Система впрыска воды в двигатель: Впрыск воды в двигатель автомобиля своими руками, плюсы и минусы

Компания BMW вернула впрыск воды в двигатель — ДРАЙВ

Для отделения BMW M это 17-й сезон MotoGP, в котором различные «эмки» выступают в роли safety car.

Баварцы представили необычное купе M4, которое будет работать автомобилем безопасности на чемпионате MotoGP нынешнего года. Но необычным его делают не раскраска, не «люстра» на крыше и даже не большое антикрыло. Главное — у этой двухдверки нестандартный мотор, оснащённый системой впрыска воды во впускной коллектор. Такой приём при грамотном применении позволяет нарастить мощность и сократить расход топлива.

От стандартного двигателя этот отличается перекроенным впускным трактом.

Машина безопасности выступает также в роли витрины, демонстрирующей возможности персонализации «эмок». Например, тут установлены углепластиковые антикрыло, диффузор, корпуса зеркал, а также титановая выхлопная система с углеволоконными наконечниками. Подвеска также отличается от базовой версии.

Впрыск воды в ДВС был придуман ещё перед Второй мировой войной и применялся на самолётах, предназначенных для установления рекордов скорости, а потом и на истребителях. На серийных автомобилях эта технология была использована гораздо позже (см. врезку «Бонус»), встречалась она крайне редко, да так и осталась экзотикой, несмотря на некоторые её преимущества.

Впрыск воды во впускной коллектор активируется при высоких нагрузках. Распылённые форсунками мельчайшие капли тут же испаряются, заметно снижая температуру воздуха. Это повышает его плотность и позволяет «утрамбовать» в цилиндры больше заряда. Кроме того, происходят снижение пика температуры в камере сгорания и подавление детонации, что допускает увеличение давления наддува.

Всё дело в том, что без системы управления, способной корректно рассчитывать параметры смеси, впрыск воды лишь наносит вред — снижает мощность, повышает расход, увеличивает износ двигателя и способен привести даже к его поломке. Об этом иной раз забывают сторонние компании, предлагающие на рынке кит-комплекты для установки такого впрыска. Польза от их монтажа сильно зависит от продуманности реализации. А вот в заводских стенах для этой технологии наступает ренессанс: отделение BMW M заявило, что в ближайшее время начнёт оснащать ею серийные машины.

Бонус

В 1962 году фирма Oldsmobile выпустила на рынок модель F-85 Jetfire с 218-сильным турбомотором V8 3.5. Он был оборудован системой впрыска смеси метанола и воды (50/50). Спирт вместе с водой работал на снижение температуры воздуха на входе и подавление детонации. Хотя для своего времени это был очень продвинутый агрегат, надёжность его оставляла желать лучшего. К тому же Jetfire стоил ощутимо дороже 85-го с «атмосферником». Так что число проданных машин с водяным впрыском оказалось сравнительно невелико — 3765 штук. В 1978 году компания Saab выпустила модель 99 Turbo S с двухлитровым турбомотором и заводской системой впрыска воды. Она позволила поднять мощность со 145 л.с. на обычном Turbo (на фото) до 160–165 л.с. на «эске». Но такие версии были редки на фоне более массовой модификации Turbo.

Утоли мои печали: как впрыск воды повышает мощность мотора

Обыватель 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 фото: ИЛ-2

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, мы уже рассказывали вам ранее.

На фото: Oldsmobile F-85 Jetfire Hardtop Coupe 1963

Еще одним производителем, вспомнившем о полезных свойствах водометанольной смеси, стал шведский Saab, где до начала 1980-х годов устанавливали систему впрыска воды на Saab 99 Turbo S. 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 системы были запрещены регламентом.

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.

Впрыск воды в двигатель, впрыск водометанола

Впрыск воды в двигатель — история подачи воды в двигатель внутреннего сгорания

Идея впрыска воды в ДВС была изобретена H. Ricardo в 1930 году, который продемонстрировал, как можно удвоить мощность двигателя, используя подачу воды и метанола в двигатель. Первое широкое применение впрыска водометаноловой смеси в двигатели внутреннего сгорания произошло во время второй мировой войны.

В 1942 году германские ВВС увеличили мощность истребителя Focke-Wulf 190D-9 с 1776 до 2240 л.с. ( +26% ), используя впрыск метанола и воды в соотношении 50-50%.
Во время Второй мировой войны в радиальных авиационных двигателях американских и немецких самолетов для кратковременного форсажа системой впрыска воды оснащались авиамоторы Daimler Benz серии 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf 109, Junkers Jumo 213 A1 для FockeWulf 190D, Pratt & Whitney J57 для американского B-29 Stratofortress и многие другие. Вода добавлялась в уже готовую смесь, охлаждая ее, и попадала вместе с ней в камеру сгорания. От контакта с раскаленной поверхностью поршня и стенок цилиндра вода мгновенно превращалась в пар, который помогал рабочим газам толкать поршень. Предварительное охлаждение топливовоздушной смеси позволяло увеличить ее объем на впрыске и повышало эффективность сгорания топлива. Впоследствии воду заменили специальной смесью MW-50, состоящей из равных частей воды и метанола, тем самым увеличив мощность двигателей на 25–30%. Авто производители, в частности Chrysler, также применяли этот метод для увеличения мощности и снижения детонации на моделях с моторами большого объема. Saab, компания с авиационными корнями, устанавливала систему впрыска воды на скоростном Saab 99 Turbo S вплоть до начала 1980-х годов. С появлением интеркулеров, охлаждающих воздух перед впрыском в цилиндры, применение воды в автомобильных моторах потеряло актуальность.

Так же системы впрыска воды использовали в 80-90 годы в Formula 1 и WRC, где в последствии были запрещены регламентом.
Renault внедрил впрыск воды в 1977г. В 1983 для болидов Formula 1 Renault устанавливает баки на 12 литров воды, электрический насос и регулятор давления, в результате мощность двигателя около
600 л.с., а в 1986, мощность была повышена до 870 л.с. В 1983 г. Феррари также внедрили впрыск воды, чтобы быть первыми. Они завоевали первенство конструкторов. Феррари использовали смесь спирта с водой. Позже, Porsche тоже применил впрыск воды в формуле 1 для увеличения мощности.
Интересно, что в конце 2004 рекорд на четверть мили для дизелей, который долго никто не мог побить, был превзойден дважды (сейчас это 7,98 сек) двумя разными авто, и оба использовали систему впрыска водно-метаноловой смеси. Porsche 911 с 9ff-тюнингом установила новый мировой рекорд скорости для авто, сертифицированных для дорог общего пользования – 388 км/ч, используя систему впрыска водно-метаноловой смеси. Jan Fatthauer установил рекорд на быстрейшем в мире Porsche 911, используя систему впрыска водно-метаноловой смеси.
Последнее упоминание о системе впрыска воды на мировом уровне сделала BMW в 2005, они планировали использовать систему впрыска в весьма извращенном виде, впрыскивая воду в выхлопные газы, которые должны вращать небольшую турбину энергией пара.

Но в 2015 году BMW представила автомобиль safety car для MotoGP 2015 с системой впрыска воды в классическом виде, где форсунки впрыскивают воду во впускной коллектор под высоким давлением, для охлаждения горячего впускного воздуха от двух турбин. Так же BMW заявили о возможном использовании данной системы в гражданских автомобилях. Впоследствии они выпустили ограниченную версию BMW M4 GTS в количестве 400шт., которая была оснащена системой впрыска воды Bosch.

Сейчас американские и английские фирмы производят комплекты систем впрыска воды с метанолом для мощных и, как правило, турбированных автомобилей. Представляют они из себя простейшую систему состоящую из садового насоса, системы шлангов, простейшей форсунки и небольшого контроллера. Системы эти работают, но не всегда надежно и не всегда хорошо, от того впрыск воды обычно использовался только в узком кругу автоспорта и тюнинга.

Порой всплывают факты добавления воды в советских грузовиках для снижения расхода топлива посредством медицинской капельницы. Так же есть отчеты об исследованиях в этой области американцами, русскими, немцами, турками. Есть данные о том, что впрыск воды нейтрализует 60-80% вредных выбросов в атмосферу и отчеты о снижении расхода топлива на 25-30% для бензиновых и дизельных двигателей и замеры возросшей на 15-20% мощности двигателей с такими системами.

Впрыск воды в двигатель — опасения, мифы, страхи, поверья

Идея подачи воды в двигатель вызывает только смех и опасения, ведь идея впрыска воды в двигатель внутреннего сгорания противоречит базовым принципам и постулатам, привычным стереотипам. Любой ребенок знает, что вода гасит огонь, любой взрослый знает, что существуют две противоборствующие стихии вода и пламень и эти стереотипы нельзя сломать, они формировались в сознании людей много сотен лет. Любой опытный автовладелец знает, что если машину утопить в глубокой луже, то двигатель получит гидроудар и это страшно. Отсюда напрашивается простой вывод — вода и двигатель внутреннего сгорания несовместимы!

Так же «знатоки» устройства и принципов работы ДВС утверждают, что двигатель с впрыском воды:

— получит гидроудар

но обьем подаваемой воды в двигатель измеряется единицами миллиграмм, размер капель не более 0.1мм

— заржавеет

температура в камере сгорания доходит до 2000С, а вода начинает превращаться в пар уже при 100С, а в перегретый пар уже при 200-300С, это значит, что воды в камере сгорания нет, она полностью и моментально испаряется и переходит в парообразное состояние

— масло превратится в эмульсию

воды подается настолько мало, что она просто не может попасть в картер, учитывая что почти все газы будут удалены из камеры сгорания на такте выпуска

— пар растворит масляную пленку и двигатель заклинит

ни вода, ни пар не являются растворителями, а вот бензин как раз самый настоящий растворитель, который прекрасно растворяет моторное масло, при этом двигатели ездят сотнями тысяч километров без проблем

Это наиболее частые заявления скептиков при разговоре на тему впрыска воды в двигатель и все эти утверждения ложны и не имеют ничего под собой, кроме страхов и опасений.

