Wtrysk wody do silnika samochodu

Moc silnika to najczęstszy temat w kręgach kierowców. Prawie każdy kierowca przynajmniej raz pomyślał o tym, jak zwiększyć wydajność jednostki napędowej. Niektórzy instalują turbiny, inni rozwiercają cylindry itp. (opisano inne metody zwiększania mocy w innym ulаzawiązać). Wiele osób zainteresowanych tuningiem samochodów zdaje sobie sprawę z systemów, które dostarczają niewielką ilość wody lub jej mieszaniny z metanolem.

Większość kierowców zna taką koncepcję, jak młot wodny silnika (istnieje również osobna recenzja). W jaki sposób woda, która powoduje zniszczenie silnika spalinowego, może jednocześnie zwiększyć jego wydajność? Spróbujmy poradzić sobie z tym problemem, a także rozważmy zalety i wady, jakie ma system wtrysku wody metanolowej w bloku energetycznym.

Co to jest system wtrysku wody?

Krótko mówiąc, ten system to zbiornik, do którego wlewa się wodę, ale częściej mieszaninę metanolu i wody w stosunku 50/50. Posiada silnik elektryczny np. Ze spryskiwacza przedniej szyby. System połączony jest elastycznymi rurkami (w najbardziej budżetowej wersji pobierane są węże z zakraplacza), na końcu których montowana jest osobna dysza. W zależności od wersji systemu wtrysk odbywa się przez jeden rozpylacz lub przez kilka. Woda jest dostarczana, gdy powietrze jest zasysane do cylindra.

Jeśli weźmiemy wersję fabryczną, jednostka będzie miała specjalną pompę sterowaną elektronicznie. System będzie miał jeden lub więcej czujników, które pomogą określić moment i ilość rozpylanej wody.

Z jednej strony wydaje się, że woda i silnik to pojęcia nie do pogodzenia. Spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej odbywa się w cylindrze, a jak wiadomo od dzieciństwa płomień (o ile nie pali się chemia) gasi woda. Ci, którzy „zapoznali się” z szokiem hydraulicznym silnika z własnego doświadczenia, byli przekonani, że woda jest ostatnią substancją, która powinna dostać się do silnika.

Pomysł wstrzykiwania wody nie jest jednak wymysłem nastoletniej wyobraźni. W rzeczywistości ten pomysł ma prawie sto lat. W latach 1930. na potrzeby wojska Harry Ricardo ulepszył silnik lotniczy Rolls-Royce Merlin, a także opracował syntetyczną benzynę o wysokiej liczbie oktanowej. tutaj) dla samolotowych silników spalinowych. Brak takiego paliwa to duże ryzyko detonacji w silniku. Dlaczego ten proces jest niebezpieczny? osobno, ale w skrócie mieszanka paliwowo-powietrzna powinna spalać się równomiernie, aw tym przypadku dosłownie wybucha. Z tego powodu części urządzenia są poddawane nadmiernemu obciążeniu i szybko ulegają awarii.

Aby zwalczyć ten efekt, G.Ricardo przeprowadził szereg badań, w wyniku których udało mu się osiągnąć stłumienie detonacji w wyniku wstrzyknięcia wody. Bazując na jego rozwoju, niemieckim inżynierom udało się prawie podwoić moc jednostek w swoich samolotach. W tym celu zastosowano kompozycję MW50 (płuczka metanolowa). Na przykład myśliwiec Focke-Wulf 190D-9 był wyposażony w ten sam silnik. Jego szczytowa moc wynosiła 1776 koni mechanicznych, ale z krótkim dopalaczem (wyżej wymienioną mieszankę podawano do cylindrów), ta belka wzrosła do 2240 „koni”.

Rozwój ten został wykorzystany nie tylko w tym modelu samolotu. W arsenale lotnictwa niemieckiego i amerykańskiego było kilka modyfikacji jednostek napędowych.

