Injecție de apă în motorul mașinii

Puterea motorului este cel mai frecvent subiect în cercurile automobilistilor. Aproape fiecare automobilist s-a gândit măcar o dată la cum să crească performanța unei unități de putere. Unii instalează turbine, alții cilindrii cu aleză etc. (sunt descrise alte metode de creștere a puterii într-un alt stаcravată). Mulți dintre cei interesați de reglarea mașinii sunt conștienți de sistemele care furnizează o cantitate mică de apă sau amestecul acesteia cu metanol.

Majoritatea șoferilor sunt familiarizați cu un astfel de concept ca un ciocan de apă al unui motor (există și un revizuire separată). Cum poate apa, care provoacă distrugerea motorului cu ardere internă, să crească în același timp performanța sa? Să încercăm să abordăm această problemă și să luăm în considerare și avantajele și dezavantajele pe care le are sistemul de injecție a metanolului cu apă în unitatea de alimentare.

Ce este un sistem de injectare a apei?

Pe scurt, acest sistem este un rezervor în care se toarnă apă, dar mai des un amestec de metanol și apă într-un raport de 50/50. Are un motor electric, de exemplu, de la o mașină de spălat parbriz. Sistemul este conectat prin tuburi elastice (în versiunea cea mai bugetară, se iau furtunuri din picurător), la capătul cărora este instalată o duză separată. În funcție de versiunea sistemului, injecția se efectuează printr-un atomizor sau mai multe. Apa este furnizată atunci când aerul este aspirat în cilindru.

Dacă luăm versiunea din fabrică, atunci unitatea va avea o pompă specială care este controlată electronic. Sistemul va avea unul sau mai mulți senzori pentru a ajuta la determinarea momentului și cantității de apă pulverizată.

Pe de o parte, se pare că apa și un motor sunt concepte incompatibile. Arderea amestecului de aer-combustibil are loc în cilindru și, după cum toată lumea știe din copilărie, flacăra (dacă nu arde substanțe chimice care arde) se stinge prin apă. Cei care „s-au familiarizat” cu șocul hidraulic al motorului, din propria experiență, au fost convinși că apa este ultima substanță care ar trebui să intre în motor.

Cu toate acestea, ideea injecției cu apă nu este o figură a unei imaginații adolescente. De fapt, această idee are aproape o sută de ani. În anii 1930, pentru nevoile militare, Harry Ricardo a îmbunătățit motorul aeronavei Rolls-Royce Merlin și a dezvoltat, de asemenea, benzină sintetică cu un număr mare de octanici. aici) pentru motoarele cu combustie internă ale aeronavelor. Lipsa unui astfel de combustibil reprezintă un risc ridicat de detonare în motor. De ce este periculos acest proces? separat, dar pe scurt, amestecul aer-combustibil ar trebui să ardă uniform și, în acest caz, explodează literalmente. Din acest motiv, părțile unității sunt supuse unei solicitări excesive și se defectează rapid.

Pentru a combate acest efect, G. Ricardo a efectuat o serie de studii, în urma cărora a reușit să realizeze suprimarea detonării datorită injecției cu apă. Pe baza evoluțiilor sale, inginerii germani au reușit aproape să dubleze puterea unităților din aeronavele lor. Pentru aceasta, s-a utilizat compoziția MW50 (metanol wasser). De exemplu, luptătorul Focke-Wulf 190D-9 a fost echipat cu același motor. Puterea sa maximă a fost de 1776 de cai putere, dar cu un post-arzător scurt (amestecul menționat mai sus a fost alimentat în cilindri), această bară a ajuns la 2240 „cai”.

Această dezvoltare a fost utilizată nu numai în acest model de aeronavă. În arsenalul aviației germane și americane, au existat mai multe modificări ale unităților de putere.

Dacă vorbim despre mașini de producție, atunci modelul Oldsmobile F85 Jetfire, care a ieșit de pe linia de asamblare în anul 62 al secolului trecut, a primit o instalație de injecție de apă din fabrică. O altă mașină de producție cu motor în acest fel este Saab 99 Turbo, lansată în 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Va primi 99 Turbo

Popularitatea acestui sistem a luat avânt datorită aplicării sale în anii 1980-90. în mașinile sport. Astfel, în 1983, Renault își echipează mașinile de Formula 1 cu un rezervor de 12 litri, în care au fost instalate o pompă electrică, un regulator de presiune și numărul necesar de injectoare. Până în 1986, inginerii echipei au reușit să mărească cuplul și puterea unității de putere de la 600 la 870 cai putere.