Можно посмотреть на данный вопрос по-другому, многие лекарства сделаны с добавлением крайне токсичных и смертельно опасных для здоровья людей компонентов, вопрос только в концентрации этих веществ в лекарстве, которое помогает выжить и яде, который убивает. Так вот если смертельную для двигателя внутреннего сгорания концентрацию воды сильно уменьшить, то она начинает работать, как лекарство и помогает двигателю работать.

Зачем двигателю нужен впрыск воды и зачем подавать воду в двигатель ?

При впрыске воды в строго дозированном обьеме, при условии, что вода распыляется каплями размером менее 0.1мм, двигатель начинает работать иначе. Вода обладает огромной теплоемкостью, при впрыске воды во впускной коллектор она охлаждает его и впускной воздух, который становится плотнее, а значит в двигатель попадет больше кислорода и больше топлива сгорит полностью, а это прямой путь к повышению мощности. По данным исследований увеличение мощности составляет 10-15% для бензиновых ДВС и 20-30% для дизельных.

Вода попадая в горячую камеру сгорания испаряется и увеличивается в обьеме в 1700 раз, давление пара помогает двигать поршни, т.е. выполнять работу — крутящий момент двигателя увеличивается.  

Пар прекрасно очищает впускной коллектор, клапаны, камеру сгорания, поршни, турбину, выхлоп от нагара, получается, что с впрыском воды Вы постоянно моете двигатель изнутри.

Впрыск воды экстремально увеличивает детонационную стойкость топлива, это значит, что можно использовать более дешевое топливо без вреда для двигателя. Октановое число бензина АИ-92, АИ-95, АИ-98 отражает как раз уровень детонационной стойкости и более ничем бензины не отличаются. Получается, что с впрыском воды можно заправлять вместо 98го бензина 92й, а двигатель даже не заметит подмены, при этом финансовая выгода на лицо.

При применении впрыска воды можно увеличивать давление наддува турбированных двигателей и получать больше мощности, при этом не боясь сломать двигатель, т.к. вода эффективно снижает температуру выхлопных газов, а это положительно влияет на ресурс турбины и выхлопного тракта.

Впрыск воды позволяет экономить топливо, исходя из всех вышеописанных фактов, получается что водителю придется меньше давить на педаль газа, чтобы ускоряться так же быстро, а значит расход топлива будет неуклонно снижаться. По данным исследований расход топлива снижается от 10 до 20%, в зависимости от типа и мощности ДВС.

Снижение вредных выбросов, впрыск воды в двигателе внутреннего сгорания прекрасно борется с вредными выбросами, а значит это экологичная технология.

Что дает впрыск воды или водометанола двигателю ?

плюсы от применения впрыска воды:

— снижение температуры впускного воздуха
— снижение температуры в камере сгорания
— резкое повышение детонационной стойкости топлива (в том числе некачественного и низкооктанового)
— снижение вредных выбросов на 60-80%
— повышение мощности на 15-20% и крутящего момента на 25-30%
— снижение расхода топлива
— очистку впуска, камеры сгорания, клапанов, поршней, турбины и свечей зажигания

минусы от применения впрыска воды:

— стоимость системы ( окупается за один год эксплуатации автомобиля )
— необходимость периодически заправлять дополнительный бачок дистиллированной водой, метанолом или водометанолом

Сопоставив список плюсов и минусов, однозначно возникает ощущение «разводки», ведь так много плюсов и так мало минусов — невозможно ? Еще как возможно.

Как работает система впрыска воды ?

Принцип работы системы впрыска воды основан на свойстве огромной теплоемкости воды. Если воду распылить и мелкие капельки воды запустить в двигатель вместе в впускным воздухом, то ни охладят и воздух, попадающий в двигатель, и сам впускной коллектор. Есть мнение, что микро частицы воды позволяют сделать смесь бензина и топлива более однородной, что повышает КПД. Попадая в горячую камеру сгорания (300-600С) маленькие капли воды моментально испаряются превращаясь в пар, который очищает камеру сгорания, днище поршня и свечи, а так же «давит» на поршень, т.к. вода расширяется при испрении в 1700 раз от своего объема в жидком виде. Т.е. вода создает паровой эффект в двигателе внутреннего сгорания, который выражается в повышении крутящего момента двигателя. Более того вода вступает в химическую реакцию с выхлопными газами, что сильно снижает количество вредых выбросов, в результате реакции образуется CO2 и h3O.
И снова одни плюсы и никаких минусов, при этом возникает разумный вопрос, а почему до сих пор ни один производитель не применил эту волшебную систему в своем автомобиле ? На этот вопрос очень сложно ответить, но последние заявления от BMW дают надежду, что современное автомобилестроение доросло, наконец, до такой технологии 100 летней давности, как впрыск воды.

Впрыск воды — экономия топлива и рост мощности ?

Пока все было логически верно и красиво. Но у читателя может возникнуть разумный вопрос — откуда такие фантастически данные о росте мощности на 15-20% и одновременной экономии топлива ?
Впрыск воды в ДВС сильно увеличивает анти-детонационные свойства топлива, это значит, что при том же 95м бензине можно увеличить опережение зажигания, что даст рост мощности. При впрыске смеси воды и спирта увеличивается октановое число топлива, за счет высокого октанового числа спиртов (этанол, метанол, изопропанол), что так же сказывается на росте мощности. Так же стоит вспомнить о паровом эффекте, который помогает сгоревшим газам «давить» на поршень и информации о повышении гомогенности топливной смеси при впрыске воды.
А откуда берется топливная экономичность ?
Впрыск воды позволяет сделать смесь более бедной, т.е. уменьшить количество впрыскиваемого топлива, а так же повышает мощность и крутящий момент, а значит Вам не нужно так же сильно давить на газ, чтобы набрать туже скорость.

ДВС + ВОДА = ГИДРОУДАР, ржавчина, эмульсия в масле ?

Как я уже писал выше в умах людей, которые слышат в одном предложении слова ДВС и вода сразу возникает множество фантазий. Первая и основная, что при впрыске воды возможен гидроудар, это просто невозможно, т.к. в двигатель впрыскивается до 25% воды от объема топлива, который составляет 1/13 от объема поступающего воздуха. Во-вторых вода подается в двигатель во взевешенном состоянии, т.е. капельки воды настолько маленькие и легкие, что держатся в воздухе.

Думаю все видели на мойке как возникает водяной туман вокруг машины, когда ее моют системой высокого давления. Такие же капельки и попадают в двигатель и никак не могут ему навредить.
Второй миф — при впрыске воды в ДВС, детали двигателя могут заржаветь. Снова стоит оценить количество впрыскиваемой воды и тот факт, что вода испаряется при 100С, а в камере сгорания температура в несколько десятков раз больше, поэтому ржавчина не может образоваться в принципе.

Система впрыска воды в двигатель — как это работает ?

Простейшие системы впрыска воды времен второй мировой были механическими и дозировать воду должен был пилот самолета. Применявшиеся системы подачи воды в карбюратор на грузовиках «Дороги жизни», для увеличения пробега на том же запасе топлива, состояли из медицинской капельницы и иглы от шприца. Проще говоря, системы были несовершенны и при всех своих плюсах создавали сложности и проблемы в эксплуатации. Во времена формулы 1 и WRC системы уже управлялись компьютерами и могли дозировать воду точно, но применялись с целью повышения мощности и охлаждения камеры сгорания. Современные системы впрыска воды, которые можно купить, так же управляются компьютерами и оборудованы многоуровневыми системами защиты. 

Задача любой системы впрыска воды — распылить определенное, небольшое, количество воды и подать ее в двигатель. При этом обьем впрыскиваемой воды должен быть высокоточно дозирован и должен зависеть от нагрузки на двигатель, т.е. постоянно изменяется. В этом и скрыта основная проблема всех систем — задача точно дозировать обьем впрыскиваемой воды в двигатель в нужный момент.

Любая современная система впрыска воды состоит из:
— насоса высокого давления 5-10 бар
— форсунки или нескольких впрыска воды
— контроллера впрыска (электронный блок управляющий насосом и выполняющий защитные функции)
— бачка для воды или водно спиртовой смеси
— датчика уровня жидкости в бачке
— шлангов и креплений

Принцип работы всех современных систем впрыска воды одинаков — контроллер получает данные о расходе воздуха с датчика двигателя и рассчитывает количество подачи воды, насос включается по команде контроллера и качает давление, форсунка впрыскивает воду. При этом форсунка — просто втулка с очень маленьким отверстием. Все очень просто.
Все эти системы обладают достаточным количеством минусов, т.к. производят их выходцы из автоспорта и по большей части для автоспорта или тюнинга, где нет задачи экономить топливо.
Во-первых впрыск воды происходит не постоянно, а только на мощностных режимах, т.е. контроллер определяет когда начинать впрыск.
Во-вторых все системы весьма инерционны, т.к. контроллер посылает сигнал на насос, тот включается и начинает накачивать давление и только потом форсунка начинает впрыскивать воду, задержка между отправкой команды на впрыск и непосредственно впрыском может составлять 1мс, для двигателя это очень долго.
Стандартная система впрыска воды, которую можно купить сейчас работает так, — вода подается в цилиндры только на больших оборотах и под большой нагрузкой.

В очень дорогих системах применяется клапан, который позволяет изменять количество впрыскиваемой воды, но работает не очень эффективно.
Большинство выпускаемых сейчас систем могут начинать работу с 3000 об/мин и то с оговоркой производителей, что могут быть проблемы, т.к. система не конролирует количество подаваемой воды, а только дает команду включить/выключить насос. Ограничение количества впрыскиваемой воды происходит посредством размера форсунки, т.е. ее производительности.

Но как показывает действительность, большинство систем использует только часть плюсов от впрыска воды, даже BMW использует впрыск воды по-спортивному, как интеркулер, чтобы остудить горячий впускной воздух от двух турбин.
Рукастые парни, начитавшись интернета делают самодельные системы впрыска воды из капельниц и шприцов, из насосов и форсунок омывателя и прочих подручных средств и эти системы работают. Они повышают мощность, улучшают отклик двигателя, позволяют экономить топливо. Но минусов у таких систем много, они недостаточно эффективны. По сути они льют условно неопределенное количество воды в мотор, но не распыляют и даже в таком виде вода в ДВС работает и приносит пользу.

