Injection d'eau dans le moteur de la voiture

La puissance motrice est le sujet le plus courant dans les cercles des automobilistes. Presque tous les automobilistes ont réfléchi au moins une fois à la manière d'augmenter les performances d'un groupe motopropulseur. Certains installent des turbines, d'autres alésent des cylindres, etc. (d'autres méthodes d'augmentation de la puissance sont décrites dans un autre stаvoleur). Beaucoup de ceux qui s'intéressent au tuning automobile connaissent les systèmes qui fournissent une petite quantité d'eau ou son mélange avec du méthanol.

La plupart des automobilistes connaissent un concept tel que le coup de bélier d'un moteur (il existe également un examen séparé). Comment l'eau, qui provoque la destruction du moteur à combustion interne, peut-elle en même temps augmenter ses performances? Essayons de traiter ce problème et considérons également les avantages et les inconvénients du système d'injection d'eau et de méthanol dans l'unité de puissance.

Qu'est-ce qu'un système d'injection d'eau?

Bref, ce système est un réservoir dans lequel on verse de l'eau, mais le plus souvent un mélange de méthanol et d'eau dans un rapport 50/50. Il dispose d'un moteur électrique, par exemple, issu d'un lave-glace. Le système est relié par des tubes élastiques (dans la version la plus économique, les tuyaux du compte-gouttes sont prélevés), au bout desquels une buse séparée est installée. Selon la version du système, l'injection est réalisée à travers un ou plusieurs atomiseurs. L'eau est fournie lorsque l'air est aspiré dans le cylindre.

Si nous prenons la version d'usine, l'unité aura une pompe spéciale à commande électronique. Le système aura un ou plusieurs capteurs pour aider à déterminer le moment et la quantité d'eau pulvérisée.

D'une part, il semble que l'eau et un moteur soient des concepts incompatibles. La combustion du mélange air-carburant a lieu dans le cylindre et, comme tout le monde le sait depuis l'enfance, la flamme (si ce ne sont pas des produits chimiques qui brûlent) s'éteint par l'eau. Ceux qui "se sont familiarisés" avec le choc hydraulique du moteur, de leur propre expérience, étaient convaincus que l'eau est la toute dernière substance qui devrait pénétrer dans le moteur.

Cependant, l'idée de l'injection d'eau n'est pas le fruit de l'imagination des adolescents. En fait, cette idée a presque cent ans. Dans les années 1930, pour les besoins militaires, Harry Ricardo améliore le moteur d'avion Rolls-Royce Merlin et développe également de l'essence synthétique à indice d'octane élevé. ici) pour les moteurs à combustion interne d'aéronefs. Le manque d'un tel carburant est un risque élevé de détonation dans le moteur. Pourquoi ce processus est-il dangereux? séparément, mais en bref, le mélange air-carburant doit brûler uniformément, et dans ce cas, il explose littéralement. Pour cette raison, les pièces de l'unité sont soumises à des contraintes excessives et tombent rapidement en panne.

Pour lutter contre cet effet, G. Ricardo a mené un certain nombre d'études, à la suite desquelles il a pu obtenir la suppression de la détonation due à l'injection d'eau. Sur la base de ses développements, les ingénieurs allemands ont réussi à presque doubler la puissance des unités de leurs avions. Pour cela, la composition MW50 (wasser au méthanol) a été utilisée. Par exemple, le chasseur Focke-Wulf 190D-9 était équipé du même moteur. Sa puissance maximale était de 1776 chevaux, mais avec une courte postcombustion (le mélange mentionné ci-dessus était introduit dans les cylindres), cette barre s'élevait à 2240 "chevaux".

Ce développement a été utilisé non seulement dans ce modèle d'avion. Dans l'arsenal de l'aviation allemande et américaine, il y avait plusieurs modifications de groupes motopropulseurs.

Si nous parlons de voitures de production, le modèle Oldsmobile F85 Jetfire, qui est sorti de la chaîne de montage au cours de la 62e année du siècle dernier, a reçu une installation d'usine d'injection d'eau. La Saab 99 Turbo, sortie en 1967, est une autre voiture de série dotée d'un moteur boosté de cette manière.

Oldsmobile F85 Jetfire

Saab 99 Turbo

La popularité de ce système a pris de l'ampleur en raison de son application en 1980-90. dans les voitures de sport. Ainsi, en 1983, Renault équipe ses voitures de Formule 1 d'un réservoir de 12 litres, dans lequel sont installés une pompe électrique, un pressostat et le nombre requis d'injecteurs. En 1986, les ingénieurs de l'équipe ont réussi à augmenter le couple et la puissance du groupe motopropulseur de 600 à 870 chevaux.

