Ubrizgavanje vode u motor automobila

Moć motora je najčešća tema u krugovima automobilista. Gotovo svaki automobilist barem je jednom razmišljao o tome kako povećati performanse pogonske jedinice. Neki ugrađuju turbine, drugi namotavaju cilindre itd. (opisane su druge metode povećanja snage u drugom svаlopov). Mnogi koji su zainteresirani za podešavanje automobila svjesni su sustava koji opskrbljuju malu količinu vode ili njezine smjese metanolom.

Većini vozača poznat je takav pojam kao što je vodeni čekić motora (postoji i zasebna recenzija). Kako voda, koja izaziva uništavanje motora s unutarnjim izgaranjem, istovremeno može povećati njegove performanse? Pokušajmo se pozabaviti ovim pitanjem, a također razmotrimo prednosti i nedostatke koje sustav za ubrizgavanje metanola u vodi ima u pogonskoj jedinici.

Što je sustav ubrizgavanja vode?

Ukratko, ovaj je sustav spremnik u koji se ulijeva voda, ali češće mješavina metanola i vode u omjeru 50/50. Ima električni motor, na primjer, iz perača vjetrobrana. Sustav je povezan elastičnim cijevima (u najproračunskijoj verziji uzimaju se crijeva iz kapaljke), na čiji je kraj ugrađena zasebna mlaznica. Ovisno o verziji sustava, ubrizgavanje se vrši kroz jedan ili više raspršivača. Voda se isporučuje kada se zrak uvlači u cilindar.

Ako uzmemo tvorničku verziju, tada će jedinica imati posebnu pumpu s elektroničkim upravljanjem. Sustav će imati jedan ili više senzora koji pomažu u određivanju trenutka i količine raspršene vode.

S jedne strane, čini se da su voda i motor nespojivi pojmovi. Izgaranje smjese zrak-gorivo odvija se u cilindru i, kao što svi znaju od djetinjstva, plamen (ako ne gori kemikalija) gasi se vodom. Oni koji su se "upoznali" s hidrauličkim udarom motora, iz vlastitog su iskustva bili uvjereni da je voda posljednja tvar koja bi trebala ući u motor.

Međutim, ideja o ubrizgavanju vode nije plod tinejdžerske mašte. Zapravo, ova je ideja stara gotovo stotinu godina. Tridesetih godina 1930. stoljeća, za vojne potrebe, Harry Ricardo poboljšao je avionski motor Rolls-Royce Merlin, a razvio je i sintetički benzin s visokim oktanskim brojem. здесь) za zrakoplove s unutarnjim izgaranjem. Nedostatak takvog goriva visok je rizik od detonacije u motoru. Zašto je taj postupak opasan? odvojeno, ali ukratko, smjesa zrak-gorivo trebala bi ravnomjerno gorjeti i u ovom slučaju doslovno eksplodira. Zbog toga su dijelovi jedinice pod pretjeranim naprezanjem i brzo otkazuju.

Da bi se borio protiv ovog učinka, G. Ricardo izveo je niz studija, uslijed kojih je uspio postići suzbijanje detonacije uslijed ubrizgavanja vode. Na temelju njegovog razvoja, njemački inženjeri uspjeli su gotovo udvostručiti snagu jedinica u svojim zrakoplovima. Za to je korišten sastav MW50 (metanolni otpad). Primjerice, lovac Focke-Wulf 190D-9 bio je opremljen istim motorom. Njegova najveća snaga bila je 1776 konjskih snaga, ali s kratkim dogorijevanjem (gore navedena smjesa dovedena je u cilindre), ova je šipka porasla na 2240 "konja".

Ovaj razvoj korišten je ne samo u ovom modelu zrakoplova. U arsenalu njemačkog i američkog zrakoplovstva bilo je nekoliko modifikacija pogonskih jedinica.

Ako govorimo o serijskim automobilima, tada je model Oldsmobile F85 Jetfire, koji je sišao s proizvodne trake 62. godine prošlog stoljeća, dobio tvorničku instalaciju ubrizgavanja vode. Još jedan serijski automobil s pojačanjem motora na ovaj način je Saab 99 Turbo, objavljen 1967. godine.