Jeśli mówimy o samochodach produkcyjnych, to model Oldsmobile F85 Jetfire, który zjechał z linii montażowej w 62. roku ubiegłego wieku, otrzymał fabryczną instalację wtrysku wody. Kolejnym samochodem produkcyjnym z doładowaniem silnika w ten sposób jest Saab 99 Turbo, wydany w 1967 roku.

Oldsmobile F85 Jetfire

Otrzyma 99 Turbo

Popularność tego systemu nabrała tempa dzięki jego zastosowaniu w latach 1980-90. w samochodach sportowych. Tak więc w 1983 roku Renault wyposaża swoje samochody Formuły 1 w 12-litrowy zbiornik, w którym zainstalowano pompę elektryczną, regulator ciśnienia i wymaganą liczbę wtryskiwaczy. Do 1986 roku inżynierom zespołu udało się zwiększyć moment obrotowy i moc jednostki napędowej z 600 do 870 koni mechanicznych.

W wyścigowej wojnie producentów samochodów Ferrari również nie chciało „pasać tyłem” i zdecydowało się zastosować ten system w niektórych swoich samochodach sportowych. Dzięki tej modernizacji marka zdołała zdobyć wiodącą pozycję wśród projektantów. Tę samą koncepcję opracowała marka Porsche.

Podobne ulepszenia zostały przeprowadzone z samochodami, które brały udział w wyścigach z serii WRC. Jednak na początku lat 90. organizatorzy takich zawodów (w tym F-1) zmienili regulamin i zakazali stosowania tego systemu w samochodach wyścigowych.

Kolejnego przełomu w świecie sportów motorowych dokonał podobny rozwój na zawodach drag racing w 2004 roku. Rekord ¼ mili został pobity przez dwa różne pojazdy, pomimo prób osiągnięcia tego kamienia milowego poprzez różne modyfikacje układu napędowego. Te samochody z silnikiem Diesla były wyposażone w dopływ wody do kolektora dolotowego.

Z biegiem czasu samochody zaczęły otrzymywać intercoolery, które obniżają temperaturę strumienia powietrza, zanim dostanie się do kolektora dolotowego. Dzięki temu inżynierowie byli w stanie zmniejszyć ryzyko stukania, a układ wtryskowy nie był już potrzebny. Gwałtowny wzrost mocy stał się możliwy dzięki wprowadzeniu systemu zasilania podtlenkiem azotu (oficjalnie pojawił się w 2011 roku).

W 2015 roku ponownie zaczęły pojawiać się informacje o wtrysku wody. Na przykład nowy samochód bezpieczeństwa MotoGP opracowany przez BMW ma klasyczny zestaw do spryskiwania wodą. Podczas oficjalnej prezentacji auta z limitowanej edycji, przedstawiciel bawarskiego producenta samochodów poinformował, że w przyszłości planowane jest wypuszczenie linii modeli cywilnych z podobnym systemem.

Co daje wtrysk wody lub metanolu do silnika?

Przejdźmy więc od historii do praktyki. Dlaczego silnik potrzebuje wtrysku wody? Kiedy ściśle ograniczona ilość cieczy dostanie się do kolektora dolotowego (rozpylana jest kropla nie większa niż 0.1 mm), po zetknięciu z gorącym medium natychmiast przechodzi w stan gazowy o wysokiej zawartości tlenu.

Schłodzony BTC kompresuje się znacznie łatwiej, co oznacza, że ​​wał korbowy potrzebuje nieco mniej siły, aby wykonać suw sprężania. W ten sposób instalacja pozwala na rozwiązanie kilku problemów jednocześnie.

