Может быть, двигатели внутреннего сгорания доживают последние десятилетия, но производители не сдаются. Они выжимают максимум из этой технологии, оптимизируя конструкцию двигателя для повышения эффективности и экономичности. Недавно сообщалось об инновации Nissan, которая изобрела . Теперь о своих достижениях поведала Bosch. Немецкая фирма представила систему водяного впрыска WaterBoost для простой модификации существующих ДВС.
Даже самый продвинутый двигатель внутреннего сгорания впустую тратит примерно пятую часть топлива. Например, оно расходуется на систему охлаждения двигателя. В современных двигателях немного дополнительного топлива впрыскивается в камеру сгорания не для сгорания, а для испарения
со стенок, за счёт чего происходит охлаждение двигателя.
Bosch предлагает модифицировать систему впрыска топлива: использовать воду вместо бензина при охлаждении камеры. То есть суть технологии WaterBoost заключается в том, что на больших оборотах в двигателе задействуется водяная помпа, которая впрыскивает в камеру сгорания немного воды незадолго до поджига топливной смеси.
Требуется совсем немного воды: на 100 км уходит несколько сотен миллилитров. Поэтому маленький бачок с водой потребуется заливать дистиллированной водой каждые несколько тысяч километров, что для большинства водителей не станет накладным. Это даже приятно: заливая воду, ты знаешь, что эта вода будет использоваться вместо бензина (при охлаждении).
Да и если вода в бачке кончится, тоже ничего страшного, разве что немного снизится крутящий момент и на несколько процентов вырастет потребление топлива.
Как показали опыты Bosch, такая простая модификация может на несколько процентов снизить потребление топлива (до 13%) без потери мощности и крутящего момента. Экономия возможна в моменты перегрева двигателя на самых высоких оборотах: например, при резком ускорении или движении по шоссе с высокой скоростью.
Кроме того что это экономит бензин, так испарение воды ещё и лучше охлаждает двигатель, чем испарение бензина.
Как дополнительный бонус к экономии топлива - на 4% снижаются выбросы CO 2 , так что двигателю будет легче пройти проверку на соблюдение жёстких экологических нормативов, которые предъявляются к современным бензиновым двигателям.
Наиболее эффективным внедрение водяного впрыска будет для компактных трёх- и четырёхцилиндровых двигателей. Другими словами, именно для тех двигателей, которые используются в самых популярных современных автомобилях среднего размера.
Но это ещё не всё. Кроме экономии топлива, WaterBoost может добавить до 5% мощности двигателям с турбонаддувом. Дело в том, что добавка воды насыщает кислородом нагнетаемый воздух от турбины и увеличивает скорость горения смеси, позволяя оптимизировать угол опережения зажигания - угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем верхней мёртвой точки.
Идея опережения зажигания в том, чтобы поджигать горючую смесь заранее, до достижения поршнем верхней мёртвой точки. При правильном выборе момента зажигания, давление газов достигает максимальной величины примерно через 10-12 градусов поворота коленчатого вала после прохода поршнем верхней мертвой точки.
Изменив угол опережения зажигания и подкрутив настройки тайминга поджигания, инженеры могут выжать ещё чуток мощности даже из мощных двигателей с турбонаддвуом, даже на спорткарах.
Первым автомобилем, в котором внедрят технологию водяного впрыска WaterBoost, станет BMW M4 GTS с шестицилиндровым турбодвижком.
BMW M4 GTS. Фото: BMW Group
Про внедрение WaterBoost в автомобилях средней ценовой категории информации пока нет.
У компании Bosch есть большой опыт в автомобильной промышленности. Именно Bosch в 1887 году изобрела безопасную систему детонации воздушно-топливной смеси ДВС от магнето. Такая система зажигания используется в автомобилях до сих пор. До этого изобретения смесь в ДВС поджигали через калильные трубки Даймлера открытым пламенем.
Bosch производит не только системы зажигания, стартеры, но и многие другие автомобильные компоненты. Например, недавно наладила серийное производство электромоторов для гоночных картов .
Электромотор Bosch для гоночных картов. Фото: Bosch
За электромоторами - будущее, но и ДВС не собирается сдаваться без боя.
«Наш водяной впрыск показывает, что у двигателей внутреннего сгорания осталось ещё несколько трюков под капотом», - сказал д-р Рольф Буландер (Rolf Bulander), председатель подразделения Bosch Mobility Solutions и член совета директоров Robert Bosch GmbH.
О быватель при упоминании системы впрыска воды в цилиндр скептически хмыкнет: если двигатель автомобиля получит гидроудар, ничего хорошего из этого не выйдет. Но одно дело, когда при проезде глубокой лужи в двигатель через впускной тракт попадает большое количество воды, которую пытается сжать поршень – это приводит к разрушению шатунно-поршневой группы… Совсем другое – точечный впрыск специальной смеси в камеру сгорания.
Как это работает?
Система впрыска воды чаще всего используется на высокофорсированных двигателях для улучшения их характеристик. Откуда получается дополнительная мощность? Существует сразу несколько вариаций системы, различающиеся только точками установки. Для этого во впускном коллекторе устанавливается специальная форсунка, подающая во впускной тракт водометанольную смесь, которая смешивается с топливной смесью, подаваемой в камеру сгорания.