Oldsmobile F85 Jetfire

Dobit ću 99 Turbo

Popularnost ovog sustava dobila je zamah zahvaljujući njegovoj primjeni 1980.-90. u sportskim automobilima. Tako je 1983. godine Renault svoje automobile Formule 1 opremio spremnikom od 12 litara, u koji su ugrađene električna pumpa, regulator tlaka i potreban broj injektora. Do 1986. godine inženjeri tima uspjeli su povećati okretni moment i snagu pogonske jedinice sa 600 na 870 konjskih snaga.

U trkaćem ratu proizvođača automobila, Ferrari također nije želio "pasti straga", te je odlučio koristiti ovaj sustav u nekim svojim sportskim automobilima. Zahvaljujući ovoj modernizaciji, brand je uspio steći vodeću poziciju među dizajnerima. Isti koncept razvila je marka Porsche.

Slične nadogradnje provedene su s automobilima koji su sudjelovali u utrkama iz WRC serije. Međutim, početkom 90-ih, organizatori takvih natjecanja (uključujući F-1) izmijenili su propise i zabranili upotrebu ovog sustava u trkaćim automobilima.

Još jedan iskorak u svijet moto sporta postignut je sličnim razvojem na drag racing natjecanjima 2004. godine. Svjetski rekord od kilometar srušena su s dva različita vozila, unatoč pokušajima da se prekretnicom dosegnu razne izmjene pogonskog sklopa. Ti su dizel automobili bili opremljeni dovodom vode u usisni razvodnik.

Vremenom su automobili počeli dobivati ​​međuhladnjake koji smanjuju temperaturu protoka zraka prije nego što uđe u usisni razvodnik. Zahvaljujući tome, inženjeri su uspjeli smanjiti rizik od kucanja, a sustav ubrizgavanja više nije bio potreban. Nagli porast snage postao je moguć zahvaljujući uvođenju sustava opskrbe dušikovim oksidom (službeno se pojavio 2011. godine).

Godine 2015. ponovno su počele izlaziti na površinu vijesti o ubrizgavanju vode. Na primjer, novi sigurnosni automobil MotoGP koji je razvio BMW ima klasični komplet za raspršivanje vode. Na službenom predstavljanju automobila s ograničenom serijom, predstavnik bavarskog proizvođača automobila rekao je kako se u budućnosti planira izdati linija civilnih modela sa sličnim sustavom.

Što ubrizgavanje vode ili metanola daje motoru?

Pa krenimo od povijesti prema praksi. Zašto motoru treba ubrizgavanje vode? Kada strogo ograničena količina tekućine uđe u usisni razvodnik (rasprši se kap koja ne prelazi 0.1 mm), kontaktom s vrućim medijem ona odmah prelazi u plinovito stanje s visokim udjelom kisika.

Ohlađeni BTC komprimira se puno lakše, što znači da radilica mora upotrijebiti nešto manje sile za izvođenje takta kompresije. Dakle, instalacija omogućuje rješavanje nekoliko problema odjednom.

Prvo, vrući zrak ima manju gustoću (radi eksperimenta možete praznu plastičnu bocu iznijeti iz tople kuće na hladno - pristojno će se smanjiti), pa će u bocu ući manje kisika, što znači da benzin ili dizel gorivo će gorjeti gore. Da bi se eliminirao taj učinak, mnogi su motori opremljeni turbopunjačima. No, čak i u ovom slučaju, temperatura zraka ne pada, jer klasične turbine pokreće vrući ispuh koji prolazi kroz ispušni razvodnik. Voda za prskanje omogućuje dovod više kisika u cilindre radi poboljšanja učinkovitosti izgaranja. To će pak imati pozitivan učinak na katalizator (za detalje pročitajte u zasebnoj recenziji).

Drugo, ubrizgavanje vode omogućuje povećanje snage agregata bez promjene radnog volumena i bez promjene dizajna. Razlog je taj što u parnom stanju vlaga zauzima puno veći volumen (prema nekim izračunima, volumen se povećava za faktor 1700). Kada voda isparava u zatvorenom prostoru, stvara se dodatni pritisak. Kao što znate, kompresija je vrlo važna za obrtni moment. Bez intervencije u dizajnu pogonske jedinice i snažne turbine, ovaj se parametar ne može povećati. A budući da se para naglo širi, izgaranjem HTS-a oslobađa se više energije.

Treće, zbog prskanja vode gorivo se ne pregrijava i u motoru se ne stvara detonacija. To omogućuje upotrebu jeftinijeg benzina s nižim oktanskim brojem.