Dans la guerre des constructeurs automobiles en course automobile, Ferrari n'a pas non plus voulu « effleurer l'arrière », et a décidé d'utiliser ce système dans certaines de ses voitures de sport. Grâce à cette modernisation, la marque a réussi à acquérir une position de leader parmi les designers. Le même concept a été développé par la marque Porsche.

Des améliorations similaires ont été effectuées avec des voitures qui ont participé à des courses de la série WRC. Cependant, au début des années 90, les organisateurs de telles compétitions (y compris F-1) ont modifié le règlement et ont interdit l'utilisation de ce système dans les voitures de course.

Une autre percée dans le monde du sport automobile a été réalisée par un développement similaire lors des compétitions de courses de dragsters en 2004. Le record du monde de ¼ de mile a été battu par deux véhicules différents, malgré les tentatives pour atteindre le cap avec diverses modifications du groupe motopropulseur. Ces voitures diesel étaient équipées d'une alimentation en eau vers le collecteur d'admission.

Au fil du temps, les voitures ont commencé à recevoir des refroidisseurs intermédiaires qui réduisent la température du flux d'air avant qu'il n'entre dans le collecteur d'admission. Grâce à cela, les ingénieurs ont pu réduire le risque de cognement et le système d'injection n'était plus nécessaire. Une forte augmentation de puissance est devenue possible grâce à l'introduction d'un système d'approvisionnement en protoxyde d'azote (apparu officiellement en 2011).

En 2015, des nouvelles ont commencé à apparaître au sujet de l'injection d'eau. Par exemple, la nouvelle voiture de sécurité MotoGP développée par BMW dispose d'un kit de pulvérisation d'eau classique. Lors de la présentation officielle de la voiture en édition limitée, le représentant du constructeur automobile bavarois a fait savoir qu'il était prévu de lancer à l'avenir une gamme de modèles civils avec un système similaire.

Qu'est-ce que l'injection d'eau ou de méthanol donne au moteur?

Alors passons de l'histoire à la pratique. Pourquoi le moteur a-t-il besoin d'une injection d'eau? Lorsqu'une quantité strictement limitée de liquide entre dans le collecteur d'admission (une goutte ne dépassant pas 0.1 mm est pulvérisée), au contact d'un milieu chaud, il se transforme immédiatement en un état gazeux à haute teneur en oxygène.

Le BTC refroidi se comprime beaucoup plus facilement, ce qui signifie que le vilebrequin doit utiliser un peu moins de force pour effectuer la course de compression. Ainsi, l'installation permet de résoudre plusieurs problèmes à la fois.

Premièrement, l'air chaud a moins de densité (pour des raisons d'expérience, vous pouvez prendre une bouteille en plastique vide d'une maison chaude dans le froid - elle rétrécira décemment), donc moins d'oxygène entrera dans la bouteille, ce qui signifie que l'essence ou le diesel le carburant brûlera pire. Pour éliminer cet effet, de nombreux moteurs sont équipés de turbocompresseurs. Mais même dans ce cas, la température de l'air ne baisse pas, puisque les turbines classiques sont alimentées par un échappement chaud qui passe par le collecteur d'échappement. La pulvérisation d'eau permet de fournir plus d'oxygène aux cylindres pour améliorer l'efficacité de la combustion. À son tour, cela aura un effet positif sur le catalyseur (pour plus de détails, lisez dans un examen séparé).

Deuxièmement, l'injection d'eau permet d'augmenter la puissance du groupe motopropulseur sans changer son volume de travail et sans changer sa conception. La raison en est qu'à l'état vaporeux, l'humidité prend beaucoup plus de volume (selon certains calculs, le volume augmente d'un facteur 1700). Lorsque l'eau s'évapore dans un espace confiné, une pression supplémentaire est créée. Comme vous le savez, la compression est très importante pour le couple. Sans intervention dans la conception du groupe motopropulseur et d'une turbine puissante, ce paramètre ne peut pas être augmenté. Et comme la vapeur se dilate brusquement, plus d'énergie est libérée de la combustion du HTS.

Troisièmement, en raison de la pulvérisation d'eau, le carburant ne surchauffe pas et la détonation ne se forme pas dans le moteur. Cela permet l'utilisation d'essence moins chère avec un indice d'octane inférieur.

