Впръскване на вода в двигателя на автомобила

Моторната мощност е най-често срещаната тема в автомобилните среди. Почти всеки шофьор е мислил поне веднъж за това как да увеличи производителността на силовия агрегат. Някои инсталират турбини, други развиват цилиндри и т.н. (описани са други методи за увеличаване на мощността в друга улаТиер). Мнозина, които се интересуват от тунинг на автомобили, са наясно със системи, които доставят малко количество вода или сместа й с метанол.

Повечето шофьори са запознати с такова понятие като воден чук на мотор (има и отделен преглед). Как може водата, която провокира разрушаването на двигателя с вътрешно горене, в същото време да увеличи неговите характеристики? Нека се опитаме да се справим с този въпрос, а също така да разгледаме предимствата и недостатъците, които системата за впръскване на метанол с вода има в силовия агрегат.

Какво представлява системата за впръскване на вода?

Накратко, тази система е резервоар, в който се излива вода, но по-често смес от метанол и вода в съотношение 50/50. Той има електрически мотор, например от шайба за предно стъкло. Системата е свързана с еластични тръби (в най-бюджетната версия се вземат маркучи от капкомера), в края на които е монтирана отделна дюза. В зависимост от версията на системата, инжектирането се извършва чрез един пулверизатор или чрез няколко. Водата се подава, когато въздухът се изтегля в цилиндъра.

Ако вземем фабричната версия, тогава уредът ще има специална помпа, която се управлява по електронен път. Системата ще има един или повече сензори, които помагат да се определи моментът и количеството пръскана вода.

От една страна, изглежда, че водата и двигателят са несъвместими понятия. Изгарянето на въздушно-горивната смес се извършва в цилиндъра и, както всеки знае от детството, пламъкът (ако не изгарят химикали) се гаси от водата. Тези, които "се запознаха" с хидравличния удар на двигателя, от собствен опит, бяха убедени, че водата е последното вещество, което трябва да попадне в двигателя.

Идеята за инжектиране на вода обаче не е плод на тийнейджърското въображение. Всъщност тази идея е на почти сто години. През 1930-те години на миналия век, за военните нужди, Хари Рикардо подобрява самолетния двигател на Rolls-Royce Merlin, а също така разработва синтетичен бензин с високо октаново число. тук) за самолети с вътрешно горене. Липсата на такова гориво е висок риск от детонация в двигателя. Защо този процес е опасен? отделно, но накратко сместа въздух-гориво трябва да гори равномерно и в този случай буквално експлодира. Поради това частите на устройството са подложени на прекомерно напрежение и бързо се повреждат.

За да се пребори с този ефект, Г. Рикардо проведе редица изследвания, в резултат на които успя да постигне потискане на детонацията поради инжектирането на вода. Въз основа на неговите разработки немските инженери успяха да удвоят почти мощността на агрегатите в своите самолети. За това беше използван съставът MW50 (метанол за отпадъци). Например изтребителят Focke-Wulf 190D-9 е оборудван със същия двигател. Максималната му мощност беше 1776 конски сили, но с кратко догаряне (гореспоменатата смес беше подадена в цилиндрите), тази лента се повиши до 2240 "коня".

Тази разработка е използвана не само в този модел самолет. В арсенала на германската и американската авиация имаше няколко модификации на силови агрегати.

Ако говорим за серийни автомобили, тогава моделът Oldsmobile F85 Jetfire, който излезе от конвейера през 62 -та година на миналия век, получи фабрична инсталация с инжектиране на вода. Друг сериен автомобил с подобрен двигател по този начин е Saab 99 Turbo, пуснат през 1967 г.

Oldsmobile F85 Jetfire

Сааб 99 Турбо

Популярността на тази система набира скорост поради прилагането й през 1980-90 г. в спортни автомобили. Така през 1983 г. Renault оборудва своите автомобили от Формула 1 с 12-литров резервоар, в който са монтирани електрическа помпа, регулатор на налягането и необходимия брой инжектори. До 1986 г. инженерите на екипа успяват да увеличат въртящия момент и мощността на силовия агрегат от 600 на 870 конски сили.