Četvrto, zbog gore navedenih čimbenika, vozač možda neće pritiskati papučicu gasa tako aktivno kako bi automobil učinio dinamičnijim. To se postiže raspršivanjem tekućine u motor s unutarnjim izgaranjem. Unatoč povećanju snage, potrošnja goriva nije povećana. U nekim slučajevima, s identičnim načinom vožnje, proždrljivost motora smanjuje se na 20 posto.

Zapravo, ovaj razvoj događaja ima protivnike. Najčešće zablude o ubrizgavanju vode su:

1. Što je s vodenim čekićem? Ne može se poreći da kada voda uđe u cilindre, motor doživi vodeni čekić. Budući da voda ima pristojnu gustoću kada je klip u taktu kompresije, ne može doći do gornje mrtve točke (to ovisi o količini vode), ali radilica se i dalje okreće. Ovaj postupak može saviti klipnjače, slomiti tipke itd. Zapravo je ubrizgavanje vode toliko malo da na udar kompresije to ne utječe.
2. Metal u dodiru s vodom vremenom zahrđa. To se neće dogoditi s ovim sustavom, jer temperatura u cilindrima pokrenutog motora prelazi 1000 stupnjeva. Voda na 100 stupnjeva prelazi u parno stanje. Dakle, tijekom rada sustava u motoru nema vode, već samo pregrijana para. Usput, kad gorivo gori, u ispušnim plinovima ima i male količine pare. Djelomični dokaz tome je izlijevanje vode iz ispušne cijevi (opisani su drugi razlozi za njezin izgled здесь).
3. Kada se voda pojavi u ulju, mast se emulgira. Ponovno, količina raspršene vode toliko je mala da jednostavno ne može ući u karter. Odmah postaje plin koji se uklanja zajedno s ispuhom.
4. Vruća para uništava uljni film, zbog čega pogonska jedinica hvata klin. Zapravo, para ili voda ne otapaju ulje. Najstvarnije otapalo je upravo benzin, ali istodobno uljni film ostaje stotinama tisuća kilometara.

Pogledajmo kako radi uređaj za prskanje vode u motor.

Kako funkcionira sustav ubrizgavanja vode

U moderne pogonske jedinice opremljene ovim sustavom mogu se instalirati različite vrste kompleta. U jednom se slučaju koristi jedna mlaznica koja se nalazi na ulazu usisnog razvodnika prije bifurkacije. Druga preinaka koristi nekoliko mlaznica ovog tipa raspodijeljena injekcija.

Najlakši način za montiranje takvog sustava je instaliranje zasebnog spremnika za vodu u koji će se postaviti električna pumpa. Na njega je spojena cijev kroz koju će se tekućina dovoditi u raspršivač. Kad motor dosegne željenu temperaturu (opisana je radna temperatura motora s unutarnjim izgaranjem u drugom članku), vozač započinje prskanje kako bi stvorio vlažnu maglu u usisnom razvodniku.

Najjednostavnija instalacija može se instalirati čak i na motor rasplinjača. Ali istodobno se ne može bez neke modernizacije usisnog trakta. U ovom slučaju, sustavom iz putničkog prostora upravlja vozač.

U naprednijim verzijama, koje se mogu naći u trgovinama za automatsko podešavanje, podešavanje načina raspršivanja pruža ili zasebni mikroprocesor ili je njegov rad povezan sa signalima koji dolaze iz ECU-a. U tom ćete slučaju za instalaciju sustava trebati koristiti usluge električara.

Uređaj suvremenih sustava za prskanje uključuje sljedeće elemente:

• Električna pumpa koja pruža pritisak do 10 bara;
• Jedna ili nekoliko mlaznica za prskanje vode (njihov broj ovisi o uređaju cijelog sustava i principu raspodjele vlažnog protoka po cilindrima);
• Kontroler je mikroprocesor koji kontrolira vrijeme i količinu ubrizgavanja vode. Na njega je spojena crpka. Zahvaljujući ovom elementu osigurava se stalno precizno doziranje. Algoritmi ugrađeni u neke mikroprocesore omogućuju sustavu da se automatski prilagodi različitim načinima rada pogonske jedinice;
• Spremnik za tekućinu koja se raspršuje u razdjelnik;
• Osjetnik razine smješten u ovom spremniku;
• Crijeva ispravne duljine i odgovarajući okovi.