Почему именно смесь воды со спиртом? Во-первых, такая жидкость замерзает при более низких температурах, а во-вторых, вода со спиртом обладает лучшим рассеиванием, из-за чего образуется более равномерная смесь и уменьшается температура во впускном коллекторе. За счет мелкодисперсных капель смесь охлаждается, что позволяет повысить степень сжатия, а также уменьшить скорость горения смеси в цилиндрах, а это снижает возможность детонации. Также снижение температуры горения топливно-водяной смеси влияет на химические процессы в камере сгорания, что уменьшает концентрацию вредных выбросов азота и углекислых газов.
Опыты российских конструкторов на дизельных двигателях с экспериментальными системами показали снижение выбросов оксидов азота в три-четыре раза, а выбросов СО2 – в 1,2 раза.
Казалось бы, одни плюсы! Но, как и все в мире, идеальных вещей не бывает. В отработавших газах увеличивается концентрация несгоревших углеводородов, что немного увеличивает расход топлива автомобиля. На малой скорости или полностью открытой дроссельной заслонке двигатель может работать неустойчиво.
Одной из ключевых причин является неравномерное распределение жидкости по цилиндрам – в некоторых из них неизбежно создается обедненная смесь. Обычно такую проблему можно решить, установив систему с индивидуальными форсунками на каждый из цилиндров, управляемых компьютером.
Кроме того, пользователи часто забывают, что в систему необходимо заливать только дистиллированную воду. Ведь растворенные в обычной воде соли могут привести к образованию нагара в камерах сгорания, и, как следствие, уменьшить ресурс двигателя. Посмотрите на накипь в чайнике – вы же не хотите, чтобы подобная гадость была и внутри цилиндров?
С чего все началось?
Впервые в мировой практике впрыск воды в цилиндры двигателя применил венгерский инженер Bcnki в начале XX века. Еще спустя несколько лет профессор Хопкинсон из Англии успешно применил экспериментальную систему впрыска воды для улучшения характеристик промышленных двигателей. А наибольший вклад внес Гарри Рикардо, создатель одноименной марки, занимающейся выпуском автомобильных комплектующих. На его счету – многочисленные исследования, несколько патентов и даже монография High-Speed Internal Combustion Engine, в которых подробно описаны методы и испытания двигателей с впрыском воды.
В результате всех испытаний Рикардо представил двигатель, оснащенный системой впрыска смеси воды с метанолом, благодаря которой удалось добиться увеличения характеристик мотора почти что двукратно! Широкое применение водометанольные смеси нашли во время Второй мировой войны. Первую скрипку сыграли авиаторы, которые в погоне за скоростями и высотой искали любые ухищрения, чтобы выжать максимум мощности из поршневых двигателей, которых к концу войны все равно заменили реактивной авиацией.
В 1942 году на вооружение ВВС Германии поступил иcтребитель Focke-Wulf 190 D-9, оснащенный системой впрыска водометанольной смеси во время форсажа. Причем он был не единственным в своем роде в Люфтваффе. Похожей системой впрыска оснащались двигатели Daimler-Benz 605 и BMW 801D для Messerschmidt Bf-109, а также Junkers Jumo 213A-1. Стоит отметить, что авиационные двигатели того времени уже имели системы турбонаддува, и впрыск воды, по сути, играл роль интеркулера. Водометанольная смесь MW-50 впрыскивалась во впускной тракт авиационного двигателя, где смешивалась с топливной смесью, устремляясь в камеру сгорания. В результате контакта с раскаленными стенками цилиндров вода превращалась в пар, который, расширяясь, создавал в цилиндре избыточное давление, а предварительное охлаждение топливной смеси на впуске способствовало увеличению ее объема в цилиндре и улучшало эффективность сгорания топлива. В результате мощность немецких моторов кратковременно увеличивалась на 20-30 процентов, что давало последним преимущества по набору высоты и максимальной скорости.
На фото: Messerschmitt Bf-109
Собственные системы впрыска воды разработали и союзники. Так, американская компания Pratt & Whitney в своем двигателе J57 для бомбардировщика В-29 установила похожую систему для повышения характеристик двигателя на малых и средних высотах. Похожую систему с успехом применяли и на истребителях. В 1943 году по приказу НКАП моторный завод №45 должен был разработать документацию на советскую систему впрыска воды для двигателей АМ-38Ф. Опытная партия из пяти самолетов Ил-2, оснащенных двигателем с впрыском воды, была построена на заводе №18, однако после испытаний система была признана слишком дорогой и сложной в настройке.
На каких автомобилях применялось?
С развитием в конце войны реактивных двигателей работы по увеличению мощности поршневых агрегатов были практически свернуты, и богатый опыт форсировки отошел на задний план. Но о системах вспомнили автомобильные компании. Первым впрыск водометанольной смеси на серийном автомобиле стали применять американцы из General Motors, которым такая система оказалась нужна для повышения детонационной стойкости турбомотора Oldsmobile F-85 Jetfire. Что из этого получилось, .
Еще одним производителем, вспомнившем о полезных свойствах водометанольной смеси, стал шведский Saab, где до начала 1980-х годов устанавливали систему впрыска воды на . Правда, с появлением интеркулеров, охлаждающих воздух во впускном тракте, такие системы на серийных автомобилях плавно сошли на нет, но не были забыты в автоспорте.
