Впрыск воды в двигатель что это

Утоли мои печали: как впрыск воды повышает мощность мотора

Уже более ста лет автомобильные инженеры работают над повышением отдачи мотора. Поначалу все было просто: больше литраж, больше цилиндров, больше мощности! Но довольно быстро стало понятно, что replacement for displacement все-таки необходим: в ход пошли компрессоры, турбины, усложнение ГРМ с многоклапанными конструкциями и регулируемыми фазами, распределенный и непосредственный впрыск, облегчение поршневой группы… Теперь, когда к ДВС все чаще в компанию стали добавлять электромоторы, кажется, что предел форсирования обычного мотора достигнут. Но нет – вы забыли про впрыск воды! Разберемся, зачем это делается и почему до сих пор не применяется в массовом автомобилестроении.

О быватель при упоминании системы впрыска воды в цилиндр скептически хмыкнет: если двигатель автомобиля получит гидроудар, ничего хорошего из этого не выйдет. Но одно дело, когда при проезде глубокой лужи в двигатель через впускной тракт попадает большое количество воды, которую пытается сжать поршень – это приводит к разрушению шатунно-поршневой группы… Совсем другое – точечный впрыск специальной смеси в камеру сгорания.

Как это работает?

Система впрыска воды чаще всего используется на высокофорсированных двигателях для улучшения их характеристик. Откуда получается дополнительная мощность? Существует сразу несколько вариаций системы, различающиеся только точками установки. Для этого во впускном коллекторе устанавливается специальная форсунка, подающая во впускной тракт водометанольную смесь, которая смешивается с топливной смесью, подаваемой в камеру сгорания.

Почему именно смесь воды со спиртом? Во-первых, такая жидкость замерзает при более низких температурах, а во-вторых, вода со спиртом обладает лучшим рассеиванием, из-за чего образуется более равномерная смесь и уменьшается температура во впускном коллекторе. За счет мелкодисперсных капель смесь охлаждается, что позволяет повысить степень сжатия, а также уменьшить скорость горения смеси в цилиндрах, а это снижает возможность детонации. Также снижение температуры горения топливно-водяной смеси влияет на химические процессы в камере сгорания, что уменьшает концентрацию вредных выбросов азота и углекислых газов.

Опыты российских конструкторов на дизельных двигателях с экспериментальными системами показали снижение выбросов оксидов азота в три-четыре раза, а выбросов СО2 – в 1,2 раза.

Казалось бы, одни плюсы! Но, как и все в мире, идеальных вещей не бывает. В отработавших газах увеличивается концентрация несгоревших углеводородов, что немного увеличивает расход топлива автомобиля. На малой скорости или полностью открытой дроссельной заслонке двигатель может работать неустойчиво.

Одной из ключевых причин является неравномерное распределение жидкости по цилиндрам – в некоторых из них неизбежно создается обедненная смесь. Обычно такую проблему можно решить, установив систему с индивидуальными форсунками на каждый из цилиндров, управляемых компьютером.

Кроме того, пользователи часто забывают, что в систему необходимо заливать только дистиллированную воду. Ведь растворенные в обычной воде соли могут привести к образованию нагара в камерах сгорания, и, как следствие, уменьшить ресурс двигателя. Посмотрите на накипь в чайнике – вы же не хотите, чтобы подобная гадость была и внутри цилиндров?

С чего все началось?

Впервые в мировой практике впрыск воды в цилиндры двигателя применил венгерский инженер Bcnki в начале XX века. Еще спустя несколько лет профессор Хопкинсон из Англии успешно применил экспериментальную систему впрыска воды для улучшения характеристик промышленных двигателей. А наибольший вклад внес Гарри Рикардо, создатель одноименной марки, занимающейся выпуском автомобильных комплектующих. На его счету – многочисленные исследования, несколько патентов и даже монография High-Speed Internal Combustion Engine, в которых подробно описаны методы и испытания двигателей с впрыском воды.