Quatrièmement, en raison des facteurs énumérés ci-dessus, le conducteur peut ne pas appuyer si activement sur la pédale d'accélérateur pour rendre la voiture plus dynamique. Ceci est assuré par la pulvérisation de liquide dans le moteur à combustion interne. Malgré l'augmentation de la puissance, la consommation de carburant n'est pas augmentée. Dans certains cas, avec un mode de conduite identique, la gourmandise du moteur est réduite à 20%.

En vérité, cette évolution a des adversaires. Les idées fausses les plus courantes sur l'injection d'eau sont:

1. Et le coup de bélier? On ne peut nier que lorsque l'eau pénètre dans les cylindres, le moteur subit un coup de bélier. Étant donné que l'eau a une densité décente lorsque le piston est dans une course de compression, il ne peut pas atteindre le point mort haut (cela dépend de la quantité d'eau), mais le vilebrequin continue de tourner. Ce processus peut plier les bielles, casser les clés, etc. En fait, l'injection d'eau est si faible que la course de compression n'est pas affectée.
2. Le métal, au contact de l'eau, rouille avec le temps. Cela ne se produira pas avec ce système, car la température dans les cylindres d'un moteur en marche dépasse 1000 degrés. L'eau se transforme en un état vaporeux à 100 degrés. Ainsi, pendant le fonctionnement du système, il n'y a pas d'eau dans le moteur, mais seulement de la vapeur surchauffée. À propos, lorsque le carburant brûle, il y a aussi une petite quantité de vapeur dans les gaz d'échappement. L'eau qui s'écoule du tuyau d'échappement en est une preuve partielle (d'autres raisons de son apparition sont décrites ici).
3. Lorsque de l'eau apparaît dans l'huile, la graisse émulsionne. Encore une fois, la quantité d'eau pulvérisée est si petite qu'elle ne peut tout simplement pas pénétrer dans le carter. Il devient immédiatement un gaz qui est éliminé avec l'échappement.
4. La vapeur chaude détruit le film d'huile, amenant l'unité motrice à attraper la cale. En fait, la vapeur ou l'eau ne dissout pas l'huile. Le solvant le plus réel n'est que l'essence, mais en même temps, le film d'huile reste sur des centaines de milliers de kilomètres.

Voyons comment fonctionne le dispositif de pulvérisation d'eau dans le moteur.

Comment fonctionne le système d'injection d'eau

Dans les unités de puissance modernes équipées de ce système, différents types de kits peuvent être installés. Dans un cas, une seule buse est utilisée, située sur l'entrée du collecteur d'admission avant la bifurcation. Une autre modification utilise plusieurs injecteurs du type injection distribuée.

Le moyen le plus simple de monter un tel système est d'installer un réservoir d'eau séparé dans lequel la pompe électrique sera placée. Un tube y est connecté, à travers lequel le liquide sera fourni au pulvérisateur. Lorsque le moteur atteint la température souhaitée (la température de fonctionnement du moteur à combustion interne est décrite dans un autre article), le conducteur commence à pulvériser pour créer un brouillard humide dans le collecteur d'admission.

L'installation la plus simple peut même être installée sur un moteur à carburateur. Mais en même temps, on ne peut pas se passer d'une certaine modernisation des voies d'admission. Dans ce cas, le système est commandé depuis l'habitacle par le conducteur.

Dans les versions plus avancées, que l'on peut trouver dans les ateliers de réglage automatique, le réglage du mode de pulvérisation est fourni soit par un microprocesseur séparé, soit son fonctionnement est associé à des signaux provenant de l'ECU. Dans ce cas, vous devrez utiliser les services d'un électricien automobile pour installer le système.

Le dispositif des systèmes de pulvérisation modernes comprend les éléments suivants:

• Pompe électrique fournissant une pression jusqu'à 10 bar;
• Une ou plusieurs buses pour pulvériser de l'eau (leur nombre dépend du dispositif de l'ensemble du système et du principe de répartition du débit humide sur les cylindres);
• Le contrôleur est un microprocesseur qui contrôle le moment et la quantité d'injection d'eau. Une pompe y est connectée. Grâce à cet élément, un dosage constant de haute précision est assuré. Les algorithmes embarqués dans certains microprocesseurs permettent au système de s'adapter automatiquement aux différents modes de fonctionnement du bloc d'alimentation;
• Un réservoir pour le liquide à pulvériser dans le collecteur;
• Capteur de niveau situé dans ce réservoir;
• Tuyaux de la bonne longueur et raccords appropriés.

