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如何从太极拳之诡,看待“喷水发动机”这件事?

2020-02-18 09:53:40
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来源:童济仁的汽车评论 作者:吴邪
青岛防翰劳广告传媒有限公司 三四年前我眼睛的视力就不怎么好了,但是我确实注意到一些变化,普通人都能注意到电子商务对逛街买东西或者寻求服务的人产生了巨大的影响。

这要从当年骗惨全中国的“水变油”事件说起。从1984年开始,到1996年为止,王洪成仅靠“水变油”的荒谬把戏,横行了十余年之久,期间不乏学者、政界和媒体为之背书,裹挟其中。科学的荒漠是可怖的,“伪科学”成了摇钱树,这是一个时代的悲哀。

既然“水不可以变成油”,那么今天要聊的“喷水发动机”又是怎么一回事?且听我慢慢道来。

蒙蔽全国的“水变油”事件 

2020-02-18,《经济日报》曾刊登一篇4000余字的文章,称赞王洪成的“水变油”技术,甚至有意将其归为中国“第五大发明”。在此之前,《人民日报》甚至明确登出数据,表示“水变油”技术的节油率达到了44.84%。“水变油”后来席卷全国,与媒体的推波助澜不无关系。

其实,站在今天的立场上,“水变油”明显就是无稽之谈,也是赤裸裸的伪科学。难道就因为水是由氢氧素构成的,就可以做燃料吗?有一点化学常识的,应该都不会轻易相信这个骗局。王洪成所声称的“膨化燃料”,其实也就是大跃进时代燃油掺水的变种,本是用来“放卫星”的自我迷幻,其中加入的肥皂乳化剂,对缸体腐蚀尤为严重。

之所以提到“水变油”这件事,原本是想作为“喷水发动机”的一个过渡。巧合的是,网络上最近爆出了“太极与格斗术擂台PK”的热点新闻,传统武术被质疑为“骗术”的舆论甚嚣尘上。姑且不加入“武术真伪”的辩论赛,其实只想提一点,某些“武术伪宗师”的招摇撞骗,又何尝不是“水变油”骗局的翻版,再联想到曾经的“气功热”,没有科学的荒漠着实是可怖的。

为了减排,船用发动机选择“喷水” 

首先需要明确一个前提,“水的确不能变成油”,向发动机缸内喷水,绝不是把水当做燃料来使用的。如果“故纸堆”,在历史上也曾出现过发动机喷水的“实际案例”。

诸如,二战时期,各国空军通过缸内喷水的手段压榨出发动机更多的动力输出;到了上世纪60年代,美国通用就曾在名为Oldsmobile品牌的V8发动机中采用这一技术,但喷入的其实是水与酒精的混合物;即使在今天的改装圈,“进气道喷水”也是一招常见的改装大法,改装派的发烧友并不陌生。

船用发动机,也常常采用“缸内喷水”的办法以实现氮氧化物减排的效果。以瓦锡兰NSD公司开发的船用柴油机为例,通过特殊的结构设计,可以向发动机的燃烧室内直接喷水。柴油机的一大污染物就是“氮氧化物”,而氮氧化物生成的必要条件之一是高温,向缸内喷水,可以利用蒸发吸热的原理达到降温的效果,从而抑制氮氧化物的生成,降低比例为50%至60%。

宝马M4的水喷射系统  

真正令很多人认可“水喷射系统”的,还是要追溯于宝马曾在2015年2月份推出的改装版M4。这款M4主要应用于MotoGP赛事的安全车。发动机的特别之处在于加装了一套水喷射系统,但值得注意的是,水雾喷嘴仍然布置在进气歧管的位置。当涡轮吸入了高压空气之后,进气气流途经进气歧管,水雾顺势喷出并高温气化,由此带走部分热量,以帮助进气气流降温。

进气气流降温有啥好处呢?简单理解,“热胀冷缩”,类似于中冷器,在降温之后,空气的密度增大,可吸入的空气体积也就更多,燃烧也就更充分。具体来讲,主要有以下两个方面的优势。

其一,消除爆震。爆震其实就是“不可控的燃烧”,在高温高压的情况下,油气混合物意外自燃,对经济性和动力性造成负面影响。喷水的核心要义仍然是“降温”,温度降低之后,在一定程度上抑制了爆震。一方面,我们可以将点火时间适当提前,以提高动力输出;另一方面,我们也可以优先使用辛烷值标号更低的汽油。

其二,提高压缩比。压缩比的直接制约条件就是爆震影响,所以说,当爆震被抑制之后,压缩比也可以适当“再提高”。而高压缩比,意味着更高的动力输出,也意味着油气混合物的燃烧将会更加充分。即使落脚到减排层面上,类似于上文提到的“船用发动机”,氮氧化物的排放也会得到一定程度的改观。

红圈标示为水雾喷射

实验室中的兰金循环 

这个时候,有人就会发出疑问,既然“喷水”这么好,这样的发动机为什么不尽快量产,并投向市场呢?最大的拦路虎是“成本”,也包括一些喷水的弊端:1、加入喷水设备,首先需要再设计一个水箱,而且,所喷入的水也绝不是从自来水管上接来的,需要纯净水。也有方案提出与空调冷凝水形成一个循环,可以去尝试;2、水与氮氧化物仍不可避免地会生成酸,对缸体有腐蚀之嫌。

然而,这并不是说,“喷水发动机”的研发就没有实际意义了。从科研的层面来看,围绕“喷水”技术,仍有很多前沿性的研发成果。以基于兰金循环的二氧化碳回收动力系统为例,参考于如下这张图:

基于兰金循环的二氧化碳回收动力系统

E表示取消了扫气过程的二冲程往复式发动机,功热转换原理依据于兰金循环。在这套系统中,助燃剂不是空气,而是纯氧(最初为液态),在进入E之前,势必要气化吸热,同时可以将最后排放出的二氧化碳“凝华”为干冰。而干冰本身就是可以“卖钱”的,比如注入碳酸饮料,用于人造雨或者舞台表演等。

FH是给水加热器,也就是说,在E中反应之后的“热产物”(二氧化碳和水),将会流过FH并加热其中的水。重点提到的“喷水”功能,就是由FH通过途径3向E中喷射实现的,这样做的优势还是在于降温,因为纯氧与燃料的反应速度很快,需要降温来把反应速度“压下来”、“控制住”。

FP作为给水泵,可以把“热产物”中分离出的水,反向供给到FH中,实现一个有效的循环。这套系统暂时还是处于实验室层面的研究设想,如果走向量产,仍是一条很长的路。但是,起码可以证明,发动机技术并没有“陨落”,其实还有很多方面可以深入研究。

兰金循环P-V图(二冲程)?

反思:

写这篇文章有一个初衷:节能与减排已是大势所趋,在这样的背景下,以电动化为主的新能源成为所关注的热点。但随之而来的,也有对于“电动化是否真正环保”的尖锐质疑,毕竟,如果解决不了“电怎么来的”这一源头问题,“电动即环保”很难服众。

我一直坚信,汽车的未来没有“一家独大”,针对动力系统,也应该多管齐下,电动车可以搞,氢燃料电池也不能落后,但发动机技术亦不可就此“荒废”。有人说,电动化是一种弯道超车,足以帮助中国跳过发动机技术的百年壁垒,然而,这样真的好吗?国内发动机技术的研发就要“浅尝辄止”了吗?

预计2025年,发动机的效率将会达到50%,那个时候,中国准备好了吗?在技术的突围战中,一个都不能少。

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责任编辑:张小莎 PA034

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