В результате всех испытаний Рикардо представил двигатель, оснащенный системой впрыска смеси воды с метанолом, благодаря которой удалось добиться увеличения характеристик мотора почти что двукратно! Широкое применение водометанольные смеси нашли во время Второй мировой войны. Первую скрипку сыграли авиаторы, которые в погоне за скоростями и высотой искали любые ухищрения, чтобы выжать максимум мощности из поршневых двигателей, которых к концу войны все равно заменили реактивной авиацией.

В 1942 году на вооружение ВВС Германии поступил иcтребитель Focke-Wulf 190 D-9, оснащенный системой впрыска водометанольной смеси во время форсажа. Причем он был не единственным в своем роде в Люфтваффе. Похожей системой впрыска оснащались двигатели Daimler-Benz 605 и BMW 801D для Messerschmidt Bf-109, а также Junkers Jumo 213A-1. Стоит отметить, что авиационные двигатели того времени уже имели системы турбонаддува, и впрыск воды, по сути, играл роль интеркулера. Водометанольная смесь MW-50 впрыскивалась во впускной тракт авиационного двигателя, где смешивалась с топливной смесью, устремляясь в камеру сгорания. В результате контакта с раскаленными стенками цилиндров вода превращалась в пар, который, расширяясь, создавал в цилиндре избыточное давление, а предварительное охлаждение топливной смеси на впуске способствовало увеличению ее объема в цилиндре и улучшало эффективность сгорания топлива. В результате мощность немецких моторов кратковременно увеличивалась на 20-30 процентов, что давало последним преимущества по набору высоты и максимальной скорости.

Читайте также:  Как работает двигатель ваз 21011

На фото: Messerschmitt Bf-109

Собственные системы впрыска воды разработали и союзники. Так, американская компания Pratt & Whitney в своем двигателе J57 для бомбардировщика В-29 установила похожую систему для повышения характеристик двигателя на малых и средних высотах. Похожую систему с успехом применяли и на истребителях. В 1943 году по приказу НКАП моторный завод №45 должен был разработать документацию на советскую систему впрыска воды для двигателей АМ-38Ф. Опытная партия из пяти самолетов Ил-2, оснащенных двигателем с впрыском воды, была построена на заводе №18, однако после испытаний система была признана слишком дорогой и сложной в настройке.

На каких автомобилях применялось?

С развитием в конце войны реактивных двигателей работы по увеличению мощности поршневых агрегатов были практически свернуты, и богатый опыт форсировки отошел на задний план. Но о системах вспомнили автомобильные компании. Первым впрыск водометанольной смеси на серийном автомобиле стали применять американцы из General Motors, которым такая система оказалась нужна для повышения детонационной стойкости турбомотора Oldsmobile F-85 Jetfire. Что из этого получилось, мы уже рассказывали вам ранее.

На фото: Oldsmobile F-85 Jetfire Hardtop Coupe 1963

Еще одним производителем, вспомнившем о полезных свойствах водометанольной смеси, стал шведский Saab, где до начала 1980-х годов устанавливали систему впрыска воды на Saab 99 Turbo S. Правда, с появлением интеркулеров, охлаждающих воздух во впускном тракте, такие системы на серийных автомобилях плавно сошли на нет, но не были забыты в автоспорте.

В 1983 году команды Формулы-1 Renault и Ferrari установили на свои болиды системы впрыска воды, позволившие итальянцам в итоге занять первое место в кубке конструкторов. На машинах были установлены баки объемом 12 литров для хранения смеси спирта и воды, регулятор давления и водяной насос, однако впоследствии подобные системы были запрещены регламентом.

На фото: Renault RE40 ‘1983

Похожие системы пытались внедрить в середине 1990-х в WRC, но и там они получили запрет через недолгое время, как и на ле-мановских спортпротипах. Очень широкое распространение баки с водой получили у американских гонщиков на ¼ мили. Могучие американские «восьмерки» дрегстеров, снабженные механическими нагнетателями, требовали серьезного охлаждения, а интеркулеры еще не получили широкое распространение. Тогда некоторые светлые головы и вспомнили о полезных свойствах водно-спиртовой смеси, подаваемой в двигатель. Так, суперкар Porsche 911, доработанный фирмой 9ff, в 2005 году установил рекорд скорости 388 км/ч для автомобилей, официально сертифицированных для дорог общего пользования. Его оппозитная «шестерка» с двумя турбокомпрессорами на пару с обычными интеркулерами была также оснащена системой впрыска воды.