Le système fonctionne selon ce principe. Le contrôleur d'injection reçoit des signaux du capteur de débit d'air (pour plus de détails sur son fonctionnement et ses dysfonctionnements, lisez ici). Conformément à ces données, en utilisant des algorithmes appropriés, le microprocesseur calcule le temps et la quantité de liquide pulvérisé. En fonction de la modification du système, la buse peut simplement être réalisée sous la forme d'un manchon avec un atomiseur très fin.

La plupart des systèmes modernes donnent simplement un signal pour allumer / éteindre la pompe. Dans les kits plus chers, il existe une valve spéciale qui change le dosage, mais dans la plupart des cas, elle ne fonctionne pas correctement. Fondamentalement, le contrôleur est déclenché lorsque le moteur atteint 3000 tr / min. et plus. Avant d'installer une telle installation sur votre voiture, vous devez tenir compte du fait que la plupart des fabricants mettent en garde contre le fonctionnement incorrect du système sur certaines voitures. Personne ne fournira une liste détaillée, car tout dépend des paramètres individuels de l'unité d'alimentation.

Bien que la fonction principale de l'injection d'eau soit d'augmenter la puissance du moteur, elle n'est principalement utilisée que comme refroidisseur intermédiaire pour refroidir le flux d'air provenant d'une turbine chauffée au rouge.

En plus d'augmenter la puissance du moteur, beaucoup sont convaincus que l'injection nettoie également la cavité de travail du cylindre et le conduit d'échappement. Certains pensent que la présence de vapeur dans l'échappement crée une réaction chimique qui neutralise certaines des substances toxiques, mais dans ce cas, la voiture n'aura pas besoin d'un élément tel qu'un catalyseur automobile ou un système AdBlue complexe, sur lequel vous pouvez en savoir plus. . ici.

Le pompage de l'eau n'a d'effet qu'à des régimes moteur élevés (elle doit être bien réchauffée et le débit d'air doit être rapide pour que l'humidité pénètre immédiatement dans les cylindres), et dans une plus grande mesure dans les groupes motopropulseurs turbocompressés. Ce processus fournit un couple supplémentaire et une petite augmentation de la puissance.

Si le moteur est à aspiration naturelle, il ne deviendra pas beaucoup plus puissant, mais il ne souffrira certainement pas de détonation. Pour un moteur à combustion interne turbocompressé, une injection d'eau installée devant le compresseur permettra une augmentation du rendement en raison d'une diminution de la température de l'air entrant. Et pour encore plus d'effet, un tel système utilise le mélange d'eau et de méthanol mentionné précédemment dans une proportion de 50x50.

Avantages et inconvénients

Ainsi, le système d'injection d'eau vous permet de:

• Température de l'air d'admission;
• Fournir un refroidissement supplémentaire des éléments de la chambre de combustion;
• Si de l'essence de faible qualité (à faible indice d'octane) est utilisée, la pulvérisation d'eau augmente la résistance à la détonation du moteur;
• L'utilisation du même mode de conduite réduit la consommation de carburant. Cela signifie qu'avec la même dynamique, la voiture émet moins de polluants (bien sûr, ce n'est pas si efficace que la voiture peut se passer d'un catalyseur et d'autres systèmes de neutralisation des gaz toxiques);
• Non seulement pour augmenter la puissance, mais aussi pour faire tourner le moteur avec un couple augmenté de 25 à 30%;
• Dans une certaine mesure, nettoyez les éléments du système d'admission et d'échappement du moteur;
• Améliorer la réponse de l'accélérateur et la réponse de la pédale;
• Amenez la turbine à la pression de service à un régime moteur inférieur.

Malgré autant de fonctionnalités utiles, l'injection d'eau n'est pas souhaitable pour les véhicules conventionnels, et il existe plusieurs bonnes raisons pour lesquelles les constructeurs automobiles ne l'implémentent pas dans les véhicules de série. La plupart d'entre eux sont dus au fait que le système a une origine sportive. Dans le monde du sport automobile, l'économie de carburant est largement négligée. Parfois, la consommation de carburant atteint 20 litres pour cent. Cela est dû au fait que le moteur est souvent amené à la vitesse maximale et que le conducteur appuie presque constamment sur l'accélérateur jusqu'à ce qu'il s'arrête. Ce n'est que dans ce mode que l'effet de l'injection est perceptible.

