje, galima pasiekti skirtingų efektų. Skirtingi rezultatai bus pasiekti ir priklausomai nuo variklio tipo (benzininis ar dyzelinis).

Vanduo įsiurbimo sistemoje ir galios padidėjimas

Vandens įpurškimo sistema į įsiurbimo sistemą dažniausiai naudojama kibirkštinio uždegimo varikliuose, kurie turi turbospragą. Tai sprendimas, naudojamas sportiniuose automobiliuose. Tokiu atveju vandens tikslas yra sumažinti suspausto oro temperatūrą, kad būtų maksimaliai padidintas deguonies tankis. Tai tas pats, ką daro intercooler. Vandens įpurškimo technologija užtikrina žymų galios padidėjimą ir mažesnes kuro sąnaudas.

Be to, vandens pridėjimas į kuro ir oro mišinį leidžia sumažinti jo temperatūrą net žemiau aplinkos temperatūros. Šaltas oras, patekdamas į degimo kamerą, taip pat neleidžia atsirasti detonaciniam degimui. Dėl to tiuninguotojai gali programuoti uždegimą optimaliu momentu.

Ar vanduo degimo kameroje gali sugadinti variklį?

Tai klausimas, kuris natūraliai kyla žmonėms, žinantiems, kas atsitinka, kai vanduo nepageidautinai patenka į variklį. Kadangi vanduo yra nesuspaudžiama skystis, jo perteklius degimo kameroje gali sugadinti alkūninio veleno-stūmoklio sistemą. Tačiau sąmoningai įpurškiant vandenį į įsiurbimo sistemą, nereikia nerimauti dėl neigiamų pasekmių. Vandens kiekis yra toks mažas, kad nėra rizikos, pvz., išlenkti švaistiklį.

Reikėtų pažymėti, kad vanduo sudaro apie pusę įpurškiamo skysčio. Įsiurbimo sistemoje įpurškiamas mišinys susideda iš vandens ir metanolio santykiu 1:1 bei šiek tiek aliejaus, kuris apsaugo nuo korozijos. Metanolio pridėjimas apsaugo mišinį nuo užšalimo. Jis taip pat turi aukštesnį oktaninį skaičių nei benzinas, todėl padeda apsaugoti variklį nuo detonacinio degimo.

Vanduo dyzeliniame kure kaip sprendimas išmetamųjų teršalų problemai?

Keletą dešimtmečių automobilių gamintojai yra priversti kurti vis pažangesnes sistemas, mažinančias išmetamųjų dujų kenksmingų medžiagų kiekį. Automobilių pramonė sutelkė dėmesį į tai, kaip valyti iš cilindrų išmetamas dujas. Tačiau paaiškėjo, kad bent jau tokie pat geri rezultatai gali būti pasiekti, atkreipiant dėmesį į tai, kas patenka į degimo kamerą.

Kaip ir benzininiuose varikliuose, dyzelinių variklių degimo kamerose galima įpurkšti nedidelį kiekį vandens. Dyzeliniuose varikliuose vanduo nenaudojamas galios didinimui, bet jo tikslas yra sumažinti išmetamųjų azoto oksidų (NOx) ir kietųjų dalelių kiekį. Kitas skirtumas yra vandens įpurškimo būdas į variklį. Dyzeliniuose varikliuose vandenį galima įpurkšti trimis būdais:

• Įsiurbimo sistemoje,
• Tiesiai į cilindrą,
• Sumaišius vandenį su kuru (sukuriant emulsiją).

Iš minėtų trijų metodų optimaliausia yra dyzelinio kuro emulsija su vandeniu santykiu apie 80% kuro ir 20% vandens. Įsiurbimo sistemoje purškiant vandenį šiuo atveju pasiekiami labai maži rezultatai, o tiesioginis vandens įpurškimas į cilindrą yra labai brangus dėl reikalingų variklio modifikacijų.

Norint sukurti emulsiją, reikia atlikti sudėtingą dyzelinio kuro ir vandens mišinimo procesą. Šiuo atveju kalbama apie mikroemulsiją, kurioje dalelės yra nuo 10 iki 200 nm dydžio. Tokia emulsija yra labai skaidri ir turi mažą klampumą. Mikroemulsijos stabilumas priklauso nuo vandens koncentracijos. Kad mikroemulsija būtų stabili ir tinkama naudoti automobilių pramonėje, vandens koncentracija neturėtų viršyti 25%.

Vandens privalumai ir išmetamųjų teršalų mažinimas

Vandens naudojimas degimo kameroje sukelia du pagrindinius efektus. Vanduo degimo kameroje greitai virsta garais, kurie sugeria daug šiluminės energijos (degimo temperatūros sumažėjimas) ir dinamiškai plečiasi, todėl kuro ir oro mišinys tolygiai pasiskirsto degimo kameroje.

Abu šie reiškiniai sumažina kenksmingų medžiagų kiekį, susidarantį deginant dyzeliną. Degimo kameros temperatūros sumažėjimas sumažina azoto oksidų (NOx) gamybą iki 50%. Tačiau mikroemulsijos privalumai mažėja didėjant variklio apkrovai. Wrocław technologijos universiteto eksperimentai parodė, kad naudojant mikroemulsiją su 20% vandens koncentracija, NOx kiekis žymiai sumažėja per platų apsukų diapazoną. Tik kai variklis buvo apkrautas 200 Nm sukimo momentu, pastebėta, kad NOx kiekis išmetamosiose dujose mikroemulsijos atveju padidėjo proporcingai apkrovos padidėjimui, tuo tarpu naudojant gryną dyzeliną jis žymiai sumažėjo.

Vienodas kuro ir oro mišinys degimo kameroje prisideda prie kietųjų dalelių (PM) kiekio sumažinimo išmetamosiose dujose. Radomo technologijos-humanitarinio universiteto tyrimai, naudojant mikroemulsiją su 3,5% ir 5% vandens, parodė, kad naudojant 3,5% mikroemulsiją, kietųjų dalelių susidarymas sumažėja iki 50%, palyginti su grynu dyzelinu. Naudojant mikroemulsiją su didesne vandens koncentracija, kietųjų dalelių emisija jau nesumažėjo taip žymiai.

Ar vanduo kure taps mūsų kasdienybe?

Pasirodo, kad tinkamai įpurškus vandenį į degimo kamerą, tai gali būti naudinga tiek kibirkštinio uždegimo, tiek dyzeliniuose varikliuose. Tačiau, kaip ir šių variklių veikimo principas, taip ir vandens poveikis jų darbui yra skirtingas. Vandens ir metanolio mišinys benzininiuose varikliuose naudojamas sportiniuose automobiliuose, kurių tikslas yra maksimali galia. Dyzeliniuose varikliuose jis turi potencialą paversti juos ne tik efektyvumo, bet ir ekologijos demonais, be didelių išlaidų, kaip tai yra su sistemomis, skirtomis išmetamųjų dujų valymui (SCR, DPF ir kt.).

Šaltiniai:

http://www.astrj.com/pdf-118107-50542?filename=Experimental.pdf https://kones.eu/ep/2015/vol22/no3/43-48_J_O_KONES_2015_NO._3_VOL._22_ISSN_1231-4005_HALLER.pdf https://www.bultrans.org/files/proceedings/bultrans-2019.pdf https://www.bar-tek.com/all-about-water-injection