Система впрыска воды JTlab

Изучая все возможные предложения систем впрыска воды, быстро приходишь к выводу, что надо покупать лучшее, т.к. только оно работает, а работает точно и хорошо система от Aquamist, стоимостью 60-80 т.р., это тот самый британский производитель, который создавал системы впрыска воды для WRC. Правда чопорные и консервативные англичане так и остались в 80х и их система настраивается путем поворачивания переменных резисторов внутри контроллера, что совсем не удобно, не говоря вообще о сложности настройки этих систем.

Изучая все возможные предложения систем впрыска воды, быстро приходишь к выводу, что надо покупать лучшее, т.к. только оно работает, а работает точно и хорошо система от Aquamist, стоимостью 60-80 т.р., это тот самый британский производитель, который создавал системы впрыска воды для WRC. Правда чопорные и консервативные англичане так и остались в 80х и их система настраивается путем поворачивания переменных резисторов внутри контроллера, что совсем не удобно, не говоря вообще о сложности настройки этих систем.

Спустя некоторое время нам удалось изготовить простейший образец системы и испытать его на турбированном двигателе. Даже без изменения настроек ЭБУ автомобиль с впрыском воды показал свои плюсы:
— лучший отклик двигателя на педаль газа
— турбина раньше и быстрее выходит на буст
— выхлоп перестал «вонять»
— свечи уже после 30 км пробега начали очищаться

После изменения углов зажигания и уменьшения количества впрыскиваемого топлива все стало намного лучше:
— тяга двигателя улучшилась во всем диапазоне
— двигатель имеет хороший отклик на всех оборотах
— турбина стала выходить на рабочее давление на 1000 об/мин раньше
— машина поехала и чем выше обороты и скорость тем выше тяга, нет провалов, возникает ощущение, что ее уже не остановишь

Прочитать подробнее о системах впрыска воды, метанола JTlab

Купить систему впрыска воды JTlab Вы можете здесь

Гидрофилия — Авторевю

«Губит людей не пиво, губит людей вода…» А двигатели? На скоростной дороге фирменного полигона BMW во французском Мирамасе я убедился в том, что впрыск воды в мотор не губителен — а, наоборот, полезен!

В чем смысл? Вода имеет высокую теплоемкость, и ее испарение в камере сгорания играет роль своеобразного «интеркулера»: бензовоздушная смесь охлаждается, повышаются ее плотность и стойкость к детонации. За счет этого появляется возможность нарастить производительность турбокомпрессора и сделать зажигание более ранним. Повышается и экономичность, особенно в режимах максимальной мощности. А заодно на 20—25 градусов снижается температура двигателя.

У BMW давние традиции впрыска воды: его практиковали еще на авиационном моторе BMW 801D с непосредственным впрыском бензина, который ставили в 40-х на истребители Focke-Wulf Fw 190. Вернее, тогда немцы применяли водометанольную смесь. В послевоенные годы впрыск воды во впускной коллектор турбомотора использовали Oldsmobile Jetfire и Saab 99 Turbo S. А теперь про старую технологию вновь вспомнили в BMW. Для снижения расхода бензина нынче все средства хороши!

Причем если в экспериментальной 431-сильной «шестерке» автомобиля безопасности BMW M4, который ездит по треку в мотогонках серии MotoGP, конструкторы применили обычный впрыск воды во впускной коллектор, то на трехцилиндровом турбомоторе 1.5 они пошли дальше: с помощью специально разработанного топливного насоса высокого давления Bosch после 4000 об/мин вода подмешивается к бензину, и получившийся «коктейль» через специальные форсунки впрыс­кивается в камеру сгорания. Это дало 201-сильному мотору дополнительные 14 л.с. А благодаря снижению риска детонации степень сжатия повысили с 9,5:1 до 11,0:1, что заметно подняло отдачу при низких и средних нагрузках.

Расход воды при этом — до 1,5 л на «сотню», объем «аквабака» — 7 л. Значит, при движении с высокой скоростью, когда влага расходуется интенсивно, каждые полтысячи километров придется останавливаться и заливать дистиллят? Ведь обычной водой пользоваться нельзя: мотор зарастет накипью, как чайник.

Однако если при этом включен кондиционер, то система автоматически пополняется конденсатом из климатичес­кой системы — летом его образуется до 1,5—2 литров за час. А что делать зимой, сливать воду и сушить весла? Инженеры улыбнулись: нет, после остановки двигателя вся вода перекачивается в специальную емкость, не боящуюся замерзания, и оттаивает после запуска.

Так устроена система комбинированного впрыска бензина и воды: вода подается во впускной коллектор, а после 4000 об/мин — еще и в цилиндры вместе с топливом

Все это затеяно ради снижения расхода топлива: инженеры BMW обещают «до 8%» в смешанном цикле. После быстрой езды по полигоновскому кольцу Мирамаса на экспериментальной трехцилиндровой «единичке» бортовой компьютер высветил 9 л/100 км. Неплохо, но… Не революция.

Полная версия доступна только подписчикамПодпишитесь прямо сейчас

я уже подписан

Впрыск воды в двигатель – есть ли смысл

Рано или поздно в любом автомобильном сообществе обычно возникает тема про впрыск воды в двигатель, мол, кто-то где-то слышал, что это повышает мощность и позволяет снизить расход топлива. Тема многих привлекает, ведь это кажется манной небесной – можно не городить турбины, не ставить азот, а просто впрыснуть в мотор бесплатной воды и он сразу преобразится. Это кажется слишком невероятным, чтобы быть правдой. Но на самом деле в «водном» вопросе все еще интереснее чем кажется на первый взгляд – польза от впрыска воды в мотор есть, а вот смысла его ставить – нет. Запутались? Давайте разбираться.

Впрыск воды в двигатель

То, что добавление воды в двигатель может быть неплохой идеей, задумались еще более 100 лет назад, причем не какие-то гаражные тюнингаторы, а вполне приличные заводские инженеры. Правда, поначалу технологией пользовалось авиационное двигателестроение, но и в автомобильной промышленности за идеей посматривали. В послевоенные годы появился даже серийный автомобиль, в котором впрыск воды был реализован на заводе – Oldsmobile F-85 Jetfire.

Oldsmobile F-85 Jetfire 1962 года

С помощью воды GM боролась с детонацией. Потом долго с этой темой работал Saab, причем сразу не нескольких моделях.

Saab 99 Turbo 1967 года выпуска

Даже в наши дни выпускается BMW M4, в котором на одном из моторов тоже используется эта технология. Да что там говорить, даже в Формуле-1 в начале 80-х, до введения прямого запрета, некоторые команды ставили подобные системы и получали прибавку в мощности. Если столько неглупых инженеров работали над этой темой значит во впрыске воды есть смысл?

BMW M4 Coupe с системой впрыска воды в двигатель

Почему помогает

Да, смысл имеется. Далекому от физики человеку это может быть трудно понять. Как же так – двигатель работает на бензине, почему добавление воды как-то улучшает его характеристики. Но на самом деле все логично – вода позволяет охладить топливо-воздушную смесь, что уже само по себе и неплохо (для сжатия охлажденной смеси нужно затратить меньше энергии, значит больше мощности мотор передаст на колеса), а попадая в цилиндр, она к тому же испаряется и немного повышает степень сжатия, что как раз и дает прибавку в мощности. Кроме того, вода увеличивает скорость горения, что позволяет значительно снизить детонацию. В разные годы инженеры с помощью впрыска воды решали разные задачи. До появления интеркулеров – охлаждение смеси, после их появления – краткосрочное увеличение мощности, в повседневной жизни – снижение октанового числа топлива.

Схема работы двигателя Oldsmobile F-85 Jetfire

Техническая реализация впрыска может быть разной, но в самых примитивных вариантах очень дешевой. Любая емкость, шланг от капельницы, моторчик стеклоомывателя, форсунка для распыления во впускной коллектор, простая электрическая схема. Но это, конечно, ненадежно и рискованно – чуть перестарался с подачей воды и здравствуй, гидроудар. Сегодня уже придуманы системы впрыска с компьютерным управлением по данным с датчиком, это позволяет системе работать стабильно, но и, конечно, повышает стоимость установки. Сейчас многие компании наладили продажи готовых комплектов – однако стоят они 800-1000 долларов.

Комплект впрыска воды в двигатель AQUABAST WI-2.0

Почему не нужно ставить

После прочтения прошлого раздела у многих читателей наверняка появилась мысль, почему же система впрыска воды до сих пор не стоит на всех автомобилях в мире, если она относительно проста в реализации и улучшает работу мотора. И причины для этого, конечно, есть.

Во-первых, наличие воды в смеси ухудшает выхлоп, а экологические стандарты все строже и строже, автопроизводителям совсем не хочется бороться еще и с этой проблемой.

Система впрыска воды в двигатель

Во-вторых, настроить впрыск воды, чтобы он работал стабильно, задача совсем непростая, особенно если речь идет о впрыске во впускной коллектор. Как ни располагай форсунку, наполнение водой разных цилиндров все равно будет отличаться, а это почти гарантирует неустойчивую работу на полной мощности и при небольших оборотах под нагрузкой. Технология распределенного впрыска воды эту проблему чисто теоретически могла бы решить, но тут уже начинает сказываться цена вопроса – сегодня для бюджетных машин даже распределенный впрыск бензина слишком дорог и сложен, что уж говорить про воду.

Установленная система

В-третьих, вода для конечного потребителя оказывается не бесплатной. Воду из-под крана для впрыска в двигатель использовать нельзя. Вернее, конечно, можно, но из-за солей и добавок стенки цилиндров двигателя уже за пару тысяч километров покроются отложениями (вспомним кухонные чайники!), и тогда хлопот с мотором не оберешься. Так что, как минимум, вода нужна дистиллированная. А по-хорошему, нужно в нее добавлять метанол, чтобы и зимой можно было использовать, и двигатель работал ровнее. То есть помимо затрат на бензин у владельца машины появляется необходимость покупать (ну, или изготавливать самому) жидкость для впрыска. А это вряд ли позволит снизить стоимость эксплуатации.