În războiul de curse al producătorilor de automobile, nici Ferrari nu a vrut să „pășească spatele” și a decis să folosească acest sistem în unele dintre mașinile sale sport. Datorită acestei modernizări, marca a reușit să câștige o poziție de lider în rândul designerilor. Același concept a fost dezvoltat de marca Porsche.

Ameliorări similare au fost efectuate cu mașini care au participat la curse din seria WRC. Cu toate acestea, la începutul anilor 90, organizatorii unor astfel de competiții (inclusiv F-1) au modificat regulamentele și au interzis utilizarea acestui sistem în mașinile de curse.

O altă descoperire în lumea motorsportului a fost realizată de o evoluție similară la competițiile de curse de drag în 2004. Recordul mondial de ¼ mile a fost doborât de două vehicule diferite, în ciuda încercărilor de a atinge obiectivul de referință cu diferite modificări ale trenului de propulsie. Aceste mașini diesel erau echipate cu un colector de admisie a apei.

De-a lungul timpului, mașinile au început să primească intercoolere care reduc temperatura fluxului de aer înainte ca acesta să intre în galeria de admisie. Datorită acestui fapt, inginerii au reușit să reducă riscul de bătaie, iar sistemul de injecție nu mai era necesar. O creștere bruscă a puterii a devenit posibilă datorită introducerii unui sistem de alimentare cu oxid de azot (apărut oficial în 2011).

În 2015, știrile despre injecția de apă au început să apară din nou. De exemplu, noua mașină de siguranță MotoGP dezvoltată de BMW are un kit clasic de pulverizare a apei. La prezentarea oficială a mașinii în ediție limitată, reprezentantul producătorului auto bavarez a făcut ca în viitor să fie lansată o linie de modele civile cu un sistem similar.

Ce dă injecția de apă sau metanol motorului?

Deci, să trecem de la istorie la practică. De ce are nevoie motorul de injectare cu apă? Când o cantitate strict limitată de lichid intră în colectorul de admisie (se pulverizează o picătură de cel mult 0.1 mm), la contactul cu un mediu fierbinte, acesta se transformă imediat într-o stare gazoasă cu un conținut ridicat de oxigen.

BTC-ul răcit se comprimă mult mai ușor, ceea ce înseamnă că arborele cotit trebuie să folosească puțin mai puțină forță pentru a efectua cursa de compresie. Astfel, instalarea permite rezolvarea simultană a mai multor probleme.

În primul rând, aerul fierbinte are o densitate mai mică (de dragul experimentului, puteți scoate o sticlă goală de plastic dintr-o casă caldă în frig - se va micșora decent), deci va intra mai puțin oxigen în cilindru, ceea ce înseamnă că benzina sau motorina combustibilul va arde mai rău. Pentru a elimina acest efect, multe motoare sunt echipate cu turbocompresoare. Dar chiar și în acest caz, temperatura aerului nu scade, deoarece turbinele clasice sunt alimentate de un eșapament fierbinte care trece prin colectorul de eșapament. Pulverizarea apei permite alimentarea cu mai mult oxigen a buteliilor pentru a îmbunătăți eficiența arderii. La rândul său, acest lucru va avea un efect pozitiv asupra catalizatorului (pentru detalii, citiți într-o recenzie separată).

În al doilea rând, injecția de apă face posibilă creșterea puterii unității de putere fără a-și modifica volumul de lucru și fără a-și modifica designul. Motivul este că, într-o stare vaporoasă, umiditatea preia mult mai mult volum (conform unor calcule, volumul crește cu un factor de 1700). Când apa se evaporă într-un spațiu limitat, se creează o presiune suplimentară. După cum știți, compresia este foarte importantă pentru cuplu. Fără intervenție în proiectarea unității de putere și a unei turbine puternice, acest parametru nu poate fi mărit. Și deoarece aburul se extinde brusc, mai multă energie este eliberată din arderea HTS.

În al treilea rând, datorită pulverizării apei, combustibilul nu se supraîncălzește, iar detonarea nu se formează în motor. Acest lucru permite utilizarea benzinei mai ieftine cu un număr octanic mai mic.