В 1983 году команды Формулы-1 Renault и Ferrari установили на свои болиды системы впрыска воды, позволившие итальянцам в итоге занять первое место в кубке конструкторов. На машинах были установлены баки объемом 12 литров для хранения смеси спирта и воды, регулятор давления и водяной насос, однако впоследствии подобные .
На фото: Renault RE40 "1983
Похожие системы пытались внедрить в середине 1990-х в WRC, но и там они получили запрет через недолгое время, как и на ле-мановских спортпротипах. Очень широкое распространение баки с водой получили у американских гонщиков на ¼ мили. Могучие американские «восьмерки» дрегстеров, снабженные механическими нагнетателями, требовали серьезного охлаждения, а интеркулеры еще не получили широкое распространение. Тогда некоторые светлые головы и вспомнили о полезных свойствах водно-спиртовой смеси, подаваемой в двигатель. Так, суперкар Porsche 911, доработанный фирмой 9ff, в 2005 году установил рекорд скорости 388 км/ч для автомобилей, официально сертифицированных для дорог общего пользования. Его оппозитная «шестерка» с двумя турбокомпрессорами на пару с обычными интеркулерами была также оснащена системой впрыска воды.
Впрыск воды, наши дни
На некоторое время интерес к системам от производителей угас, но в 2015 году про технологии вспомнили мотористы BMW, решившие применить впрыск воды уже не для повышения мощности, а для снижения расхода бензина. Первым автомобилем, опробовавшем систему впрыска воды с метанолом, стал пейс-кар BMW M4, участвующий в гонках MotoGP. Но если там была установлена обычная форсунка, подающая смесь во впускной коллектор, то на опытном трехцилиндровом турбомоторе рабочим объемом 1,5 литра система стала более продвинутой.
Вода смешивается с топливной смесью с помощью топливного насоса высокого давления Bosch, срабатывающему только на оборотах мотора свыше 4 000. Водно-топливная смесь через форсунку впрыскивается в саму камеру сгорания. В результате мощность 201-сильного двигателя увеличилась на 14 л. с., возросла детонационная стойкость двигателя, что позволило поднять степень сжатия с 9.5:1 до 11,0:1 и в целом улучшить отдачу мотора на низких и средних оборотах. Объем водяного бака с подогревом – 7 литров, а в обычных условиях автомобиль расходует около 1,5 литра воды на 100 км пути, что означает необходимость пополнения системы почти каждые 500 километров.
На фото: BMW M4 Coupé MotoGP Safety Car (F82) "2015
Однако инженеры BMW предусмотрели и другие способы добычи воды: при работе кондиционера конденсат из системы автоматически сливается в бак. Все эти ухищрения позволяют экономить почти 8% топлива на 100 км пути в смешанном цикле, а особенно эффективно система может работать в паре с гибридным приводом. Правда, о таких гибридах в БМВ пока молчат.
Серийный выпуск двигателей с водометанольной системой впрыска по планам должен начаться уже в конце этого года, причем поставляться такие БМВ будут и в Россию. На наше счастье, из-за повышенной стойкости к детонации эти машины будут менее требовательны к октановому числу – заправляться можно будет обычным Аи-95.
Можно ли поставить такую систему себе на машину?
Если очень хочется, то можно. Начитавшись интернета, умельцы делают самодельные системы, используя в качестве элементов капельницы, медицинские шприцы и прочие изделия, устанавливают во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой и... такие системы работают.
Впрочем, все плюсы от повышенной мощности или крутящего момента перечеркиваются одним жирным минусом. Ведь по сути такой самопал просто льет огромное количество воды в коллектор, не распыляя ее, в результате чего водяная взвесь поступает во все цилиндры неравномерно. О последствиях мы уже говорили выше – в некоторых цилиндрах воды больше, чем в остальных, что приводит к обеднению смеси в отдельных цилиндрах и неравномерную работу мотора. В худшем случае количество воды, поступаемой в цилиндр, так велико, что приводит к шансу получить тот самый пресловутый гидроудар.
Для тех, у кого есть чуть больше денег, продавцы тюнинг-аксессуаров предлагают комплект из насоса высокого (около 5-10 бар) давления, электронного блока управления насосом, форсунок для впрыска смеси и, естественно, бачка для воды. В самых дорогих системах применяется клапан, регулирующий давление и количество поступаемой воды.
Принцип работы такой системы прост: блок управления, подключенный к датчику расхода воздуха двигателя, анализирует полученную информацию и рассчитывает подачу воды, дав команду насосу.
Несмотря на кажущуюся простоту, и здесь возникают определенные сложности. Впрыск воды происходит только на определенных режимах работы двигателя, обычно подобные системы работают при оборотах двигателя свыше 3 000 об/мин. К тому же система почти не контролирует подачу смеси, а только подает команду на включение/выключение насоса. Основным ограничением на количество впрыскиваемой воды становится только производительность самой форсунки.
Кстати, пока блок даст команду насосу на запуск, пока насос включается и начинает перекачивать воду, происходит задержка между отправкой команд на впрыск топлива и впрыск воды, что неминуемо снижает эффективность всей системы.
Главными спецами по системам впрыска воды для автомобильных двигателей были признаны конструкторы британской фирмы Aquamist, в 1990-е поставлявшие комплекты для болидов WRC, пока их не запретили. И цена на тюнинг-киты колеблется в районе 3 000 долларов. В общем, пока впрыск воды остается довольно экзотическим, недешевым и, положа руку на сердце, не таким уж эффективным средством форсировки.
На сегодняшний день автомобилисты хотят улучшить свои транспортные средства самыми разными доступными методами. Один из них - это сделать впрыск воды в двигатель. Данное улучшение поможет поднять самые важные характеристики двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, сделать его можно даже своими руками.
История впрыска
Прежде чем перейти к более подробно описанию и рассмотрению современных моделей и воздействия такого тюнинга на них, а также его преимуществ и прочего, нужно немного внимания уделить истории впрыска воды в двигатель. Все началось достаточно давно, еще примерно 110 лет назад, когда один венгерский ученый с фамилией Бычнки решил начать тестирование данного процесса. Единственное, что ему мешало, это примитивность силовых агрегатов, существующих на тот момент. Кроме того, в то время данная тема так и не получила серьезного развития. Вплотную заниматься ею стали лишь спустя 30-40 лет. Продолжением работ в этом направлении занялся английский ученый Хопкинсон. Им были проведены определенные исследования впрыска воды в двигатель на тех моделях, которые в то время считались стандартными.
Вам будет интересно:
Стоит отметить, что его исследования привели к успеху. Хотя справедливо будет сказать, что в тот момент основная задача состояла в уменьшении детонации топлива, а вовсе не в увеличении мощности самого двигателя. Однако все это были лишь попытки. Человеком же, которые внес решающий вклад в развитие такой темы, как впрыск воды в двигатель, стал Гарри Рикардо. Хотя и здесь можно сказать, что в то время впрыск использовался больше в двигателях для летной техники, так как это были 40-е года 20 века, когда, как известно, повсюду шли военные конфликты. Однако позже появились реактивные двигатели и надобность в таком типе впрыска вовсе отпала, так как все силовые агрегаты были заменены на новые.
Вам будет интересно:
Последующий этап развития впрыска воды в двигатель пришел уже на 80-е годы. Именно к этому времени владельца транспортных средств вспомнили о его существовании и решили применять его для улучшения характеристик своих авто.
Общее описание идей впрыска
Как уже говорилось ранее, для начала впрыск использовался для моторов самолетов, чтобы повысить их мощность, а в качестве жидкости использовалась не только вода, но и метанол, смешанный с ней. Что же касается впрыска в автомобильный двигатель, то далее стоит рассмотреть, как именно он обеспечивает ряд преимуществ.
Вам будет интересно:
Во время этого также несколько замедляется процесс сгорания топлива, из-за чего уменьшается риск детонации топлива в двигателе. Еще одним преимуществом будет и то, что в камере сгорания горючей смеси будет несколько снижена температура. Все перечисленные качества считаются весомыми плюсами, которые говорят в пользу того, что все же стоит задуматься над установкой впрыска воды в двигатель своими руками.
Отрицательные стороны
Как и любая другая система в мире, эта также обладает своими недостатками, которые нужно учитывать.
Во-первых, один из существенных минусов - это нестабильная работа силового агрегата. Это происходит из-за того, что дроссельная заслонка практически все время открыта, а кроме того, частота вращения коленвала остается невысокой, из-за чего машина не едет достаточно быстро. Этот отрицательный момент возникает, в частности, из-за того, что жидкость не может равномерно распределяться по всем цилиндрам автомобиля.
Во-вторых, значительным недостатком считается то, что при обустройстве впрыска воды в двигатель своими руками необходимо подавать в систему лишь чистую дистиллированную воду. Чтобы вся система работала с максимальной эффективностью, необходимо сделать так, чтобы на 10 литров горючего топлива подавалось 2 литра воды. Таким образом, соотношение становится 1/5 и это означает, что после переработки каждых 2 л жидкости в камере сгорания возможно отложение до 200 г соли и других разных минеральных примесей, которых там быть не должно.
Естественно, что еще один существенный минус - это проблемное использование впрыска воды в инжекторный двигатель через форсунки (или в любой другой) из-за того, что жидкость просто замерзает при отрицательных температурах. Конечно, некоторые знают, что данную проблему можно решить при помощи добавки спиртовых добавок, но в действительности данный способ может помочь только при незначительных минусовых температурах. Как только наступают достаточно сильные морозы, необходимо либо сливать воду, либо полностью снимать данную систему.
Вам будет интересно:
Впрыск в инжекторный двигатель
Далее можно рассмотреть, как сделать впрыск воды в двигатель карбюратор или же инжекторный двигатель. Здесь сразу стоит сказать и о том, что на специальных рынках имеется полный набор все нужных деталей, чтобы осуществить задуманное своими руками. Обычно такой комплект состоит из специальных форсунок, бака для жидкости, насос, шланги, некоторые другие элементы и, что самое главное, это управляющее устройство, которые будет следить за четким дозированием впрыска жидкости. Единственный и очень весомый недостаток - это очень высокая стоимость хорошего и полного комплекта.
Из-за этого многие люди предпочитают делать все сами. Для обустройства впрыска воды в инжекторный двигатель своими руками следует придерживаться следующего плана.
- Для начала стоит сказать о том, что специальная форсунка с соплом устанавливается во впускном коллекторе, чтобы добиться лучшего распыления. Причем чаще всего таковым местом установки становится область именно за инжектором или же карбюратором.
- Вода к форсунке подается при помощи специального насоса, который устанавливается в салоне. Чаще всего для выполнения этой функции хватит обычного устройства на 12 В.
- Сама же жидкость будет поступать из бачка. Довольно часто в качестве дополнительного резервуара используется бачок омывателя ветрового стекла.
Непосредственный монтаж впрыска воды в инжекторный двигатель осуществляется достаточно просто.
- Все элементы системы, которые перечислялись выше, должны быть соединены между собой либо при помощи резиновых трубок, либо при помощи небольших шлангов от медицинских капельниц.
- Далее необходимо найти трубку, которая будет выходить непосредственно из насоса и установить на нее иглу от медицинского шприца.
- Иглой, которая была установлена ранее, необходимо проколоть резиновый шланг, идущий от регулятора опережения зажигания.
- После прокола шланги игла фиксируется при помощи герметика. Здесь нужно понимать, что количество впрыскиваемой жидкости будет напрямую зависеть от толщины этой самой иглы.
Таким образом, получается, что микро-форсунка для впрыска воды в двигатель в данном случае - это выбранная игла.
Другие способы установки
Есть и другой способ, который касается монтажа впрыска для карбюраторной модели. В таком случае трубка от капельницы будет подключаться в заранее подготовленное отверстие, которое проделывается в первой камере карбюратора. В данном случае впрыск воды будет происходить за счет того, что будет появляться давление разряжения. Данный процесс также будет напоминать процесс распыления жидкости.
Кроме этого, небольшое преимущество такого метода заключается в том, что водитель транспортного средства, способен сам запустить временную подкачку воды, если ему необходимо временно увеличить мощность силового агрегата. Еще один хороший плюс самодельного впрыска воды в двигатель - это возможность достаточно точно контролировать систему, опираясь на производительность установленного насосного оборудования. Здесь очень важно знать и правильно подобрать все оборудование по нужным пропорциям. Что касается соотношения вода/воздух, то некоторые рекомендуются делать соотношение 1/10 или 1/14. Другими словами, к примеру, на силовой агрегат 1500 см3 нужно около 30-35 литров жидкости. Что касается самой жидкости, то во время впрыска воды в дизельный двигатель BMW, к примеру, или в схожие устройства, она будет превращаться в мелкодисперсную субстанцию. Диаметр частиц будет равен примерно 0,01 мм. Такие мелкие частицы тут же будут обволакиваться жирным бензином и будет образовываться смесь гомогенная ТВС, которая считается однородной. Двигатели с применением такой смеси показывали больший коэффициент полезного действия, чем с обычным топливом, а также было замечено отдаление детонационного порога.
Двигатели с турбонаддувом
Что касается впрыска воды в дизельный двигатель, в модели с инжектором или карбюратором, то здесь все стало немного понятно, а теперь стоит обратить внимание на силовые агрегаты с турбонаддувом, которые могут получить несколько больше плюсов, чем другие, от установки водяного впрыска.
Моторы, имеющие в своей комплектации турбонаддув, могут быть снабжены форсункой для впрыска жидкости, которая размещается за такой деталью, как интеркулер или же турбокомпрессор. В результате этого можно достаточно эффективно понижать температуру горючей смеси, которая поступает в цилиндры. Если устанавливать уже готовые комплекты, которые предназначены для впрыска жидкости, то они могут снизить показатель температуры до 40-60 градусов по Цельсию. Все это приводит к тому, что силовой агрегат затрачивает меньшее количество энергии на сжатие рабочей смеси. Кроме этого, в цилиндры устройства будет поступать большее количество воздуха. Хотя изначально кажется, что сразу после того, как жидкость попадает в горячий двигатель, она начинает активное испарение, из-за чего количество воздуха уменьшается. Однако во время этого испарения вода значительно увеличивается в объеме, из-за чего в цилиндре увеличивается давление. Все это приводит к увеличению мощности турбомотора примерно на 7-10%.
Вам будет интересно:
Добавка спиртовой составляющей
Здесь сразу стоит начать с важного фактора. Когда делается впрыск жидкости в силовой агрегат, необходимо подавать не просто дистиллированную воду, а ее смесь со спиртом, причем в пропорциях 1:1. Это делается для того, чтобы распыление протекало более успешно. Результатом станет смесь из спирта, воды, воздуха и топлива. Данная смесь будет мелкодисперсной.
Если сама по себе жидкость обеспечивала лишь дополнительное охлаждение и уменьшение детонации, то добавление метанола привнесло еще несколько положительных сторон. Тут все дело в том, что скорость сгорания спирта намного ниже, чем скорость сгорания того же бензина. Из-за этого давление в цилиндре увеличивается более плавно, что позволяет достичь увеличенного крутящего момента применительно к количеству оборотов, совершающихся коленвалом.
Необходимость в дистиллированной воде обусловлена тем, что в камере сгорания не должно оставаться никаких отложений, который присутствуют в обычной нефильтрованной жидкости. Важно также добиться максимального распыления, так как от этого напрямую зависит теплообмен и последующий процесс испарения.
Все это говорит о том, что необходимо очень точно подобрать насосное оборудование, а также специальную распылительную форсунку, если речь идет об установке на инжекторный двигатель. Из-за этих требований многие профессионалы все же отказываются от довольно кустарного метода, в котором используется иголка в качестве основного распылителя.
В конце стоит добавить, что эффективно использовать даже купленный и готовый к использованию набор для впрыска жидкости не выйдет до тех пор, пока он не будет очень тщательно настроен.
Краткие характеристики двигателя с впрыском
Было сказано уже достаточно много, а потому необходимо подвести небольшой итог и точно выделить, чем же будет полезна установка впрыска жидкости своими руками.
- Высокая теплоемкость жидкости играет важную роль в теплообмене, уменьшая температуру в двигателе. Это, в свою очередь, повышает КПД силового агрегата. Если говорить коротко, то примерно 40-45% энергии от сжигания топлива уходит на приведение транспортного средства в движение. Остальное же уходит на обогрев окружающей среды. Из-за наличия воды, которая снижает температуру внутри цилиндров, удалось повысить данный процент до 70. Это из-за того, что сжать прохладный газ намного проще, а потому и затраты на данный процесс существенно снижаются.
- Еще одно преимущество - это возможность загнать большее количество воздуха в двигатель, что также положительно сказывается на степени сжатия.
- Как уже говорилось, вода попадает туда не струей, к примеру, а сильно распыленной. Это помогает ей соединяться с бензином и занимать все возможное пространство, что положительно сказывается на степени сгорания рабочей топливной смеси. Этот процесс помогает увеличить КПД силового агрегата еще примерно на 20%.
Выделение недостатков
Что касается однозначных недостатков, то к ним относится следующее:
- Слишком большие требования к точной установке. Малейшие нарушения в технике монтажа и слишком большой или же слишком мелкий поток воды разрушит стабильную работу двигателя.
- Потребуется постоянно приобретать дистиллированную жидкость, так как обычная вода не может быть использована, а на 10 л топлива потребуется примерно 2 л жидкости.
- Зимой применять такую систему вовсе не рекомендуется, так как вода просто замерзнет.
Многие водители хотят повысить мощность своего двигателя без серьезных вмешательств в его конструкцию. Одним из вариантов повышения мощности является , но такой тюнинг возможен не на всех силовых агрегатов. Еще одним распространенным способом повышения крутящего момента двигателя является впрыск воды в топливовоздушную смесь. Внести конструктивные правки в двигатель, чтобы обеспечить работу подобной системы, можно самостоятельно без особых проблем. Рассмотрим в рамках данной статьи как это сделать, а также, какие преимущества и недостатки имеются у подобного решения.
Оглавление:Что дает впрыск воды в двигатель
Система впрыска воды в двигатель перекочевала в автомобильную промышленность из авиастроения. В середине 20 века в американских и немецких авиационных моторах для повышения мощности использовалась система впрыска в рабочую смесь воды в сочетании с метанолом. Ближе к началу 21 века данную систему начали активно использоваться в автомобильных двигателях внутреннего сгорания на гоночных болидах.
Система впрыска воды в двигатель предполагает, что вода будет поступать во впускной коллектор через отдельную форсунку. То есть, топливовоздушная рабочая смесь, которая поступает в цилиндры, будет состоять не из бензина и воздуха, а из бензина, воздуха и воды.
Добавление воды в топливовоздушную смесь снижает ее температуру и повышает ее вес. Тем самым рабочая жидкость более тяжелая поступает в цилиндр и лучше сжимается перед процессом подачи искры и воспламенением. Это повышает мощность двигателя, при этом снижая вероятность детонации топлива, а также уменьшая температуру в камере сгорания и количество токсичных веществ в выхлопе.
Но есть у системы впрыска воды в двигатель и недостатки, о которых также стоит знать перед ее установкой:
- Неравномерное распределение воды по цилиндрам. Это приводит сразу к ряду недостатков, например, снижению скорости разгона автомобиля и нестабильной работе мотора при полностью открытой дроссельной заслонке. Когда частота вращения коленчатого вала низкая, двигатель может “тупить”;
- Использование дистиллированной воды. Система впрыска воды в двигатель не будет показывать эффективность, если использовать обычную воду. Для нее придется приобретать дистиллированную воду, это позволит избежать образования лишних нагаров от примесей в двигателе автомобиля;
- Трудности при работе в зимнее время года. Зимой вода замерзает, поэтому данную систему не рекомендуется использовать при низкой температуре окружающей среды. При незначительном похолодании в воду можно добавлять спирт для предотвращения замерзания, но в сильные холода систему придется полностью отключить.
Впрыск воды в двигатель своими руками
Систему впрыска воды в двигатель можно реализовать как на карбюраторном, так и на инжекторном двигателе. Проще всего это сделать, если приобрести готовые наборы для установки системы, после чего их внедрить. Главный минус такого метода - высокая цена. Стоимость комплекта для создания системы впрыска воды в двигатель начинается от 150 тысяч рублей, а с установкой цена получается еще выше.