В състезателната война на автомобилните производители, Ferrari също не искаше да "пасе отзад", и реши да използва тази система в някои от своите спортни автомобили. Благодарение на тази модернизация марката успя да спечели водеща позиция сред дизайнерите. Същата концепция е разработена от марката Porsche.

Подобни подобрения бяха извършени с автомобили, които участваха в състезания от серията WRC. В началото на 90-те обаче организаторите на такива състезания (включително F-1) изменят регламентите и забраняват използването на тази система в състезателни автомобили.

Друг пробив в света на автомобилния спорт беше направен от подобна разработка на състезания по драг състезания през 2004 година. Световният рекорд от ¼ мили беше счупен от две различни превозни средства, въпреки опитите да се постигне този етап с различни модификации на задвижването. Тези дизелови автомобили бяха оборудвани с водоснабдяване на всмукателния колектор.

С течение на времето автомобилите започнаха да получават интеркулери, които намаляват температурата на въздушния поток, преди той да влезе във всмукателния колектор. Благодарение на това инженерите успяха да намалят риска от почукване и системата за впръскване вече не беше необходима. Рязко увеличение на мощността стана възможно благодарение на въвеждането на система за подаване на азотен оксид (официално се появи през 2011 г.).

През 2015 г. отново започнаха да се появяват новини за впръскване на вода. Например, новият автомобил за безопасност MotoGP, разработен от BMW, има класически комплект за пръскане с вода. При официалното представяне на лимитираната кола представителят на баварския автомобилен производител направи, че в бъдеще се планира да се пусне линия от цивилни модели с подобна система.

Какво дава инжекцията на вода или метанол на двигателя?

Така че нека преминем от историята към практиката. Защо двигателят се нуждае от впръскване на вода? Когато строго ограничено количество течност навлезе във всмукателния колектор (напръсква се капка не повече от 0.1 mm), при контакт с гореща среда, тя веднага се превръща в газообразно състояние с високо съдържание на кислород.

Охладеният BTC се компресира много по-лесно, което означава, че коляновият вал трябва да използва малко по-малко сила, за да извърши хода на компресията. По този начин инсталацията позволява решаването на няколко проблема наведнъж.

Първо, горещият въздух има по-малка плътност (за експеримент можете да извадите празна пластмасова бутилка от топла къща на студено - тя ще се свие прилично), така че по-малко кислород ще попадне в цилиндъра, което означава, че бензинът или дизелът горивото ще гори по-лошо. За да се премахне този ефект, много двигатели са оборудвани с турбокомпресори. Но дори и в този случай температурата на въздуха не спада, тъй като класическите турбини се захранват от горещ отработен газ, който преминава през изпускателния колектор. Пръскането на вода позволява да се подава повече кислород към бутилките, за да се подобри ефективността на горенето. На свой ред това ще има положителен ефект върху катализатора (за подробности прочетете в отделен преглед).

На второ място, впръскването на вода позволява да се увеличи мощността на силовия агрегат, без да се променя работният му обем и без да се променя дизайнът му. Причината е, че в парообразно състояние влагата заема много повече обем (според някои изчисления обемът се увеличава 1700 пъти). Когато водата се изпарява в затворено пространство, се създава допълнително налягане. Както знаете, компресията е много важна за въртящия момент. Без намеса в конструкцията на силовия агрегат и мощна турбина този параметър не може да бъде увеличен. И тъй като парата се разширява рязко, повече енергия се отделя от изгарянето на HTS.

На трето място, поради пръскането на вода горивото не се прегрява и в двигателя не се образува детонация. Това позволява използването на по-евтин бензин с по-ниско октаново число.

Четвърто, поради факторите, изброени по-горе, водачът не може да натиска педала за газ толкова активно, за да направи колата по-динамична. Това се осигурява чрез впръскване на течност в двигателя с вътрешно горене. Въпреки увеличаването на мощността, разходът на гориво не се увеличава. В някои случаи, при идентичен режим на шофиране, лакомията на двигателя е намалена до 20 процента.

В действителност това развитие има противници. Най-често срещаните заблуди относно инжектирането на вода са:

1. Ами водният чук? Не може да се отрече, че когато водата попадне в бутилките, двигателят изпитва воден чук. Тъй като водата има прилична плътност, когато буталото е в ход на компресия, тя не може да достигне до горната мъртва точка (това зависи от количеството вода), но коляновият вал продължава да се върти. Този процес може да огъне свързващите пръти, да счупи ключовете и т.н. Всъщност инжектирането на вода е толкова малко, че ударът на компресията не се влияе.
2. Металът ще ръждясва с времето при контакт с вода. Това няма да се случи с тази система, тъй като температурата в цилиндрите на работещ двигател надвишава 1000 градуса. Водата се превръща в парообразно състояние при 100 градуса. И така, по време на работата на системата в двигателя няма вода, а само прегрята пара. Между другото, когато горивото гори, в отработените газове също има малко количество пара. Частично доказателство за това е изтичането на вода от изпускателната тръба (описани са и други причини за появата му тук).
3. Когато в маслото се появи вода, мазнината се емулгира. Отново количеството пръскана вода е толкова малко, че просто не може да влезе в картера. Веднага се превръща в газ, който се отстранява заедно с отработените газове.
4. Горещата пара разрушава масления филм, причинявайки захранващият блок да хване клина. Всъщност парата или водата не разтварят маслото. Най-истинският разтворител е просто бензинът, но в същото време масленият филм остава стотици хиляди километри.

Нека да видим как работи устройството за пръскане на вода в двигателя.

Как работи системата за впръскване на вода

В съвременните силови агрегати, оборудвани с тази система, могат да се инсталират различни видове комплекти. В един случай се използва единична дюза, разположена на входа на всмукателния колектор преди бифуркацията. Друга модификация използва няколко инжектора от този тип разпределена инжекция.

Най-лесният начин за монтиране на такава система е инсталирането на отделен резервоар за вода, в който ще бъде поставена електрическата помпа. Към него е свързана тръба, през която течността ще се подава към пръскачката. Когато двигателят достигне желаната температура (описана е работната температура на двигателя с вътрешно горене в друга статия), водачът започва да пръска, за да създаде мокра мъгла във всмукателния колектор.

Най-простата инсталация може дори да бъде инсталирана на карбураторен двигател. Но в същото време не може да се направи без някаква модернизация на всмукателния тракт. В този случай системата се управлява от пътническото отделение от водача.

В по-усъвършенстваните версии, които могат да бъдат намерени в магазините за автоматична настройка, настройката на режима на пръскане се осигурява или от отделен микропроцесор, или работата му е свързана със сигнали, идващи от ECU. В този случай ще трябва да използвате услугите на авто електротехник, за да инсталирате системата.

Устройството на съвременните системи за пръскане включва следните елементи:

• Електрическа помпа, осигуряваща налягане до 10 бара;
• Една или няколко дюзи за пръскане на вода (броят им зависи от устройството на цялата система и принципа на разпределение на мокрия поток върху цилиндрите);
• Контролерът е микропроцесор, който контролира времето и количеството впръскване на вода. Към него е свързана помпа. Благодарение на този елемент се осигурява постоянна високо прецизна доза. Алгоритмите, вградени в някои микропроцесори, позволяват на системата автоматично да се адаптира към различни режими на работа на силовия блок;
• Резервоар за течността, която трябва да се пръска в колектора;
• Сензор за ниво, разположен в този резервоар;
• Маркучи с правилната дължина и подходящи фитинги.