În al patrulea rând, din cauza factorilor enumerați mai sus, este posibil ca șoferul să nu apese pedala de gaz atât de activ pentru a face mașina mai dinamică. Acest lucru este asigurat prin pulverizarea lichidului în motorul cu ardere internă. În ciuda creșterii puterii, consumul de combustibil nu crește. În unele cazuri, cu un mod de conducere identic, lacomia motorului este redusă la 20%.

În realitate, această dezvoltare are adversari. Cele mai frecvente concepții greșite despre injecția de apă sunt:

1. Dar ciocanul cu apă? Nu se poate nega faptul că atunci când apa pătrunde în butelii, motorul are un ciocan cu apă. Deoarece apa are o densitate decentă atunci când pistonul este într-o cursă de compresie, nu poate atinge punctul mort superior (depinde de cantitatea de apă), dar arborele cotit continuă să se rotească. Acest proces poate îndoi bielele, rupe cheile etc. De fapt, injecția de apă este atât de mică încât cursa de compresie nu este afectată.
2. Metalul va rugini în timp, în contact cu apa. Acest lucru nu se va întâmpla cu acest sistem, deoarece temperatura din cilindrii unui motor în funcțiune depășește 1000 de grade. Apa se transformă într-o stare vaporoasă la 100 de grade. Deci, în timpul funcționării sistemului, nu există apă în motor, ci doar abur supraîncălzit. Apropo, când combustibilul arde, există și o cantitate mică de abur în gazele de eșapament. O dovadă parțială a acestui fapt este apa care se revarsă din conducta de eșapament (sunt descrise alte motive pentru apariția sa aici).
3. Când apă apare în ulei, grăsimea emulsionează. Din nou, cantitatea de apă pulverizată este atât de mică încât pur și simplu nu poate intra în carter. Devine imediat un gaz care este îndepărtat odată cu evacuarea.
4. Aburul fierbinte distruge pelicula de ulei, determinând blocul de prindere. De fapt, aburul sau apa nu dizolvă uleiul. Cel mai real solvent este doar benzina, dar în același timp filmul de ulei rămâne sute de mii de kilometri.

Să vedem cum funcționează dispozitivul pentru pulverizarea apei în motor.

Cum funcționează sistemul de injecție a apei

În unitățile de putere moderne echipate cu acest sistem, pot fi instalate diferite tipuri de kituri. Într-un caz, se folosește o singură duză, situată pe intrarea galeriei de admisie înainte de bifurcație. O altă modificare utilizează mai multe injectoare de acest tip injecție distribuită.

Cel mai simplu mod de a monta un astfel de sistem este instalarea unui rezervor de apă separat în care va fi amplasată pompa electrică. Un tub este conectat la acesta, prin care lichidul va fi furnizat pulverizatorului. Când motorul atinge temperatura dorită (este descrisă temperatura de funcționare a motorului cu ardere internă într-un alt articol), șoferul începe să pulverizeze pentru a crea o ceață umedă în galeria de admisie.

Cea mai simplă instalare poate fi instalată chiar și pe un motor cu carburator. Dar, în același timp, nu se poate face fără o modernizare a tractului de admisie. În acest caz, sistemul este controlat din habitaclu de către șofer.

În versiunile mai avansate, care pot fi găsite în magazinele de reglare automată, reglarea modului de pulverizare este asigurată fie de un microprocesor separat, fie activitatea sa este asociată cu semnale provenite de la ECU. În acest caz, va trebui să utilizați serviciile unui electrician auto pentru a instala sistemul.

Dispozitivul sistemelor moderne de pulverizare include următoarele elemente:

• Pompă electrică cu presiune de până la 10 bari;
• Una sau mai multe duze pentru pulverizarea apei (numărul lor depinde de dispozitivul întregului sistem și de principiul distribuției debitului umed peste cilindri);
• Controlerul este un microprocesor care controlează sincronizarea și cantitatea de injecție de apă. La aceasta este conectată o pompă. Datorită acestui element, este asigurată o dozare constantă de înaltă precizie. Algoritmii încorporați în unele microprocesoare permit sistemului să se adapteze automat la diferite moduri de operare ale unității de putere;
• Un rezervor pentru lichidul care trebuie pulverizat în colector;
• Senzor de nivel situat în acest rezervor;
• Furtunuri cu lungimea corectă și accesorii adecvate.

Sistemul funcționează conform acestui principiu. Controlerul de injecție primește semnale de la senzorul de debit de aer (pentru mai multe detalii despre funcționarea și defecțiunile sale, citiți aici). În conformitate cu aceste date, utilizând algoritmi corespunzători, microprocesorul calculează timpul și cantitatea de lichid pulverizat. În funcție de modificarea sistemului, duza poate fi realizată pur și simplu sub formă de manșon cu un atomizor foarte subțire.