Впрыск воды, наши дни

На некоторое время интерес к системам от производителей угас, но в 2015 году про технологии вспомнили мотористы BMW, решившие применить впрыск воды уже не для повышения мощности, а для снижения расхода бензина. Первым автомобилем, опробовавшем систему впрыска воды с метанолом, стал пейс-кар BMW M4, участвующий в гонках MotoGP. Но если там была установлена обычная форсунка, подающая смесь во впускной коллектор, то на опытном трехцилиндровом турбомоторе рабочим объемом 1,5 литра система стала более продвинутой.

Вода смешивается с топливной смесью с помощью топливного насоса высокого давления Bosch, срабатывающему только на оборотах мотора свыше 4 000. Водно-топливная смесь через форсунку впрыскивается в саму камеру сгорания. В результате мощность 201-сильного двигателя увеличилась на 14 л. с., возросла детонационная стойкость двигателя, что позволило поднять степень сжатия с 9.5:1 до 11,0:1 и в целом улучшить отдачу мотора на низких и средних оборотах. Объем водяного бака с подогревом – 7 литров, а в обычных условиях автомобиль расходует около 1,5 литра воды на 100 км пути, что означает необходимость пополнения системы почти каждые 500 километров.

На фото: BMW M4 Coupé MotoGP Safety Car (F82) ‘2015

Однако инженеры BMW предусмотрели и другие способы добычи воды: при работе кондиционера конденсат из системы автоматически сливается в бак. Все эти ухищрения позволяют экономить почти 8% топлива на 100 км пути в смешанном цикле, а особенно эффективно система может работать в паре с гибридным приводом. Правда, о таких гибридах в БМВ пока молчат.

Серийный выпуск двигателей с водометанольной системой впрыска по планам должен начаться уже в конце этого года, причем поставляться такие БМВ будут и в Россию. На наше счастье, из-за повышенной стойкости к детонации эти машины будут менее требовательны к октановому числу – заправляться можно будет обычным Аи-95.

Читайте также:  Как установить ремни на 402 двигатель

Можно ли поставить такую систему себе на машину?

Если очень хочется, то можно. Начитавшись интернета, умельцы делают самодельные системы, используя в качестве элементов капельницы, медицинские шприцы и прочие изделия, устанавливают во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой и. такие системы работают.

Впрочем, все плюсы от повышенной мощности или крутящего момента перечеркиваются одним жирным минусом. Ведь по сути такой самопал просто льет огромное количество воды в коллектор, не распыляя ее, в результате чего водяная взвесь поступает во все цилиндры неравномерно. О последствиях мы уже говорили выше – в некоторых цилиндрах воды больше, чем в остальных, что приводит к обеднению смеси в отдельных цилиндрах и неравномерную работу мотора. В худшем случае количество воды, поступаемой в цилиндр, так велико, что приводит к шансу получить тот самый пресловутый гидроудар.

Для тех, у кого есть чуть больше денег, продавцы тюнинг-аксессуаров предлагают комплект из насоса высокого (около 5-10 бар) давления, электронного блока управления насосом, форсунок для впрыска смеси и, естественно, бачка для воды. В самых дорогих системах применяется клапан, регулирующий давление и количество поступаемой воды.

Принцип работы такой системы прост: блок управления, подключенный к датчику расхода воздуха двигателя, анализирует полученную информацию и рассчитывает подачу воды, дав команду насосу.

Несмотря на кажущуюся простоту, и здесь возникают определенные сложности. Впрыск воды происходит только на определенных режимах работы двигателя, обычно подобные системы работают при оборотах двигателя свыше 3 000 об/мин. К тому же система почти не контролирует подачу смеси, а только подает команду на включение/выключение насоса. Основным ограничением на количество впрыскиваемой воды становится только производительность самой форсунки.

