Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Впрыск воды в двигатель для чего

Впрыск воды увеличивает мощность мотора: технология BMW

Впрыскивание воды в двигатель – звучит как безумная идея, но этот трюк подготавливает турбированный двигатель к «перевариванию» большой мощности. Вот как это работает.

Возможно, самая крутая современная система BMW M4 GTS на данный момент – это технология впрыска воды в двигатель. Редкая технология для серийных автомобилей. За счет этой странной на первый взгляд системы BMW смог превратить стандартный 3,0-литровый рядный шестицилиндровый твин-турбо мотор от M4 с 425 л. с. в 493-сильный мотор для почти что гоночной версии – модели GTS. Так как же резервуар с дистиллированной водой может создать такой значительный прирост мощности?

Как отметил Джейсон Фенске в своем новом видео, система впрыска воды позволила инженерам BMW добиться таких высоких результатов благодаря увеличению интенсивности турбоимпульса и смещению момента зажигания без увеличения детонации и снижения надежности силового агрегата. Беспроигрышная комбинация, надо отметить.

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.

Читать еще:  230 1996 какой двигатель

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.

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.

Читать еще:  Главная дорога запуск двигателя в мороз

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.

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.

Впрыск воды может осуществляться 3-мя способами.

Первый и основной, когда вода впрыскивается на впуске, до того как смесь попадает в цилиндры, маленькие капли собирают тепло из воздуха. Вода имеет очень высокий коэфициент теплообмена (может поглотить большое количество энергии, и при этом температура поднимется не сильно), это способствут охлаждению поступающего воздуха. Капли начинают испаряться, при этом поглощается еще больше тепла. И наконец, когда оставшиеся капли достигают камеры сгорания вся вода превращается в пар. Это действует как анти-детонант и к тому же поддерживает внутренности двигателя в очень чистом состоянии (препятсвует образованию карбоновых отложений).

Эксперименты с впрыском воды проводились еще в 1930-х годах. В то время было обнаружено, что детонации можно избежать если смесь воздух/топливо делать более богатой. По мере роста давления детонация усиливается, но обогащение смеси снимает проблему, в тоже время было установлено, что при впрыске воды — детонации не происходит, даже если смесь бедная. Снижение детонации при богатой смеси происходит за счет того, что большое количество топлива охлаждает камеру сгорания, естественно при использовании воды такого количества топлива уже не нужно.

Этот эффект наиболее значительный и позволяет экономить топливо при больших нагрузках на двигатель. Saab — на своих последних моделях турбированных автомобилей стал недавно применять впрыск воды на больших нагрузках в сочетании с более бедной смесью — это способствует снижению вредного выхлопа и экономии топлива. Если взглянуть на это с другой точки зрения, то на больших нагрузках можно экономить топливо без снижения мощности.

Советы по использованию системы впрыска воды в двигатель

Как правило, самостоятельно установленная система подразумевает, что водитель в ручном режиме контролирует подачу воды в рабочую смесь, используя переключатель для подкачки в салоне. Тем самым можно на повышенных оборотах двигателя добиться увеличения мощности мотора.

На атмосферных автомобильных двигателях система впрыска воды не даст большого прироста в мощности, а только позволит снизить вероятность детонации. Тогда как на турбированных моторах, если установить впрыск воды в турбокомпрессор, можно добиться значительного понижения температуры рабочей смеси, что придет к повышению мощности.

Читать еще:  Цикл работы 402 двигателя

Если хочется добиться большей эффективности от системы впрыска воды в двигатель, лучше заливать не чистую дистиллированную воду, а смесь из воды и спирта (50 на 50). Такая смесь позволит более значительно повысить крутящий момент.

Как сделать своими руками

В продаже имеются готовые установочные комплекты впрыска воды в двигатель. Однако их стоимость может составлять несколько сотен тысяч рублей. Поэтому многие автовладельцы предпочитают собирать и устанавливать самодельные системы.

Для изготовления впрыска воды в двигатель автовладельцу понадобятся:

  • электронасос на 12 В;
  • форсунка (жиклер) для распыления;
  • емкость для хранения воды — подойдет стандартный бачок для омывающей жидкости;
  • солевой фильтр, устанавливаемый на бачок;
  • магистрали перемещения воды — подойдут обычные медицинские трубки от капельницы, для переливания крови и т. д.

Схема установки системы впрыска воды выглядит следующим образом.

