Vandens įpurškimas į automobilio variklį

Variklio galia yra labiausiai paplitusi tema automobilininkų ratuose. Beveik kiekvienas vairuotojas bent kartą pagalvojo, kaip padidinti maitinimo bloko našumą. Vieni montuoja turbinas, kiti - cilindrus ir pan. (aprašyti kiti galios didinimo metodai kitoje švаthie). Daugelis, besidominčių automobilių derinimu, žino sistemas, kurios tiekia nedidelį kiekį vandens ar jo mišinio metanoliu.

Daugumai vairuotojų yra žinoma tokia sąvoka kaip variklio vandens plaktukas (taip pat yra a atskira apžvalga). Kaip vanduo, kuris išprovokuoja vidaus degimo variklio sunaikinimą, tuo pačiu gali padidinti jo veikimą? Pabandykime išspręsti šią problemą ir atsižvelgti į vandens metanolio įpurškimo sistemos privalumus ir trūkumus maitinimo bloke.

Kas yra vandens įpurškimo sistema?

Trumpai tariant, ši sistema yra bakas, į kurį pilamas vanduo, bet dažniau metanolio ir vandens mišinys 50/50 santykiu. Jis turi elektrinį variklį, pavyzdžiui, iš priekinio stiklo plovimo. Sistema sujungta elastingais vamzdeliais (pačioje pigiausioje versijoje paimamos žarnos iš lašintuvo), kurių gale sumontuotas atskiras antgalis. Priklausomai nuo sistemos versijos, įpurškimas atliekamas per vieną ar kelis purkštuvus. Vanduo tiekiamas, kai į cilindrą patenka oras.

Jei mes paimsime gamyklinę versiją, tada įrenginyje bus specialus siurblys, valdomas elektroniniu būdu. Sistema turės vieną ar daugiau jutiklių, kurie padės nustatyti purškiamo vandens momentą ir kiekį.

Viena vertus, atrodo, kad vanduo ir variklis yra nesuderinamos sąvokos. Oro ir kuro mišinio degimas vyksta cilindre, ir, kaip visi žino nuo vaikystės, liepsną (jei dega ne chemikalai) užgesina vanduo. Tie, kurie iš savo patirties „susipažino“ su hidrauliniu variklio smūgiu, buvo įsitikinę, kad vanduo yra pati paskutinė medžiaga, kuri turėtų patekti į variklį.

Tačiau vandens įpurškimo idėja nėra paauglių vaizduotės vaisius. Tiesą sakant, šiai idėjai yra beveik šimtas metų. Ketvirtajame dešimtmetyje kariniams poreikiams Harry Ricardo patobulino „Rolls-Royce Merlin“ lėktuvo variklį, taip pat sukūrė sintetinį benziną, kurio oktaninis skaičius yra didelis. čia) orlaivių vidaus degimo varikliams. Tokių degalų trūkumas yra didelė detonacijos rizika variklyje. Kodėl šis procesas pavojingas? atskirai, bet trumpai tariant, oro ir kuro mišinys turėtų degti tolygiai, o šiuo atveju jis tiesiogine prasme sprogsta. Dėl to įrenginio dalys patiria pernelyg didelę įtampą ir greitai sugenda.

Siekdamas kovoti su šiuo poveikiu, G. Ricardo atliko daugybę tyrimų, dėl kurių jam pavyko pasiekti detonacijos slopinimą dėl vandens įpurškimo. Remiantis jo įvykiais, vokiečių inžinieriams pavyko beveik padvigubinti savo lėktuvuose esančių vienetų galią. Tam buvo naudojama sudėtis MW50 (metanolio ploviklis). Pavyzdžiui, naikintuvas „Focke-Wulf 190D-9“ buvo aprūpintas tuo pačiu varikliu. Jo maksimali galia buvo 1776 arklio galios, tačiau su trumpu degikliu (minėtas mišinys buvo tiekiamas į cilindrus) ši juosta pakilo iki 2240 „arklių“.

Ši plėtra buvo naudojama ne tik šiame lėktuvo modelyje. Vokietijos ir Amerikos aviacijos arsenale buvo kelios modifikacijos jėgos blokuose.

Jei kalbėsime apie serijinius automobilius, tai „Oldsmobile F85 Jetfire“ modelis, nuriedėjęs nuo surinkimo linijos 62 -aisiais praėjusio amžiaus metais, gavo gamyklinį vandens įpurškimo įrenginį. Kitas serijinis automobilis su tokiu variklio stiprinimu yra „Saab 99 Turbo“, išleistas 1967 m.

„Oldsmobile F85 Jetfire“

„Saab 99 Turbo“

Šios sistemos populiarumas įgavo pagreitį dėl jos taikymo 1980-90 m. sportiniuose automobiliuose. Taigi 1983 metais „Renault“ savo „Formulės 1“ automobilius aprūpina 12 litrų talpos baku, kuriame sumontuotas elektrinis siurblys, slėgio reguliatorius ir reikiamas purkštukų skaičius. Iki 1986 metų komandos inžinieriams pavyko padidinti jėgos agregato sukimo momentą ir galią nuo 600 iki 870 arklio galių.

Lenktyniniame automobilių gamintojų kare „Ferrari“ taip pat nenorėjo „ganyti užpakalinės dalies“, ir nusprendė šią sistemą naudoti kai kuriuose savo sportiniuose automobiliuose. Šios modernizacijos dėka prekės ženklui pavyko užimti lyderio poziciją tarp dizainerių. Tą pačią koncepciją sukūrė „Porsche“ prekės ženklas.

Panašūs atnaujinimai buvo atlikti su automobiliais, kurie dalyvavo WRC serijos lenktynėse. Tačiau 90-ųjų pradžioje tokių varžybų organizatoriai (įskaitant F-1) pakeitė nuostatus ir uždraudė naudoti šią sistemą lenktyniniuose automobiliuose.

Dar vieną proveržį automobilių sporte padarė panašus įvykis „drag racing“ varžybose 2004 m. ¼ mylios pasaulio rekordą sumušė dvi skirtingos transporto priemonės, nepaisant bandymų pasiekti etapą su įvairiomis jėgos pavaros modifikacijomis. Šiuose dyzeliniuose automobiliuose buvo įrengtas vandens tiekimas į įsiurbimo kolektorių.

Laikui bėgant, automobiliai pradėjo gauti tarpinius aušintuvus, kurie sumažina oro srauto temperatūrą, kol jis nepatenka į įleidimo kolektorių. Dėl to inžinieriai sugebėjo sumažinti beldimo riziką, o įpurškimo sistemos nebereikėjo. Staigus galios padidėjimas tapo įmanomas įvedus azoto oksido tiekimo sistemą (oficialiai pasirodė 2011 m.).

2015 metais vėl pradėjo pasirodyti naujienos apie vandens įpurškimą. Pavyzdžiui, naujasis BMW sukurtas „MotoGP“ automobilis turi klasikinį vandens purškimo rinkinį. Oficialiame riboto leidimo automobilio pristatyme Bavarijos automobilių gamintojo atstovas pareiškė, kad ateityje planuojama išleisti seriją civilinių modelių su panašia sistema.

Ką varikliui suteikia vandens ar metanolio įpurškimas?

Taigi pereikime nuo istorijos prie praktikos. Kodėl varikliui reikia vandens įpurškimo? Kai į įleidimo kolektorių patenka griežtai ribotas skysčio kiekis (purškiamas ne daugiau kaip 0.1 mm lašas), sąlytyje su karšta terpe jis iškart virsta dujine būsena, kurioje yra didelis deguonies kiekis.

Aušinamas BTC suspaudžiamas daug lengviau, o tai reiškia, kad alkūniniam velenui reikia naudoti šiek tiek mažiau jėgos, norint atlikti suspaudimo eigą. Taigi diegimas leidžia išspręsti kelias problemas vienu metu.

Pirma, karšto oro tankis mažesnis (eksperimento tikslu tuščią plastikinį butelį galite iš šilto namo išnešti į šaltį - jis tinkamai susitraukia), taigi mažiau deguonies pateks į cilindrą, o tai reiškia, kad benzinas ar dyzelinas kuras degs blogiau. Norėdami pašalinti šį efektą, daugelis variklių turi turbokompresorius. Bet ir šiuo atveju oro temperatūra nesumažėja, nes klasikinės turbinos varomos karštomis išmetamosiomis dujomis, kurios eina per išmetimo kolektorių. Purškiamas vanduo leidžia į cilindrus tiekti daugiau deguonies, kad pagerėtų degimo efektyvumas. Savo ruožtu tai turės teigiamą poveikį katalizatoriui (išsamesnės informacijos skaitykite atskiroje apžvalgoje).

Antra, vandens įpurškimas leidžia padidinti maitinimo bloko galią nekeičiant jo darbinio tūrio ir nepakeičiant jo konstrukcijos. Priežastis ta, kad garinėje būsenoje drėgmė užima daug daugiau tūrio (pagal kai kuriuos skaičiavimus, tūris padidėja 1700 kartų). Kai vanduo išgaruoja uždaroje erdvėje, atsiranda papildomas slėgis. Kaip žinote, suspaudimas yra labai svarbus sukimo momentui. Be įsikišimo į maitinimo bloko ir galingos turbinos projektavimą šis parametras negali būti padidintas. Kadangi garai smarkiai plečiasi, degant HTS išsiskiria daugiau energijos.

Trečia, dėl vandens purškimo kuras neperkaista ir variklyje nesusidaro detonacija. Tai leidžia naudoti pigesnį benziną su mažesniu oktaniniu skaičiumi.

Ketvirta, dėl pirmiau išvardytų veiksnių vairuotojas gali ne taip aktyviai spausti dujų pedalo, kad automobilis taptų dinamiškesnis. Tai užtikrinama purškiant skysčius į vidaus degimo variklį. Nepaisant galios padidėjimo, degalų sąnaudos nedidėja. Kai kuriais atvejais, esant vienodam važiavimo režimui, variklio apgaulingumas sumažėja iki 20 procentų.

Tiesą sakant, ši raida turi priešininkų. Dažniausios klaidingos nuomonės apie vandens įpurškimą yra:

1. O vandens plaktukas? Negalima paneigti, kad kai vanduo patenka į cilindrus, variklis patiria vandens plaktuką. Kadangi stūmoklio suspaudimo eigoje vanduo turi tinkamą tankį, jis negali pasiekti viršutinio aklavietės (tai priklauso nuo vandens kiekio), tačiau alkūninis velenas toliau sukasi. Šis procesas gali sulenkti švaistiklius, sulaužyti raktus ir kt. Tiesą sakant, vandens įpurškimas yra toks mažas, kad suspaudimo smūgis neturi įtakos.
2. Metalas laikui bėgant rūdys, liestis su vandeniu. Tai nenutiks naudojant šią sistemą, nes veikiančio variklio cilindruose temperatūra viršija 1000 laipsnių. 100 laipsnių vanduo virsta garine būsena. Taigi veikiant sistemai variklyje nėra vandens, o tik perkaitinti garai. Beje, degant kurui, išmetamosiose dujose taip pat yra nedidelis garų kiekis. Dalinis to įrodymas yra vanduo, ištekantis iš išmetimo vamzdžio (aprašytos kitos jo išvaizdos priežastys čia).
3. Kai aliejuje pasirodo vanduo, riebalai emulguojasi. Vėlgi, purškiamo vandens kiekis yra toks mažas, kad jis tiesiog negali patekti į karterį. Tai iškart tampa dujomis, kurios pašalinamos kartu su išmetamosiomis dujomis.
4. Karšti garai sunaikina alyvos plėvelę, todėl maitinimo blokas užstringa pleište. Iš tikrųjų garai ar vanduo netirpdo aliejaus. Tikriausias tirpiklis yra tik benzinas, tačiau tuo pačiu metu naftos plėvelė išlieka šimtus tūkstančių kilometrų.

Pažiūrėkime, kaip veikia vandens purškimo į variklį prietaisas.

Kaip veikia vandens įpurškimo sistema

Šiuolaikiniuose maitinimo blokuose, kuriuose įrengta ši sistema, galima montuoti įvairių tipų rinkinius. Vienu atveju naudojamas vienas purkštukas, esantis ant įsiurbimo kolektoriaus įleidimo angos prieš išsišakojimą. Kitoje modifikacijoje naudojami keli tokio tipo purkštukai paskirstyta injekcija.

Lengviausias būdas montuoti tokią sistemą yra įrengti atskirą vandens rezervuarą, į kurį bus dedamas elektrinis siurblys. Prie jo prijungtas vamzdis, per kurį skystis bus tiekiamas į purkštuvą. Kai variklis pasiekia norimą temperatūrą (aprašoma vidaus degimo variklio darbinė temperatūra) kitame straipsnyje), vairuotojas pradeda purkšti, kad įsiurbimo kolektoriuje susidarytų drėgna rūkas.

Paprasčiausias montavimas gali būti montuojamas net ant karbiuratoriaus variklio. Tačiau tuo pačiu metu negalima apsieiti be tam tikro įleidimo takų modernizavimo. Tokiu atveju sistemą iš keleivių salono valdo vairuotojas.

Pažangesnėse versijose, kurias galima rasti automatinio derinimo parduotuvėse, purškimo režimo nustatymą pateikia atskiras mikroprocesorius arba jo veikimas siejamas su signalais, gaunamais iš ECU. Tokiu atveju, norėdami įdiegti sistemą, turėsite pasinaudoti autoelektriko paslaugomis.

Šiuolaikinių purškimo sistemų įtaisą sudaro šie elementai:

• Elektrinis siurblys, užtikrinantis slėgį iki 10 barų;
• Vienas ar keli vandens purškimo purkštukai (jų skaičius priklauso nuo visos sistemos įtaiso ir šlapio srauto paskirstymo per cilindrus principo);
• Valdiklis yra mikroprocesorius, valdantis vandens įpurškimo laiką ir kiekį. Prie jo prijungtas siurblys. Šio elemento dėka užtikrinama pastovi didelio tikslumo dozė. Kai kuriuose mikroprocesoriuose įmontuoti algoritmai leidžia sistemai automatiškai prisitaikyti prie skirtingų maitinimo bloko darbo režimų;
• Bakas skysčiui purkšti į kolektorių;
• Šiame bakelyje esantis lygio jutiklis;
• Tinkamo ilgio ir tinkamos jungiamosios žarnos.

Sistema veikia pagal šį principą. Įpurškimo valdiklis gauna signalus iš oro srauto jutiklio (daugiau informacijos apie jo veikimą ir veikimo sutrikimus skaitykite čia). Remdamasis šiais duomenimis, naudodamas tinkamus algoritmus, mikroprocesorius apskaičiuoja purškiamo skysčio laiką ir kiekį. Priklausomai nuo sistemos modifikacijos, purkštukas gali būti tiesiog pagamintas rankovės pavidalu su labai plonu purkštuvu.

Dauguma šiuolaikinių sistemų tiesiog duoda signalą įjungti / išjungti siurblį. Brangesniuose rinkiniuose yra specialus vožtuvas, kuris keičia dozę, tačiau daugeliu atvejų jis neveikia tinkamai. Iš esmės valdiklis įsijungia, kai variklis pasiekia 3000 aps./min. ir dar. Prieš įdiegdami tokią instaliaciją savo automobilyje, turite atsižvelgti į tai, kad dauguma gamintojų įspėja apie neteisingą kai kurių automobilių sistemos veikimą. Niekas nepateiks išsamaus sąrašo, nes viskas priklauso nuo atskirų maitinimo bloko parametrų.

Nors pagrindinė vandens įpurškimo funkcija yra padidinti variklio galią, jis daugiausia naudojamas tik kaip tarpinis aušintuvas, skirtas vėsinti oro srautą, kylantį iš raudonai įkaitusios turbinos.

Be variklio galios padidinimo, daugelis yra įsitikinę, kad įpurškimas taip pat valo cilindro ir išmetimo trakto darbinę ertmę. Kai kurie mano, kad garuose išmetamosiose dujose susidaro cheminė reakcija, kuri neutralizuoja kai kurias toksines medžiagas, tačiau šiuo atveju automobiliui nereikės tokio elemento kaip automobilio katalizatorius ar sudėtinga „AdBlue“ sistema, apie kurią galite perskaityti . čia.

Vandens siurbimas veikia tik esant dideliam variklio sūkių skaičiui (jis turi būti gerai sušilęs, o oro srautas turi būti greitas, kad drėgmė iškart patektų į cilindrus), o didesniu mastu - turbokompresoriuose. Šis procesas sukuria papildomą sukimo momentą ir šiek tiek padidina galią.

Jei variklis yra natūraliai įsiurbiantis, tada jis netaps žymiai galingesnis, tačiau jis tikrai nenukentės nuo detonacijos. Vidaus degimo varikliui su turbokompresoriumi vandens įpurškimas, sumontuotas prieš kompresorių, padidins efektyvumą, sumažindamas įeinančio oro temperatūrą. Ir dar didesniam efektui tokioje sistemoje naudojamas anksčiau minėtas vandens ir metanolio mišinys proporcingai 50x50.

Privalumai ir trūkumai

Taigi, vandens įpurškimo sistema leidžia:

• Įsiurbiamo oro temperatūra;
• Užtikrinkite papildomą degimo kameros elementų aušinimą;
• Jei naudojamas žemos kokybės (mažai oktaninis) benzinas, purškiant vandenį padidėja variklio detonacijos atsparumas;
• Naudojant tą patį važiavimo režimą sumažėja degalų sąnaudos. Tai reiškia, kad su ta pačia dinamika automobilis išmeta mažiau teršalų (žinoma, tai nėra taip efektyvu, kad automobilis galėtų apsieiti be katalizatoriaus ir kitų nuodingų dujų neutralizavimo sistemų);
• Ne tik padidinti jėgą, bet ir priversti variklį pasisukti sukimo momentą padidinus 25–30 procentų;
• Tam tikru mastu nuvalykite variklio įsiurbimo ir išmetimo sistemos elementus;
• Pagerinti droselio reakciją ir pedalo reakciją;
• Saugokite turbiną iki darbinio slėgio esant mažesniam variklio sūkių skaičiui.

Nepaisant tiek daug naudingų funkcijų, vandens įpurškimas yra nepageidaujamas įprastoms transporto priemonėms, ir yra keletas svarių priežasčių, kodėl automobilių gamintojai to neįgyvendina serijinėse transporto priemonėse. Dauguma jų yra dėl to, kad sistema turi sportinę kilmę. Automobilių sporto pasaulyje kur kas ekonomiškiau nepaisoma. Kartais degalų sąnaudos siekia 20 litrų šimtui. Taip yra dėl to, kad varikliui dažnai pakeliami maksimalūs sūkiai, o vairuotojas beveik nuolat spaudžia dujas, kol jos sustoja. Tik šiuo režimu pastebimas injekcijos poveikis.

Taigi, čia yra pagrindiniai sistemos trūkumai:

• Kadangi įrengimas pirmiausia buvo skirtas pagerinti sportinių automobilių eksploatacines savybes, ši plėtra yra efektyvi tik esant maksimaliai galiai. Kai tik variklis pasiekia šį lygį, valdiklis nustato šį momentą ir įpurškia vandens. Dėl šios priežasties, kad įrengimas veiktų efektyviai, transporto priemonė turi būti valdoma sportiniu režimu. Esant žemoms apsukoms, variklis gali būti labiau „persi“.
• Vandens įpurškimas atliekamas šiek tiek vėluojant. Pirma, variklis persijungia į maitinimo režimą, mikroprocesoriuje įjungiamas atitinkamas algoritmas ir siunčiamas signalas siurbliui įsijungti. Elektrinis siurblys pradeda pumpuoti skystį į vamzdyną ir tik po to purkštukas pradeda jį purkšti. Priklausomai nuo sistemos modifikacijos, visa tai gali užtrukti apie vieną milisekundę. Jei automobilis važiuoja ramiu režimu, purškimas neturės jokio poveikio.
• Versijose su vienu antgaliu neįmanoma kontroliuoti, kiek drėgmės patenka į tam tikrą cilindrą. Dėl šios priežasties, nepaisant geros teorijos, praktika dažnai rodo nestabilų variklio darbą net ir visiškai atidarius droselį. Taip yra dėl skirtingų temperatūros sąlygų atskiruose „puoduose“.
• Žiemą sistemą reikia papildyti ne tik vandeniu, bet ir metanoliu. Tik tokiu atveju net šaltu oru skystis bus laisvai tiekiamas į kolektorių.
• Dėl variklio saugumo įpurškiamas vanduo turi būti distiliuotas, ir tai yra papildomos atliekos. Jei naudojate paprastą vandentiekio vandenį, labai greitai ant kontaktinių paviršių sienų susikaups kalkių nuosėdos (pavyzdžiui, skalės virdulyje). Svetimos kietųjų dalelių buvimas variklyje yra susijęs su ankstyvu įrenginio sugedimu. Dėl šios priežasties turėtų būti naudojamas distiliatas. Palyginti su nereikšmingu degalų taupymu (įprastas automobilis nėra skirtas nuolatiniam naudojimui sportiniu režimu, o teisės aktai tai draudžia viešaisiais keliais), pats įrengimas, jo priežiūra ir distiliato (o žiemą - vandens ir metanolis) yra ekonomiškai nepagrįsta ...

Tiesą sakant, kai kuriuos trūkumus galima pašalinti. Pavyzdžiui, norint, kad maitinimo blokas veiktų stabiliai esant dideliam apsisukimui arba esant didžiausiai apkrovai, esant mažam apsisukimui, galima įrengti paskirstytą vandens įpurškimo sistemą. Tokiu atveju purkštukai bus sumontuoti po vieną kiekvienam įleidimo kolektoriui, kaip ir identiškoje degalų sistemoje.

Tačiau tokio įrengimo kaina žymiai padidėja ir ne tik dėl papildomų elementų. Faktas yra tas, kad drėgmės įpurškimas yra prasmingas tik judančio oro srauto atveju. Kai įsiurbimo vožtuvas (arba keli, kai kurios variklio modifikacijos atveju) yra uždarytas, ir tai vyksta tris ciklus, oras vamzdyje yra nejudantis.

Kad vanduo veltui nenutekėtų į kolektorių (sistema nenumato pašalinti ant kolektoriaus sienelių besikaupiančią perteklinę drėgmę), valdiklis turi nustatyti, kurią akimirką ir kuris konkretus purkštukas turėtų veikti. Šiai sudėtingai sąrankai reikalinga brangi aparatūra. Palyginti su nereikšmingu standartinio automobilio galios padidėjimu, tokios išlaidos nėra pateisinamos.

Žinoma, kiekvieno reikalas yra įdiegti tokią sistemą savo automobilyje ar ne. Mes apsvarstėme tokio dizaino privalumus ir trūkumus. Be to, siūlome pažiūrėti išsamią video paskaitą apie tai, kaip veikia vandens įpurškimas:

Vidaus degimo variklių teorija: vandens įpurškimas į įleidimo traktą

Klausimai ir atsakymai:

Kas yra metanolio įpurškimas? Tai nedidelio vandens ar metanolio kiekio įpurškimas į veikiantį variklį. Tai padidina prasto kuro atsparumą detonacijai, sumažina kenksmingų medžiagų emisiją, padidina vidaus degimo variklio sukimo momentą ir galią.

Kam skirta metanolio vandens injekcija? Metanolio įpurškimas atvėsina variklio įsiurbtą orą ir sumažina variklio dūžio tikimybę. Tai padidina variklio efektyvumą dėl didelės vandens šiluminės talpos.

Kaip veikia Vodomethanol sistema? Tai priklauso nuo sistemos modifikacijos. Veiksmingiausias yra sinchronizuojamas su degalų purkštukais. Atsižvelgiant į jų apkrovą, įpurškiamas vandens metanolis.

Kam vartojamas Vodomethanol? Ši medžiaga Sovietų Sąjungoje buvo naudojama orlaivių varikliuose prieš atsirandant reaktyviniams varikliams. Vandens metanolis sumažino detonaciją vidaus degimo variklyje ir padarė HTS degimą sklandžiai.