Реальный пример

Экономическую сомнительность использования воды в массовом автопроме можно проследить как раз на примере BMW M4. Инженеры сообщают, что за счет воды удалось повысить мощность мотора на 14 л.с., при этом расход топлива снизился на 8%. Система потребляет 1,5 литра водно-метанольной смеси на 100 километров. Водяной бак на 7 литров, значит нужно его заправлять каждые 500 километров, примерно так же, как и бензин. Да, без воды автомобиль будет нормально работать, но без прибавки в мощности и экономии. Вот и считаем, выгода по бензину не такая уж и большая, прирост в «лошадях» есть, но тоже не глобальный, а мороки с системой много. Для обычного автомобиля это не окупится.

Под капотом BMW M4 Safety Car с системой впрыска воды

А вот в гонках, где «мы за ценой не постоим», система впрыска воды весьма оправдана, особенно в дреге (хотя там приходится конкурировать с азотом), где ресурс не важен, стоимость эксплуатации тоже, а каждая снятая десятая секунды с результата повышает шансы на победу. Впрочем, те же задачи, что и с помощью воды, можно решить и другими способами, поэтому это тоже опциональный вопрос.

Так что получается парадокс, впрыск воды в мотор реально позволяет улучшить его характеристики, но по совокупности факторов такие системы себя почти никогда не оправдывают, как бы ни хотелось некоторым мечтателям заправляться из водопроводной сети и ездить на полной мощности.

Просто добавь воды. Маленькая добавка H₂О повышает мощность ДВС и экономит топливо

Фото: Bosch

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 ДВС с изменяемой степенью сжатия. 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 CO₂, 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.

Впрыск воды в двигатель!? Ecomax

Бывалые автомобилисты наверняка помнят о удачных и неудачных попытках впрыска воды в двигатель. Это обусловлено отсутствием «умных» систем управления и технологий, которые бы оптимизировали подачу воды и параметров двигателя.

Система впрыска воды Ecomax! система экономии топлива построена на базе современных технологий с использованием микро ЭВМ и представляет собой законченное устройство, которое устанавливается на автомобиль.

Использование микро ЭВМ делает систему водного инжектора простой в эксплуатации и достичь максимальной эффективности. Так же, применение микро ЭВМ позволяет точно рассчитывать и дозировать необходимое количество воды, топлива, которое зависит от режимов работы двигателя, его температуры, частоты вращения коленчатого вала, положения дроссельной заслонки и т.д.

Настройка системы «Ecomax-2» производится при помощи персонального компьютера. Все необходимое для настройки поставляется в комплекте. Большая часть параметров и настроек доступна для регулировки на электронном блоке управления Ecomax.

Система «Ecomax-2» имеет возможность непосредственно производить коррекцию времени впрыска топливных форсунок по таблицам (картам), записаных в блоке «Ecomax-2». Для нормальной работы ЭБУ автомобиля, сигнал лямбда зонда эмулируется.

Система Ecomax-3 отличается от Ecomax-2 отслутствием дисплея и меньшими габаритами. Цена одинаковая.

Система водного инжектора позволяет вам:

• ✔  увеличить мощность двигателя, возможность дополнительного форсирования двигателя*;
• ✔ снизить расход топлива — экономия до 30% **;
• ✔ устранить детонацию;
• ✔  снизить ударные нагрузки на кривошипно-поршневую группу;
• ✔  устранить нагар в камере сгорания;
• ✔  возможность использования бензина с более низким октановым числом;
• ✔  возможность изменения параметров чип тюнинга без перепрошивки блока управления автомобиля даже не опытному пользователю в процессе эксплуатации ;
• ✔  отображение расхода топлива на блоке управления;
• ✔  Программное обеспечение в комплекте.

Карта (таблица) впрыска топлива или воды

Запись параметров двигателя на график

Настройка эмулятора лямбда зонда

Принцип работы системы  

Из ёмкости вода поступает на насос с фильтром, затем, под высоким давлением — на инжекционную форсунку. Форсунка устанавливается на впускном коллекторе таким образом, чтобы создать мелкодисперсную смесь воды и воздуха. Насос и форсунка получают управляющие сигналы с блока управления, мозгом которого является микро ЭВМ. Микро ЭВМ рассчитывает порцию воды индивидуально для каждого такта двигателя. Микро ЭВМ оперирует математическими выражениями, в которые подставляются значения, полученные от датчиков и значения, которые были заложены в память при наладке системы.

Если устройство установлено на двигатель с инжекторным впрыском топлива, блок управления получает и обрабатывает сигналы управления, поступающие с форсунок, дозирующих подачу топлива. Блок управления так же получает и обрабатывает сигналы от датчиков температуры двигателя и наличия воды в бачке. Управляющие сигналы, выработанные блоком управления, поступают на насос и форсунку, отвечающую за подачу воды. А так же, вырабатываются сигналы, влияющие на подачу топлива, чем и достигается максимальная эффективность системы.

Максимальная эффективность системы достигается за счет непосредственной коррекции времени впрыска топлива. Для того, что бы компьютер автомобиля нормально воспринимал вмешательство, сигнал лямбда – зонда формируется блоком Ecomax-2.

Если устройство установлено на двигатель с карбюратором, блок управления обрабатывает сигналы от катушки зажигания, датчика температуры, датчика положения дроссельной заслонки, датчика наличия воды. Для наиболее эффективной работы устройства совместно с карбюратором, необходимо произвести настройку карбюратора (необходимо уменьшить подачу топлива). Управляющие сигналы, выработанные блоком управления, поступают на насос и форсунку, отвечающую за подачу воды.

Схема подключения «Ecomax-2» на инжекторе

Часто задаваемые вопросы

Некоторые заметки

Новый автомобиль BMW с серийным впрыском воды

1. Максимальная эффективность впрыска воды достигается при обеднении топливной смеси вплоть до 50% (при правильной настройке соотношения воздух/топливо/вода) в зависимости от совокупности факторов.

2. Максимальный вращающий момент можно получить при соотношении воздуха и топлива 13,2:1 на атмосферном двигателе. На турбированном двигателе топливную смесь обычно делают более богатой.

3. Впрыск воды – для форсирования двигателя наиболее эффективен в соотношении 50/50 спирт/вода (или метанол) и воды. (По рекомендациям зарубежных коллег).

4. Впрыск воды требует установки более раннего угла зажигания (на 2о – 4о) по сравнению с обычным режимом работы двигателя. В инжекторных двигателях установка угла зажигания производится автоматически.

5. Чрезмерное опережение угла опережения зажигания вызовет падение мощности и перегрев двигателя.

6. Качество распыления водной смеси имеет непосредственное отношение к эффективности системы. Более мелкие капли охлаждают камеру сгорания лучше и более равномерно.

7. Впрыск воды позволяет работать при более высоких степенях сжатия без детонации на низкооктановом топливе. Более высокая степень сжатия увеличивает вращающий момент и КПД двигателя.

8. Охлаждение потенциальных горячих точек в камере сгорания устраняет калильное зажигание, которое является наиболее разрушительной формой неконтролируемого горения в камере сгорания.

Скачать инструкцию для «Ecomax-2»

Как на самом деле работает закачка воды?

Впрыск воды ушел в прошлое, но с ужесточением правил выбросов, он может вернуться. Итак, как это работает?

Возможно, вы слышали о таких автомобилях, как BMW M4 GTS с впрыском воды, а также о сильно модифицированных автомобилях, которые стремятся добиться значительного прироста мощности. Впрыск воды обычно используется в двигателях с высокой степенью сжатия (преимущественно в трансмиссиях с принудительной индукцией) из-за потенциальных неблагоприятных эффектов такой высокой степени сжатия в каждом цилиндре.

Эти системы работают путем впрыска или распыления воды в топливно-воздушную смесь или непосредственно в цилиндр. Теперь те из вас, кто когда-либо сталкивался с тем, что вода случайно попадала в двигатель, где этого не должно быть, вы знаете, что тот факт, что вода является несжимаемой жидкостью, может привести к полной катастрофе. К счастью, количество впрыскиваемой воды настолько минимально, что жидкость никак не влияет на ход поршня. Водная смесь по существу представляет собой туман, а не поток жидкости, поэтому она довольно быстро испаряется в процессе сгорания.

Причина впрыска воды — ее охлаждающие свойства. Вместо того, чтобы использовать воду в качестве охлаждающей жидкости для охлаждения двигателя снаружи, вода впрыскивается в точный момент времени двигателя для охлаждения значительных «горячих точек» в системе впуска, что может вызвать явление, называемое преждевременным зажиганием.

Предварительное воспламенение происходит из-за того, что эти «горячие точки» имеют более высокую температуру, чем искра от свечи зажигания, в результате чего воздушно-топливная смесь воспламеняется до того, как искра сможет воспламенить топливо. Со временем это может иметь разрушительные последствия для поршней, поскольку каждый из них вынужден двигаться против своего обычного времени из-за предварительного зажигания и может привести к перегреву компонентов.

8 КБ

Так поэтапный впрыск воды.Путем охлаждения горячих точек внутри цилиндра можно избежать преждевременного зажигания и можно безопасно изучить возможность использования более высоких степеней сжатия в двигателе. Когда вода поступает в цилиндр, тепло передается от горячего воздуха дожигания внутри цилиндра к холодной воде, охлаждая всасываемый заряд. Это означает, что смесь во впускном заряде более плотная, позволяя большему количеству воздуха / топлива поступать в цилиндр. И больше топлива = больше взрыва.

Из-за детонации в двигателе (побочный продукт предварительного зажигания) угол опережения зажигания обычно замедляется, так что именно свеча зажигания воспламеняет топливо, а не горячие точки, но с добавлением водяного охлаждения время зажигания может быть изменено. размещены в гораздо более мощной области производства крутящего момента в рамках цикла двигателя, что приводит к тому, что в конюшню попадает еще больше лошадей.

В M4 GTS чрезвычайно эффективен впрыск воды.