В комплект для создания системы впрыска воды в двигатель входят: емкость для воды, форсунки, устройство для дозирования точного количества воды, трубки, шланги, насос, крепежные и другие элементы, необходимые для установки.
Можно реализовать впрыск воды в двигатель своими руками с минимальными затратами. В зависимости от типа двигателя немного будет меняться способ реализации тюнинга.
В качестве бачка для залива воды рассматриваемой системы можно использовать обычный бачок омывателя лобового стекла, установив второй под капотом. В данном случае форсунка с соплом для распыления устанавливается во впускной коллектор за инжектором или карбюратором. В салоне устанавливается электронасос на 12 В, который подает воду на форсунку.
Стоит отметить, что проще систему можно реализовать на карбюраторном моторе. Здесь можно исключить форсунку, используя подручные инструменты. На выходе из насоса можно установить обычную игру от медицинского шприца. Иглой делается прокол в резиновой трубке регулятора опережения зажигания, после чего она крепится в таком положении, например, при помощи герметика.
Обратите внимание: Все необходимые для реализации системы подачи воды элементы можно соединить при помощи обычных медицинских трубочек от капельницы.
Главная сложность создания системы впрыска воды в двигатель своими руками выражается в правильной настройке электронасоса. Нужно его настроить таким образом, чтобы подавалась дистиллированная вода в пропорции около 1 к 10, по отношению к подаваемому воздуху.
Важно: Неправильная настройка системы может привести к подаче большого количества воды в цилиндры, из-за чего случится .
Советы по использованию системы впрыска воды в двигатель
Как правило, самостоятельно установленная система подразумевает, что водитель в ручном режиме контролирует подачу воды в рабочую смесь, используя переключатель для подкачки в салоне. Тем самым можно на повышенных оборотах двигателя добиться увеличения мощности мотора.
На атмосферных автомобильных двигателях система впрыска воды не даст большого прироста в мощности, а только позволит снизить вероятность детонации. Тогда как на турбированных моторах, если установить впрыск воды в турбокомпрессор, можно добиться значительного понижения температуры рабочей смеси, что придет к повышению мощности.
Если хочется добиться большей эффективности от системы впрыска воды в двигатель, лучше заливать не чистую дистиллированную воду, а смесь из воды и спирта (50 на 50). Такая смесь позволит более значительно повысить крутящий момент.
Существует множество автомобильного тюнинга, при котором необходимо вмешательство в двишатель Вашего автомобиля. Но если Вам по каким то причинам не охото разбирать «сердце» Вашего железного коня существует альтернативный тюнинг, о котором и пойдет речь а этой статье. Итак, что это такое, как работает и что относится к альтернативам.
Впрыск воды.
Первый кто испорльзовал впрыск воды в двигатель был некий инженер по фамилии Bcnki из венгрии более 100 лет назад. Дестилетие спустя, в Англии профессор Хопкинсон произвел несколько испытаний на больших промышленных двигателях, однако огромный скачек сделал Гарри Рикардо, изучавший эффект от впрыска воды, написавший книгу “High-Speed Internal Combustion Engine” и сделавший патенты по впрыску воды. Далее основательно потрудились авиаторы, которые в погоне за скоростью и высотой форсировали до нельзя свои моторы. Впрыск воды же позволял на некоторое время значительно увеличить мощность двигателя самолета.
В годы войны американцы и немцы довольно широко использовали впрыск воды (или водо-метаноловой смеси) для повышения мощности авиационных двигателей на малых и средних высотах. В соответствии с приказом по НКАП от 16 ноября 1943 г. моторный завод № 45 должен был спроектировать и изготовить аппаратуру впрыска воды в мотор АМ-38Ф. Конструктор С.В. Ильюшин и завод № 18 получили задание оборудовать пять самолетов Ил-2 моторами с системами впрыска воды. Но при решении этой задачи ни моторный, ни самолетный завод, да и сам Ильюшин особого энтузиазма не проявили. Впрыск воды так и не был отработан, хотя ОКБ Микулина вело в этом направлении экспериментальные работы применительно к АМ-39 и АМ-42.
С появлением реактивных двигателей работы по поршневым авиационным моторам в нашей стране начали сворачивать и накопленный опыт отошел на второй план. Но ничто не бывает забыто и о впрыске воды вспомнили автомобилисты. Откуда же берется дополнительная мощность мотора и как это работает. Ответ прост. Во впускном коллекторе располагается специальная водная форсунка, через которую распыляется в бензо-воздушную сместь вода. В итоге получается следующее – бензовоздушная смесь дополнительно охлаждается впрыснутой водой, повышается за счет микрокапель воды и водянного пара массовая доля топлива и за счет неиспарившеся воды повышается степень сжатия двигателя. Скорость горения в цилиндрах падает; естественно, не возникают условия для детонации. Снижение температуры сгорания топлива при впрыске воды влияет на химические реакции горения. В результате уменьшается концентрация образующихся окислов азота и углерода. Но в этом есить и минус - работа на водотопливных смесях связана и с некоторыми неприятностями. В отработавших газах незначительно увеличивается концентрация углеводородов. Нередко в эксплуатационных условиях двигатели работают не вполне устойчиво, особенно при полностью открытой дроссельной заслонке, при движении автомобиля на малой скорости.