Кстати, пока блок даст команду насосу на запуск, пока насос включается и начинает перекачивать воду, происходит задержка между отправкой команд на впрыск топлива и впрыск воды, что неминуемо снижает эффективность всей системы.

Главными спецами по системам впрыска воды для автомобильных двигателей были признаны конструкторы британской фирмы Aquamist, в 1990-е поставлявшие комплекты для болидов WRC, пока их не запретили. И цена на тюнинг-киты колеблется в районе 3 000 долларов. В общем, пока впрыск воды остается довольно экзотическим, недешевым и, положа руку на сердце, не таким уж эффективным средством форсировки.

Источник

Просто и понятно о тюнинге и воде. Впрыск водометанола

Большинство современных технологий тюнинга пришли к нам почти из прошлого столетия. К ним отнесем нагнетание, впрыск закиси и остальные фишки. Но при этом три четверти процессов внутри цилиндра, до сих пор не понятны полностью. Хороший задел на будущее. Правда это больше – теоретика и общая информация. К слову, о ней прямо сейчас и поговорим.

Инъекция жидкости: водяной подхват

Обычный автолюбитель предпочтет обойтись без гидроудара. H20 для этого товарища скорее лишь жидкость используемая в мойке. А словосочетание «инъекция воды в цилиндры» режет слух, и вызывает недоумение. Подумайте. В цилиндре, где все процессы отточены до автоматизма вдруг появляется капля жидкости дающей жизнь на Земле. Это может довести водителя до инфаркта. Хорошо что «нормальные шоферы» читают скорее новости в газете, так что наш читатель надеюсь, мы не нанесем твоему здоровью вред своими «кощунственными» идеями.

Поговорим все-таки об истории. Как же без нее?

Как говорилось выше, основная масса достижений науки не блещет новизной. Впервые баловались с инъекцией воды еще в тридцатых годах 20 века. Нам есть чем гордится. Сперва лицензию выдали в СССР. Это произошло в 1934! Тогда не предполагали применять этот способ для возрастания мощностных показателей. Эксперименты проводились для не допущения детонирования в цилиндрах. Поясним, газо-топливная смесь напросто взрывается в цилиндре, а не постепенно сгорает.
Для нашей цели впрыск воды, вместе с инъекцией закиси, первый раз применен в самолетных движках. У немцев H20 добавляли в печально известные «Мессеры», в Советском Союзе – известные Илы и МиГи. Все это происходило в непростые времена ВОВ. Изобретение реактивных двигателей свело на нет инновационные труды по поршневым моторам.
Впрыск воды оставался в тумане событья. Но тут-то пришли тяжелые времена. Разрушенная промышленность в послевоенные времена не справлялась с потребностью народа. Воду снова применяли, вместе с бензином. Чтобы не вредить двигателю низкооктановым топливом.

Теперь немного теоретики

Под названием «впрыск воды» обычно имеют в виду применение смеси из воды и спирта метанола. Где-то один к одному. Вода снижает взрывоопасность смеси. А еще не дает отложиться остатком углерода. Сейчас немного подробнее.
Большой показатель удельной теплоемкости H20 забирает часть температуры у входящего газа. В школе нам говорил преподаватель, что охлажденный газ занимает меньший объем, сжать его гораздо легче. Это значит, что вода применяется в роли своеобразного внутреннего кулера. К слову, схожие процессы протекают возле больших водоемов. Которые служат своеобразными резервуарами для тепла, накопленного за день, и ночью остаются более теплыми.
Таким образом, внутри цилиндра мы получаем гораздо больше кислорода благодаря уменьшению объема газа. Но и для пара воды тоже нужно место. Выходит, что полученное преимущество с таким же значением компенсируется недостатком. Но мы не учли вот что. Пар воды занимает больший объем, чем сама поступившая вода. А значит, давление возрастает, приблизительно процентов на десять. Мощность тоже растет за счет этих процессов.
Плюс при инъекции вода распыляется мелкими каплями размером в сотые доли миллиметра. Топливо эти частицы быстро покрывает пленкой. Это похоже на топливные пятна на дорожных лужах. Камера сгорания заполняется однородно. Научным языком: гомогенизированная смесь. Получаем снижение опасности взрыва и возросший КПД.
Любой двигатель должен пройти настройку, чтобы работать таким образом. Для этого можем попробовать применить обеднение топливной смеси, либо увеличить давление, либо более быстрое зажигание. В немецких самолетах ВОВ в моторе использовался специальный обеднитель топлива. Он автоматически срабатывал при поступлении жидкости. В современности Saab недавно стал использовать на движках с турбиной инъекцию воды в бедную смесь. Правда, причина здесь немного другая. Это уменьшение загрязнение воздуха и плюс снижение расхода топлива.
Сейчас перейдем к метанолу. Он относится к спирту и горит очень медленно. А главное медленнее, чем бензин. Давление при этом растет постепенно и апогей приходится позже. Таким образом, мы повышаем показатель крутящего момента и мощности.
Теперь к десерту. Грамотно поставленная и отлаженная схема не наносит вреда мотору! К тому же, как упоминалось, вода не дает откладываться углероду! Время жизни двигателя, скорее всего, превысит коррозионную стойкость кузова. Еще Ваши внуки смогут оценить чудо инженерной мысли. Гидроудар нам не страшен. Чтобы получить критическую массу воды нам просто придется утопить машину во время движения. А это вряд ли входит в обыденную эксплуатацию вашего авто. Грамотные дозы H20 безопасны для движка.