Po pierwsze, gorące powietrze ma mniejszą gęstość (dla eksperymentu można wynieść pustą plastikową butelkę z ciepłego domu na zimno - przyzwoicie się skurczy), przez co do cylindra dostanie się mniej tlenu, co oznacza, że ​​benzyna lub olej napędowy paliwo spali się gorzej. Aby wyeliminować ten efekt, wiele silników wyposażonych jest w turbosprężarki. Ale nawet w tym przypadku temperatura powietrza nie spada, ponieważ klasyczne turbiny są napędzane gorącym spalinami, które przechodzą przez kolektor wydechowy. Rozpylanie wody pozwala na dostarczenie większej ilości tlenu do cylindrów w celu poprawy wydajności spalania. To z kolei wpłynie pozytywnie na katalizator (po szczegóły poczytaj w osobnej recenzji).

Po drugie, wtrysk wody umożliwia zwiększenie mocy zespołu napędowego bez zmiany jego objętości roboczej i bez zmiany jego konstrukcji. Powodem jest to, że w stanie pary wilgoć zajmuje znacznie więcej objętości (według niektórych obliczeń objętość wzrasta 1700 razy). Kiedy woda odparowuje w zamkniętej przestrzeni, powstaje dodatkowe ciśnienie. Jak wiesz, kompresja jest bardzo ważna dla momentu obrotowego. Bez ingerencji w projekt bloku energetycznego i potężnej turbiny nie można zwiększyć tego parametru. A ponieważ para gwałtownie się rozszerza, ze spalania HTS uwalnia się więcej energii.

Po trzecie, dzięki rozpylaniu wody paliwo nie przegrzewa się, a w silniku nie dochodzi do detonacji. Pozwala to na stosowanie tańszej benzyny o niższej liczbie oktanowej.

Po czwarte, ze względu na wymienione powyżej czynniki, kierowca może nie naciskać pedału gazu tak aktywnie, aby samochód był bardziej dynamiczny. Zapewnia to rozpylanie cieczy do silnika spalinowego. Pomimo wzrostu mocy nie zwiększa się zużycie paliwa. W niektórych przypadkach przy identycznym trybie jazdy obżarstwo silnika zmniejsza się do 20 procent.

Prawdę mówiąc, ten rozwój ma również przeciwników. Najczęstsze nieporozumienia dotyczące wtryskiwania wody to:

1. A co z młotem wodnym? Nie można zaprzeczyć, że gdy woda dostaje się do cylindrów, silnik doświadcza uderzenia wodnego. Ponieważ woda ma przyzwoitą gęstość, gdy tłok znajduje się w suwie sprężania, nie może osiągnąć górnego martwego punktu (zależy to od ilości wody), ale wał korbowy nadal się obraca. Ten proces może spowodować wygięcie korbowodów, złamanie kluczy itp. W rzeczywistości wtrysk wody jest tak mały, że nie ma to wpływu na suw sprężania.
2. W kontakcie z wodą metal z czasem rdzewieje. Z tym układem tak się nie stanie, ponieważ temperatura w cylindrach pracującego silnika przekracza 1000 stopni. Woda zamienia się w stan pary przy 100 stopniach. Tak więc podczas pracy układu w silniku nie ma wody, a jedynie przegrzaną parę. Nawiasem mówiąc, kiedy pali się paliwo, w spalinach znajduje się również niewielka ilość pary. Częściowym tego dowodem jest woda wylewająca się z rury wydechowej (opisano inne przyczyny jej pojawienia się) tutaj).
3. Gdy w oleju pojawi się woda, smar emulguje. Znowu ilość rozpylonej wody jest tak mała, że ​​po prostu nie może dostać się do skrzyni korbowej. Natychmiast staje się gazem usuwanym wraz ze spalinami.
4. Gorąca para niszczy film olejowy, powodując, że jednostka napędowa zaczepia o klin. W rzeczywistości para lub woda nie rozpuszczają oleju. Najbardziej realnym rozpuszczalnikiem jest po prostu benzyna, ale jednocześnie film olejowy utrzymuje się na setkach tysięcy kilometrów.

Zobaczmy, jak działa urządzenie do rozpylania wody do silnika.