Sustav radi prema ovom principu. Regulator ubrizgavanja prima signale od osjetnika protoka zraka (za više detalja o njegovom radu i neispravnostima pročitajte здесь). U skladu s tim podacima, pomoću odgovarajućih algoritama, mikroprocesor izračunava vrijeme i količinu raspršene tekućine. Ovisno o modifikaciji sustava, mlaznica se jednostavno može napraviti u obliku čahure s vrlo tankim raspršivačem.

Većina modernih sustava jednostavno daje signal za uključivanje / isključivanje crpke. U skupljim setovima postoji poseban ventil koji mijenja doziranje, ali u većini slučajeva ne radi ispravno. U osnovi se kontroler aktivira kad motor dostigne 3000 okretaja u minuti. i više. Prije instaliranja takve instalacije na svoj automobil, morate uzeti u obzir da većina proizvođača upozorava na nepravilan rad sustava na nekim automobilima. Nitko neće pružiti detaljan popis, jer sve ovisi o pojedinačnim parametrima pogonske jedinice.

Iako je glavna funkcija ubrizgavanja vode povećati snagu motora, uglavnom se koristi samo kao međuhladnjak za hlađenje protoka zraka koji dolazi iz usijane turbine.

Osim što povećavaju snagu motora, mnogi su sigurni da ubrizgavanje također čisti radnu šupljinu cilindra i ispušni trakt. Neki vjeruju da prisutnost pare u ispuhu stvara kemijsku reakciju koja neutralizira neke otrovne tvari, ali u ovom slučaju automobil neće trebati element kao što je automobilski katalizator ili složeni AdBlue sustav, o kojem možete pročitati . здесь.

Pumpanje vode djeluje samo pri velikim brzinama motora (mora biti dobro zagrijano, a protok zraka mora biti brz, tako da vlaga odmah ulazi u cilindre), a u većoj mjeri kod pogonskih agregata s turbopunjačem. Ovaj postupak pruža dodatni okretni moment i mali porast snage.

Ako je motor prirodno usisavan, tada neće postati znatno snažniji, ali definitivno neće trpjeti detonaciju. Za motor s unutarnjim izgaranjem s turbopunjačem, ubrizgavanje vode instalirano ispred kompresora pružit će povećanje učinkovitosti zbog smanjenja temperature dolaznog zraka. A za još veći učinak, takav sustav koristi prethodno spomenutu smjesu vode i metanola u omjeru 50x50.

Prednosti i nedostaci

Dakle, sustav ubrizgavanja vode omogućuje vam:

• Temperatura ulaznog zraka;
• Osigurati dodatno hlađenje elemenata komore za izgaranje;
• Ako se koristi nekvalitetni (niskooktanski) benzin, prskanje vodom povećava otpornost detonacije motora;
• Korištenje istog načina vožnje smanjuje potrošnju goriva. To znači da s istom dinamikom automobil emitira manje onečišćujućih tvari (naravno, to nije toliko učinkovito da automobil može bez katalizatora i drugih sustava za neutralizaciju otrovnih plinova);
• Ne samo za povećanje snage, već i okretanje motora zakretnim momentom povećanim za 25-30 posto;
• Do neke mjere očistite elemente usisnog i ispušnog sustava motora;
• Poboljšati odziv gasa i odziv papučice;
• Dovedite turbinu na radni tlak pri nižim brojevima okretaja motora.

Unatoč toliko korisnih značajki, ubrizgavanje vode je nepoželjno za konvencionalna vozila, a postoji nekoliko dobrih razloga zašto ga proizvođači ne primjenjuju u serijskim vozilima. Većina ih je zbog činjenice da sustav ima sportsko podrijetlo. U svijetu automobilskog sporta ekonomija goriva uglavnom se previđa. Ponekad potrošnja goriva dosegne 20 litara na sto. To je zbog činjenice da se motor često dovodi do maksimalne brzine, a vozač gotovo neprestano pritišće plin dok se ne zaustavi. Samo u ovom načinu primjetni je učinak injekcije.

