जल अंतःक्षेपण

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आंतरिक दहन इंजनों में, जल इंजेक्शन, जिसे एंटी-डेटोनेंट इंजेक्शन (एडीआई) के रूप में भी जाना जाता है, आने वाली हवा या ईंधन-वायु मिश्रण में पानी का छिड़काव कर सकता है या सीधे दहन कक्ष में प्रेरण प्रणाली के कुछ हिस्सों को ठंडा करने के लिए जहां "हॉट पॉइंट" होता है। "समय से पहले प्रज्वलन उत्पन्न कर सकता है। जेट इंजनों में यह कम गति और टेकऑफ़ पर इंजन के जोर को बढ़ाता है।

डॉगफाइट या टेकऑफ़ जैसी छोटी अवधि के लिए सैन्य विमानन इंजनों के विद्युत उत्पादन को बढ़ाने के लिए ऐतिहासिक रूप से जल अंतःक्षेपण का उपयोग किया गया था। हालाँकि इसका उपयोग मोटर स्पोर्ट्स और विशेष रूप से ड्रैग रेसिंग में भी किया गया है। ओटो चक्र इंजनों में, जल अंतःक्षेपण के शीतलन प्रभाव भी इंजन की दस्तक (विस्फोट) को कम करके अधिक संपीड़न अनुपात को सक्षम करते हैं। वैकल्पिक रूप से, ओटो चक्र इंजनों में इंजन की दस्तक में इस कमी का मतलब है कि जब सुपरचार्जर, टर्बोचार्जर या आक्रामक प्रज्वलन समय जैसे संशोधनों के साथ पानी इंजेक्शन का उपयोग किया जाता है तो कुछ एप्लिकेशन महत्वपूर्ण प्रदर्शन प्राप्त करते हैं।

इंजन के आधार पर, विद्युत और ईंधन दक्षता में सुधार केवल पानी इंजेक्ट करके भी प्राप्त किया जा सकता है।[1] एनओएक्स या कार्बन मोनोआक्साइड उत्सर्जन को कम करने के लिए जल अंतःक्षेपण का भी उपयोग किया जा सकता है।[1]

द्रव की संरचना

कई जल इंजेक्शन प्रणालियां पानी में घुलनशील तेल की ट्रेस मात्रा के साथ पानी और इथेनॉल (प्रायः 50/50 के करीब) के मिश्रण का उपयोग करती हैं। पानी अपने उच्च घनत्व और उच्च ताप अवशोषण गुणों के कारण प्राथमिक शीतलन प्रभाव प्रदान करता है। शराब ज्वलनशील है और पानी के लिए एंटीफ्ऱीज़र के रूप में भी कार्य करता है। तेल का मुख्य उद्देश्य जल इंजेक्शन और ईंधन प्रणाली घटकों के क्षरण को रोकना है।[2]

See also: MW 50

विमान या वायुयान में उपयोग

केसी -135 प्रैट और व्हिटनी जे 57 इंजन के साथ

जल इंजेक्शन का उपयोग प्रत्यागामी और टर्बाइन विमान इंजन दोनों में किया गया है। जब गैस टरबाइन इंजन में उपयोग किया जाता है, तो प्रभाव समान होते हैं, सिवाय इसके कि सामान्य रूप से विस्फोट को रोकना प्राथमिक लक्ष्य नहीं होता है। पानी सामान्यतः दहन कक्षों के ठीक पहले कंप्रेसर इनलेट या डिफ्यूज़र में इंजेक्ट किया जाता है। पानी मिलाने से इंजन से निकलने वाला द्रव्यमान बढ़ जाता है, जोर बढ़ता है और यह टर्बाइनों को ठंडा करने का काम भी करता है। चूंकि तापमान सामान्यतः कम ऊंचाई पर टरबाइन इंजन के प्रदर्शन को सीमित करने वाला कारक होता है, इसलिए शीतलन प्रभाव इंजन को उच्च आरपीएम पर अधिक ईंधन इंजेक्ट करने और अधिक गर्म किए बिना अधिक जोर देने की स्वीकृति देता है।[3]

आफ्टरबर्निंग इंजनों को व्यापक रूप से अपनाने से पहले, कुछ पहली पीढ़ी के जेट फाइटर विमानों ने प्रदर्शन में मध्यम वृद्धि प्रदान करने के लिए जल अंतःक्षेपण का उपयोग किया। उदाहरण के लिए, लॉकहीड F-80 शूटिंग स्टार, F-80C के लेट-मॉडल वेरिएंट ने अपने एलीसन J33-A-35 इंजन पर जल अंतःक्षेपण का उपयोग किया। जल इंजेक्शन ने जोर को 20.5 से बढ़ाकर 24.0 kN (4,600 से 5,400 lbf) कर दिया, 17% जोर वृद्धि (समुद्र स्तर पर)।[4]