Читайте также:  То и ремонт двигателя зил 130 дипломная работа

Пару слов о железной составляющей

Самое время начать использовать наши знания. Главное придерживаться определенных требований, чтобы система трудилась верой и правдой и не грозила взорваться к бомба замедленного действия. По количеству газа нам нужно подавать поток H20 и передать их к каждому цилиндру одинаково. Пик момента – подаем больше H20. Верное сочетание – 1 к 10 или 1 к 14. При недостатке движок детонирует. При избытке получаем специфические выстрелам из выхлопа. Помните, подаем H20 только после дистиляции. Можно провести аналогию с чайником. Если вода недостаточно очищена, то внутри двигателя получим такую же накипь, как и в чайнике.
Покупка такой системы вряд ли станет серьезной проблемой. Проблемы начнутся при нее настройке. Хорошего специалиста днем с огнем не сыщешь.
Вода должна поступать в мелкодисперсном агрегатном состоянии. Поверхность мелких частиц гораздо выше, чем у плотной среды. Поэтому теплообмен выше, а значит, испаряется быстрее. Приведем бытовой пример. Нальем чай в стакан и в блюдце. Где быстрее остынет? Чтобы использовать этот эффекта нам понадобится мощный насос. Плюс к этому специальные сопла на форсунках. В любительских системах, как правило, используются подручные материалы. Например медицинская игла. Все это очень кустарно. Схема выходит довольно сомнительная.
В моторах без турбины форсунка устанавливается за заслонкой на впуске. Владельцы турбированных моторов – везунчики. Для них найдется несколько способов изготовления. Самый простой — вместо насоса использовать давление наддува. Правда форсунка в этом случае должна быть серьезной и компрессор не скажет вам спасибо. Крыльчатка быстро загрязняется накипью. Второй случай подсмотрен у инженеров авиации. Здесь форсунки ставятся сразу за турбиной. Их количество может превышать десяток. Третий способ позволяет воде снижать показатель температуры газа в цилиндре почти на пол тысячи градусов.
Сейчас знаменит изготовитель агрегатов впрыска воды — английская компания Aquamist. На раллийных авто применяют в дизайне мотора ее решения. Авто WRC недавно двигались «на воде», но затем FIA произвела ограничение. Встречаются серии, где впрыск применяют до сих пор!
На гражданке дела обстоят гораздо хуже. Для обычных авто реализовано не более пары сотен узлов.
Цена агрегата начинается от $200 и достигает $3000. Как видим, приобрести ее не составит большого труда. Возможно, даже поставить ее в авто не составит проблем. Проблема – настройка, еще большая проблема – корректно отладить. Зато, впрыском закиси азота вряд ли кого-то поразишь, а впрыск воды, есть и будет оставаться диковинкой.

Источник

Adblock
detector