Все это связано с неравномерным распределением воды по цилиндрам двигателя. Рассматривая преимущества и недостатки использования воды в качестве топливного компонента, крайне редко упоминают, что во всех опытах применяется дистиллят. Между тем это обстоятельство никак нельзя упускать из виду. И вот почему: при тех расходах воды, которые сейчас рекомендуются для снижения детонации, для уменьшения токсичности отработавших газов, растворенные в ней соли непременно должны привести к образованию нагара в камере сгорания и к серьезным нарушениям работы двигателя уже через 100-200 часов работы.
Ведь при сгорании 10 кг топлива в двигатель вносится по меньшей мере 2 кг воды, а вместе с ней 150- 200 мг различных солей - примерно в 3-4 раза больше, чем при использовании антидетонатора. Поэтому для серьездного использования впрыска воды необходима специальная система водоподготовки. С теорией все, теперь о практике. Можно купить готовый комплект впрыска.
Такой комплект состоит из форсунок, бака для воды, контроллера, дозирующего воду, водянных форсунок, насоса, соединительных шлангов и т.д. и стоит чуть меньше 3 тысяч баксов. Или можно сделать подобный комплект своими руками, расположив форсунку во впускном коллекторе за карбюратором (инжектором), подключив ее к мотору, качающему воду и включаемому из салона. Пропорция воздух/вода рекомендуется 1/10 – 1/14 (около 35 литров для 1.5 литрового мотора). Но не нужно забывать, что при таком ручном способе активации впрыска можно «перелить» воду и получить гидноудар со всеми вытекающими последствиями. Особое преимущество впрыск воды даст владельцам турбированных двигателей. Расположив форсунку за турбиной
или за интеркуллером позволит еще более охладить поступающую в мотор смесь (Продаваемые комплекты уменьшают температуру нагнетаемого воздуха до 40-60°C). Как отмечалось ранее для впрыска наиболее подходит дистилированныя вода, продаваемая в любом автомагазине, но можно использовать и добавки к воде.
Как это не кощунственно, но западные спортсмены в свои машины заливают смесь воды и спирта или ничто иное как водку. Это кощунство дает следующее – водно-спиртовое соединение обладает большей степенью рассеиваемости чем вода, тем самым образую наиболее мелкодисперсную бензо-водо-воздушную смесь.
«впрыск воды», только H2O позволяет, в основном, снизить детонацию (плюс, действуя как антиоксидант, препятствует отложению соединений углерода), на деле же применяется смесь воды и метанола в соотношении 50:50. И сейчас объясним, почему.
Вода имеет очень высокую теплоемкость (именно поэтому вблизи моря изменение температуры происходит более плавно), что способствует снижению температуры поступающего воздуха, а мы знаем из школьного курса физики, что для сжатия более холодного воздуха требуется затратить меньше энергии. То есть, грубо говоря, вода играет роль интеркулера.
Однако что же получается? С одной стороны, теперь мы можем «загнать» в цилиндр больше кислорода, но, с другой, вода испаряется, оставляя меньше места для кислорода. Получается, что оба фактора нейтрализуют друг друга! Если бы не одно приятное «но» - вода, испаряясь, увеличивается в объеме, а значит, увеличивается и давление внутри цилиндра, следовательно, наблюдается и прирост мощности – около 10%.
Кроме того, вода при впрыске становится мелкодисперсной средой с размером частиц – капель – около 0,01 мм, и бензин эти капли сразу обволакивает – примерно так же, как он растекается по поверхности лужи. Камера сгорания, таким образом, получается заполненной более равномерно (более гомогенизированная смесь). Это увеличивает КПД и, опять же, снижает риск детонации.
Не лишним будет напомнить, что ни одна система не может полноценно использоваться без соответствующей настройки двигателя – это или забеднение смеси, или увеличение давления, или более раннее зажигание.
А теперь про метанол. Этот спирт горит гораздо медленнее, нежели бензин, благодаря чему давление в цилиндрах нарастает более плавно и его пик возникает позже. Что происходит? Увеличивается момент, а следовательно, и мощность, которая напрямую зависит от соотношения момента и числа оборотов.
Идеальный вариант – когда максимальное количество воды поступает на пике момента. Правильное соотношение вода/воздух – 1:10…1:14 (если недолить – двигатель будет детонировать, первый признак – сильная вибрация; если перелить – топливно-воздушная смесь будет сгорать не полностью, первый признак – стрельба из глушителя). Вода обязательно должна быть дистиллированной. Посмотри на отложения солей в чайнике – ты же не хочешь, чтобы в цилиндрах была такая же гадость!
Между строк можно заметить, что купить сегодня такую систему особых проблем нет, а вот правильно настроить… таких специалистов по всей России можно по пальцам одной руки пересчитать.
Вода должна подаваться в мелкодисперсном виде – у множества маленьких капель больше площадь теплообмена, соответственно, эффективнее испарение (именно поэтому в блюдце чай стынет быстрее, чем в стакане). Как этого добиться? При помощи достаточно мощного насоса и правильного (!) сопла форсунки. В самодельных системах обычно используется насос от оросительной системы и игла от одноразового шприца. Надежность и эффективность такой конструкции под большим вопросом.