Voici donc les principaux inconvénients du système:

• Étant donné que l'installation était principalement destinée à améliorer les performances des voitures de sport, ce développement n'est efficace qu'à puissance maximale. Dès que le moteur atteint ce niveau, le contrôleur fixe ce moment et injecte de l'eau. Pour cette raison, pour que l'installation fonctionne efficacement, le véhicule doit être utilisé en mode sport. À bas régime, le moteur peut être plus "maussade".
• L'injection d'eau est effectuée avec un certain retard. Tout d'abord, le moteur entre en mode puissance, l'algorithme correspondant est activé dans le microprocesseur et un signal est envoyé à la pompe pour qu'elle s'allume. La pompe électrique commence à pomper du liquide dans la conduite, et seulement après cela, la buse commence à le pulvériser. Selon la modification du système, tout cela peut prendre environ une milliseconde. Si la voiture roule en mode silencieux, la pulvérisation n'aura aucun effet.
• Dans les versions avec une seule buse, il est impossible de contrôler la quantité d'humidité qui pénètre dans un cylindre particulier. Pour cette raison, malgré une bonne théorie, la pratique montre souvent un fonctionnement instable du moteur, même avec les gaz complètement ouverts. Cela est dû aux différentes conditions de température dans les "pots" individuels.
• En hiver, le système doit être ravitaillé non seulement en eau, mais également en méthanol. Seulement dans ce cas, même par temps froid, le liquide sera librement fourni au collecteur.
• Pour la sécurité du moteur, l'eau injectée doit être distillée, ce qui constitue un gaspillage supplémentaire. Si vous utilisez de l'eau du robinet ordinaire, très vite des dépôts de calcaire s'accumuleront sur les parois des surfaces de contact (comme le tartre dans une bouilloire). La présence de particules solides étrangères dans le moteur entraîne une panne précoce de l'unité. Pour cette raison, le distillat doit être utilisé. Par rapport à l'économie de carburant insignifiante (une voiture ordinaire n'est pas destinée à un fonctionnement constant en mode sport, et la législation l'interdit sur la voie publique), l'installation elle-même, son entretien et l'utilisation de distillat (et en hiver - un mélange d'eau et le méthanol) est économiquement injustifié ...

En vérité, certaines des lacunes peuvent être corrigées. Par exemple, pour que l'unité motrice fonctionne de manière stable à haut régime ou à charge maximale à bas régime, un système d'injection d'eau distribuée peut être installé. Dans ce cas, les injecteurs seront installés, un pour chaque collecteur d'admission, comme dans un système d'alimentation identique.

Cependant, le prix d'une telle installation augmente considérablement et pas seulement en raison d'éléments supplémentaires. Le fait est que l'injection d'humidité n'a de sens que dans le cas d'un flux d'air en mouvement. Lorsque la soupape d'admission (ou plusieurs dans le cas de certaines modifications du moteur) est fermée, et cela se produit pendant trois cycles, l'air dans le tuyau est immobile.

Pour empêcher l'eau de s'écouler en vain dans le collecteur (le système ne prévoit pas l'élimination de l'excès d'humidité accumulée sur les parois du collecteur), le contrôleur doit déterminer à quel moment et quelle buse particulière doit entrer en service. Cette configuration complexe nécessite du matériel coûteux. Par rapport à l'augmentation insignifiante de la puissance d'une voiture standard, une telle dépense n'est pas justifiée.

Bien sûr, c'est l'affaire de tous d'installer ou non un tel système sur votre voiture. Nous avons considéré à la fois les avantages et les inconvénients d'une telle conception. De plus, nous vous suggérons de visionner une conférence vidéo détaillée sur le fonctionnement de l'injection d'eau:

Théorie du moteur à combustion interne: injection d'eau dans le conduit d'admission

Questions et réponses

Qu'est-ce que l'injection de méthanol ? Il s'agit de l'injection d'une petite quantité d'eau ou de méthanol dans un moteur en marche. Cela augmente la résistance à la détonation du mauvais carburant, réduit les émissions de substances nocives, augmente le couple et la puissance du moteur à combustion interne.

A quoi sert l'injection d'eau de méthanol ? L'injection de méthanol refroidit l'air aspiré par le moteur et réduit le risque de cognement du moteur. Cela augmente l'efficacité du moteur en raison de la capacité calorifique élevée de l'eau.

Comment fonctionne le système Vodométhanol ? Cela dépend de la modification du système. Le plus efficace est synchronisé avec les injecteurs de carburant. En fonction de leur charge, de l'eau méthanol est injectée.

A quoi sert le Vodométhanol ? Cette substance était utilisée en Union soviétique dans les moteurs d'avion avant l'avènement des moteurs à réaction. L'eau méthanol réduisait la détonation dans le moteur à combustion interne et rendait la combustion du HTS douce.