На сегодняшний день автомобилисты хотят улучшить свои транспортные средства самыми разными доступными методами. Один из них - это сделать впрыск воды в двигатель. Данное улучшение поможет поднять самые важные характеристики двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, сделать его можно даже своими руками.
История впрыска
Прежде чем перейти к более подробно описанию и рассмотрению современных моделей и воздействия такого тюнинга на них, а также его преимуществ и прочего, нужно немного внимания уделить истории впрыска воды в двигатель. Все началось достаточно давно, еще примерно 110 лет назад, когда один венгерский ученый с фамилией Бычнки решил начать тестирование данного процесса. Единственное, что ему мешало, это примитивность силовых агрегатов, существующих на тот момент. Кроме того, в то время данная тема так и не получила серьезного развития. Вплотную заниматься ею стали лишь спустя 30-40 лет. Продолжением работ в этом направлении занялся английский ученый Хопкинсон. Им были проведены определенные исследования впрыска воды в двигатель на тех моделях, которые в то время считались стандартными.
Вам будет интересно:
Стоит отметить, что его исследования привели к успеху. Хотя справедливо будет сказать, что в тот момент основная задача состояла в уменьшении детонации топлива, а вовсе не в увеличении мощности самого двигателя. Однако все это были лишь попытки. Человеком же, которые внес решающий вклад в развитие такой темы, как впрыск воды в двигатель, стал Гарри Рикардо. Хотя и здесь можно сказать, что в то время впрыск использовался больше в двигателях для летной техники, так как это были 40-е года 20 века, когда, как известно, повсюду шли военные конфликты. Однако позже появились реактивные двигатели и надобность в таком типе впрыска вовсе отпала, так как все силовые агрегаты были заменены на новые.
Вам будет интересно:
Последующий этап развития впрыска воды в двигатель пришел уже на 80-е годы. Именно к этому времени владельца транспортных средств вспомнили о его существовании и решили применять его для улучшения характеристик своих авто.
Общее описание идей впрыска
Как уже говорилось ранее, для начала впрыск использовался для моторов самолетов, чтобы повысить их мощность, а в качестве жидкости использовалась не только вода, но и метанол, смешанный с ней. Что же касается впрыска в автомобильный двигатель, то далее стоит рассмотреть, как именно он обеспечивает ряд преимуществ.
Вам будет интересно:
Во время этого также несколько замедляется процесс сгорания топлива, из-за чего уменьшается риск детонации топлива в двигателе. Еще одним преимуществом будет и то, что в камере сгорания горючей смеси будет несколько снижена температура. Все перечисленные качества считаются весомыми плюсами, которые говорят в пользу того, что все же стоит задуматься над установкой впрыска воды в двигатель своими руками.
Отрицательные стороны
Как и любая другая система в мире, эта также обладает своими недостатками, которые нужно учитывать.
Во-первых, один из существенных минусов - это нестабильная работа силового агрегата. Это происходит из-за того, что дроссельная заслонка практически все время открыта, а кроме того, частота вращения коленвала остается невысокой, из-за чего машина не едет достаточно быстро. Этот отрицательный момент возникает, в частности, из-за того, что жидкость не может равномерно распределяться по всем цилиндрам автомобиля.
Во-вторых, значительным недостатком считается то, что при обустройстве впрыска воды в двигатель своими руками необходимо подавать в систему лишь чистую дистиллированную воду. Чтобы вся система работала с максимальной эффективностью, необходимо сделать так, чтобы на 10 литров горючего топлива подавалось 2 литра воды. Таким образом, соотношение становится 1/5 и это означает, что после переработки каждых 2 л жидкости в камере сгорания возможно отложение до 200 г соли и других разных минеральных примесей, которых там быть не должно.
Естественно, что еще один существенный минус - это проблемное использование впрыска воды в инжекторный двигатель через форсунки (или в любой другой) из-за того, что жидкость просто замерзает при отрицательных температурах. Конечно, некоторые знают, что данную проблему можно решить при помощи добавки спиртовых добавок, но в действительности данный способ может помочь только при незначительных минусовых температурах. Как только наступают достаточно сильные морозы, необходимо либо сливать воду, либо полностью снимать данную систему.
Вам будет интересно:
Впрыск в инжекторный двигатель
Далее можно рассмотреть, как сделать впрыск воды в двигатель карбюратор или же инжекторный двигатель. Здесь сразу стоит сказать и о том, что на специальных рынках имеется полный набор все нужных деталей, чтобы осуществить задуманное своими руками. Обычно такой комплект состоит из специальных форсунок, бака для жидкости, насос, шланги, некоторые другие элементы и, что самое главное, это управляющее устройство, которые будет следить за четким дозированием впрыска жидкости. Единственный и очень весомый недостаток - это очень высокая стоимость хорошего и полного комплекта.
Из-за этого многие люди предпочитают делать все сами. Для обустройства впрыска воды в инжекторный двигатель своими руками следует придерживаться следующего плана.
- Для начала стоит сказать о том, что специальная форсунка с соплом устанавливается во впускном коллекторе, чтобы добиться лучшего распыления. Причем чаще всего таковым местом установки становится область именно за инжектором или же карбюратором.
- Вода к форсунке подается при помощи специального насоса, который устанавливается в салоне. Чаще всего для выполнения этой функции хватит обычного устройства на 12 В.
- Сама же жидкость будет поступать из бачка. Довольно часто в качестве дополнительного резервуара используется бачок омывателя ветрового стекла.
Непосредственный монтаж впрыска воды в инжекторный двигатель осуществляется достаточно просто.
- Все элементы системы, которые перечислялись выше, должны быть соединены между собой либо при помощи резиновых трубок, либо при помощи небольших шлангов от медицинских капельниц.
- Далее необходимо найти трубку, которая будет выходить непосредственно из насоса и установить на нее иглу от медицинского шприца.
- Иглой, которая была установлена ранее, необходимо проколоть резиновый шланг, идущий от регулятора опережения зажигания.
- После прокола шланги игла фиксируется при помощи герметика. Здесь нужно понимать, что количество впрыскиваемой жидкости будет напрямую зависеть от толщины этой самой иглы.
Таким образом, получается, что микро-форсунка для впрыска воды в двигатель в данном случае - это выбранная игла.
Другие способы установки
Есть и другой способ, который касается монтажа впрыска для карбюраторной модели. В таком случае трубка от капельницы будет подключаться в заранее подготовленное отверстие, которое проделывается в первой камере карбюратора. В данном случае впрыск воды будет происходить за счет того, что будет появляться давление разряжения. Данный процесс также будет напоминать процесс распыления жидкости.
Кроме этого, небольшое преимущество такого метода заключается в том, что водитель транспортного средства, способен сам запустить временную подкачку воды, если ему необходимо временно увеличить мощность силового агрегата. Еще один хороший плюс самодельного впрыска воды в двигатель - это возможность достаточно точно контролировать систему, опираясь на производительность установленного насосного оборудования. Здесь очень важно знать и правильно подобрать все оборудование по нужным пропорциям. Что касается соотношения вода/воздух, то некоторые рекомендуются делать соотношение 1/10 или 1/14. Другими словами, к примеру, на силовой агрегат 1500 см3 нужно около 30-35 литров жидкости. Что касается самой жидкости, то во время впрыска воды в дизельный двигатель BMW, к примеру, или в схожие устройства, она будет превращаться в мелкодисперсную субстанцию. Диаметр частиц будет равен примерно 0,01 мм. Такие мелкие частицы тут же будут обволакиваться жирным бензином и будет образовываться смесь гомогенная ТВС, которая считается однородной. Двигатели с применением такой смеси показывали больший коэффициент полезного действия, чем с обычным топливом, а также было замечено отдаление детонационного порога.
Двигатели с турбонаддувом
Что касается впрыска воды в дизельный двигатель, в модели с инжектором или карбюратором, то здесь все стало немного понятно, а теперь стоит обратить внимание на силовые агрегаты с турбонаддувом, которые могут получить несколько больше плюсов, чем другие, от установки водяного впрыска.
Моторы, имеющие в своей комплектации турбонаддув, могут быть снабжены форсункой для впрыска жидкости, которая размещается за такой деталью, как интеркулер или же турбокомпрессор. В результате этого можно достаточно эффективно понижать температуру горючей смеси, которая поступает в цилиндры. Если устанавливать уже готовые комплекты, которые предназначены для впрыска жидкости, то они могут снизить показатель температуры до 40-60 градусов по Цельсию. Все это приводит к тому, что силовой агрегат затрачивает меньшее количество энергии на сжатие рабочей смеси. Кроме этого, в цилиндры устройства будет поступать большее количество воздуха. Хотя изначально кажется, что сразу после того, как жидкость попадает в горячий двигатель, она начинает активное испарение, из-за чего количество воздуха уменьшается. Однако во время этого испарения вода значительно увеличивается в объеме, из-за чего в цилиндре увеличивается давление. Все это приводит к увеличению мощности турбомотора примерно на 7-10%.
Вам будет интересно:
Добавка спиртовой составляющей
Здесь сразу стоит начать с важного фактора. Когда делается впрыск жидкости в силовой агрегат, необходимо подавать не просто дистиллированную воду, а ее смесь со спиртом, причем в пропорциях 1:1. Это делается для того, чтобы распыление протекало более успешно. Результатом станет смесь из спирта, воды, воздуха и топлива. Данная смесь будет мелкодисперсной.
Если сама по себе жидкость обеспечивала лишь дополнительное охлаждение и уменьшение детонации, то добавление метанола привнесло еще несколько положительных сторон. Тут все дело в том, что скорость сгорания спирта намного ниже, чем скорость сгорания того же бензина. Из-за этого давление в цилиндре увеличивается более плавно, что позволяет достичь увеличенного крутящего момента применительно к количеству оборотов, совершающихся коленвалом.
Необходимость в дистиллированной воде обусловлена тем, что в камере сгорания не должно оставаться никаких отложений, который присутствуют в обычной нефильтрованной жидкости. Важно также добиться максимального распыления, так как от этого напрямую зависит теплообмен и последующий процесс испарения.
Все это говорит о том, что необходимо очень точно подобрать насосное оборудование, а также специальную распылительную форсунку, если речь идет об установке на инжекторный двигатель. Из-за этих требований многие профессионалы все же отказываются от довольно кустарного метода, в котором используется иголка в качестве основного распылителя.
В конце стоит добавить, что эффективно использовать даже купленный и готовый к использованию набор для впрыска жидкости не выйдет до тех пор, пока он не будет очень тщательно настроен.
Краткие характеристики двигателя с впрыском
Было сказано уже достаточно много, а потому необходимо подвести небольшой итог и точно выделить, чем же будет полезна установка впрыска жидкости своими руками.
- Высокая теплоемкость жидкости играет важную роль в теплообмене, уменьшая температуру в двигателе. Это, в свою очередь, повышает КПД силового агрегата. Если говорить коротко, то примерно 40-45% энергии от сжигания топлива уходит на приведение транспортного средства в движение. Остальное же уходит на обогрев окружающей среды. Из-за наличия воды, которая снижает температуру внутри цилиндров, удалось повысить данный процент до 70. Это из-за того, что сжать прохладный газ намного проще, а потому и затраты на данный процесс существенно снижаются.
- Еще одно преимущество - это возможность загнать большее количество воздуха в двигатель, что также положительно сказывается на степени сжатия.
- Как уже говорилось, вода попадает туда не струей, к примеру, а сильно распыленной. Это помогает ей соединяться с бензином и занимать все возможное пространство, что положительно сказывается на степени сгорания рабочей топливной смеси. Этот процесс помогает увеличить КПД силового агрегата еще примерно на 20%.
Выделение недостатков
Что касается однозначных недостатков, то к ним относится следующее:
- Слишком большие требования к точной установке. Малейшие нарушения в технике монтажа и слишком большой или же слишком мелкий поток воды разрушит стабильную работу двигателя.
- Потребуется постоянно приобретать дистиллированную жидкость, так как обычная вода не может быть использована, а на 10 л топлива потребуется примерно 2 л жидкости.
- Зимой применять такую систему вовсе не рекомендуется, так как вода просто замерзнет.
Прежде чем перейти непосредственно к теме самой статьи хотел напомнить, что это уже 4 часть и без прочтения предыдущих 3-х, будет не совсем все понятно.
И так, BMW 330D E90 245 HP, 520 Nm - заявленные характеристики производителем. В реальности так это и есть. Многие тюнерские конторы обещают путем перекалибровки родного ЭБУ двигателя до 300 л/с и момент 600 Нм. Мне бы очень хотелось увидеть машинку с такими показателями, которая после тюнинга уже проехала пару десятков тысяч километров.
Если речь идет о таком же точно моторе, но на BMW X6 30D то я еще поверю, но не на машине 3-й серии. Да моторы одинаковые, но система охлаждения абсолютно разная, а именно это и есть слабое место BMW 330D.
Мощность нужна не только на графике полученная при идеальных условиях, но и в более тяжелых. К примеру, в жаркий летний день. Предлагаю посмотреть на результат замера
Замер на 4-й передаче, температура 32 градуса и в итоге 220 л/с, момент 528 НМ. Главное, как вы помните из постов о дизелях - это температура выпускных газов ЕГТ. В стоке, на этом моторе она достигает 730 градусом (см. на график). Поднять момент на этой машине безопасно это не проблема, а вот удержать его после 2800 оборотов и при этом не перегреть мотор, это программно не решить. Как вы можете заметить на графике, в точке 3000 оборотов, мощность с колес равняется 165 силам. Предлагаю посмотреть в живую, как меняется мощность в этой точке при удержании всего лишь 15 секунд,
Мощность со 185 сил падает до 160 л/с, температура двигателя достигает 112 градусов, ЕГТ более 700. Программа управлением двигателя очень умная, она не даст так просто мотору умереть, но в результате будет очень и очень сильно обрезана мощность. Пардон - это сток, можете представить, что будет при тюнинговой “прошивке”.
И так, проблема обозначена, самое время переходить к простым способам решения. Для этого была установлена система впрыска воды. В первом тесте прогрессивно подавалась вода с максимальным значением 100 грамм/минута. Всего 100 миллилитров в минуту обыкновенной воды H2O. Смотрим на результат
232 л/с, момент 531 Нм, максимальное значение ЕГТ составило 685 градусов. Да, вот теперь есть большой резерв и для увеличения мощности в безопасном режиме.
Результат сам говорит за себя - 242 л/с и момент 544 Нм. Температура ЕГТ в пике составила 704 градуса.
Небольшое теоретическое отступление. Подача воды, кроме охлаждения поступающего воздуха, значительно понижает температуру в камере сгорания и ЕГТ. В тесте 2 температура ЕГТ хоть и значительно ниже, чем в сток варианте, но при этом выше, чем в тест 1, где подача воды была всего 100 мл/мин. Причина заключается в том, что ЭБУ двигателя распознал, что температуры охлаждающей жидкости, мотора, катализатора и т.д. не так уж и велики и сам добавил топлива. Или точнее, перестал делать защитные корректировки.
Как вы помните, увеличить мощность на дизельном моторе очень просто, достаточно добавить топлива. Ну и конечно, еще легче в таком варианте, сократить жизнь дизельного мотора и турбины. Чтобы не было проблем, необходимо всегда находить баланс между мощностью и температурами ДВС и ЕГТ.
Предлагаю посмотреть опять в живую, тест при 3000 об/мин, но уже с впрыском воды
Как видно из видео, мощность не только подросла до 195 л/с с колес, но и держалась дольше и в конце понизилась до 172 л/с, а не как в сток варианте до 160. Максимально значение ЕГТ при этом составило 680 градусов. Температура мотора, также в пике была на 10 градусов ниже (102*С).
Переходим к тесту 3. Теперь мы использовали не воду, а 50/50 вода/метанол. Смотрим на результат
Метанол - это уже топливо, и естественно содержит энергию, в отличие от просто воды. Соответственно подросла не только мощность до 248 л/с и момент составил 568 Нм, но и значительно поднялась температура ЕГТ (740*С).
Использование метанола, как средство для повышения мощности в дизельных двигателях, мне кажется, не является правильным направлением. Добавляя более 50% метанола, может привести к детонации, да и вообще зачем, а не проще ли просто увеличить подачу родного топлива путем классического “чип тюнинга “. А вот впрыск воды открывает новые возможности и сильно расширяет лимиты, ограничивающие безопасное увеличение момента и максимальной мощности. Исключение составляет зимнее время, когда просто необходимо добавлять, как минимум 20% метанола, для решения проблемы с замерзанием воды.
Внедорожники, которые лазят по горам, в грязи и т.д. испытывают серьезную нагрузку на двигатель из-за проблем с охлаждением. Использование впрыска воды кардинальным образом решает эту проблему.
Если будет интерес, то в следующем посте, я покажу вам на примере этой же BMW, прямо онлайн процесс увеличения мощности и как сильно упрощается эта задача с впрыском малого количества воды. Задача состоит не построить гоночный дизельный болид, а безопасно, значительно улучшить характеристики сток дизельного мотора и при этом, заправку маленького бочка для воды, производить не чаше, чем стандартная заправка топливом при очень активной езде.
Также предлагаю сравнительный график, со всеми выше приведенными замерами
И последнее, что бы хотел сказать положительного о системах впрыска воды (вода/метанол). Масло, у него много функций и одна из них - очищение ДВС от различных отложений. Впрыск вода/метанол великолепно выполняет эту функцию, а значит и ваше масло, будет дольше служить. Окисление масла является главной причиной того, что при работе двигателя его детали и система смазки загрязняются различного рода углеродистыми отложениями, Понижение температуры двигателя, также очень положительно влияет на процесс окисления моторного масла.
Кроме всего прочего нагар, отложения (carbon deposit) в двигателе значительно ухудшают характеристики мотора. Привожу пример - после всех замеров, испытаний на BMW с впрыском воды и вода/метанол, а их было достаточно много, мы произвели в конце последний замер, опять сток. Предлагаю посмотреть на результат
Условия остались прежними. Как говорится — “думайте сами, решайте сами”.
Существует множество автомобильного тюнинга, при котором необходимо вмешательство в двишатель Вашего автомобиля. Но если Вам по каким то причинам не охото разбирать «сердце» Вашего железного коня существует альтернативный тюнинг, о котором и пойдет речь а этой статье. Итак, что это такое, как работает и что относится к альтернативам.
Впрыск воды.
Первый кто испорльзовал впрыск воды в двигатель был некий инженер по фамилии Bcnki из венгрии более 100 лет назад. Дестилетие спустя, в Англии профессор Хопкинсон произвел несколько испытаний на больших промышленных двигателях, однако огромный скачек сделал Гарри Рикардо, изучавший эффект от впрыска воды, написавший книгу “High-Speed Internal Combustion Engine” и сделавший патенты по впрыску воды. Далее основательно потрудились авиаторы, которые в погоне за скоростью и высотой форсировали до нельзя свои моторы. Впрыск воды же позволял на некоторое время значительно увеличить мощность двигателя самолета.
В годы войны американцы и немцы довольно широко использовали впрыск воды (или водо-метаноловой смеси) для повышения мощности авиационных двигателей на малых и средних высотах. В соответствии с приказом по НКАП от 16 ноября 1943 г. моторный завод № 45 должен был спроектировать и изготовить аппаратуру впрыска воды в мотор АМ-38Ф. Конструктор С.В. Ильюшин и завод № 18 получили задание оборудовать пять самолетов Ил-2 моторами с системами впрыска воды. Но при решении этой задачи ни моторный, ни самолетный завод, да и сам Ильюшин особого энтузиазма не проявили. Впрыск воды так и не был отработан, хотя ОКБ Микулина вело в этом направлении экспериментальные работы применительно к АМ-39 и АМ-42.
С появлением реактивных двигателей работы по поршневым авиационным моторам в нашей стране начали сворачивать и накопленный опыт отошел на второй план. Но ничто не бывает забыто и о впрыске воды вспомнили автомобилисты. Откуда же берется дополнительная мощность мотора и как это работает. Ответ прост. Во впускном коллекторе располагается специальная водная форсунка, через которую распыляется в бензо-воздушную сместь вода. В итоге получается следующее – бензовоздушная смесь дополнительно охлаждается впрыснутой водой, повышается за счет микрокапель воды и водянного пара массовая доля топлива и за счет неиспарившеся воды повышается степень сжатия двигателя. Скорость горения в цилиндрах падает; естественно, не возникают условия для детонации. Снижение температуры сгорания топлива при впрыске воды влияет на химические реакции горения. В результате уменьшается концентрация образующихся окислов азота и углерода. Но в этом есить и минус - работа на водотопливных смесях связана и с некоторыми неприятностями. В отработавших газах незначительно увеличивается концентрация углеводородов. Нередко в эксплуатационных условиях двигатели работают не вполне устойчиво, особенно при полностью открытой дроссельной заслонке, при движении автомобиля на малой скорости.
Все это связано с неравномерным распределением воды по цилиндрам двигателя. Рассматривая преимущества и недостатки использования воды в качестве топливного компонента, крайне редко упоминают, что во всех опытах применяется дистиллят. Между тем это обстоятельство никак нельзя упускать из виду. И вот почему: при тех расходах воды, которые сейчас рекомендуются для снижения детонации, для уменьшения токсичности отработавших газов, растворенные в ней соли непременно должны привести к образованию нагара в камере сгорания и к серьезным нарушениям работы двигателя уже через 100-200 часов работы.
Ведь при сгорании 10 кг топлива в двигатель вносится по меньшей мере 2 кг воды, а вместе с ней 150- 200 мг различных солей - примерно в 3-4 раза больше, чем при использовании антидетонатора. Поэтому для серьездного использования впрыска воды необходима специальная система водоподготовки. С теорией все, теперь о практике. Можно купить готовый комплект впрыска.
Такой комплект состоит из форсунок, бака для воды, контроллера, дозирующего воду, водянных форсунок, насоса, соединительных шлангов и т.д. и стоит чуть меньше 3 тысяч баксов. Или можно сделать подобный комплект своими руками, расположив форсунку во впускном коллекторе за карбюратором (инжектором), подключив ее к мотору, качающему воду и включаемому из салона. Пропорция воздух/вода рекомендуется 1/10 – 1/14 (около 35 литров для 1.5 литрового мотора). Но не нужно забывать, что при таком ручном способе активации впрыска можно «перелить» воду и получить гидноудар со всеми вытекающими последствиями. Особое преимущество впрыск воды даст владельцам турбированных двигателей. Расположив форсунку за турбиной
или за интеркуллером позволит еще более охладить поступающую в мотор смесь (Продаваемые комплекты уменьшают температуру нагнетаемого воздуха до 40-60°C). Как отмечалось ранее для впрыска наиболее подходит дистилированныя вода, продаваемая в любом автомагазине, но можно использовать и добавки к воде.
Как это не кощунственно, но западные спортсмены в свои машины заливают смесь воды и спирта или ничто иное как водку. Это кощунство дает следующее – водно-спиртовое соединение обладает большей степенью рассеиваемости чем вода, тем самым образую наиболее мелкодисперсную бензо-водо-воздушную смесь.
«впрыск воды», только H2O позволяет, в основном, снизить детонацию (плюс, действуя как антиоксидант, препятствует отложению соединений углерода), на деле же применяется смесь воды и метанола в соотношении 50:50. И сейчас объясним, почему.
Вода имеет очень высокую теплоемкость (именно поэтому вблизи моря изменение температуры происходит более плавно), что способствует снижению температуры поступающего воздуха, а мы знаем из школьного курса физики, что для сжатия более холодного воздуха требуется затратить меньше энергии. То есть, грубо говоря, вода играет роль интеркулера.
Однако что же получается? С одной стороны, теперь мы можем «загнать» в цилиндр больше кислорода, но, с другой, вода испаряется, оставляя меньше места для кислорода. Получается, что оба фактора нейтрализуют друг друга! Если бы не одно приятное «но» - вода, испаряясь, увеличивается в объеме, а значит, увеличивается и давление внутри цилиндра, следовательно, наблюдается и прирост мощности – около 10%.
Кроме того, вода при впрыске становится мелкодисперсной средой с размером частиц – капель – около 0,01 мм, и бензин эти капли сразу обволакивает – примерно так же, как он растекается по поверхности лужи. Камера сгорания, таким образом, получается заполненной более равномерно (более гомогенизированная смесь). Это увеличивает КПД и, опять же, снижает риск детонации.
Не лишним будет напомнить, что ни одна система не может полноценно использоваться без соответствующей настройки двигателя – это или забеднение смеси, или увеличение давления, или более раннее зажигание.
А теперь про метанол. Этот спирт горит гораздо медленнее, нежели бензин, благодаря чему давление в цилиндрах нарастает более плавно и его пик возникает позже. Что происходит? Увеличивается момент, а следовательно, и мощность, которая напрямую зависит от соотношения момента и числа оборотов.
Идеальный вариант – когда максимальное количество воды поступает на пике момента. Правильное соотношение вода/воздух – 1:10…1:14 (если недолить – двигатель будет детонировать, первый признак – сильная вибрация; если перелить – топливно-воздушная смесь будет сгорать не полностью, первый признак – стрельба из глушителя). Вода обязательно должна быть дистиллированной. Посмотри на отложения солей в чайнике – ты же не хочешь, чтобы в цилиндрах была такая же гадость!
Между строк можно заметить, что купить сегодня такую систему особых проблем нет, а вот правильно настроить… таких специалистов по всей России можно по пальцам одной руки пересчитать.
Вода должна подаваться в мелкодисперсном виде – у множества маленьких капель больше площадь теплообмена, соответственно, эффективнее испарение (именно поэтому в блюдце чай стынет быстрее, чем в стакане). Как этого добиться? При помощи достаточно мощного насоса и правильного (!) сопла форсунки. В самодельных системах обычно используется насос от оросительной системы и игла от одноразового шприца. Надежность и эффективность такой конструкции под большим вопросом.
Словосочетание «впрыск воды в цилиндры» звучит нелепо, ведь каждый автовладелец прекрасно знает, что попадание этой жидкости в двигатель грозит гидроударом и выходом из строя силового агрегата. Тем не менее такой вариант форсирования мотора с успехом применялся еще в первой половине прошлого века.
Правда, изначальной целью инженеров было не увеличение мощности ДВС, а борьба с детонацией топливно-воздушной смеси в цилиндрах.
Эффект от присутствия воды в составе горючей смеси
Как уже было сказано, первоначально впрыск воды применялся для борьбы с детонацией. Однако, как правило, использовался раствор воды и метилового спирта в различных пропорциях. Опытным путем было установлено, что оптимальное соотношение составляет 50/50. Сам по себе раствор играет роль антидетонационной добавки, а форсирование двигателя изначально было побочным эффектом, о котором узнали не сразу. Кроме того, вода является антиоксидантом и препятствует образованию углеродистых отложений в камерах сгорания.
Что же происходит в камерах сгорания при впрыске водного раствора метанола?
- Вода обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему существенно снижается температура в цилиндрах ДВС.
- Поскольку более холодный воздух сжать намного легче, энергии во время такта сжатия затрачивается значительно меньше, т. е. повышается КПД двигателя.
- Помимо этого, появляется возможность загнать в цилиндры больше воздуха, а вода, испаряясь, создает дополнительное давление, повышая степень сжатия.
- Жидкость попадает в цилиндры в распыленном состоянии, и мгновенно обволакивается частицами бензина, в результате рабочая смесь становится более однородной, хорошо заполняет все доступное пространство, и сгорает более равномерно. Это обеспечивает дополнительный рост КПД и снижает вероятность детонации. Таким образом, мощность ДВС возрастает примерно на 10% .
Что касается метилового спирта, процесс его сгорания протекает с меньшей скоростью, чем у бензина, посему рост давления в цилиндрах протекает более плавно, и максимальное значение достигается позже. В результате увеличивается крутящий момент и мощность.
В идеальном случае наибольшее количество воды должно впрыскиваться на пике момента. Соотношение воды и воздуха должно находиться в пределах от 1/10 до 1/14. При меньшем количестве воздуха рабочая смесь будет сгорать не полностью, о чем просигнализируют «выстрелы» в глушителе, а при недостатке воды может возникнуть детонация.
Краткий экскурс в историю
Для автомобилей первой половины двадцатого века мощность двигателя внутреннего сгорания не имела решающего значения. В отличие от автоконструкторов, авиаинженеры боролись едва ли не за каждую лошадиную силу. По этой причине впрыск воды, а точнее ее смеси с метанолом, в массовом количестве впервые был использован именно на самолетах при работе ДВС в режиме форсажа.
Пионером в этой области стал немецкий Мессершмитт Bf.109 G-6 («Густав»). Именно на этот истребитель, выпуск которого начался осенью 1942 года, стала устанавливаться система MW 50 (от Metanol-Wasser), число указывало на процентное содержание метилового спирта. Были и другие системы: MW 0, MW 30, MW 75 и даже MW 100, впрыскивающая чистый метанол. Однако практика показала, что наилучшее форсирование ДВС достигается при впрыске 50-процентного раствора спирта.
Если говорить о конкретных цифрах, то двигатель этого «Мессера» на форсаже без впрыска метанола на высоте 1 км развивал мощность 1575 л. с., а включенная система MW 50 добавляла еще 225 л. с. (суммарная мощность увеличивалась до 1800 л. с.). В результате максимальная скорость самолета возрастала примерно на 40 км/ч, что давало большое преимущество в бою.
Свое применение впрыск воды нашел и в американской авиации. Советские же инженеры дальше опытных образцов не пошли. Далее, с появлением реактивных двигателей вопрос о необходимости впрыска воды в поршневые двигатели внутреннего сгорания самолетов отпал сам собой.
Как работает система впрыска воды
Принцип ее работы прост: во впускной коллектор двигателя устанавливается форсунка, через которую поступает вода. При работе мотора происходит следующее: вначале во впускной коллектор поступает топливно-воздушная смесь, затем туда же впрыскивается вода, которая охлаждает топливно-воздушную смесь, поступающую в цилиндры.
Благодаря тому, что частицы бензина обволакивают микрокапли воды, массовая доля горючего увеличивается, а из-за неиспарившейся жидкости возрастает степень сжатия в камерах сгорания. Скорость горения бензина, смешанного с водой существенно падает, следовательно, условия, способствующие детонации рабочей смеси возникнуть не могут.
Следует помнить, что измененный состав рабочей смеси в цилиндрах двигателя влияет на состав отработавших газов. Так, концентрация углерода и окислов азота существенно снижается, однако увеличивается доля углеводородов.
Форсированный таким способом ДВС может периодически работать нестабильно. Чаще всего это происходит при движении с малой скоростью при полностью открытой дроссельной заслонке. Причина в том, что система впрыска настроена неправильно, вследствие чего во впускной коллектор попадает избыточное или недостаточное количество жидкости.
Если система изготавливается и устанавливается своими руками, следует тщательно выбирать подходящий насос и форсунку. Только в этом случае:
- впрыск воды во впускной коллектор будет осуществляться стабильно;
- жидкость будет подаваться в мелкораспыленном виде.
Знаете ли вы, что даже самый совершенный бензиновый двигатель теряет приблизительно пятую часть топлива на задачи, не связанные непосредственно с приводом автомобиля в движение? Некоторое количество бензина используется для охлаждения - в особенности при высоких оборотах двигателя. С помощью новой системы компания Bosch продемонстрировала возможную альтернативу: впрыск воды, например, при быстром ускорении или во время движения по скоростной автостраде, позволяет сэкономить вплоть до 13% топлива. «Наша система впрыска воды демонстрирует, что у двигателя внутреннего сгорания все еще припасены некоторые козыри в рукаве», - говорит д-р Рольф Буландер, член совета директоров компании Robert Bosch GmbH и председатель правления бизнес-направления Решений для мобильности. Экономия топлива, которую предлагает новая система, особенно ощутима в небольших трех- и четырехцилиндровых двигателях: именно таких, которые можно найти под капотом большинства автомобилей средних размеров.
Дополнительный импульс для двигателя с турбонаддувом
Актуальность инновации заключается не только в экономии топлива. Данная технология позволяет также увеличить мощность двигателя. «Впрыск воды может придать дополнительный импульс любому турбомотору», - говорит Штефан Зайберт, президент подразделения Бензиновых Систем Robert Bosch GmbH. - Более ранний угол опережения зажигания делает работу двигателя более эффективной. Исходя из этого, инженеры могут получить дополнительную мощность из двигателя даже в спорткарах.
В основе инновационной технологии лежит тот факт, что двигатель не должен перегреваться. Для того, чтобы предотвратить перегрев, дополнительное топливо впрыскивается практически в каждый бензиновый двигатель. Испаряясь, оно охлаждает детали. Во время работы с системой впрыска воды был использован тот же физический принцип. Перед тем как топливо воспламеняется, мелкодисперсная водяная пыль впрыскивается во впускной коллектор. Высокая удельная теплота парообразования воды означает, что она обеспечивает эффективное охлаждение.
По этой же причине достаточно лишь небольшого количества воды: на каждые сто километров пути требуется всего несколько сотен миллилитров жидкости. В результате компактный бак для дистиллированной воды, снабжающий систему впрыска, должен пополняться с периодичностью раз в несколько тысяч километров.
В случае, если запас дистиллированной воды невозможно пополнить, причин для беспокойства нет: двигатель все равно будет работать без перебоев - хотя и без увеличения крутящего момента и уменьшенного потребления горючего, которые обеспечивает водный впрыск.
Первым транспортным средством, которое демонстрирует инновационную систему водного впрыска, является спорткар BMW M4 GTS. В его турбированном шестицилиндровом двигателе данная технология обеспечивает улучшенные характеристики и снижает потребление горючего даже при полной нагрузке.
В ходе тестовых испытаний (WLTC) было продемонстрировано, что водяной впрыск позволяет сберечь до 4% топлива. В реальных дорожных условиях эта цифра может быть еще выше: потребление топлива может быть уменьшено до 13% во время быстрого разгона или езды по скоростной автостраде.
- Не станет ли водяной впрыск причиной коррозии двигателя?
Нет. В камере сгорания вообще не остается воды. Она испаряется до того, как в двигателе происходит процесс сгорания. Вся вода выбрасывается в окружающую среду вместе с выхлопными газами.
- Каким образом пополняются запасы воды?
Для поддержания системы впрыска требуется иметь с собой всего лишь небольшое количество дистиллированной воды - именно она используется для пополнения специального резервуара. В среднем требуется доливать воду каждые 3 тыс. км.
- Может ли замерзнуть вода в резервуаре?
Когда двигатель перестает работать, вода перетекает обратно в резервуар, где она может замерзнуть. После того как двигатель возобновит работу, вода постепенно оттает.
- Существует ли непосредственный впрыск воды?
Да. Это система впрыска воды во впускной коллектор, так как у такой системы есть технические преимущества и обходится она гораздо дешевле. Это делает возможным ее массовое использование на разных типах транспортных средств.