Majoritatea sistemelor moderne dau pur și simplu un semnal pentru pornirea / oprirea pompei. În kiturile mai scumpe, există o supapă specială care modifică doza, dar în majoritatea cazurilor nu funcționează corect. Practic, controlerul este declanșat atunci când motorul atinge 3000 rpm. și altele. Înainte de a instala o astfel de instalație pe mașina dvs., trebuie să luați în considerare faptul că majoritatea producătorilor avertizează despre funcționarea incorectă a sistemului pe unele mașini. Nimeni nu va furniza o listă detaliată, deoarece totul depinde de parametrii individuali ai unității de putere.

Deși funcția principală a injecției cu apă este de a crește puterea motorului, este utilizată în principal numai ca intercooler pentru a răci fluxul de aer provenit de la o turbină roșie.

Pe lângă creșterea puterii motorului, mulți sunt siguri că injecția curăță și cavitatea de lucru a cilindrului și a tractului de evacuare. Unii cred că prezența aburului în evacuare creează o reacție chimică care neutralizează unele substanțe toxice, dar în acest caz, mașina nu va avea nevoie de un element precum un catalizator auto sau un sistem complex AdBlue, despre care puteți citi . aici.

Apa de pompare are efect doar la turații mari ale motorului (trebuie să fie bine încălzită și fluxul de aer trebuie să fie rapid, astfel încât umezeala să intre imediat în cilindri) și într-o măsură mai mare în unitățile de alimentare cu supraalimentare. Acest proces creează un cuplu suplimentar și o mică creștere a puterii.

Dacă motorul este aspirat în mod natural, atunci nu va deveni semnificativ mai puternic, dar cu siguranță nu va suferi de detonare. Pentru un motor cu combustie internă turbocompresor, o injecție de apă instalată în fața supraîncărcătorului va crește eficiența prin reducerea temperaturii aerului de intrare. Și pentru un efect și mai mare, un astfel de sistem folosește amestecul menționat anterior de apă și metanol într-o proporție de 50x50.

Avantaje și dezavantaje

Deci, sistemul de injectare a apei permite:

• Temperatura aerului de intrare;
• Asigurați răcirea suplimentară a elementelor camerei de ardere;
• Dacă se folosește benzină de calitate scăzută (octanic redus), pulverizarea cu apă crește rezistența la detonare a motorului;
• Utilizarea aceluiași mod de conducere reduce consumul de combustibil. Aceasta înseamnă că, cu aceeași dinamică, mașina emite mai puțini poluanți (desigur, acest lucru nu este atât de eficient încât mașina poate face fără un catalizator și alte sisteme de neutralizare a gazelor toxice);
• Nu numai pentru a crește puterea, dar face și motorul să se întoarcă cu un cuplu crescut cu 25-30 la sută;
• Într-o anumită măsură curățați elementele sistemului de admisie și evacuare a motorului;
• Îmbunătățiți răspunsul accelerației și răspunsul pedalei;
• Aduceți turbina la presiunea de funcționare la o turație mai mică a motorului.

În ciuda atât de multor caracteristici utile, injecția cu apă nu este de dorit pentru vehiculele convenționale și există câteva motive întemeiate pentru care producătorii de automobile nu o implementează în vehiculele de producție. Cele mai multe dintre ele se datorează faptului că sistemul are o origine sportivă. În lumea sporturilor cu motor, economia de combustibil este în mare parte trecută cu vederea. Uneori, consumul de combustibil ajunge la 20 de litri la sută. Acest lucru se datorează faptului că motorul este adesea adus la turații maxime, iar șoferul presează aproape constant gazul până când acesta se oprește. Numai în acest mod, efectul injecției este vizibil.