Evo glavnih nedostataka sustava:

• Budući da je instalacija prvenstveno bila namijenjena poboljšanju performansi sportskih automobila, ovaj je razvoj učinkovit samo pri maksimalnoj snazi. Čim motor dosegne ovu razinu, regulator popravlja ovaj trenutak i ubrizgava vodu. Iz tog razloga, kako bi instalacija djelovala učinkovito, vozilo mora raditi u sportskom načinu. Pri niskim okretajima motor može biti više "zamišljen".
• Ubrizgavanje vode vrši se s određenim kašnjenjem. Prvo motor ulazi u način napajanja, odgovarajući algoritam aktivira se u mikroprocesoru i pumpi se šalje signal za uključivanje. Električna pumpa počinje pumpati tekućinu u vod, a tek nakon toga mlaznica ga počinje prskati. Ovisno o modifikaciji sustava, sve to može potrajati oko jedne milisekunde. Ako se automobil vozi u tihom načinu rada, prskanje uopće neće imati učinka.
• U izvedbama s jednom mlaznicom nemoguće je kontrolirati koliko vlage ulazi u određeni cilindar. Iz tog razloga, usprkos dobroj teoriji, praksa često pokazuje nestabilan rad motora, čak i s potpuno otvorenim gasom. To je zbog različitih temperaturnih uvjeta u pojedinim "posudama".
• Zimi sustav treba napuniti gorivo ne samo vodom, već i metanolom. Samo u tom slučaju, čak i za hladnog vremena, tekućina će se slobodno dovoditi u kolektor.
• Radi sigurnosti motora, ubrizgana voda mora se destilirati, a to je dodatni otpad. Ako upotrebljavate običnu vodu iz slavine, vrlo brzo će se na zidovima kontaktnih površina nakupiti naslage vapna (poput kamenca u kotlu). Prisutnost stranih čvrstih čestica u motoru opterećena je ranim raspadom jedinice. Iz tog razloga treba upotrijebiti destilat. U usporedbi s beznačajnom potrošnjom goriva (obični automobil nije predviđen za stalni rad u sportskom načinu, a zakonodavstvo to zabranjuje na javnim cestama), sama instalacija, njezino održavanje i uporaba destilata (a zimi - mješavine vode i metanol) je ekonomski neopravdan ...

U istini, neki se nedostaci mogu ispraviti. Na primjer, kako bi pogonska jedinica stabilno radila pri visokim okretajima u minuti ili pri maksimalnom opterećenju pri niskim okretajima, može se instalirati distribuirani sustav ubrizgavanja vode. U tom će slučaju mlaznice biti ugrađene po jedna za svaki usisni razvodnik, kao u identičan sustav goriva.

Međutim, cijena takve instalacije značajno raste, i to ne samo zbog dodatnih elemenata. Činjenica je da ubrizgavanje vlage ima smisla samo u slučaju pokretne struje zraka. Kad je usisni ventil (ili nekoliko u slučaju nekih preinaka motora) zatvoren, a to se događa tijekom tri ciklusa, zrak u cijevi je nepomičan.

Da bi se spriječilo uzaludno ulijevanje vode u kolektor (sustav ne osigurava uklanjanje viška vlage koja se nakuplja na zidovima kolektora), regulator mora odrediti u kojem trenutku i koja određena mlaznica treba početi raditi. Ova složena postavka zahtijeva skupi hardver. U usporedbi s neznatnim povećanjem snage za standardni automobil, takav je trošak neopravdan.

Naravno, svačija je stvar instalirati takav sustav na svoj automobil ili ne. Razmotrili smo i prednosti i nedostatke takvog dizajna. Uz to, predlažemo da pogledate detaljno video predavanje o tome kako funkcionira ubrizgavanje vode:

Teorija motora s unutarnjim izgaranjem: ubrizgavanje vode u usisni kanal

Pitanja i odgovori:

Što je injekcija metanola? Ovo je ubrizgavanje male količine vode ili metanola u motor koji radi. To povećava otpornost na detonaciju lošeg goriva, smanjuje emisiju štetnih tvari, povećava okretni moment i snagu motora s unutarnjim izgaranjem.

Čemu služi ubrizgavanje vode metanolom? Ubrizgavanje metanola hladi zrak koji uvlači motor i smanjuje vjerojatnost kucanja motora. Time se povećava učinkovitost motora zbog velikog toplinskog kapaciteta vode.

Kako funkcionira sustav Vodomethanol? Ovisi o modifikaciji sustava. Najučinkovitiji je sinkroniziran s mlaznicama goriva. Ovisno o njihovom opterećenju, ubrizgava se vodeni metanol.

Za što se koristi Vodomethanol? Ova se tvar koristila u Sovjetskom Savezu u motorima zrakoplova prije pojave mlaznih motora. Vodeni metanol smanjio je detonaciju u motoru s unutarnjim izgaranjem i učinio izgaranje HTS-a glatkim.