Теперь это не просто водопроводная вода, распыляемая в цилиндр. На самом деле это смесь 50/50 со спиртом (метанолом) и очень небольшим процентным содержанием масла.Когда вода охлаждает, спирт действует как антифриз и полностью воспламеняется, в то время как масло снижает воздействие воды на металлические компоненты коррозии. Из-за присутствия метанола этот процесс иногда называют впрыском вода-метанол, в то время как некоторые опытные тюнеры даже соглашаются на 100-процентный впрыск метанола, но очевидные проблемы безопасности делают этот вариант чертовски опасным.

Закачка воды дает много других преимуществ.Выбросы уменьшаются из-за поглощения воды теплом от процесса сгорания, тем самым уменьшая количество выхлопных газов, производимых как NOx, а также продлевая срок службы двигателя за счет поглощения тепловой энергии, которая в противном случае попала бы на стенки каждого цилиндра.

Впрыск воды в двигатель M4 GTS

Время впрыска воды, очевидно, имеет решающее значение, и его следует применять только при предварительном зажигании или детонации.Неправильное использование может привести к потерям мощности из-за недостаточной эффективности, когда вода заполняет потенциальное топливное пространство внутри цилиндра.

Появление промежуточного охладителя в последние десятилетия 20-го века почти отправило впрыск воды в учебники истории из-за его абсолютной сложности, и если автомобили специально не производятся на складе с впрыском воды, чрезвычайно сложно попытаться настроить автомобиль для внезапно использую это.

Однако в свете решительных мер по снижению выбросов стоит ожидать возвращения впрыска воды из-за его влияния на сокращение выбросов выхлопных газов.Только не пытайтесь установить рудиментарную систему впрыска для своей 1.2 Fiesta, такая дорога может привести только к неудачам.

Объяснение систем закачки воды

— Как закачка метанола увеличивает мощность

Пожалуй, самая крутая часть BMW M4 GTS — это система впрыска воды, редкость для серийных автомобилей. Это было большой частью того, как BMW смогла превратить стандартный M4 в 3.0-литровый рядный шестицилиндровый двигатель с двойным турбонаддувом увеличен с 425 л.с. до 493 л.с. для GTS. Так как же резервуар с дистиллированной водой может создать такой значительный прирост мощности?

Как Джейсон Фенске из Engineering объяснил подробности в этом новом видео, система впрыска воды позволила инженерам BMW запустить турбонаддув и ускорить синхронизацию зажигания без увеличения детонации или снижения надежности. Беспроигрышный вариант.

Система впрыска воды BMW, поставляемая Bosch и доступная другим автопроизводителям, распыляет холодную воду во впускной коллектор через три форсунки.Вода немедленно испаряется в воздух в коллекторе, снижая температуру всасываемого воздуха и увеличивая плотность воздуха. Двигатели внутреннего сгорания лучше всего работают с холодным плотным воздухом, который помогает снизить вероятность детонации.

С такой системой впрыска воды степень сжатия также может быть увеличена, хотя инженеры BMW решили сохранить стандартное соотношение M4 10,2: 1 для GTS. Также стоит отметить, что Porsche 911 GT2 RS также предлагает систему впрыска воды, хотя система Porsche работает путем распыления воды на интеркулеры.

Впрыск воды — это на самом деле уловка старой школы для увеличения мощности двигателей с турбонаддувом. Oldsmobile Jetfire 1962 года с его V8 с турбонаддувом основывался на смеси дистиллированной воды, метанола и антикоррозионных химикатов. Олдсмобиль называл эту смесь «Турбо Ракетное Топливо», и это было важно, поскольку это было за годы до того, как датчики детонации смогли предотвратить разрушительную детонацию. Если вы не наполнили резервуар для воды, турбонаддув Jetfire был отключен.

Saab также предлагал комплект для впрыска воды на 99 Turbo, но развитие промежуточных охладителей привело к тому, что OEM-производители отказались от заводских систем впрыска воды, хотя тюнеры послепродажного обслуживания добились больших успехов с такими устройствами (большинство из которых работают на смеси вода и метанол).Теперь, когда автопроизводители стремятся добиться большей производительности и экономии топлива от турбомоторов, заводское впрыскивание воды может стать обычным явлением.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

»Преимущества и недостатки систем впрыска воды в двигателе

«Водное веселье».

Вы закончили настройку двигателя, но обнаруживаете, что при полном открытии дроссельной заслонки двигатель глохнет или глохнет. Когда вы ставите автомобиль на диагностику, вы обнаруживаете, что датчик детонации срабатывает, чтобы защитить двигатель.

Детонация в двигателе — это состояние, при котором топливо внутри двигателя воспламеняется преждевременно и возникает в двигателе, работающем с высокой степенью сжатия.(Это также может быть вызвано другими факторами, включая низкооктановое / некачественное топливо или горячие точки в двигателе.)

Для целей этой статьи мы будем предполагать, что детонация в двигателе возникает из-за того, что ваш двигатель хорошо настроен и работает с большими показателями сжатия, или из-за принудительной индукции.

Это также может быть вызвано добавлением или повышением мощности турбонаддува в вашем двигателе. Вы можете отремонтировать двигатель с более низкими поршнями сжатия, уменьшить поток воздуха в двигатель или использовать впрыск воды.

Подобно тому, как пожарный распыляет воду на огонь, чтобы охладить его, впрыск воды в двигатель помогает подавить возгорание. Это буквально замедлит сгорание топлива и сделает процесс сгорания более тщательным. Некоторые сторонники впрыска воды указывают на очищающий эффект, который она оказывает на двигатель и головку, но это не главное соображение.

Если вы не страдаете от детонации двигателя, впрыск воды не имеет значения, но может буквально спасти энтузиазм тюнингового проекта.

Вопрос в том, куда впрыскивать брызги воды. Ваш основной выбор — после компрессора (турбо или нагнетатель или до него). Затем у нас есть варианты инъекций в каждый прием или непосредственно перед ветвью.

Ваш маршрут во многом зависит от коллектора и расположения компрессора. В идеале каждый коллектор впускного коллектора должен иметь форсунку для впрыска воды, требующую более сложного контроллера впрыска. Самые простые системы идут сразу после компрессора перед ответвлением, позволяя потоку коллектора направлять заряд воды.

Ваша цель — получить одинаковое количество воды в каждый цилиндр, в противном случае двигатель выйдет из динамического баланса, и вам придется настраиваться на самый слабый общий знаменатель.

Некоторые предпочитают использовать предварительный впрыск воды, но другие полагают, что это может отрицательно повлиять на долгий срок службы рабочих колес. Сторонники этого метода утверждают, что это позволяет наилучшим образом распылять воду во всасываемую заправку, а также снижает температуру всасывания, позволяя турбо-двигателю работать более эффективно (сжатие воздуха увеличивает его температуру).

Мы, конечно, согласимся с тем, что попадание струи или крупных капель воды на крыльчатку не имеет смысла.

Струя воды действительно должна запускаться только тогда, когда вы приближаетесь к критическому порогу детонации, поэтому нет смысла постоянно впрыскивать воду.

В идеальном мире вам потребуется около 10 дюймов длины всасываемого отверстия для равномерного смешивания топлива / воздуха и воды.

Размер форсунки также важен, и, как и в случае с топливной форсункой, вам нужен туман, а не жиклер.Размер тумана около 50 микрон является приемлемым, при этом размер капель уменьшается по мере распыления. Форсунки меньшего размера (1 мм) намного эффективнее создают туман и обеспечивают распыление. Тепло двигателя (и тепло всасываемого компрессора) завершит процесс распыления.

Как контролировать количество воды, впрыскиваемой в двигатель? Количество воды должно варьироваться в зависимости от нагрузки двигателя и оборотов. В качестве примера давайте посмотрим на давление в коллекторе.

Давление в коллекторе

может достигать 11 фунтов на квадратный дюйм при 3500 об / мин и также достигать тех же 11 фунтов на квадратный дюйм при 7000 об / мин.Поскольку частота вращения двигателя на 100% больше, вам также потребуется как минимум удвоить впрыск воды. Это действительно окупается, чтобы получить контроллер впрыска воды хорошего качества, который учитывает обороты и показатели заправки в уравнении. Сама по себе скорость подачи топлива является достаточно хорошим показателем количества воды, поэтому контролер сырой нефти мог бы это принять во внимание.

Поскольку впрыск воды замедляет горение, для большинства обычных применений будет полезно немного продвинуть время на несколько градусов. Поскольку каждый движок уникален, вам необходимо тщательно настроить продвижение.Если вы записываете небольшой прирост мощности или его отсутствие, скорее всего, у вас уже есть оптимальное время. Дальнейшее продвижение по времени просто увеличит давление в цилиндре.

Обратные стороны закачки воды включают коррозию металлических зажимов и соединений внутри водозаборника. Вставлять в двигатель ржавые металлические детали — очень плохая идея. Поэтому проверьте воздухозаборник на наличие металлических зажимов и замените их устойчивыми к коррозии.

Следующее худшее, что может случиться, — это внезапное прекращение подачи воды.Это может быть вызвано отказом форсунки, сухим баком или неисправностью какого-либо другого компонента. Хорошая система впрыска воды будет иметь встроенную отказоустойчивую систему, которая снижает мощность двигателя, например, за счет снижения давления наддува в турбонагнетателе. Чем точнее настроен двигатель, тем серьезнее проблема.

На настроенном на скоростную дорогу уличном автомобиле датчик детонации должен иметь возможность регулировать подачу топлива, и это будет аналогично использованию топлива с низким октановым числом. Пока вы будете поддерживать низкие обороты, вы сможете ездить на машине.Когда мы говорим о хорошо настроенной тормозной машине, внезапная потеря воды и последующий стук могут быть катастрофическими и требуют серьезного размышления. Может использоваться резервная система, или двойная система впрыска обеспечит 50% закачку в случае отказа одной из них.

Ежедневные проверки вашей системы впрыска воды целесообразны, и чем точнее настроен автомобиль, тем важнее это. Всегда носите с собой запас воды, проверяйте все линии подачи на предмет натирания и трения. Используйте фильтрованную воду и периодически проверяйте заборник на предмет коррозии.