प्रैट एंड व्हिटनी JT3C टर्बोजेट से लैस बोइंग 707 के प्रारम्भिक संस्करणों में अतिरिक्त टेकऑफ़ ऊर्जा के लिए जल अंतःक्षेपण का उपयोग किया गया था[5] जैसा कि बोइंग 747-100 और 200 विमानों में प्रैट एंड व्हिटनी JT9D-3AW और -7AW टर्बोफैन लगे थे यह प्रणाली नहीं था अधिक शक्तिशाली इंजनों से सज्जित बाद के संस्करणों में सम्मिलित। बीएसी वन-इलेवन एयरलाइनर ने अपने रोल्स-रॉयस स्पी टर्बोफैन इंजन के लिए जल अंतःक्षेपण का भी उपयोग किया। टैंकों में पानी के अतिरिक्त जेट ईंधन भरने से पैनिनटर्नेशनल फ्लाइट 112 दुर्घटनाग्रस्त हो गई।[6]

1978 में, ओलंपिक एयरवेज फ्लाइट 411 को जल अंतःक्षेपण प्रणाली या इसकी प्रक्रियाओं की विफलता के कारण अपने टेक-ऑफ हवाई अड्डे पर वापसी और वापस आना पड़ा।[7]

ऑटोमोबाइल में उपयोग

क्रिसलर जैसे निर्माताओं से मजबूर प्रेरण इंजनों के साथ सीमित संख्या में सड़क वाहनों में पानी इंजेक्शन शामिल है। 1962 ओल्डस्मोबाइल जेटफायर को टर्बो जेटफायर इंजन के साथ डिलीवर किया गया था।[8]

2015 में बीएमडब्ल्यू ने अपने उच्च प्रदर्शन एम4 कूप, एम4 जीटीएस का एक संस्करण पेश किया है, जो जल अंतःक्षेपण को इंटरकूलिंग के साथ जोड़ता है। कार को 2015 मोटो जीपी सीज़न में श्रृंखला के लिए आधिकारिक सुरक्षा कार के रूप में प्रदर्शित किया गया था और 2016 में वाणिज्यिक विणपन के लिए प्रारम्भ किया गया था।[9] बीएमडब्ल्यू उदाहरण के अनुसार, जल अंतःक्षेपण की विशेषता वाले वर्तमान इंजन विकास "प्रदर्शन सुधार" के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित करते हैं। लेकिन 2020 के मध्य तक, CO2 उत्सर्जन में कमी और संबंधित नियमों पर दबाव के कारण, इंजन विकास अपेक्षाकृत ईंधन खपत पर भी ध्यान केंद्रित करेगा। [10][11]

रॉबर्ट बॉश जीएमबीएच, जिसने बीएमडब्ल्यू के साथ प्रौद्योगिकी का सह-विकास किया, अन्य निर्माताओं के लिए वॉटरबॉस्ट नामक एक जल इंजेक्शन प्रणाली प्रदान करता है। कंपनी इंजन के प्रदर्शन में 5% तक की वृद्धि, CO2 उत्सर्जन में 4% तक की कमी और ईंधन अर्थव्यवस्था में 13% तक सुधार का दावा करती है।[12] इसी तरह के परिणाम "वाटर इंजेक्शन - हाई पावर और हाई एफिशिएंसी कंबाइंड" में रिपोर्ट किए गए थे।[13] वाटर इंजेक्शन और कूल्ड निष्कासित वायु पुनर्संचरण (ईजीआर) को प्रतिस्पर्धी तकनीकों के रूप में देखा जा सकता है: यह प्रदर्शित किया गया है कि मध्यम लोड पर पोर्ट वाटर इंजेक्शन (पीडब्ल्यूआई) के साथ 40-50% पानी से ईंधन अनुपात (डब्ल्यूएफआर) का समान प्रभाव होता है। 10% की ईजीआर-दर के रूप में, जिसे पेट्रोल इंजनों के लिए भी अपेक्षाकृत सीमित माना जाता है।[14]

ऑन-बोर्ड वाटर जनरेशन

सर्वेक्षणों में ग्राहकों से उनकी नियमित रूप से एक अतिरिक्त परिचालन द्रव भरने की इच्छा के बारे में पूछने पर यह प्रदर्शित किया गया है कि स्वीकृति स्तर सीमित है।[11] इसलिए, जल अंतःक्षेपण को बड़े पैमाने पर अपनाने के लिए रिफिलिंग की आवश्यकता को मुख्य बाधाओं में से एक माना जाता है। क्लोज लूप प्रणाली में चलने के लिए ऑन-बोर्ड जल उत्पादन प्रणाली का विकास एक प्रमुख संबल है, विशेष रूप से उत्सर्जन के लगातार निम्न स्तर की गारंटी के लिए (यदि पानी की आपूर्ति समाप्त हो जाती है तो इंजन CO2 उत्सर्जन बढ़ जाएगा)। तीन प्रमुख स्रोतों की जांच की जा सकती है:

  • परिवेश से हवा की आर्द्रता की कटाई (जैसे कि ए/सी कंडेनसेट)
  • सतह का पानी (जैसे वाहन निकाय से एकत्र वर्षा पानी)
  • निकास गैस कंडेनसेट

