Vstřikování vody do motoru automobilu

Síla motoru je nejběžnějším tématem v motoristických kruzích. Téměř každý motorista alespoň jednou přemýšlel o tom, jak zvýšit výkon pohonné jednotky. Někteří instalují turbíny, jiní vystružují válce atd. (jsou popsány další způsoby zvyšování výkonu v jiném svаkravata). Mnoho lidí, kteří se zajímají o tuning automobilů, vědí o systémech, které dodávají malé množství vody nebo její směsi s methanolem.

Většina motoristů je obeznámena s takovým konceptem, jako je vodní kladivo motoru (existuje také samostatná recenze). Jak může voda, která vyvolává destrukci spalovacího motoru, současně zvýšit jeho výkon? Pokusme se s tímto problémem vypořádat a také zvažte výhody a nevýhody, které má systém vstřikování vody a methanolu v pohonné jednotce.

Co je systém vstřikování vody?

Stručně řečeno, tento systém je nádrž, do které se nalévá voda, ale častěji směs methanolu a vody v poměru 50/50. Má elektrický motor, například z ostřikovače čelního skla. Systém je spojen elastickými trubkami (v nejvíce rozpočtové verzi jsou odebrány hadice z kapátka), na jejichž konci je instalována samostatná tryska. V závislosti na verzi systému se vstřikování provádí pomocí jednoho nebo několika atomizérů. Voda je přiváděna, když je vzduch nasáván do válce.

Pokud vezmeme tovární verzi, pak bude mít jednotka speciální čerpadlo, které je elektronicky řízeno. Systém bude mít jeden nebo více senzorů, které pomohou určit okamžik a množství stříkané vody.

Na jedné straně se zdá, že voda a motor jsou neslučitelné pojmy. Spalování směsi vzduch-palivo probíhá ve válci a jak každý ví od dětství, plamen (pokud nehorí chemikálie) hoří vodou. Ti, kteří se „seznámili“ s hydraulickým rázem motoru, byli z vlastní zkušenosti přesvědčeni, že voda je úplně poslední látka, která by se do motoru měla dostat.

Myšlenka vstřikování vody však není výplodem teenagerské představivosti. Ve skutečnosti je tato myšlenka stará téměř sto let. Ve třicátých letech minulého století vylepšil Harry Ricardo pro vojenské potřeby letecký motor Rolls-Royce Merlin a také vyvinul syntetický benzín s vysokým oktanovým číslem. zde) pro letecké spalovací motory. Nedostatek takového paliva představuje vysoké riziko detonace motoru. Proč je tento proces nebezpečný? odděleně, ale zkrátka, směs vzduch-palivo by měla hořet rovnoměrně a v tomto případě doslova exploduje. Z tohoto důvodu jsou části jednotky nadměrně namáhány a rychle selhávají.

V boji proti tomuto účinku provedl G. Ricardo řadu studií, díky nimž dokázal dosáhnout potlačení detonace díky vstřikování vody. Na základě jeho vývoje se německým inženýrům podařilo téměř zdvojnásobit výkon jednotek ve svých letadlech. K tomu byla použita kompozice MW50 (methanolová promývačka). Například stíhačka Focke-Wulf 190D-9 byla vybavena stejným motorem. Jeho maximální výkon byl 1776 koňských sil, ale s krátkým přídavným spalováním (výše uvedená směs byla přiváděna do válců) se tato lišta zvýšila na 2240 „koní“.

Tento vývoj byl použit nejen u tohoto modelu letadla. Ve výzbroji německého a amerického letectví došlo k několika modifikacím pohonných jednotek.

Pokud mluvíme o produkčních automobilech, pak model Oldsmobile F85 Jetfire, který sjel z montážní linky v 62. roce minulého století, dostal tovární instalaci vstřikování vody. Dalším sériově vyráběným automobilem s tímto motorem je Saab 99 Turbo, uvedený na trh v roce 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Dostane 99 Turbo

Popularita tohoto systému nabrala na obrátkách díky jeho aplikaci v letech 1980-90. ve sportovních vozech. V roce 1983 tedy Renault vybavil své vozy Formule 1 12litrovou nádrží, do které bylo nainstalováno elektrické čerpadlo, regulátor tlaku a požadovaný počet vstřikovačů. Do roku 1986 se inženýrům týmu podařilo zvýšit točivý moment a výkon pohonné jednotky z 600 na 870 koní.

