Vbrizgavanje vode v avtomobilski motor

Moč motorja je najpogostejša tema v avtomobilističnih krogih. Skoraj vsak avtomobilist je vsaj enkrat pomislil, kako povečati zmogljivost pogonske enote. Nekateri namestijo turbine, drugi vrtijo jeklenke itd. (opisani so drugi načini povečanja moči v drugem svаkravato). Mnogi, ki jih zanima uglaševanje avtomobilov, poznajo sisteme, ki oskrbujejo z metanolom majhno količino vode ali njene mešanice.

Večina avtomobilistov pozna takšen koncept, kot je vodni udar motorja (obstaja tudi ločen pregled). Kako lahko voda, ki povzroči uničenje motorja z notranjim zgorevanjem, hkrati poveča njegovo zmogljivost? Poskusimo se spoprijeti s tem vprašanjem in razmisliti tudi o prednostih in slabostih sistema za vbrizgavanje vodnega metanola v pogonski enoti.

Kaj je sistem za vbrizgavanje vode?

Skratka, ta sistem je rezervoar, v katerega se vlije voda, vendar pogosteje mešanica metanola in vode v razmerju 50/50. Ima električni motor, na primer iz naprave za pranje vetrobranskega stekla. Sistem je povezan z elastičnimi cevmi (v najbolj proračunski različici se vzamejo cevi iz kapalke), na koncu katerih je nameščena ločena šoba. Odvisno od različice sistema se vbrizgavanje izvede preko enega ali več atomizerjev. Voda se dovaja, ko se zrak v valj potegne.

Če vzamemo tovarniško različico, bo enota imela posebno črpalko, ki je elektronsko krmiljena. Sistem bo imel enega ali več senzorjev, ki bodo pomagali določiti trenutek in količino razpršene vode.

Po eni strani se zdi, da sta voda in motor nezdružljiva pojma. Zgorevanje mešanice zrak-gorivo poteka v jeklenki in, kot vsi vemo že od otroštva, plamen (če ne gorijo kemikalije) z vodo ugasne. Tisti, ki so se s hidravličnim udarcem motorja "seznanili", so bili iz lastnih izkušenj prepričani, da je voda ravno zadnja snov, ki bi morala priti v motor.

Vendar ideja o vbrizgavanju vode ni plod najstniške domišljije. Pravzaprav je ta ideja stara skoraj sto let. V tridesetih letih prejšnjega stoletja je Harry Ricardo za vojaške potrebe izboljšal letalski motor Rolls-Royce Merlin in razvil tudi sintetični bencin z visokim oktanskim številom. tukaj) za zrakoplove z notranjim zgorevanjem. Pomanjkanje takega goriva je velika nevarnost detonacije v motorju. Zakaj je ta postopek nevaren? ločeno, toda skratka, mešanica zrak-gorivo bi morala enakomerno goreti in v tem primeru dobesedno eksplodira. Zaradi tega so deli enote pretirano obremenjeni in hitro odpovedo.

Za boj proti temu učinku je G. Ricardo izvedel številne študije, zaradi katerih je lahko dosegel zatiranje detonacije zaradi vbrizgavanja vode. Na podlagi njegovega razvoja je nemškim inženirjem uspelo skoraj podvojiti moč enot v svojih letalih. Za to je bila uporabljena sestava MW50 (metanol wasser). Na primer, lovec Focke-Wulf 190D-9 je bil opremljen z istim motorjem. Njegova največja moč je bila 1776 konjskih moči, toda s kratkim dožigalnikom (zgoraj omenjena mešanica je bila dovedena v cilindre) se je ta palica povzpela na 2240 "konjev".

Ta razvoj je bil uporabljen ne samo pri tem modelu letala. V arzenalu nemškega in ameriškega letalstva je bilo več modifikacij pogonskih enot.

Če govorimo o serijskih avtomobilih, potem je model Oldsmobile F85 Jetfire, ki je z montažne linije zašel v 62. letu prejšnjega stoletja, dobil tovarniško namestitev vbrizgavanja vode. Še en serijski avtomobil s povečanim motorjem na ta način je Saab 99 Turbo, izdan leta 1967.

Oldsmobil F85 Jetfire

Dobil bom 99 Turbo

Priljubljenost tega sistema je pridobila zagon zaradi njegove uporabe v letih 1980-90. v športnih avtomobilih. Tako je Renault leta 1983 svoje avtomobile formule 1 opremil z 12-litrskim rezervoarjem, v katerem so bili nameščeni električna črpalka, regulator tlaka in potrebno število injektorjev. Do leta 1986 so inženirji ekipe uspeli povečati navor in moč pogonske enote s 600 na 870 konjskih moči.

V dirkalni vojni proizvajalcev avtomobilov tudi Ferrari ni hotel "pasti zadaj" in se je odločil za uporabo tega sistema v nekaterih svojih športnih avtomobilih. Blagovna znamka je s to posodobitvijo uspela pridobiti vodilni položaj med oblikovalci. Isti koncept je razvila blagovna znamka Porsche.

Podobne nadgradnje so izvedli tudi z avtomobili, ki so sodelovali na dirkah iz serije WRC. Vendar so v zgodnjih 90-ih organizatorji tovrstnih tekmovanj (vključno s F-1) spremenili predpise in prepovedali uporabo tega sistema v dirkalnih avtomobilih.

Še en preboj v avtomobilski svet je s podobnim razvojem dosegel na tekmovanjih v drag racingu leta 2004. Svetovni rekord ¼ milje sta podrli dve različni vozili, kljub poskusom doseči mejnik z različnimi spremembami pogonskega sklopa. Ti dizelski avtomobili so bili opremljeni s kolektorjem za dovajanje vode.

Sčasoma so avtomobili začeli prejemati hladilnike zraka, ki znižujejo temperaturo zračnega toka, preden ta vstopi v sesalni kolektor. Zahvaljujoč temu so inženirji lahko zmanjšali tveganje trkanja in sistem vbrizgavanja ni bil več potreben. Močno povečanje moči je postalo mogoče zaradi uvedbe sistema za oskrbo z dušikovim oksidom (uradno se je pojavil leta 2011).

Leta 2015 so se spet začele pojavljati novice o vbrizgavanju vode. Na primer, novi varnostni avtomobil MotoGP, ki ga je razvil BMW, ima klasičen komplet za brizganje vode. Na uradni predstavitvi avtomobila z omejeno serijo je predstavnik bavarskega proizvajalca avtomobilov dejal, da se v prihodnosti načrtuje izid linije civilnih modelov s podobnim sistemom.

Kaj daje vbrizgavanje vode ali metanola motorju?

Preidimo torej iz zgodovine k praksi. Zakaj motor potrebuje vbrizg vode? Ko v sesalni kolektor vstopi strogo omejena količina tekočine (razprši se kapljica največ 0.1 mm), ob stiku z vročim medijem takoj preide v plinasto stanje z visoko vsebnostjo kisika.

Ohlajeni BTC stisne veliko lažje, kar pomeni, da mora ročična gred za izvedbo stiskalnega giba uporabiti nekoliko manj sile. Tako namestitev omogoča reševanje več težav hkrati.

Prvič, vroč zrak ima manjšo gostoto (zaradi eksperimenta lahko prazno plastično steklenico odnesete iz tople hiše na hladno - ta se bo spodobno skrčila), zato bo v jeklenko vstopilo manj kisika, kar pomeni, da bencin ali dizelsko gorivo gorivo bo zgorelo slabše. Da bi odpravili ta učinek, so številni motorji opremljeni s turbopolnilniki. A tudi v tem primeru temperatura zraka ne pade, saj klasične turbine poganja vroč izpuh, ki gre skozi izpušni kolektor. Škropljenje vode omogoča dovajanje več kisika v jeklenke za izboljšanje učinkovitosti zgorevanja. To pa bo pozitivno vplivalo na katalizator (za podrobnosti preberite v ločenem pregledu).

Drugič, vbrizgavanje vode vam omogoča, da povečate moč agregata, ne da bi spremenili njegovo delovno prostornino in ne da bi spremenili njegovo zasnovo. Razlog je v tem, da v hlapnem stanju vlaga zavzame veliko več volumna (po nekaterih izračunih se prostornina poveča 1700-krat). Ko voda izhlapi v zaprtem prostoru, nastane dodaten pritisk. Kot veste, je stiskanje zelo pomembno za navor. Brez poseganja v zasnovo pogonske enote in močne turbine tega parametra ni mogoče povečati. In ker se para močno širi, se iz zgorevanja HTS sprosti več energije.

Tretjič, zaradi škropljenja vode se gorivo ne pregreje in v motorju ne nastane detonacija. To omogoča uporabo cenejšega bencina z nižjim oktanskim številom.

Četrtič, zaradi zgoraj naštetih dejavnikov voznik ne sme pritiskati na stopalko za plin tako aktivno, da bo avto bolj dinamičen. To zagotovimo s pršenjem tekočine v motor z notranjim zgorevanjem. Kljub povečanju moči se poraba goriva ne poveča. V nekaterih primerih se z enakim načinom vožnje požrešnost motorja zmanjša na 20 odstotkov.

V resnici ima ta razvoj nasprotnike. Najpogostejše napačne predstave o vbrizgavanju vode so:

1. Kaj pa vodni udar? Ni mogoče zanikati, da ima motor, ko voda vstopi v jeklenke, vodni kladivo. Ker ima voda primerno gostoto, ko je bat v stiskalnem gibu, ne more doseči zgornje mrtve točke (to je odvisno od količine vode), vendar se ročična gred še naprej vrti. Ta postopek lahko upogne ojnice, zlomi ključe itd. Pravzaprav je vbrizgavanje vode tako majhno, da na stiskalni udar to ne vpliva.
2. Kovina bo sčasoma zarjavela v stiku z vodo. Pri tem sistemu se to ne bo zgodilo, ker temperatura v valjih delujočega motorja presega 1000 stopinj. Voda se pri 100 stopinjah spremeni v hlapno stanje. Torej med delovanjem sistema v motorju ni vode, temveč le pregreta para. Mimogrede, ko gorivo gori, je v izpušnih plinih tudi majhna količina pare. Delni dokaz tega je izlivanje vode iz izpušne cevi (opisani so tudi drugi razlogi za njen videz tukaj).
3. Ko se v olju pojavi voda, se mast emulgira. Ponovno je količina razpršene vode tako majhna, da preprosto ne more vstopiti v ročico motorja. Takoj postane plin, ki se odstrani skupaj z izpuhom.
4. Vroča para uniči oljni film, zaradi česar pogonska enota ujame klin. Dejansko para ali voda ne raztapljata olja. Najbolj resnično topilo je zgolj bencin, hkrati pa oljni film ostane na stotisoče kilometrov.

Poglejmo, kako deluje naprava za brizganje vode v motor.

Kako deluje sistem za vbrizgavanje vode

V sodobne pogonske enote, opremljene s tem sistemom, je mogoče namestiti različne tipe kompletov. V enem primeru se uporabi ena šoba, ki se nahaja na dovodu sesalnega kolektorja pred bifurkacijo. Druga sprememba uporablja več injektorjev te vrste porazdeljena injekcija.

Tak sistem najlažje namestite tako, da namestite ločen rezervoar za vodo, v katerem bo nameščena električna črpalka. Nanj je priključena cev, skozi katero se bo tekočina dovajala v razpršilec. Ko motor doseže želeno temperaturo (opisana je delovna temperatura motorja z notranjim zgorevanjem v drugem članku), voznik začne pršiti, da ustvari mokro meglico v sesalnem kolektorju.

Najenostavnejšo namestitev je mogoče namestiti celo na motor uplinjača. A hkrati ni mogoče storiti brez neke posodobitve sesalnega trakta. V tem primeru sistem nadzoruje voznik iz potniškega prostora.

V naprednejših različicah, ki jih najdete v trgovinah za samodejno uglaševanje, nastavitev načina pršenja zagotavlja ločen mikroprocesor ali pa je njegovo delovanje povezano s signali, ki prihajajo iz ECU. V tem primeru boste morali za namestitev sistema uporabiti storitve električarja.

Naprava sodobnih brizgalnih sistemov vključuje naslednje elemente:

• Električna črpalka, ki zagotavlja tlak do 10 barov;
• Ena ali več šob za brizganje vode (njihovo število je odvisno od naprave celotnega sistema in načela porazdelitve mokrega toka po jeklenkah);
• Krmilnik je mikroprocesor, ki nadzoruje čas in količino vbrizgavanja vode. Nanj je priključena črpalka. Zahvaljujoč temu elementu je zagotovljeno stalno natančno doziranje. Algoritmi, vdelani v nekatere mikroprocesorje, omogočajo, da se sistem samodejno prilagodi različnim načinom delovanja pogonske enote;
• Rezervoar za razpršeno tekočino v razdelilnik;
• Senzor nivoja, ki se nahaja v tej posodi;
• Cevi pravilne dolžine in ustrezna armatura.

Sistem deluje po tem principu. Krmilnik vbrizga sprejema signale senzorja pretoka zraka (za več podrobnosti o njegovem delovanju in okvarah preberite tukaj). V skladu s temi podatki mikroprocesor z uporabo ustreznih algoritmov izračuna čas in količino razpršene tekočine. Odvisno od modifikacije sistema lahko šobo preprosto izdelamo v obliki tulca z zelo tankim razpršilnikom.

Večina sodobnih sistemov preprosto daje signal za vklop / izklop črpalke. V dražjih kompletih je poseben ventil, ki spreminja doziranje, vendar v večini primerov ne deluje pravilno. V bistvu se krmilnik sproži, ko motor doseže 3000 vrt / min. in več. Pred namestitvijo takšne namestitve na vaš avto morate upoštevati, da večina proizvajalcev opozori na nepravilno delovanje sistema na nekaterih avtomobilih. Podrobnega seznama ne bo priskrbel nihče, saj je vse odvisno od posameznih parametrov pogonske enote.

Čeprav je glavna naloga vbrizgavanja vode povečanje moči motorja, se v glavnem uporablja le kot hladilnik za hlajenje zračnega toka, ki prihaja iz vroče turbine.

Številni so poleg povečanja moči motorja prepričani, da vbrizgavanje očisti tudi delovno votlino valja in izpušni trakt. Nekateri verjamejo, da prisotnost pare v izpušnih plinih ustvarja kemično reakcijo, ki nevtralizira nekatere strupene snovi, vendar v tem primeru avto ne bo potreboval elementa, kot je avtomobilski katalizator ali zapleten sistem AdBlue, o katerem lahko preberete . tukaj.

Črpanje vode ima učinek le pri visokih vrtljajih motorja (ta mora biti dobro ogret in pretok zraka mora biti hiter, da vlaga takoj pride v jeklenke), v večji meri pa pri turbinskih agregatih. Ta postopek zagotavlja dodaten navor in majhno povečanje moči.

Če je motor naravno polnjen, potem ne bo bistveno močnejši, vsekakor pa ne bo trpel zaradi detonacije. V motorju z notranjim zgorevanjem s turbopolnilnikom bo vbrizg vode, nameščen pred polnilnikom, povečal učinkovitost z zmanjšanjem temperature vhodnega zraka. In za še večji učinek v takem sistemu se uporablja prej omenjena mešanica vode in metanola v razmerju 50x50.

Prednosti in slabosti

Torej, sistem za vbrizgavanje vode omogoča:

• Temperatura vhodnega zraka;
• Zagotoviti dodatno hlajenje elementov zgorevalne komore;
• Če se uporablja bencin nizke kakovosti (z nizkim oktanom), brizganje vode poveča detonacijsko odpornost motorja;
• Uporaba enakega načina vožnje zmanjša porabo goriva. To pomeni, da z enako dinamiko avtomobil oddaja manj onesnaževal (seveda to ni tako učinkovito, da bi avtomobil lahko brez katalizatorja in drugih sistemov za nevtralizacijo strupenih plinov);
• Ne samo za povečanje moči, temveč tudi za vrtenje motorja z navorom, povečanim za 25-30 odstotkov;
• Do neke mere očistite elemente sesalnega in izpušnega sistema motorja;
• Izboljšajte odziv plina in odziv pedala;
• Turbino postavite na delovni tlak pri nižjih vrtljajih motorja.

Kljub toliko uporabnim lastnostim je vbrizgavanje vode za običajna vozila nezaželeno in obstaja več tehtnih razlogov, zakaj ga proizvajalci avtomobilov ne uporabljajo v serijskih vozilih. Večina jih je posledica tega, da je sistem športnega izvora. V svetu avtomobilskega športa je ekonomičnost porabe goriva v veliki meri spregledana. Včasih poraba goriva doseže 20 litrov na sto. To je posledica dejstva, da se motor pogosto pripelje do največjih vrtljajev, voznik pa skoraj nenehno pritiska na plin, dokler se ne ustavi. Le v tem načinu je učinek injekcije opazen.

Tu so glavne pomanjkljivosti sistema:

• Ker je bila namestitev namenjena predvsem izboljšanju zmogljivosti športnih avtomobilov, je ta razvoj učinkovit le pri največji moči. Takoj, ko motor doseže to raven, regulator nastavi ta trenutek in vbrizga vodo. Zato mora vozilo, da bo naprava učinkovito delovala, upravljati v športnem načinu. Pri nizkih vrtljajih je motor lahko bolj "zamišljen".
• Vbrizgavanje vode se izvede z nekaj zamude. Najprej motor preide v način napajanja, v mikroprocesorju se aktivira ustrezen algoritem in črpalki pošlje signal za vklop. Električna črpalka začne črpati tekočino v vod in šele nato šoba začne s pršenjem. Odvisno od modifikacije sistema lahko vse to traja približno eno milisekundo. Če avtomobil vozi v mirnem načinu, škropljenje sploh ne bo imelo učinka.
• V različicah z eno šobo je nemogoče nadzorovati, koliko vlage pride v določen valj. Iz tega razloga kljub dobri teoriji praksa pogosto pokaže nestabilno delovanje motorja, tudi s popolnoma odprtim plinom. To je posledica različnih temperaturnih razmer v posameznih "loncih".
• Pozimi sistem ne potrebuje goriva samo z vodo, temveč z metanolom. Le v tem primeru se bo tekočina tudi v hladnem vremenu prosto dovajala v zbiralnik.
• Zaradi varnosti motorja je treba vbrizgano vodo destilirati in to je dodatna izguba. Če uporabljate navadno vodo iz pipe, se na stenah kontaktnih površin zelo hitro naberejo usedline apna (kot vodni kamen v kotličku). Prisotnost tujih trdnih delcev v motorju je preobremenjena z zgodnjo okvaro enote. Zaradi tega je treba uporabiti destilat. V primerjavi z nepomembno porabo goriva (običajni avtomobil ni zasnovan za stalno delovanje v športnem načinu, zakonodaja pa to prepoveduje na javnih cestah), namestitev sama, njeno vzdrževanje in uporaba destilata (in pozimi - mešanice vode in metanol) je ekonomsko neupravičeno ...

V resnici je mogoče nekatere pomanjkljivosti odpraviti. Na primer, da lahko pogonska enota stabilno deluje pri visokih vrtljajih ali pri največji obremenitvi pri nizkih vrtljajih, je mogoče namestiti sistem porazdeljenega vbrizga vode. V tem primeru bodo nameščeni injektorji, po en za vsak sesalni kolektor, kot v enakem sistemu za gorivo.

Vendar pa se cena takšne instalacije bistveno poveča in ne samo zaradi dodatnih elementov. Dejstvo je, da je vbrizgavanje vlage smiselno le v primeru gibljivega zračnega toka. Ko je sesalni ventil (ali več pri nekaterih spremembah motorja) zaprt in se to dogaja tri cikle, je zrak v cevi nepremičen.

Da voda ne bi tekla v kolektor zaman (sistem ne predvideva odstranjevanja odvečne vlage, ki se nabira na stenah kolektorja), mora regulator določiti, v katerem trenutku in katera nastavka naj začne delovati. Ta zapletena nastavitev zahteva drago strojno opremo. V primerjavi z majhnim povečanjem moči pri običajnem avtomobilu takšen strošek ni upravičen.

Seveda je stvar vsakogar, da tak sistem namestite na svoj avto ali ne. Upoštevali smo prednosti in slabosti takšne zasnove. Poleg tega predlagamo ogled podrobnega video predavanja o tem, kako deluje vbrizgavanje vode:

Teorija motorjev z notranjim zgorevanjem: vbrizgavanje vode v sesalni kanal

Vprašanja in odgovori:

Kaj je injekcija metanola? To je vbrizgavanje majhne količine vode ali metanola v delujoč motor. S tem se poveča odpornost proti detonaciji slabega goriva, zmanjša se izpust škodljivih snovi, poveča se navor in moč motorja z notranjim zgorevanjem.

Za kaj je vbrizgavanje vode z metanolom? Vbrizgavanje metanola hladi zrak, ki ga vsesa motor, in zmanjša verjetnost trkanja motorja. To poveča učinkovitost motorja zaradi visoke toplotne zmogljivosti vode.

Kako deluje sistem Vodomethanol? Odvisno od modifikacije sistema. Najbolj učinkovita je sinhronizacija z injektorji goriva. Glede na njihovo obremenitev se vbrizga vodni metanol.

Za kaj se zdravilo Vodomethanol uporablja? To snov so v Sovjetski zvezi uporabljali v letalskih motorjih pred pojavom reaktivnih motorjev. Vodni metanol je zmanjšal detonacijo v motorju z notranjim zgorevanjem in omogočil gladko zgorevanje HTS.