发动机里加水性能更好黑科技了解一下

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我们都知道,内燃机的动力是靠燃料和氧气发生反应产生膨胀来提供动力的,燃料除了汽油、柴油、煤油等高热值的物质以外,加点别的东西会有什么影响呢?燃料添加剂早已有之,发展到后来人们发现,即便是给燃料加无法燃烧的水,有时候也会有奇效。

早期的活塞发动机就验证过气缸喷水技术,这项技术后来分成了两个方向。一个是增加活塞发动机的冲程,从4冲程增加到6冲程。

关于发动机冲程的问题,初三物理是教过的,这里就简单说一说。原来的4个冲程分别为吸气,压缩,做功,排气,排气之后本来应该继续吸气来进行下一个循环,6冲程发动机在排气之后把吸气改为了吸水,进入第5冲程,此时汽缸内温度仍然高达度,水受热蒸发膨胀推动气缸做功;活塞到达下止点之后向上运动排出水蒸气。6冲程发动机利用了发动机的余热来提供的动能,提高了燃料利用率,并且水能给汽缸降温,提高下一个循环吸入空气的密度。

这么看来6冲程发动机很美好对吧,但是目前还是有许多问题没法解决。首先就是水残留的问题,残留的如果全部是水蒸气或者均匀的水雾那倒是没什么问题,但是如果有可流动的液态水那就很影响燃烧效率了;由于这些水是要回收的,所以需要安装额外的冷凝器,回收的水会带走汽缸内的各种残留物质,比如润滑油和磨损的金属粉末,最后会堵塞冷凝管;反复灌水会让汽缸和活塞经常处于“淬火”的状态中,要知道发动机都是以每分钟千转为单位的,1分钟就让汽缸“淬火”了几百次,如此频繁的冷热交替会让金属材料变脆,降低寿命。当然更重要的是气缸腐蚀,水蒸气会和废气中的硫化物生成酸性物质腐蚀气缸内的所有零件,因此至今6冲程发动机还没有完善的量产产品。

当然还有另一个方向。仍然保持4冲程不变,在进气阶段直接把水雾化和雾化的燃油混合,可以降低进气温度,也就增加了空气密度,还能让燃料燃烧时的温度增长曲线更平顺,减少氮氧化物的产生,雾化的水受热汽化之后体积膨胀,可以提高发动机压缩比,增加动力。这项技术早在二战时就用过,当年的飞机发动机就是这么玩的,有时候还会混有甲醇或者乙醇,被称之为喷水加力套件,对于空气稀薄的高空来说是个很有效的措施,加水的主要目的是降低涡轮增压后的进气温度,减少动力损失。不过各位小伙伴注意了,这东西是不能长期使用的,一来汽缸腐蚀仍然不能避免,二来喷水量控制不好会造成缸内压力过大,甚至会有折断活塞杆的风险。不过后来博世和宝马合作据说准备将宝马全系列都用上缸内喷水技术,这个就厉害了,不知道博世用了什么黑科技才解决掉汽缸腐蚀的问题。

除了活塞发动机,喷气式发动机也有依靠喷水加力的,之前小编写的一篇文章里就提到过发动机吞水的情况,水量合适的话反而会增加推力,不过那一篇主要讲的是被动吞水。主动喷水加力发动机里最出名的就是J57和J75发动机,严格来说应该称为喷液加力,一般都是水与醇类物质的混合物。

喷液的目的一个是为了降温增加进气密度,另一个目的是为了让液体膨胀提高压缩比,这些手段都能提高发动机动力。以色列曾想过将F4搞成最高3马赫航速的截击机,就考虑过喷液方案,计划安装两个升的保形水箱。当时美军实验时将一台J57发动机进行了压汽机前喷液,大大提高了加力燃烧室的单次运行时间,连续加力了40个小时仍然能正常运转。当然这个也是野路子,不能经常用,发动机还是会折寿的,放在冷战年代是非常暴力的东西,放到现在就不划算了。

最后,关于米格25喷液加力的情况,根据飞行员回忆录来看是没有这个操作的,虽然米格25有一个升的水箱用来装水和乙醇的混合液,但是要知道F4都要带2个升,米格25这个小水箱根本不够看,应该是拿来给设备和发动机散热用的,而进气口的金属结构件应该是涡流发生器,为进气截面从方形变为圆形时提供整理气流的作用。




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