पहले दो वेरिएंट पर्याप्त रूप से उच्च आर्द्रता के स्तर या ड्राइवर की आदतों (कोई ए / सी ऑपरेशन नहीं चाहते) के साथ मौसम परिवेश की स्थिति पर अत्यधिक निर्भर हैं। नतीजतन, पानी की पर्याप्त आपूर्ति सुनिश्चित नहीं की जा सकती है। इसके विपरीत, गैसोलीन के दहन के दौरान गठित जल वाष्प का संघनन पानी का एक विश्वसनीय स्रोत है: प्रत्येक लीटर गैसोलीन ईंधन के निकास में लगभग 1L जल वाष्प की मात्रा होती है। अक्टूबर 2019 में, हैनॉन प्रणाली ने एफईवी के साथ मिलकर एक ऑडी टीटी स्पोर्ट डिमॉन्स्ट्रेटर प्रस्तुत किया, जो जल अंतःक्षेपण से लैस है जो एक बंद प्रणाली के रूप में काम करता है, जो हैनॉन प्रणाली "वाटर हार्वेस्टिंग प्रणाली" के लिए धन्यवाद है।[15]

डीजल में उपयोग

2016 के एक अध्ययन में एग्जॉस्ट गैस रीसर्क्युलेशन के साथ जल अंतःक्षेपण को मिलाया गया। एक डीजल इंजन के एग्जॉस्ट मैनिफोल्ड में पानी इंजेक्ट किया गया था और इंडक्शन स्ट्रोक के दौरान एग्जॉस्ट वाल्व को खोलकर, इंजेक्ट किया गया पानी और कुछ एग्जॉस्ट गैस को वापस सिलेंडर में खींचा गया था। प्रभाव एनओएक्स उत्सर्जन में 85% की कमी थी लेकिन कालिख उत्सर्जन में वृद्धि की कीमत पर।[16]

यह भी देखें

  • क्रोवर छह स्ट्रोक

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Wilson, J. Parley (February 2011). Effects of Water Injection and Increased Compression Ratio in a Gasoline Spark Ignition Engine (Thesis). University of Idaho.
  2. ↑ Kroes & Wild 1995, p. 143.
  3. ↑ Kroes & Wild 1995, pp. 285–286.
  4. ↑ Roux, Élodie (2007). Turbofan and Turbojet Engines: Database Handbook. p. 213. ISBN 9782952938013.
  5. ↑ Daggett, D. L.; Ortanderl, S.; Eames, D.; Berton, J. J.; Snyder, C. A. (November 2, 2004). "Revisiting Water Injection for Commercial Aircraft". SAE Mobilus. US. doi:10.4271/2004-01-3108.
  6. ↑ Accident description for Paninternational crash near Hamburg-Fuhlsbüttel at the Aviation Safety Network
  7. ↑ "Ολυμπιακή Αεροπορία πτήση 411: Οταν κατα την απογείωση το ΑΕΡΟΠΛΑΝΟ εξυσε τις πολυκατοικίες στον Αλιμο" [Olympic Aviation flight 411: When during the take-off the PLANE scraped the apartment buildings in Alimos] (in Ελληνικά). December 27, 2020. Retrieved February 17, 2022.
  8. ↑ "Jetfire". Oldsmobile Mail List Server Community. Archived from the original on February 25, 1999.
  9. ↑ "New BMW M water injection system". BMW M Power. BMW. October 7, 2015. Retrieved November 14, 2021.
  10. ↑ Durst, B.; Unterweger, G.; Reulein, C.; Ruppert, C.; Linse, D; Kerkn, W. (2015). "Leistungssteigerung von Ottomotoren durch verschiedene Wassereinspritzungskonzepte". MTZ-Fachtagung Ladungswechsel im Verbrennungsmotor (in German). Germany.{{cite journal}}: CS1 maint: unrecognized language (link)
  11. ↑ 11.0 11.1 PAUER, T.; FROHNMAIER, M.; WALTHER, J.; SCHENK, P.; HETTINGER, A.; KAMPMANN, S., 2016. "Optimierung von Ottomotoren durch Wassereinspritzung." In: 37. Internationales Wiener Motorensymposium.
  12. ↑ Bosch WaterBoost - Bosch Mobility Solutions
  13. ↑ THEWES, M.; BAUMGARTEN, H.; SCHARF, J.; BIRMES, G.; BALAZS, A. et. alt., 2016 "Water Injection - High Power and High Efficiency combined" In: 25. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik
  14. ↑ CONWAY, Graham, 2019. "Injection of Alternative Fluids for Knock Mitigation." In: SAE, International Powertrains, Fuels and Lubricants Meeting. San Antonio, Texas, January 22–24, 2019.
  15. ↑ Hébert, Guillaume; Bazala, Jiří; Fischer, Oliver; Nothbaum, Jürgen; Thewes, Matthias; Voßhall, Tobias; Diehl, Peter (2019). Exhaust Gas Condensate as an Enabler for Self-Contained Water Injection Systems. 28th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology.
  16. ↑ Nour, M; Kosaka, H; Abdel-Rahman, Ali K; Bady, M (2016). "Effect of Water Injection into Exhaust Manifold on Diesel Engine Combustion and Emissions". Energy Procedia. 100: 178–187. doi:10.1016/j.egypro.2016.10.162.


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