Jak działa system wtrysku wody

W nowoczesnych blokach energetycznych wyposażonych w ten system można instalować różnego rodzaju zestawy. W jednym przypadku stosowana jest pojedyncza dysza, umieszczona na wlocie do kolektora dolotowego przed rozwidleniem. Inna modyfikacja wykorzystuje kilka wtryskiwaczy tego typu rozproszony wtrysk.

Najłatwiejszym sposobem zamontowania takiego systemu jest zamontowanie osobnego zbiornika na wodę, w którym zostanie umieszczona pompa elektryczna. Podłączona jest do niego rurka, przez którą ciecz będzie dostarczana do opryskiwacza. Kiedy silnik osiągnie żądaną temperaturę (opisano temperaturę pracy silnika spalinowego) w innym artykule) kierowca rozpoczyna rozpylanie, aby wytworzyć mokrą mgiełkę w kolektorze dolotowym.

Najprostszą instalację można nawet zainstalować na silniku gaźnika. Ale jednocześnie nie można obejść się bez pewnej modernizacji kanału dolotowego. W takim przypadku system jest sterowany z kabiny pasażerskiej przez kierowcę.

W bardziej zaawansowanych wersjach, które można spotkać w sklepach z auto-tuningiem, ustawienie trybu natrysku zapewnia osobny mikroprocesor lub jego działanie jest związane z sygnałami pochodzącymi z ECU. W takim przypadku będziesz musiał skorzystać z usług elektryka samochodowego, aby zainstalować system.

W skład urządzenia nowoczesnych systemów natryskowych wchodzą następujące elementy:

• Pompa elektryczna zapewniająca ciśnienie do 10 bar;
• Jedna lub więcej dysz do rozpylania wody (ich liczba zależy od urządzenia całego systemu i zasady dystrybucji mokrego przepływu nad cylindrami);
• Sterownik jest mikroprocesorem, który kontroluje czas i ilość wtrysku wody. Podłączona jest do niego pompa. Dzięki temu elementowi zapewnione jest stałe, precyzyjne dozowanie. Algorytmy wbudowane w niektóre mikroprocesory pozwalają systemowi automatycznie dostosowywać się do różnych trybów pracy jednostki napędowej;
• Zbiornik na ciecz rozpylaną do kolektora;
• Czujnik poziomu umieszczony w tym zbiorniku;
• Węże o odpowiedniej długości i odpowiednie mocowania.

System działa na tej zasadzie. Sterownik wtrysku odbiera sygnały z czujnika przepływu powietrza (więcej szczegółów na temat jego działania i usterek poczytaj tutaj). Zgodnie z tymi danymi za pomocą odpowiednich algorytmów mikroprocesor oblicza czas i ilość rozpylanej cieczy. W zależności od modyfikacji systemu dyszę można po prostu wykonać w postaci tulei z bardzo cienkim atomizerem.

Większość nowoczesnych systemów po prostu daje sygnał do włączenia / wyłączenia pompy. W droższych zestawach jest specjalny zawór, który zmienia dawkę, ale w większości przypadków nie działa poprawnie. Zasadniczo sterownik jest uruchamiany, gdy silnik osiągnie 3000 obr / min. i więcej. Przed zainstalowaniem takiej instalacji w swoim samochodzie należy wziąć pod uwagę, że większość producentów ostrzega o nieprawidłowym działaniu systemu w niektórych samochodach. Nikt nie poda szczegółowej listy, ponieważ wszystko zależy od indywidualnych parametrów jednostki napędowej.

Chociaż główną funkcją wtrysku wody jest zwiększenie mocy silnika, jest on używany głównie jako chłodnica międzystopniowa do chłodzenia strumienia powietrza pochodzącego z rozgrzanej do czerwoności turbiny.

Oprócz zwiększenia mocy silnika wielu jest przekonanych, że wtrysk oczyszcza również komorę roboczą cylindra i układ wydechowy. Niektórzy uważają, że obecność pary w spalinach wywołuje reakcję chemiczną, która neutralizuje część toksycznych substancji, ale w tym przypadku samochód nie będzie potrzebował takiego elementu jak katalizator samochodowy czy skomplikowany układ AdBlue, o którym można przeczytać . tutaj.