Впрыск воды обычно оказывает на двигатель такое же воздействие, как и при использовании топлива с более высоким октановым числом. По сути, это не имеет значения, если вы не страдаете от ударов. Однако на двигателях NASP с добавленными турбонаддувом это может иметь значение между управляемой веселой машиной и бугристой машиной.

Если вы хотите более подробно обсудить применение системы впрыска воды для вашего автомобиля, присоединяйтесь к нам на нашем дружеском форуме, и станет частью тюнингового сообщества TorqueCars .

ПОЖАЛУЙСТА, ПОМОГИТЕ: МНЕ НУЖНЫ ВАШИ ПОЖЕРТВОВАНИЯ, ЧТОБЫ ПОКРЫТЬ РАСХОДЫ НА РАБОТУ ЭТОГО САЙТА И ПОДДЕРЖАНИЕ ЕГО РАБОТАЯ не взимаю плату с за доступ к этому веб-сайту, и это экономит большинство читателей TorqueCars по 100 долларов каждый год — , но мы НЕ ПРИБЫЛЬНЫ и даже не покрываем наши расходы. Чтобы мы продолжали работать, ПОЖАЛУЙСТА, Пожертвуйте здесь

Эта статья написана мной, Уэйнном Смитом, основателем TorqueCars, и я ценю ваши отзывы и предложения. Эта запись была
зарегистрировано в разделе «Модификации двигателя», «Принудительная индукция», «Впуск и выпуск», «Тюнинг». Вы можете оставить отзыв ниже или присоединиться к нашему форуму, чтобы подробно обсудить эту статью и модификацию автомобиля с нашими участниками.

Если вам понравилась эта страница , поделитесь ею с друзьями, напишите ссылку на своем любимом форуме или используйте параметры закладок, чтобы сохранить ее в своем профиле в социальной сети.

Отзыв

Пожалуйста, используйте наш форум , если вы хотите задать вопрос о настройке , и обратите внимание, что мы не продаем запчасти или услуги, мы просто интернет-журнал.

Помогите нам улучшить, оставьте предложение или дайте совет

Впрыск воды

Впрыск воды

Вернуться на главную страницу Purdue AAE Propulsion. Назад на страницу «Основные сведения о турбинном двигателе».

Максимальная мощность, которую может выдавать газотурбинный двигатель, во многом зависит от
плотность или вес потока газов через двигатель. Следовательно,
при понижении атмосферного давления или температуры окружающего воздуха
увеличивается, происходит потеря тяги. Выходная мощность может быть увеличена или
восстанавливается путем охлаждения воздушного потока водой или охлаждающей жидкостью.

Вернуться на главную страницу Purdue AAE Propulsion.

Назад на страницу «Основные сведения о турбинном двигателе».

Water Injection — Техническое описание

Как работает система впрыска воды

Системы впрыска воды используются преимущественно в двигателях внутреннего сгорания с принудительной индукцией (с турбонаддувом или наддувом).Только в крайних случаях, таких как очень высокая степень сжатия, очень низкое октановое число топлива или слишком большое опережение зажигания, он может принести пользу безнаддувному двигателю. Система существует уже давно, так как она уже использовалась в некоторых авиадвигателях времен Второй мировой войны.

Система впрыска воды работает аналогично системе впрыска топлива с той разницей, что она впрыскивает воду или смесь воды и спирта вместо топлива. Впрыск воды не следует путать с разбрызгиванием воды на поверхность охладителя наддувочного воздуха на входе, распыление воды намного менее эффективно и менее сложно.
Турбокомпрессор по существу сжимает воздух, поступающий в двигатель, чтобы нагнетать больше воздуха, чем было бы возможно при атмосферном давлении. Больше воздуха в двигатель автоматически означает, что нужно впрыснуть больше топлива, чтобы поддерживать соответствующее стехиометрическое значение отношения воздух / топливо (около 14: 1). Чем больше воздуха и топлива попадает в двигатель, тем выше мощность. Однако, сжимая всасываемый воздух, турбонагнетатель также нагревает его. Более высокие температуры воздуха приводят к более разреженному воздуху и, следовательно, к изменению стехиометрического соотношения, что приводит к более богатым смесям.Перегрев воздуха на входе может вызвать детонацию .
Детонация, эффект, также известный как стук в двигателе, возникает, когда топливно-воздушная смесь преждевременно воспламеняется или горит неправильно. При нормальной работе двигателя фронт пламени проходит от свечи зажигания по цилиндру по заранее заданной схеме. Пиковое давление в камере возникает примерно при 12 градусах после ВМТ, и поршень проталкивается вниз по отверстию.

В некоторых случаях и по таким причинам, как плохая смесь, слишком высокая температура двигателя или впуска, слишком низкое октановое число топлива, слишком большое опережение зажигания, слишком сильный турбонаддув и т. Д.за первичным фронтом пламени, инициированным свечой зажигания, может следовать второй фронт пламени. Затем давление в камере возрастает слишком быстро, чтобы его сбросить с помощью движения поршня. Давление и температура становятся настолько большими, что вся смесь в камере неконтролируемо взрывается. Если сила взрыва велика, некоторые движущиеся части двигателя (поршни, штоки, клапаны, кривошип) могут быть разрушены.
В любом двигателе всегда следует избегать детонации путем снижения температуры на входе, использования топлива с более высоким октановым числом, замедления зажигания, а следовательно, снижения мощности двигателя, уменьшения прорыва двигателя (ситуация, при которой высокое давление в картере приводит к возврату масляных паров внутрь двигателя). камера сгорания), работа двигателя немного богаче, чем при стехиометрическом передаточном числе, снижение степени сжатия и / или давления наддува,… .
Впрыск воды используется для снижения температуры в цилиндрах и более эффективного сжигания топливно-воздушной смеси, что помогает избежать детонации.

В двигателях с турбонаддувом высокого давления топливно-воздушная смесь, поступающая в цилиндры, в некоторых случаях может преждевременно взорваться (до того, как свеча зажигания воспламенится) из-за экстремальных условий окружающей среды двигателя. Эта ситуация чрезвычайно разрушительна и приводит к серьезным повреждениям двигателя (пробитие поршня). Чтобы избежать повреждения двигателя из-за детонации или преждевременного воспламенения, вода впрыскивается вместе с топливом в камеры сгорания, чтобы обеспечить смесь воды / воздуха / топлива, которая не только горит более эффективно и предотвращает детонацию или преждевременное зажигание, но и также обеспечивает дополнительное охлаждение входящего воздуха и, следовательно, более плотный воздух. Единственная функция впрыска воды — предотвращение детонации.

Существует три основных варианта систем нагнетания воды. Они зависят от расположения водяных форсунок. Первый метод заключается в впрыске воды на входе во впускной коллектор. Второй впрыскивает воду на выходной патрубок интеркулера. Третий метод впрыскивает воду на входе в интеркулер и используется только в автомобилях для соревнований. В этом последнем варианте большая часть предотвращения детонации в цилиндрах осуществляется путем впрыска дополнительного топлива, которое затем используется в качестве охлаждающей жидкости (т.е.е. не горит) и запускает двигатель выше стехиометрического отношения (т.е. богатый).

Как работает закачка воды

Система, как правило, состоит из 3-х элементов:

• Форсунка водяная (аналогична топливной форсунке)
• Насос высокого давления (способный выдерживать давление от 3 до 4 бар, а иногда и более)
• Датчик давления, подключенный к впускному коллектору
• Датчик температуры воздуха на впуске

Обычно система впрыска воды включается, когда температура воздуха на впуске превышает определенное значение, обычно 40 градусов Цельсия, и двигатель находится в режиме наддува.Самые современные системы дополняют указанную выше электронную схему, которая обеспечивает трехмерную картографию, аналогичную той, которая используется в системах впрыска топлива. Устройства на основе картографии учитывают многие другие параметры, такие как соотношение воздух / топливо, положение дроссельной заслонки и так далее.

Вода при сжигании дизельного топлива

Вода при сжигании дизельного топлива

W. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Добавление воды в процесс дизельного топлива снижает температуру сгорания и снижает выбросы NOx. Наиболее распространенными методами подачи воды являются прямой впрыск в цилиндр, процесс, который используется в некоторых морских и стационарных дизельных двигателях, и эмульсии воды в топливе. Эмульгированные топлива из-за повышенного перемешивания в диффузионном пламени дизельного топлива также могут быть эффективными для одновременного снижения выбросов PM и NOx.

Добавление воды в процесс дизельного топлива

Способы добавления воды

Добавление воды в процесс сгорания дизельного топлива является известным методом уменьшения NOx и, в некоторых случаях, одновременного уменьшения выбросов NOx и PM. Само представление о заливке воды в цилиндр дизельного двигателя может показаться спорным. В конце концов, инженеры приложили все усилия, чтобы добиться прямо противоположного и защитить камеру сгорания от загрязнения водой, будь то топливо или конденсация воды в охладителях всасываемого воздуха.Споры вокруг добавления воды основаны на наблюдении, что капли воды, ударяющиеся о стенки цилиндра, могут немедленно разрушить масляную пленку смазки. Однако эта опасность, хотя и весьма реальная, исходит исключительно от жидкой воды. Когда вода испаряется, она больше не может влиять на пленку смазочного масла [603] . Таким образом, методы добавления воды, которые гарантируют, что капли воды не могут контактировать с поверхностью гильзы цилиндра, можно считать безвредными. Были высказаны дополнительные опасения, что повышенная концентрация водяного пара в цилиндре двигателя может привести к конденсации воды и / или серной кислоты, что приведет к проблемам с коррозией.По-видимому, эти подозрения также не оправданы, поскольку точка росы серной кислоты при очень высоком соотношении вода: топливо 1: 1 увеличивается только до 15 ° C [604] . Учитывая температуры при сгорании дизельного топлива, конденсация в камере сгорания невозможна в любое время.

Как правило, воду можно вводить в процесс сгорания дизельного топлива одним из следующих способов:

• Топливо эмульгированное
• Впрыск воды в цилиндр
• Впрыск воды во всасываемый воздух

Эти методы схематически показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 . Способы добавления воды

Эмульсия представляет собой систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых тонко диспергирована в другой. Во всех эмульсиях вода / дизельное топливо, имеющих практическое значение, вода диспергирована в виде мелких капель в непрерывной фазе дизельного топлива. Этот тип эмульсии, схематически показанный на Рисунке 2, часто называют эмульсией «вода в топливе». В противоположной конфигурации, когда топливо диспергировано в непрерывной водной фазе, вода с гораздо большей вероятностью будет контактировать с поверхностью гильзы цилиндра и другими металлическими частями, что приведет к коррозии и проблемам с двигателем.

Рисунок 2 . Водно-топливная эмульсия

На практике работа двигателя на водно-топливной эмульсии позволяет снизить выбросы NOx примерно на 50%, при этом необходимое количество воды составляет примерно один процент на каждую процентную точку снижения NOx [603] . Ограничивающим фактором для водных эмульсий является производительность системы впрыска. Если эмульсии должны использоваться без модификации двигателя (например, для замены обычного топлива в существующих двигателях), максимальное количество воды и степень снижения NOx ограничиваются примерно 10-20%.Даже в этом случае двигатель может не достичь своей номинальной мощности, фактически работая в несколько пониженных условиях.

Эмульсии отличаются от других методов добавления воды тем, что вода, включенная в сами капли распыляемого топлива, вводится непосредственно в область пламени сгорания, где образуются выбросы. В дополнение к преимуществу NOx, которое во всех методах объясняется, в первую очередь, снижением температуры горения за счет воды, эмульсии приводят к улучшенному распылению и смешиванию топливной струи.Улучшенное перемешивание, которое распространяется по всему диффузионному пламени, может привести к весьма впечатляющему снижению выбросов ТЧ. В результате водно-топливные эмульсии являются одной из редких стратегий контроля выбросов дизельного топлива, которые могут одновременно снизить выбросы NOx и твердых частиц без или с небольшим снижением экономии топлива. Снижение выбросов ТЧ с помощью эмульсий еще не изучено так тщательно, как сокращение выбросов NOx. Тем не менее, как будет обсуждаться позже, достижимая эффективность сокращения выбросов твердых частиц более чем в два раза превышает уровень сокращения выбросов NOx.

Впрыск в цилиндр воды требует отдельной, полностью независимой системы впрыска, предпочтительно с электронным управлением. Этот метод дает возможность впрыскивать очень большие количества воды без снижения мощности двигателя. Эта система также позволяет при необходимости включать и выключать впрыск воды, не влияя на надежность двигателя. Прямой впрыск воды необходимо тщательно оптимизировать в отношении времени впрыска, расхода воды, выбросов и других параметров.Такая гибкость в оптимизации параметров позволяет достичь снижения NOx, аналогичного тому, которое наблюдается в эмульсионных системах, несмотря на то, что вода не вводится непосредственно в область пламени дизельного топлива как неотъемлемая часть распыляемой жидкости. Однако сокращение выбросов ТЧ, если таковое имеется, не соответствует сокращению выбросов эмульгированного топлива. Сложная разработка, необходимая для систем впрыска воды в различных типах двигателей, делает этот подход подходящим для OEM, а не для модернизированных приложений.

Фумигация , то есть введение воды во всасываемый воздух, является наиболее простым методом добавления воды.Этот метод предлагает очень мало контроля над параметрами впрыска, такими как временные или пространственные координаты. По этой причине наблюдаемое снижение NOx обычно ниже, чем при использовании эмульсий или прямого впрыска. Фумигация обычно снижает выбросы NOx на 10% на каждые 20% добавления воды в топливо [603] .

Если фумигированная вода не полностью испаряется во всасываемом воздухе, она будет попадать на стенки цилиндра, вызывая разрушение пленки смазочного масла и повреждение двигателя.Более безопасный подход — окуривать водяной пар, а не жидкость. Водяной пар может образовываться с использованием отработанного тепла двигателя, например, от выхлопных газов и / или сжатого наддувочного воздуха. Другая возможность — использовать пар, который может быть доступен в некоторых стационарных двигателях.

Независимо от метода добавления воды, необходимо учитывать логистику подачи воды. Использование эмульгаторов позволяет получать эмульсии, которые могут оставаться стабильными в течение нескольких дней или даже недель.В этом случае автомобили можно просто заправлять эмульсией вместо обычного топлива. Такое применение эмульсий, очевидно, ограничено автопарками, которые централизованно заправляются топливом с одного объекта, на котором будет готовиться эмульсия. Другие методы добавления воды потребуют, чтобы на транспортном средстве были установлены резервуары для воды и системы обработки. Очевидным недостатком таких систем является большое количество воды, необходимое для снижения выбросов NOx, что потребует больших резервуаров и частого пополнения.Вероятно, это основная причина, по которой технологии добавления воды привлекают больше внимания в стационарных и морских приложениях, где подача большого количества воды менее проблематична. Однако большинство систем для океанских судов будет работать только на пресной воде, что потребует дополнительного оборудования для производства пресной воды.

###

Как это работает: Впрыск водного метанола

undefined

К сожалению, стандартной химической формулы дизельного топлива, утвержденной правительством, пока нет.Таким образом, в зависимости от времени года, кто обрабатывал масло и где оно было обработано, он определит, какая химическая формула дизельного топлива будет у вас от насоса. Вы когда-нибудь заправлялись, и грузовик казался немного бодрым или бодрым, чем обычно? Скорее всего, это связано с тем, что цетановое число в этом полном баке было другим, чем то, что было там раньше. На насосе вы найдете все, что угодно, от C ₁₀ H ₂₂ до C ₁₅ H ₃₂ , при этом среднее или наиболее распространенное — C ₁₂ H ₂₃ .

Вы когда-нибудь задумывались, каково идеальное соотношение воздух / топливо для максимальной мощности на данный объем топлива? Мы составили три упрощенных сбалансированных химических уравнения. (Примечание: для справки (C _xx H _xx ) — дизельное топливо, (O ₂ ) — воздух, (CO ₂ ) — диоксид углерода, и (H ₂ O) — вода и т. Д. )

Среднее значение дизельного топлива: Соотношение воздух-топливо 17,75: 1

4 [C ₁₂ H ₂₃ ] 71 [O ₂ ] переходит в 48 [CO ₂ ] 46 [H ₂ O]

Низкий диапазон цетана: 15.Соотношение воздух-топливо 5: 1

4 [C ₁₀ H ₂₂ ] 62 [O ₂ ] переходит в 40 [CO ₂ ] 48 [H ₂ O]

Высокий диапазон цетанового числа: Соотношение воздух-топливо 23: 1

[C ₁₅ H ₃₂ ] 23 [O ₂ ] переходит в 15 [CO ₂ ] до 16 [H ₂ O]

Что это такое?

Впрыск воды / метанола — это примерно то, на что это похоже. Комбинация от 100% воды до 50% воды / 50% метанола распыляется во впускное отверстие двигателя.Когда жидкость попадает в воздухозаборник, она поглощает тепловую энергию из окружающего воздуха и перемещается вместе с воздухом. Когда смесь поступает в цилиндр и когда впускной клапан закрывается, жидкость продолжает поглощать тепловую энергию. Когда поршень начинает сжимать смесь, она остается выше так называемой температуры насыщения (температуры, при которой жидкость претерпевает фазовый переход, превращаясь в газ, например кипящую воду, при заданной температуре).

По мере того, как поршень продолжает сжимать смесь, жидкость может поглощать все больше и больше тепловой энергии.Затем, когда топливо впрыскивается в цилиндр и зажигается, температура достигает точки насыщения, и жидкость становится паром (или газом). Во время этого фазового перехода молекулы кислорода из воды могут взаимодействовать с молекулами топлива, чтобы обеспечить дополнительный кислород для сгорания. Хотя прямая вода не способствует значительному увеличению мощности, этот процесс действительно помогает снизить температуру сгорания. По мере увеличения процентного содержания метанола, вводимого в это уравнение, вырабатывается больше энергии (благодаря сжиганию метанола).

Итак, кто все это понял?

Инженер по имени сэр Гарри Рикардо обычно ассоциируется с тем, что он первый человек, который действительно начал использовать закачку воды в начале 40-х годов. Первоначально он экспериментировал с использованием воды для увеличения эффективного октанового числа топлива, чтобы обеспечить повышенную мощность в авиационных двигателях с искровым зажиганием. Обычно это использовалось для помощи при взлетах во время Второй мировой войны. Он также использовался, чтобы помочь истребителям одержать верх в воздушных боях.

Даже после Второй мировой войны использовалась закачка воды, но другие достижения в химии бензина сделали это все менее и менее необходимым. Большинство производителей предпочитали создавать двигатели, способные работать на максимальной мощности с минимальной необходимой внешней помощью (то есть добавлением топлива только в топливный бак).

Есть ли преимущества при добавлении воды / метанола?

Да, у водного метанола есть несколько преимуществ. Поскольку жидкость поглощает тепловую энергию из окружающего воздуха, она существенно снижает температуру всасывания.Как вы уже знаете, при более низких температурах воздух становится плотнее. Таким образом, за счет снижения температуры на впуске цилиндры получают больше кислорода на единицу объема. Это помогает увеличить как мощность, так и крутящий момент.

Эффект тем сильнее, чем выше давление наддува и температура всасываемого воздуха. Второй эффект снижения температуры впуска — это понижение температуры выхлопных газов. Если топливно-воздушная смесь имеет более низкую температуру перед сгоранием, результирующее горение будет меньше и, следовательно, большую часть времени; EGT двигателя можно уменьшить с помощью прямой воды.«Наши испытания показывают, что высокие темпы закачки 50/50% воды и метанола увеличивают EGT при полной нагрузке», — говорит Питер Трейдте, менеджер группы тестирования Banks Power. Это увеличение связано с добавлением вторичного топлива (метанола) в процесс сгорания.

Майк Райан проводит небольшое тестирование и настройку перед своим почти рекордным заездом на пик Пайк под дождем и снегом. Он обязательно побьет рекорд в 2014 году.

Каковы недостатки?

Не все без риска.Наиболее частая проблема, которую мы видели в Diesel Army , — это ржавчина. По мере того, как вода впрыскивается в заборник, она распыляется в виде мелкого тумана. Такие компании, как Banks Power, потратили сотни часов на совершенствование формы конуса и объема впрыскиваемой воды, чтобы уменьшить эту проблему, но этот туман распространяется повсюду, и есть вероятность того, что детали без покрытия могут ржаветь. Есть некоторые добавки, которые могут быть добавлены в смесь воды и метанола, которые могут помочь предотвратить это.

Например, Banks PowerBlend включает около 0.5% антикоррозийное масло. Кроме того, в зависимости от типа двигателя это не может быть большой проблемой. Во многих новых двигателях используется много алюминиевых деталей, которые не подвержены ржавчине.

Другая проблема, которая может возникнуть, исходит от людей, которые настроили свои грузовики так, что им «нужна» вода для охлаждения всего. Распространенной проблемой может быть сгорание внутренних компонентов двигателя, если закончится вода. Обычно это проблема только для автомобилей для соревнований, но есть некоторые автомобили, которые без промежуточного охладителя работают с большим наддувом, чем следовало бы, и полагаются на воду для снижения температуры.Помимо этого, большинство других проблем являются гипотетическими, это может произойти, если… сценарии, которые редко когда-либо встречаются, тем более не доказаны.

Мой приятель говорил мне…

У всех нас есть друзья, которые знают толк в каждом предмете и могут рассказать вам о том, что «во всем все не так». Ходят слухи, что добавление водного метанола ускорит работу двигателя и создаст скачок давления в цилиндре перед верхней мертвой точкой (ВМТ). Это вызовет нежелательную нагрузку на штанги и другие компоненты, а если они достаточно большие, может действительно повредить компоненты.На самом деле происходит то, что смесь воды и метанола охлаждает воздух внутри цилиндра, а это означает, что для запуска процесса сгорания доступно меньше тепловой энергии.

Хотя человек не может почувствовать разницу в воспламенении (она измеряется в миллисекундах), на самом деле воспламенение происходит немного позже, чем обычно, или, по-другому, это может быть описано, как будто зажигание замедлено. Вторая часть этого уравнения — метанол. После долгих исследований вы обнаружите, что метанол имеет более низкое цетановое число, а это означает, что у него более высокая точка самовоспламенения, чем у дизельного топлива.Это означает, что дизельное топливо воспламеняется раньше, чем метанол, и, следовательно, именно он воспламеняет метанол.

Поскольку температура загрузки охладителя замедляет синхронизацию, к тому времени, когда метанол фактически начинает добавлять мощность, это происходит после ВМТ, и повышенное давление, вызванное расширением сжигаемого метанола, встречает отступающий поршень. Повышенное давление — это то, что многие называют «безопасным» давлением. Это означает, что он движется в том же направлении, что и сборка, а не против него (гораздо меньше шансов нанести вред чему-либо).

Почему большинство производителей рекомендуют соотношение не более 50/50?

«Смесь 50/50 предохраняет метанол от воспламенения, что позволяет не охарактеризовать его как топливо. Если мы выйдем за пределы 50/50, мы увеличим воспламеняемость жидкости, снизив безопасность обращения с ней. Это будет означать, что нам нужно будет спроектировать систему впрыска как топливную систему с гораздо большей стоимостью и с дополнительными мерами безопасности », — говорит Трейдте.

Куда впрыскивается смесь?

Промежуточный охладитель после впрыска / предварительный впуск

В зависимости от того, где смесь вводится в систему, будет зависеть, как все это взаимодействие происходит.Чаще всего вводят воду или смесь где-нибудь на впускном колене, ведущем во впускной коллектор. По словам Гейла Бэнкса, заборное колено — одно из лучших мест для закачки воды.

Одна чрезвычайно новаторская вещь, которую Banks Power сделали со своими новыми форсунками, заключалась в разработке форсунки, которая распыляет капли разного размера. Капли меньшего размера претерпевают фазовый переход раньше, в то время как более крупные капли способны отводить больше тепла из системы, прежде чем они претерпят фазовый переход.

Бэнкс разработал свои форсунки со 100-градусным полноконусным распылением, чтобы в полной мере использовать преимущества повышенной скорости в центре трубки. По мере того, как вода нагнетается в воздухозаборник, она может взаимодействовать с окружающим воздухом. Это помогает снизить температуру воздуха, и этот процесс описан выше в разделе «Что это такое». Это тот же процесс, что и в автомобиле без промежуточного охлаждения.

Наличие единственной точки впрыска на уличном транспортном средстве работает нормально, но для гонок это может быть не лучший вариант.Чем больше количество воды впрыскивается в систему, тем выше вероятность неравномерного распределения жидкости между цилиндрами, что может привести к множеству проблем.

Прямо перед цилиндром во впускном желобе (1 форсунка на цилиндр)

Другой вариант: если вода впрыскивается во впускное отверстие прямо перед клапанами (как отдельные желоба), то большая часть этого процесса происходит в камере сгорания, а не во впускном коллекторе и охладителе наддувочного воздуха (CAC ) трубок, что дает меньшее время «перемешивания» жидкой смеси для отвода тепла от наддувочного воздуха.Это означает, что температура воздуха на входе (и результирующая плотность воздуха), поступающего в цилиндр, не сильно отличается от температуры без жидкости.

Следовательно, большая часть тепловой энергии, поглощаемой жидкостью, будет поступать непосредственно из этого воздуха в цилиндре, что потенциально приводит к большему перепаду температуры выхлопных газов на единицу объема воды. Это увеличивает риск чрезмерного впрыска заряда и замедления процесса сгорания в цилиндре.

Когда в цилиндре присутствует слишком много жидкости, слишком много тепла может быть поглощено во время цикла сжатия, в лучшем случае вызывая потерю мощности (уменьшение тепла и пониженное давление равняется меньшему количеству работы, выполняемой на поршне), а в худшем случае — замедлению работы дизельного двигателя. -процесс зажигания.«В итоге, впрыск через порт может улучшить распределение впрыскиваемой жидкости от цилиндра к цилиндру, но дает меньше времени для испарения указанной жидкости и увеличивает плотность заряда воздуха на впускной клапан, а также может снизить мощность и замедлить процесс сгорания дизельного топлива при впрыске больших количеств, — говорит Трейдте.

Турбонагнетатель после впрыска, предварительный охладитель

Если вода впрыскивается после турбокомпрессора, но до промежуточного охладителя, процесс в основном такой же, но есть некоторые проблемы / проблемы.Впрыск воды / метанола теперь должен проходить через промежуточный охладитель. Часть этой смеси может не пройти через промежуточный охладитель, и стоячая жидкость может быть проблемой внутри промежуточного охладителя. Таким образом, меньше смеси будет проходить через систему и меньше будет доступно для сгорания. Это следует рассматривать в крайнем случае.

Нагнетатель на этой установке сильно сжимает входящий воздух, вызывая высокие температуры воздуха. Чтобы справиться с этим, Banks Power использует одноступенчатый выстрел воды.

Перед турбонаддувом

«Это можно сделать, но не рекомендуется при впрыскивании больших количеств, поскольку даже очень мелкие капли воды, ударяющиеся о край колеса компрессора турбокомпрессора, вращающегося со скоростью, близкой к скорости звука, в конечном итоге вызовут эрозию колеса — подумайте о гидроабразивной обработке. . Он будет работать для снижения температуры наддувочного воздуха на выходе из компрессора, но это дополнительная масса, которую компрессор должен обработать, что снижает общую пропускную способность агрегата.Мы рекомендуем только в том случае, если температура на выходе зарядного устройства очень высока. Именно по этой причине мы используем его на винтовых нагнетателях с высокой степенью сжатия на Pike’s Peak Freightliner », — говорит Трейдте. В дополнение к этим проблемам, те же проблемы, описанные выше, с опрыскиванием предварительного интеркулера, также влияют на это.

Система впрыска подключена, что теперь?

Freightliner Майка Райана использует несколько стадий впрыска водного метанола для контроля температуры, плотности и мощности.

После подключения механики последнее, на чем нужно сосредоточиться, — это электроника. Впрыск воды нужно включать и выключать. Это не та система, которая остается включенной при любых условиях. Именно здесь вступает в игру большинство различий между производителями систем впрыска.

Такие компании, как Banks Power, разработали стратегию контроля, которая должным образом согласовывает доставку жидкости с потребностями двигателей. Когда двигатель находится в ситуации, когда водный метанол может принести большую пользу, он автоматически включается.Это оставляет водителя сосредоточенным на вождении, а не на играх с поиском переключателя или нажатием кнопки для включения насоса. Кроме того, многие из этих систем загораются или сообщают вам, когда в системе заканчивается жидкость.

Где я могу получить метанол?

Здесь есть несколько вариантов. Можно использовать прямую воду (дистиллированную воду), также многие люди используют жидкость для омывателя лобового стекла. Проблема здесь в несоответствии процентного содержания смеси. Очень широкое среднее значение: обычно в промывочной жидкости содержится около 30% метанола.Чтобы получить единообразный продукт, на который вы можете рассчитывать с правильными соотношениями, лучше всего всегда покупать у таких производителей, как банки, которые продают предварительно приготовленную жидкость с содержанием 49% метанола и 51% воды (Бэнкс называет это PowerBlend), что может быть легко доставляется через UPS (еще одно преимущество в том, что он менее 50% метанольной смеси).

Итак, кому это действительно нужно?

Поскольку впрыск водного метанола является безопасным сумматором мощности, большинству людей, желающих увеличить свою мощность и крутящий момент, следует подумать о добавлении системы к своему автомобилю.Кроме того, всем, кто хочет просто снизить EGT при буксировке тяжелого груза или регулярном подъеме на большие уклоны. В то время как впрыскивание жидкости в двигатель, который может вызвать гидрозамок, может быть пугающим, в современном мире, когда все является электронным, впрыск воды может быть безопасным усилителем, а также предохранительным устройством для продления срока службы двигателя при установке и использовании. правильно с соответствующими компонентами.

Следите за обновлениями, поскольку мы немного углубимся в полную установку и динамометрическое тестирование системы водного метанола.

.