Системата работи по този принцип. Контролерът за впръскване получава сигнали от сензора за въздушния поток (за повече подробности относно неговата работа и неизправности прочетете тук). В съответствие с тези данни, използвайки подходящи алгоритми, микропроцесорът изчислява времето и количеството пръскана течност. В зависимост от модификацията на системата, дюзата може просто да бъде проектирана като втулка с много тънък пулверизатор.

Повечето съвременни системи просто дават сигнал за включване / изключване на помпата. В по-скъпите комплекти има специален клапан, който променя дозата, но в повечето случаи не работи правилно. По принцип контролерът се задейства, когато двигателят достигне 3000 оборота в минута. и още. Преди да инсталирате такава инсталация на вашия автомобил, трябва да вземете предвид, че повечето производители предупреждават за неправилната работа на системата на някои автомобили. Никой няма да предостави подробен списък, тъй като всичко зависи от индивидуалните параметри на захранващия блок.

Въпреки че основната функция на впръскването на вода е да се увеличи мощността на двигателя, той се използва главно само като междинен охладител за охлаждане на въздушния поток, идващ от нажежена турбина.

В допълнение към увеличаването на мощността на двигателя, мнозина са сигурни, че инжекцията също така почиства работната кухина на цилиндъра и изпускателния тракт. Някои смятат, че наличието на пара в отработените газове създава химическа реакция, която неутрализира някои от токсичните вещества, но в този случай автомобилът няма да има нужда от елемент като автомобилен катализатор или сложна система AdBlue, за която можете да прочетете . тук.

Изпомпването на вода има ефект само при високи обороти на двигателя (тя трябва да бъде добре загрята и въздушният поток трябва да бъде бърз, така че влагата веднага да попадне в цилиндрите) и в по-голяма степен при турбокомпресори. Този процес осигурява допълнителен въртящ момент и малко увеличение на мощността.

Ако двигателят е с естествен аспиратор, тогава той няма да стане значително по-мощен, но определено няма да страда от детонация. За двигател с вътрешно горене с турбо, инжектирането на вода, монтирано пред компресора, ще увеличи ефективността чрез намаляване на температурата на входящия въздух. И за още по-голям ефект, такава система използва споменатата по-горе смес от вода и метанол в съотношение 50x50.

Предимства и недостатъци

И така, системата за впръскване на вода ви позволява да:

• Температура на входящия въздух;
• Осигурете допълнително охлаждане на елементите на горивната камера;
• Ако се използва нискокачествен (нискооктанов) бензин, пръскането с вода увеличава детонационната устойчивост на двигателя;
• Използването на същия режим на шофиране намалява разхода на гориво. Това означава, че при същата динамика автомобилът отделя по-малко замърсители (разбира се, това не е толкова ефективно, че автомобилът да може без катализатор и други системи за неутрализиране на токсични газове);
• Не само за увеличаване на мощността, но също така кара двигателя да се върти с въртящ момент, увеличен с 25-30 процента;
• До известна степен почистете елементите на всмукателната и изпускателната система на двигателя;
• Подобрете реакцията на газта и реакцията на педала;
• Доведете турбината до работно налягане при по-ниски обороти на двигателя.

Въпреки толкова много полезни функции, впръскването на вода е нежелателно за конвенционалните превозни средства и има няколко добри причини, поради които автомобилните производители не я прилагат в производствените превозни средства. Повечето от тях се дължат на факта, че системата има спортен произход. В света на автомобилния спорт икономията на гориво се пренебрегва до голяма степен. Понякога разходът на гориво достига 20 литра на сто. Това се дължи на факта, че двигателят често се довежда до максимална скорост и водачът почти постоянно натиска газта, докато спре. Само в този режим ефектът от инжектирането е забележим.