Tłoczenie wody działa tylko przy dużych prędkościach obrotowych silnika (musi być dobrze nagrzana, a przepływ powietrza musi być szybki, aby wilgoć od razu dostała się do cylindrów) oraz w większym stopniu w turbodoładowanych jednostkach napędowych. Ten proces zapewnia dodatkowy moment obrotowy i niewielki wzrost mocy.

Jeśli silnik jest wolnossący, to nie stanie się znacznie mocniejszy, ale na pewno nie ucierpi z powodu detonacji. W przypadku turbodoładowanego silnika spalinowego, wtrysk wody zainstalowany przed doładowaniem zapewni wzrost wydajności w wyniku obniżenia temperatury dopływającego powietrza. A dla jeszcze większego efektu taki system wykorzystuje wspomnianą wcześniej mieszaninę wody i metanolu w proporcji 50x50.

Zalety i wady

Tak więc system wtrysku wody umożliwia:

• Temperatura powietrza wlotowego;
• Zapewnij dodatkowe chłodzenie elementów komory spalania;
• W przypadku stosowania benzyny niskiej jakości (o niskiej liczbie oktanowej) rozpylanie wody zwiększa odporność silnika na detonację;
• Korzystanie z tego samego trybu jazdy zmniejsza zużycie paliwa. Oznacza to, że przy tej samej dynamice samochód emituje mniej zanieczyszczeń (oczywiście nie jest to na tyle wydajne, aby auto mogło się obejść bez katalizatora i innych systemów neutralizacji toksycznych gazów);
• Nie tylko w celu zwiększenia mocy, ale także sprawia, że ​​silnik obraca się z momentem obrotowym zwiększonym o 25-30 procent;
• W pewnym stopniu oczyścić elementy układu dolotowego i wydechowego silnika;
• Popraw reakcję przepustnicy i reakcję pedału;
• Doprowadź turbinę do ciśnienia roboczego przy niższej prędkości obrotowej silnika.

Pomimo tak wielu przydatnych funkcji wtrysk wody jest niepożądany w konwencjonalnych pojazdach i istnieje kilka dobrych powodów, dla których producenci samochodów nie wdrażają go w pojazdach seryjnych. Większość z nich wynika z faktu, że system ma pochodzenie sportowe. W świecie sportów motorowych bardzo często pomija się oszczędność paliwa. Czasami zużycie paliwa sięga 20 litrów na sto. Wynika to z faktu, że silnik często rozpędza się do maksymalnej prędkości, a kierowca prawie stale naciska na gaz, aż się zatrzyma. Tylko w tym trybie efekt wtrysku jest zauważalny.

Oto główne wady systemu:

• Ponieważ instalacja miała przede wszystkim poprawić osiągi samochodów sportowych, ten rozwój jest skuteczny tylko przy maksymalnej mocy. Gdy tylko silnik osiągnie ten poziom, sterownik ustala ten moment i wstrzykuje wodę. Z tego powodu, aby instalacja działała efektywnie, pojazd musi pracować w trybie sportowym. Przy niskich obrotach silnik może się bardziej „rozmyślać”.
• Wstrzykiwanie wody odbywa się z pewnym opóźnieniem. Najpierw silnik przechodzi w tryb zasilania, odpowiedni algorytm jest aktywowany w mikroprocesorze i wysyłany jest sygnał do pompy, aby się włączyła. Pompa elektryczna zaczyna pompować ciecz do przewodu, a dopiero potem dysza zaczyna ją rozpylać. W zależności od modyfikacji systemu wszystko to może zająć około jednej milisekundy. Jeśli samochód jedzie w trybie cichym, oprysk nie przyniesie żadnego efektu.
• W wersjach z jedną dyszą nie można kontrolować, ile wilgoci dostaje się do konkretnego cylindra. Z tego powodu, pomimo dobrej teorii, praktyka często wykazuje niestabilną pracę silnika, nawet przy całkowicie otwartej przepustnicy. Wynika to z różnych warunków temperaturowych w poszczególnych „garnkach”.
• Zimą system wymaga uzupełniania nie tylko wodą, ale także metanolem. Tylko w tym przypadku, nawet w chłodne dni, ciecz będzie swobodnie dostarczana do kolektora.
• Ze względu na bezpieczeństwo silnika wtryskiwana woda musi być destylowana, a to dodatkowy odpad. Jeśli używasz zwykłej wody wodociągowej, bardzo szybko na ściankach powierzchni styku odkładają się osady kamienia (jak kamień w czajniku). Obecność obcych cząstek stałych w silniku jest obarczona wczesną awarią urządzenia. Z tego powodu należy użyć destylatu. W porównaniu z niewielką oszczędnością paliwa (zwykły samochód nie jest przeznaczony do ciągłej pracy w trybie sportowym, a przepisy zabraniają tego na drogach publicznych), sama instalacja, jej konserwacja i wykorzystanie destylatu (a zimą - mieszanka wody i metanol) jest ekonomicznie nieuzasadniona ...

Prawdę mówiąc, niektórym niedociągnięciom można zaradzić. Na przykład, aby jednostka napędowa działała stabilnie przy wysokich obrotach lub przy maksymalnym obciążeniu przy niskich obrotach, można zainstalować rozproszony system wtrysku wody. W takim przypadku wtryskiwacze zostaną zamontowane po jednym dla każdego kolektora dolotowego, tak jak w identycznym układzie paliwowym.

Jednak cena takiej instalacji znacznie wzrasta i to nie tylko ze względu na dodatkowe elementy. Faktem jest, że wtrysk wilgoci ma sens tylko w przypadku poruszającego się strumienia powietrza. Kiedy zawór dolotowy (lub kilka w przypadku niektórych modyfikacji silnika) jest zamknięty, a dzieje się to przez trzy cykle, powietrze w rurze jest nieruchome.

Aby woda nie spływała do kolektora na próżno (system nie przewiduje usuwania nadmiaru wilgoci gromadzącej się na ściankach kolektora), sterownik musi określić, w jakim momencie i która konkretna dysza ma zadziałać. Ta złożona konfiguracja wymaga drogiego sprzętu. W porównaniu z nieznacznym wzrostem mocy standardowego samochodu taki wydatek jest nieuzasadniony.

Oczywiście instalacja takiego systemu w Twoim samochodzie leży w interesie każdego, czy nie. Rozważaliśmy zarówno zalety, jak i wady takiego projektu. Dodatkowo proponujemy obejrzenie szczegółowego wykładu wideo na temat działania wtrysku wody:

Teoria silnika spalinowego: wtrysk wody do przewodu dolotowego

Pytania i odpowiedzi:

Co to jest wtrysk metanolu? Jest to wtrysk niewielkiej ilości wody lub metanolu do pracującego silnika. Zwiększa to odporność na detonację słabego paliwa, zmniejsza emisję szkodliwych substancji, zwiększa moment obrotowy i moc silnika spalinowego.

Do czego służy wtrysk wody metanolowej? Wtrysk metanolu chłodzi powietrze zasysane przez silnik i zmniejsza prawdopodobieństwo stukania silnika. Zwiększa to sprawność silnika ze względu na wysoką pojemność cieplną wody.

Jak działa system Vodomethanol? To zależy od modyfikacji systemu. Najbardziej wydajny jest zsynchronizowany z wtryskiwaczami paliwa. W zależności od ich obciążenia wtryskuje się wodę metanol.

W jakim celu stosuje się Vodomethanol? Substancja ta była używana w Związku Radzieckim w silnikach lotniczych przed pojawieniem się silników odrzutowych. Woda metanol zmniejszyła detonację w silniku spalinowym i sprawiła, że ​​spalanie HTS było płynne.