Iată deci principalele dezavantaje ale sistemului:

• Deoarece instalarea a fost destinată în primul rând îmbunătățirii performanțelor mașinilor sport, această dezvoltare este eficientă doar la puterea maximă. De îndată ce motorul atinge acest nivel, controlerul fixează acest moment și injectează apă. Din acest motiv, pentru ca instalația să funcționeze eficient, vehiculul trebuie să funcționeze în modul sport. La turații scăzute, motorul poate fi mai „copleșitor”.
• Injecția de apă se efectuează cu o anumită întârziere. În primul rând, motorul intră în modul de alimentare, algoritmul corespunzător este activat în microprocesor și un semnal este trimis pompei pentru a porni. Pompa electrică începe să pompeze lichid în linie și abia după aceea duza începe să-l pulverizeze. În funcție de modificarea sistemului, toate acestea pot dura aproximativ o milisecundă. Dacă mașina circulă într-un mod silențios, pulverizarea nu va avea niciun efect.
• În versiunile cu o duză, este imposibil să se controleze cantitatea de umezeală care intră într-un anumit cilindru. Din acest motiv, în ciuda unei bune teorii, practica arată adesea o funcționare instabilă a motorului, chiar și cu accelerația complet deschisă. Acest lucru se datorează condițiilor diferite de temperatură din „ghivece” individuale.
• Iarna, sistemul are nevoie de realimentare nu doar cu apă, ci cu metanol. Numai în acest caz, chiar și pe vreme rece, lichidul va fi furnizat gratuit colectorului.
• Pentru siguranța motorului, apa injectată trebuie distilată, ceea ce reprezintă o deșeu suplimentar. Dacă utilizați apă obișnuită de la robinet, foarte curând se vor acumula depozite de var pe pereții suprafețelor de contact (cum ar fi solzi într-un ceainic). Prezența particulelor solide străine în motor este plină de o defecțiune timpurie a unității. Din acest motiv, ar trebui utilizat distilatul. În comparație cu consumul nesemnificativ de combustibil (o mașină obișnuită nu este proiectată pentru o funcționare constantă în modul sport, iar legislația interzice acest lucru pe drumurile publice), instalația însăși, întreținerea acesteia și utilizarea distilatului (și în timpul iernii - un amestec de apă și metanol) este nejustificat din punct de vedere economic ...

În adevăr, unele dintre neajunsuri pot fi remediate. De exemplu, pentru ca unitatea de putere să funcționeze stabil la rpm ridicate sau la sarcină maximă la rpm reduse, poate fi instalat un sistem de injecție distribuită de apă. În acest caz, injectoarele vor fi instalate, câte una pentru fiecare galerie de admisie, ca într-un sistem de combustibil identic.

Cu toate acestea, prețul unei astfel de instalații crește semnificativ și nu numai din cauza elementelor suplimentare. Faptul este că injecția de umiditate are sens numai în cazul unui flux de aer în mișcare. Când supapa de admisie (sau mai multe în cazul unor modificări ale motorului) este închisă și acest lucru se întâmplă timp de trei cicluri, aerul din conductă este nemișcat.

Pentru a preveni scurgerea apei în colector în zadar (sistemul nu prevede îndepărtarea excesului de umiditate care se acumulează pe pereții colectorului), regulatorul trebuie să stabilească în ce moment și ce duză trebuie să intre în funcțiune. Această configurare complexă necesită hardware scump. Comparativ cu creșterea nesemnificativă a puterii pentru o mașină standard, o astfel de cheltuială este nejustificată.

Desigur, este treaba tuturor să instalați sau nu un astfel de sistem pe mașina dvs. Am luat în considerare atât avantajele, cât și dezavantajele unui astfel de design. În plus, vă sugerăm să urmăriți o prelegere video detaliată despre modul în care funcționează injecția de apă:

Teoria motorului cu ardere internă: injectarea apei în tractul de admisie

Întrebări și răspunsuri:

Ce este injectarea cu metanol? Aceasta este injectarea unei cantități mici de apă sau metanol într-un motor în funcțiune. Acest lucru crește rezistența la detonare a combustibilului slab, reduce emisia de substanțe nocive, crește cuplul și puterea motorului cu ardere internă.

Pentru ce este injectarea cu apă metanol? Injecția de metanol răcește aerul aspirat de motor și reduce probabilitatea de detonare a motorului. Acest lucru crește eficiența motorului datorită capacității mari de căldură a apei.

Cum funcționează sistemul Vodometanol? Depinde de modificarea sistemului. Cel mai eficient este sincronizat cu injectoarele de combustibil. În funcție de sarcina lor, se injectează apă metanol.

Pentru ce se utilizează Vodometanol? Această substanță a fost folosită în Uniunea Sovietică în motoarele de avioane înainte de apariția motoarelor cu reacție. Apa metanolul a redus detonația în motorul cu ardere internă și a făcut ca arderea HTS să fie lină.