V závodní válce automobilek také Ferrari nechtělo „pást zadek“, a rozhodlo se tento systém použít u některých svých sportovních vozů. Díky této modernizaci se značce podařilo získat přední pozici mezi designéry. Stejný koncept vyvinula značka Porsche.

Podobné upgrady byly provedeny s vozy, které se účastnily závodů ze série WRC. Na počátku 90. let však organizátoři těchto soutěží (včetně F-1) pozměnili předpisy a zakázali používání tohoto systému v závodních automobilech.

Další průlom ve světě motoristického sportu přinesl podobný vývoj na závodech drag racing v roce 2004. Světový rekord míle překonali dvě různá vozidla, a to navzdory pokusům o dosažení milníku s různými úpravami hnacího ústrojí. Tyto dieselové vozy byly vybaveny sběrným potrubím sání.

V průběhu času začaly automobily přijímat mezichladiče, které snižují teplotu proudu vzduchu před vstupem do sacího potrubí. Díky tomu dokázali inženýři snížit riziko klepání a vstřikovací systém již nebyl nutný. Prudké zvýšení výkonu bylo možné díky zavedení systému dodávky oxidu dusného (oficiálně se objevil v roce 2011).

V roce 2015 se opět začaly objevovat zprávy o vstřikování vody. Například nový bezpečnostní vůz MotoGP vyvinutý společností BMW má klasickou sadu na stříkání vody. Při oficiálním představení limitované edice zástupce bavorské automobilky uvedl, že v budoucnu se plánuje vydání řady civilních modelů s podobným systémem.

Co dává vstřikování vody nebo methanolu motoru?

Pojďme tedy od historie k praxi. Proč motor potřebuje vstřikování vody? Když do sacího potrubí vstupuje přísně omezené množství kapaliny (stříká se kapka ne více než 0.1 mm), při kontaktu s horkým médiem se okamžitě změní na plynný stav s vysokým obsahem kyslíku.

Chlazený BTC komprimuje mnohem snadněji, což znamená, že klikový hřídel potřebuje k provedení kompresního zdvihu o něco menší sílu. Instalace tedy umožňuje vyřešit několik problémů najednou.

Za prvé, horký vzduch má menší hustotu (v rámci experimentu můžete prázdnou plastovou láhev vytáhnout z teplého domu do chladu - slušně se zmenší), takže do válce vnikne méně kyslíku, což znamená, že benzín nebo nafta palivo bude hořet horší. Aby se tento efekt eliminoval, je mnoho motorů vybaveno turbodmychadly. Ale ani v tomto případě teplota vzduchu neklesá, protože klasické turbíny jsou poháněny horkým výfukem, který prochází výfukem. Postřik vodou umožňuje dodávat do válců více kyslíku, aby se zlepšila účinnost spalování. To zase bude mít pozitivní vliv na katalyzátor (podrobnosti čtěte v samostatné recenzi).

Zadruhé, vstřikování vody umožňuje zvýšit výkon pohonné jednotky beze změny jejího pracovního objemu a beze změny její konstrukce. Důvodem je, že v parním stavu zabírá vlhkost mnohem větší objem (podle některých výpočtů se objem zvýší 1700krát). Když se voda odpařuje ve stísněném prostoru, vytváří se další tlak. Jak víte, pro točivý moment je velmi důležitá komprese. Bez zásahu do konstrukce pohonné jednotky a výkonné turbíny nelze tento parametr zvýšit. A protože pára prudce expanduje, ze spalování HTS se uvolňuje více energie.

Za třetí, v důsledku rozstřikování vody se palivo nepřehřívá a v motoru se netvoří detonace. To umožňuje použití levnějšího benzínu s nižším oktanovým číslem.

Za čtvrté, kvůli výše uvedeným faktorům nemusí řidič sešlápnout plynový pedál tak aktivně, aby byl vůz dynamičtější. To je zajištěno rozprašováním kapaliny do spalovacího motoru. I přes zvýšení výkonu se spotřeba paliva nezvýší. V některých případech se při identickém jízdním režimu sníží nenasytnost motoru na 20 procent.

Ve skutečnosti má tento vývoj i oponenty. Nejběžnější mylné představy o vstřikování vody jsou:

1. A co vodní kladivo? Nelze popřít, že když voda vstoupí do válců, motor zažije vodní kladivo. Protože voda má slušnou hustotu, když je píst v kompresním zdvihu, nemůže dosáhnout horní úvrati (záleží na množství vody), ale klikový hřídel se stále otáčí. Tento proces může ohnout ojnice, zlomit klíče atd. Ve skutečnosti je vstřikování vody tak malé, že kompresní zdvih není ovlivněn.
2. Kov při kontaktu s vodou po čase rezaví. U tohoto systému se to nestane, protože teplota ve válcích běžícího motoru přesahuje 1000 stupňů. Voda se při 100 stupních změní na parní stav. Během provozu systému tedy v motoru není voda, ale pouze přehřátá pára. Mimochodem, při spalování paliva je ve výfukových plynech také malé množství páry. Částečným důkazem toho je voda vytékající z výfukového potrubí (jsou popsány další důvody jejího vzhledu zde).
3. Když se v oleji objeví voda, tuk emulguje. Opět platí, že množství stříkané vody je tak malé, že jednoduše nemůže vstoupit do klikové skříně. Okamžitě se z něj stane plyn, který je odstraněn spolu s výfukem.
4. Horká pára ničí olejový film a způsobuje, že pohonná jednotka zachytí klín. Ve skutečnosti pára nebo voda olej nerozpouští. Nejreálnějším rozpouštědlem je právě benzín, ale zároveň zůstává ropný film stovky tisíc kilometrů.

Podívejme se, jak funguje zařízení pro stříkání vody do motoru.

Jak funguje systém vstřikování vody

V moderních pohonných jednotkách vybavených tímto systémem lze instalovat různé typy souprav. V jednom případě se používá jediná tryska, umístěná na vstupu sacího potrubí před rozdvojením. Další modifikace používá několik vstřikovačů tohoto typu distribuovaná injekce.

Nejjednodušší způsob montáže takového systému je instalace samostatné nádrže na vodu, do které bude umístěno elektrické čerpadlo. Je k němu připojena trubice, kterou bude do postřikovače přiváděna kapalina. Když motor dosáhne požadované teploty (je popsána provozní teplota spalovacího motoru v jiném článku), řidič začne stříkat, aby vytvořil mokrou mlhu v sacím potrubí.

Nejjednodušší instalaci lze dokonce instalovat na karburátorový motor. Současně však nelze obejít nějakou modernizaci sacího traktu. V tomto případě je systém řízen z prostoru pro cestující řidičem.

V pokročilejších verzích, které najdete v obchodech s automatickým laděním, je nastavení režimu postřiku zajištěno buď samostatným mikroprocesorem, nebo je jeho práce spojena se signály přicházejícími z ECU. V takovém případě budete muset k instalaci systému použít služby autoelektrikáře.

Zařízení moderních stříkacích systémů zahrnuje následující prvky:

• Elektrické čerpadlo s tlakem do 10 bar;
• Jedna nebo několik trysek pro stříkání vody (jejich počet závisí na zařízení celého systému a na principu distribuce mokrého proudu po válcích);
• Regulátor je mikroprocesor, který řídí časování a množství vstřikování vody. Je k němu připojeno čerpadlo. Díky tomuto prvku je zajištěno konstantní vysoce přesné dávkování. Algoritmy zabudované v některých mikroprocesorech umožňují systému automaticky se přizpůsobit různým provozním režimům energetické jednotky;
• Nádrž na kapalinu, která má být nastříkána do potrubí;
• Snímač hladiny umístěný v této nádrži;
• Hadice správné délky a vhodné armatury.

Systém funguje na tomto principu. Řídicí jednotka vstřikování přijímá signály ze snímače průtoku vzduchu (další podrobnosti o jeho provozu a poruchách najdete v části zde). V souladu s těmito daty vypočítá mikroprocesor pomocí vhodných algoritmů čas a množství nastříkané kapaliny. V závislosti na modifikaci systému může být tryska jednoduše vyrobena ve formě objímky s velmi tenkým rozprašovačem.

Většina moderních systémů jednoduše vydá signál k zapnutí / vypnutí čerpadla. U dražších souprav existuje speciální ventil, který mění dávkování, ale ve většině případů nefunguje správně. V zásadě je ovladač spuštěn, když motor dosáhne 3000 ot / min. a více. Před instalací takové instalace do automobilu musíte vzít v úvahu, že většina výrobců varuje před nesprávným fungováním systému u některých automobilů. Nikdo neposkytne podrobný seznam, protože vše závisí na jednotlivých parametrech pohonné jednotky.

Ačkoli hlavní funkcí vstřikování vody je zvýšit výkon motoru, používá se hlavně pouze jako mezichladič k chlazení proudu vzduchu vycházejícího z rozžhavené turbíny.

Kromě zvýšení výkonu motoru je mnoho lidí přesvědčeno, že vstřikování čistí také pracovní dutinu válce a výfukové potrubí. Někteří věří, že přítomnost páry ve výfukových plynech vytváří chemickou reakci, která neutralizuje některé toxické látky, ale v tomto případě automobil nebude potřebovat prvek, jako je automobilový katalyzátor nebo komplexní systém AdBlue, o kterém si můžete přečíst . zde.

Čerpání vody má účinek pouze při vysokých otáčkách motoru (musí být dobře zahřáté a musí být rychlé proudění vzduchu, aby se vlhkost okamžitě dostala do válců), a ve větší míře u přeplňovaných pohonných jednotek. Tento proces poskytuje další točivý moment a malé zvýšení výkonu.

Pokud je motor přirozeně nasáván, nebude výrazně silnější, ale detonací rozhodně nebude trpět. U přeplňovaného spalovacího motoru poskytne vstřikování vody instalované před kompresorem zvýšení účinnosti v důsledku snížení teploty přiváděného vzduchu. A pro ještě větší účinek používá takový systém dříve zmíněnou směs vody a methanolu v poměru 50x50.

Výhody a nevýhody

Systém vstřikování vody tedy umožňuje:

• Teplota nasávaného vzduchu;
• Zajistěte další chlazení prvků spalovací komory;
• Pokud se používá benzín nízké kvality (s nízkým oktanovým číslem), rozstřik vody zvyšuje detonační odpor motoru;
• Použití stejného jízdního režimu snižuje spotřebu paliva. To znamená, že při stejné dynamice auto vyzařuje méně znečišťujících látek (samozřejmě to není tak účinné, aby se auto bez katalyzátoru a dalších systémů pro neutralizaci toxických plynů obešlo);
• Nejen ke zvýšení výkonu, ale také k otáčení motoru s točivým momentem zvýšeným o 25-30 procent;
• Do jisté míry vyčistěte prvky sacího a výfukového systému motoru;
• Zlepšete odezvu na plyn a pedál;
• Uveďte turbínu na provozní tlak při nižších otáčkách motoru.

Navzdory tolika užitečným funkcím je vstřikování vody pro konvenční vozidla nežádoucí a existuje několik dobrých důvodů, proč jej automobilky neimplementují do sériových vozidel. Většina z nich je způsobena skutečností, že systém má sportovní původ. Ve světě motoristického sportu je spotřeba paliva do značné míry přehlížena. Spotřeba paliva někdy dosahuje 20 litrů na sto. To je způsobeno skutečností, že motor je často nastaven na maximální otáčky a řidič téměř neustále tlačí na plyn, dokud se nezastaví. Pouze v tomto režimu je účinek injekce patrný.

Zde jsou tedy hlavní nevýhody systému:

• Protože instalace byla primárně určena ke zlepšení výkonu sportovních vozů, je tento vývoj účinný pouze při maximálním výkonu. Jakmile motor dosáhne této úrovně, ovladač tento okamžik zafixuje a vstřikuje vodu. Z tohoto důvodu, aby instalace fungovala efektivně, musí být vozidlo provozováno ve sportovním režimu. Při nízkých otáčkách může být motor „napjatější“.
• Vstřikování vody se provádí s určitým zpožděním. Nejprve motor přejde do režimu napájení, v mikroprocesoru se aktivuje příslušný algoritmus a do čerpadla se odešle signál k zapnutí. Elektrické čerpadlo začne pumpovat kapalinu do potrubí a teprve poté začne tryska stříkat. V závislosti na úpravě systému to vše může trvat přibližně jednu milisekundu. Pokud auto jede v tichém režimu, postřik nebude mít vůbec žádný účinek.
• U verzí s jednou tryskou není možné řídit, kolik vlhkosti se dostane do konkrétního válce. Z tohoto důvodu, navzdory dobré teorii, praxe často ukazuje nestabilní motorický provoz, a to i při plně otevřeném plynu. Je to způsobeno rozdílnými teplotními podmínkami v jednotlivých „hrncích“.
• V zimě systém potřebuje doplňovat nejen vodu, ale i methanol. Pouze v tomto případě, i za chladného počasí, bude kapalina volně přiváděna do kolektoru.
• Z důvodu bezpečnosti motoru musí být vstřikovaná voda destilována, což je další odpad. Používáte-li běžnou vodu z vodovodu, velmi brzy se na stěnách kontaktních povrchů nahromadí vápenné usazeniny (například vodní kámen v konvici). Přítomnost cizích pevných částic v motoru je plná brzkého rozpadu jednotky. Z tohoto důvodu by měl být použit destilát. Ve srovnání s nevýznamnou spotřebou paliva (běžné auto není navrženo pro stálý provoz ve sportovním režimu a legislativa to na veřejných komunikacích zakazuje), samotná instalace, její údržba a použití destilátu (a v zimě - směs vody a methanol) je ekonomicky neopodstatněné ...

Ve skutečnosti lze některé nedostatky napravit. Například, aby pohonná jednotka fungovala stabilně při vysokých otáčkách nebo při maximálním zatížení při nízkých otáčkách, může být nainstalován distribuovaný systém vstřikování vody. V tomto případě budou vstřikovače nainstalovány po jednom pro každé sací potrubí, stejně jako u identického palivového systému.

Cena takové instalace se však významně zvyšuje, a to nejen díky dalším prvkům. Faktem je, že vstřikování vlhkosti má smysl pouze v případě pohybujícího se proudu vzduchu. Když je sací ventil (nebo několik v případě některých úprav motoru) uzavřen a stane se to po dobu tří cyklů, je vzduch v potrubí nehybný.

Aby se zabránilo marnému úniku vody do kolektoru (systém neumožňuje odstranění přebytečné vlhkosti hromadící se na stěnách kolektoru), musí regulátor určit, v jakém okamžiku a která konkrétní tryska by měla být uvedena do provozu. Toto složité nastavení vyžaduje drahý hardware. Ve srovnání s nevýznamným zvýšením výkonu u standardního automobilu jsou takové náklady neoprávněné.

Samozřejmě je věcí každého instalovat takový systém na vaše auto, či nikoli. Zvažovali jsme výhody i nevýhody takového designu. Kromě toho doporučujeme sledovat podrobnou video přednášku o tom, jak funguje vstřikování vody:

Teorie spalovacích motorů: vstřikování vody do sacího traktu

Otázky a odpovědi:

Co je Methanol Injection? Jedná se o vstřikování malého množství vody nebo metanolu do běžícího motoru. Tím se zvyšuje detonační odolnost špatného paliva, snižuje se emise škodlivých látek, zvyšuje se točivý moment a výkon spalovacího motoru.

K čemu slouží vstřikování metanolové vody? Vstřikování metanolu ochlazuje vzduch nasávaný motorem a snižuje pravděpodobnost klepání motoru. To zvyšuje účinnost motoru díky vysoké tepelné kapacitě vody.

Jak funguje systém Vodomethanol? Záleží na úpravě systému. Nejúčinnější je synchronizovaný se vstřikovači paliva. V závislosti na jejich zatížení je vstřikován vodní metanol.

K čemu se Vodomethanol používá? Tato látka byla používána v Sovětském svazu v leteckých motorech před příchodem proudových motorů. Vodní metanol omezil detonaci ve spalovacím motoru a umožnil hladké spalování HTS.