И така, тук са основните недостатъци на системата:

• Тъй като инсталацията е предназначена предимно да подобри производителността на спортните автомобили, това развитие е ефективно само при максимална мощност. Веднага след като двигателят достигне това ниво, контролерът фиксира този момент и инжектира вода. Поради тази причина, за да работи инсталацията ефективно, превозното средство трябва да работи в спортен режим. При ниски обороти двигателят може да бъде по-"размислен".
• Впръскването на вода се извършва с известно закъснение. Първо, двигателят влиза в режим на захранване, съответният алгоритъм се активира в микропроцесора и към помпата се изпраща сигнал за включване. Електрическата помпа започва да изпомпва течност в линията и едва след това дюзата започва да я пръска. В зависимост от модификацията на системата, всичко това може да отнеме около една милисекунда. Ако колата се движи в тих режим, пръскането няма да има никакъв ефект.
• При версии с една дюза е невъзможно да се контролира колко влага попада в определен цилиндър. Поради тази причина, въпреки добрата теория, практиката често показва нестабилна работа на двигателя, дори при напълно отворена газ. Това се дължи на различните температурни условия в отделните „саксии”.
• През зимата системата се нуждае от зареждане не само с вода, но и с метанол. Само в този случай, дори при студено време, течността ще се подава свободно в колектора.
• За безопасността на двигателя инжектираната вода трябва да бъде дестилирана и това е допълнителна загуба. Ако използвате обикновена чешмяна вода, много скоро варови отлагания ще се натрупват по стените на контактните повърхности (като котлен камък в кана). Наличието на чужди твърди частици в двигателя е изпълнено с ранна повреда на агрегата. Поради тази причина трябва да се използва дестилатът. В сравнение с незначителната икономия на гориво (обикновеният автомобил не е предназначен за постоянна експлоатация в спортен режим, а законодателството забранява това на обществени пътища), самата инсталация, нейната поддръжка и използването на дестилат (а през зимата - смес от вода и метанол) е икономически неоправдано ...

В действителност някои от недостатъците могат да бъдат отстранени. Например, за да може силовият агрегат да работи стабилно при високи обороти или при максимално натоварване при ниски обороти, може да се инсталира разпределена система за впръскване на вода. В този случай инжекторите ще бъдат инсталирани, по един за всеки всмукателен колектор, както в идентична горивна система.

Цената на такава инсталация обаче се увеличава значително и не само заради допълнителни елементи. Факт е, че впръскването на влага има смисъл само в случай на движещ се въздушен поток. Когато смукателният клапан (или няколко при някои модификации на двигателя) е затворен и това се случва в продължение на три цикъла, въздухът в тръбата е неподвижен.

За да се предотврати напразно протичане на вода в колектора (системата не осигурява отстраняване на излишната влага, натрупваща се по стените на колектора), контролерът трябва да определи в кой момент и коя конкретна дюза трябва да влезе в действие. Тази сложна настройка изисква скъп хардуер. В сравнение с незначителното увеличение на мощността за стандартен автомобил, такъв разход е неоправдан.

Разбира се, работа на всеки е да инсталира такава система на колата си или не. Ние разгледахме както предимствата, така и недостатъците на такъв дизайн. Освен това предлагаме да гледате подробна видео лекция за това как работи инжектирането на вода:

Теория на двигателите с вътрешно горене: впръскване на вода в смукателния канал

Въпроси и отговори:

Какво е метанолна инжекция? Това е инжектиране на малко количество вода или метанол в работещ двигател. Това повишава детонационната устойчивост на лошо гориво, намалява емисиите на вредни вещества, увеличава въртящия момент и мощността на двигателя с вътрешно горене.

За какво е инжектиране на метанол с вода? Впръскването на метанол охлажда всмукания от двигателя въздух и намалява вероятността от почукване на двигателя. Това повишава ефективността на двигателя поради високия топлинен капацитет на водата.

Как работи системата Vodomethanol? Зависи от модификацията на системата. Най-ефективният е синхронизиран с горивните инжектори. В зависимост от натоварването им се инжектира воден метанол.

За какво се използва Водометанол? Това вещество е било използвано в Съветския съюз в двигателите на самолетите преди появата на реактивните двигатели. Водният метанол намалява детонацията в двигателя с вътрешно горене и прави изгарянето на HTS гладко.