  1. Бачок устанавливается в моторный отсек в любое свободное место, подходящее по габаритам. На выходе из бачка устанавливается солевой фильтр, который предотвратит загрязнение двигателя солевыми отложениями.
  2. В салоне автомобиля размещается электронасос на 12 вольт, который обеспечит непрерывную работу системы подачи воды.
  3. Форсунка устанавливается во впускной коллектор за инжектором. По размеру форсунки подбирается трубка для подачи воды.
  4. Система подводится ко впускному коллектору. В нем делаются отверстия, которые затем нужно герметизировать.

У заводских комплексов подачи воды за объем поступающей жидкости отвечает электронный блок управления. В самодельных устройствах приходится экспериментировать, чтобы добиться необходимого дозирования. Регуляторами объема поступающей воды выступают трубка и форсунка — именно от их размеров зависят дозы воды, поступающие в цилиндры. Поэтому трубки и форсунки подбираются экспериментальным путем.

В идеале соотношения воды и бензина должно быть 1 к 10 — именно при таком соотношении достигается наибольшая отдача системы. При превышении дозы воды можно схватить гидроудар цилиндров мотора. Поэтому при настройке системы нужно начинать с минимально возможных объемов воды, постепенно повышая дозировку. Как уже говорилось, регулирование объемов достигается увеличением размеров форсунки и магистралей подачи воды.

Существует разница в подходах при монтировании системы на карбюраторные и инжекторные автомобили. Установить систему на автомобиль с карбюраторным впрыском достаточно просто — здесь можно не использовать форсунку. Ее заменяет игла от обычного медицинского шприца, устанавливаемая в трубку, ведущую от электронасоса. Иглой делается прокол в трубке регулятора опережения зажигания, после чего игла закрепляется с помощью герметика.

Однако такая схема не позволяет добиться эффективного впрыска воды — ее дисперсионные качества недостаточно высоки, что снижает эффективность использования всей системы. Поэтому многими специалистами подобный способ отвергается.

Краткий экскурс в историю

Для автомобилей первой половины двадцатого века мощность двигателя внутреннего сгорания не имела решающего значения. В отличие от автоконструкторов, авиаинженеры боролись едва ли не за каждую лошадиную силу. По этой причине впрыск воды, а точнее ее смеси с метанолом, в массовом количестве впервые был использован именно на самолетах при работе ДВС в режиме форсажа.

Пионером в этой области стал немецкий Мессершмитт Bf.109 G-6 («Густав»). Именно на этот истребитель, выпуск которого начался осенью 1942 года, стала устанавливаться система MW 50 (от Metanol-Wasser), число указывало на процентное содержание метилового спирта. Были и другие системы: MW 0, MW 30, MW 75 и даже MW 100, впрыскивающая чистый метанол. Однако практика показала, что наилучшее форсирование ДВС достигается при впрыске 50-процентного раствора спирта.

Если говорить о конкретных цифрах, то двигатель этого «Мессера» на форсаже без впрыска метанола на высоте 1 км развивал мощность 1575 л. с., а включенная система MW 50 добавляла еще 225 л. с. (суммарная мощность увеличивалась до 1800 л. с.). В результате максимальная скорость самолета возрастала примерно на 40 км/ч, что давало большое преимущество в бою.

Свое применение впрыск воды нашел и в американской авиации. Советские же инженеры дальше опытных образцов не пошли. Далее, с появлением реактивных двигателей вопрос о необходимости впрыска воды в поршневые двигатели внутреннего сгорания самолетов отпал сам собой.

Советы по использованию системы впрыска воды в двигатель

Как правило, самостоятельно установленная система подразумевает, что водитель в ручном режиме контролирует подачу воды в рабочую смесь, используя переключатель для подкачки в салоне. Тем самым можно на повышенных оборотах двигателя добиться увеличения мощности мотора.

На атмосферных автомобильных двигателях система впрыска воды не даст большого прироста в мощности, а только позволит снизить вероятность детонации. Тогда как на турбированных моторах, если установить впрыск воды в турбокомпрессор, можно добиться значительного понижения температуры рабочей смеси, что придет к повышению мощности.

Если хочется добиться большей эффективности от системы впрыска воды в двигатель, лучше заливать не чистую дистиллированную воду, а смесь из воды и спирта (50 на 50). Такая смесь позволит более значительно повысить крутящий момент.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector