Я жажду: как распыление воды повышает мощность двигателя — Автомобильный журнал

Впрыск воды в двигатель есть ли смысл

Исследуйте мои сожаления: как распыление воды повышает мощность двигателя — Автомобильный журнал

Более 100 лет автомобильные инженеры работают над улучшением характеристик двигателя. Сначала все было просто. Больше литров, больше роликов, больше мощности! Но, возможно, вскоре стало ясно, что необходима замена кубизма — компрессоры, турбины, сложные фазы газораспределения с многоклапанными конструкциями и регулируемой фазировкой, распределение и прямое распыление, облегчение поршневой группы. Электромоторы — самое частое дополнение к двигателям внутреннего сгорания, и порог для нормального усиления двигателя, казалось бы, достигнут. Но нет — вы забыли про распыление воды! Поймите, почему это было сделано и почему это не применяется в крупных автомобильных конструкциях.

Если упоминается система распыления воды, то обратите внимание: когда в двигатель автомобиля попадает водяная турбина, ничего не вытекает. А вот когда вы проезжаете через глубокую лужу и много воды попадает в двигатель по импортной дороге — это другое дело. Плунжер пытается продавить — это приводит к разрушению шатуна и поршневой группы… Другое дело, что в камеру сгорания впрыскивается специальная смесь.

Как это работает?

Распыление воды чаще всего используется в мощных двигателях для повышения эффективности. Откуда берется дополнительная мощность? Существует несколько вариантов системы, но они отличаются только местом установки. Для этого на впускной коллектор устанавливается специальная форсунка, через которую во впускной тракт подается водно-метановая смесь, смешивающаяся с топливной смесью, поступающей в камеру сгорания.

Почему именно смесь воды и спирта? Во-первых, эта жидкость замерзает при более низких температурах, а во-вторых, вода со спиртом лучше диспергируется, в результате чего получается более однородная смесь с импортным количеством и более низкой температурой. Более тонкая дисперсия капель охлаждает смесь, увеличивает степень сжатия и снижает скорость горения смеси в цилиндре, тем самым уменьшая вероятность срабатывания. Снижение температуры сгорания топливно-водяной смеси также влияет на химические процессы в камере сгорания, уменьшая концентрацию вредных выбросов азота и углекислого газа.

В экспериментах российских конструкторов на дизельных двигателях, оснащенных экспериментальной системой, выбросы оксидов азота были снижены в три-четыре раза, а выбросы CO2 — в 1,2 раза.

Казалось бы, одни плюсы! Однако, как и во всем остальном мире, нет ничего идеального. Концентрация нерастворенных углеводородов увеличивает выбросы выхлопных газов и несколько повышает расход топлива автомобиля. На низких оборотах или при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель может работать нестабильно.

Одной из основных причин является неравномерное распределение жидкостей по цилиндрам — в некоторых из них неизбежно образуется бедная смесь. Обычно эту проблему можно решить, установив систему с индивидуальными форсунками для каждого цилиндра с компьютерным управлением.

Поршни в 12-цилиндровом двигателе.

Кроме того, пользователи забывают, что в систему следует заливать только дистиллированную воду. Кроме того, соль, растворенная в обычной воде, может привести к образованию углеродистых отложений в камере сгорания, что сокращает срок службы двигателя. Посмотрите на соль в чайнике — вы же не хотите, чтобы эта гадость попала в ваши ролики?

С чего все это началось?

Впервые в мировой практике впрыск воды в ролики двигателя применил венгерский инженер БЦНКИ в начале XX века. Спустя несколько лет британскому профессору Хопкинсону удалось внедрить экспериментальную систему впрыска воды для усовершенствования промышленных двигателей. А самый большой вклад внес Гарри Рикардо, создатель одноименного бренда, который занимался производством автомобильных компонентов. Существует множество исследований, несколько патентов и даже монография о высокоскоростных двигателях внутреннего сгорания, в которой подробно описаны методы и испытания двигателей с водяным впрыском.

В результате всех испытаний Ricardo представила двигатель со смешанной системой впрыска воды и метанола. Благодаря этому производительность двигателя увеличилась почти вдвое. Водно-метаноловые смеси широко использовались во время Второй мировой войны. Первые скрипки играли авиаторы, которые в погоне за скоростью и высотой искали любые уловки, чтобы извлечь максимальную мощность из поршневых двигателей, которые к концу войны в любом случае были заменены реактивными.

В 1942 году Люфтваффе получили истребитель Focke-Wulf 190 D-9 с системой впрыска водно-метанолового топлива на форсаже. Это был не единственный подобный самолет в Люфтваффе. Двигатели Daimler Benz 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf-109 и даже Junkers Jumo 213A-1 оснащались подобными системами впрыска. Стоит отметить, что авиационные двигатели того времени уже были оснащены системами турбонаддува, а впрыск воды, по сути, выполнял роль промежуточного охладителя. Смесь воды и метанола MW-50 впрыскивалась во впускной тракт авиационного двигателя, где смешивалась с топливной смесью и поступала в камеру сгорания. В результате контакта с горячими стенками цилиндра вода превращалась в пар, расширялась и создавала избыточное давление в цилиндре. С другой стороны, предварительное охлаждение топливной смеси на впуске увеличивает объем смеси в цилиндре и улучшает сгорание. Эффективность . В результате мощность немецких двигателей временно увеличивалась на 20-30 %, причем последние выигрывали в высоте и максимальной скорости.

Фото: Messerschmidt BF-109.

Союзники также разрабатывали собственные системы впрыска воды. Например, американская фирма Pratt & Whitney установила подобную систему на двигатели J57 своих бомбардировщиков B-29 для улучшения характеристик двигателя на малых и средних высотах. Подобные системы успешно применялись и на истребителях; в 1943 году по заказу НКАП моторный завод № 45 должен был подготовить документацию на советскую систему впрыска воды для двигателя АМ-38Ф. Опытная партия из пяти самолетов Ил-2, оснащенных двигателями с водяным впрыском, была построена на заводе № 18, но испытания показали, что система слишком дорога и сложна в установке.

На фото: Ил-2.

На каком типе машины была применена эта система?

С развитием реактивных авиационных двигателей в конце войны работа с поршневыми агрегатами для увеличения мощности была изначально ограничена, а богатый опыт в области помощи не имел аналогов. Однако производители автомобилей помнили об этой системе. Американцы из General Motors первыми применили впрыск водно-метаноловых смесей в своих серийных автомобилях, поскольку такая система была необходима для повышения их устойчивости к турбомотору Oldsmobile F-85 Jetfire. О чем мы уже рассказывали ранее.

На фото: Oldsmobile F-85 Jetfire Hardtop Coupe 1963 года.

Еще одним производителем, который помнил о полезных свойствах водно-метаноловой смеси, был шведский Saab, до начала 1980-х годов устанавливавший на Saab 99 Turbo S систему распыления воды в импортную трубу. Однако и в автоспорте она не была забыта.

Saab 99 Turbo Combi Coupe.

В 1983 году команды Формулы-1 Renault и Ferrari установили на своих машинах систему водяного орошения, что позволило итальянцам наконец-то завоевать первое место в Кубке производителей. Автомобили были оснащены 12-литровыми баками со смесью спирта и воды, регуляторами давления и водяными насосами, но впоследствии такие системы были запрещены правилами.

На снимках: Renault RE40.

Аналогичные системы тестировались в середине 1990-х годов в WRC, но через некоторое время были запрещены и там, а также в спортивных прототипах в Ле-Мане. Баки с водой были широко распространены среди американских гонщиков на соревнованиях на ¼ мили. Мощный американский драгстер ‘8’ нуждался в серьезном охлаждении, а интеркулеры не были широко распространены. В то время некоторые умные головы вспомнили о полезных свойствах водно-спиртовой смеси, питавшей двигатель. Так, суперкар Porsche 911, доработанный компанией 9FF, установил рекорд скорости в 388 км/ч для автомобиля, официально сертифицированного для дорог общего пользования. Другие шестицилиндровые двигатели, совмещенные с обычным интеркулером, также оснащались системой распыления воды.

Сегодня впрыск воды

На некоторое время интерес производителей к этой системе угас, но в 2015 году гонщики BMW вспомнили о технологии и решили использовать распыление воды для снижения расхода бензина, а не для увеличения мощности. Первым автомобилем, на котором была опробована система распыления воды с метанолом, стал BMW M4 Rhythm, участвовавший в гонках MotoGP. Однако система стала более совершенной, когда смесь была подана во впускной коллектор экспериментального трицикла с турбонаддувом, на котором была установлена обычная форсунка с рабочим объемом 1,5 литра.

Вода смешивается с топливной смесью через топливный насос высокого давления Bosch. Он работает при оборотах двигателя чуть более 4 000. Через форсунку смесь «вода-кафе» впрыскивается в саму камеру сгорания. В результате мощность 201-сильного двигателя увеличивается на 14 л.с., повышается огнестойкость, степень сжатия возрастает с 9,5:1 до 11,0:1, в целом снижаются эксплуатационные характеристики двигателя и в целом повышаются его эксплуатационные характеристики. Средний оборот. Емкость бака для подогрева воды составляет 7 литров, и в нормальных условиях автомобиль расходует примерно 1,5 литра воды на 100 км пути. Это означает, что систему следует заправлять почти каждые 500 км.

BMW M4 Coupe Motogp Safety Car (F82)

Однако инженеры BMW предусматривают и другие способы экспорта воды. Когда работает кондиционер, концентрат системы автоматически сливает воду из бака. Все эти ухищрения позволяют экономить почти 8 процентов топлива на 100 км в смешанном режиме. В частности, система работает в сочетании с гибридным приводом. Правда, для такого гибрида от BMW она пока бесшумна.

Серийное производство двигателей с системами впрыска водно-метанолового топлива по плану должно начаться уже в конце этого года, и такие BMW должны поставляться в Россию. К счастью для нас, повышенная устойчивость этих автомобилей к обстрелам означает, что требования к октановому числу будут меньше. Можно обойтись обычным А И-95.

Можно ли установить такую систему в автомобиль?

Если очень захотеть, то можно. Начитавшись интернета, умные люди создают импровизированные системы, используя капельницы, медицинские шприцы и другие изделия с кратным количеством дроссельных заслонок и прочих изделий, с которыми такие системы работают.

Однако любое преимущество в виде повышенной мощности или крутящего момента уходит в большой минус. По сути, такие импровизированные двигатели просто выбрасывают большое количество воды в несколько потоков без распыления, и водная взвесь неравномерно попадает во все ролики. О последствиях этого мы уже говорили — в одних роликах воды больше, чем в других, что приводит к усталости смеси в отдельных роликах и неравномерной работе двигателя. В худшем случае количество воды, попадающей в цилиндр, очень велико, что может привести к пресловутой подаче воды.

Для тех, у кого есть немного больше денег, аксессуары для тюнинга включают в себя комплект насосов высокого давления (около 5-10 бар), блок управления насосом, инжекторную смесь и, конечно же, бак для воды. В самых дорогих системах используются клапаны, регулирующие давление и объем поступающей воды.

Принцип работы таких систем прост. Блок управления, подключенный к датчику расхода воздуха в двигателе, анализирует полученную информацию, рассчитывает подачу воды и дает команду насосу.

Несмотря на очевидную простоту, есть и некоторые сложности. Впрыск воды происходит только при определенных условиях работы двигателя, как правило, при частоте вращения двигателя свыше 3 000 об/мин. Кроме того, система практически не контролирует подачу смеси, а лишь подает команды на включение/выключение насоса. Единственным основным ограничением количества впрыскиваемой воды является производительность самих форсунок.

Кстати, пока блок дает команду на запуск насоса, происходит задержка между подачей команды на впрыск топлива и распылением воды, пока насос активируется для запуска воды, что, естественно, снижает общую производительность системы.

Ведущий специалист по распылению воды для автомобильных двигателей был признан разработчиком британской системы Aquament, которая поставлялась на бульдозеры WRC, пока не была запрещена в 1990-х годах. Кроме того, цена комплекта для регулировки составляет около 3 000 долларов США. В общем, распыление воды — это довольно экзотично, недешево и, положа руку на сердце, не так уж эффективно.

Оцените статью
Возврат денег