Vatteninsprutning i bilmotorn

Motorkraft är det vanligaste ämnet i bilister. Nästan varje bilist har tänkt åtminstone en gång om hur man kan öka prestandan hos en kraftenhet. Vissa installerar turbiner, andra bromsar cylindrar etc. (andra metoder för att öka kraften beskrivs i en annan stаthie). Många som är intresserade av biljustering är medvetna om system som levererar en liten mängd vatten eller dess blandning med metanol.

De flesta bilister känner till ett sådant koncept som en motorhammare (det finns också en separat granskning). Hur kan vatten, som provocerar förstörelsen av förbränningsmotorn, samtidigt öka dess prestanda? Låt oss försöka ta itu med den här frågan och överväga också fördelarna och nackdelarna som vattenmetanolinsprutningssystemet har i kraftenheten.

Vad är ett vatteninsprutningssystem?

Kort sagt är detta system en tank i vilken vatten hälls, men oftare en blandning av metanol och vatten i förhållandet 50/50. Den har en elektrisk motor, till exempel från en vindrutespolare. Systemet är anslutet med elastiska rör (i den mest budgetversionen tas slangar från dropparen), i slutet av vilket ett separat munstycke är installerat. Beroende på versionen av systemet utförs injektionen genom en eller flera finfördelare. Vatten tillförs när luft dras in i cylindern.

Om vi ​​tar fabriksversionen kommer enheten att ha en speciell pump som styrs elektroniskt. Systemet kommer att ha en eller flera sensorer som hjälper till att bestämma ögonblicket och mängden sprutat vatten.

Å ena sidan verkar det som om vatten och en motor är oförenliga begrepp. Förbränningen av luft-bränsleblandningen sker i cylindern, och som alla vet från barndomen släcks lågan (om det inte är kemikalier som brinner) med vatten. De som "bekanta sig" med motorns hydrauliska chock, var av egen erfarenhet övertygade om att vatten är det allra sista ämnet som skulle komma in i motorn.

Men tanken på vatteninjektion är inte ett tecken på tonårsfantasin. I själva verket är denna idé nästan hundra år gammal. På 1930-talet, för militära ändamål, förbättrade Harry Ricardo Rolls-Royce Merlin-flygmotorn och utvecklade också en syntetisk bensin med ett högt oktantal. här) för förbränningsmotorer för flygplan. Bristen på sådant bränsle är en hög risk för detonation i motorn. Varför är denna process farlig? separat, men kort sagt, luft-bränsleblandningen bör brinna jämnt, och i det här fallet exploderar den bokstavligen. På grund av detta är delarna av enheten utsatta för överbelastning och misslyckas snabbt.

För att bekämpa denna effekt genomförde G. Ricardo en serie studier, vilket resulterade i att han kunde uppnå undertryckande av detonation på grund av injektion av vatten. Baserat på hans utveckling lyckades tyska ingenjörer nästan fördubbla kraften i enheterna i deras flygplan. För detta användes kompositionen MW50 (metanol-tvättare). Till exempel var Focke-Wulf 190D-9 fighter utrustad med samma motor. Dess högsta effekt var 1776 hästkrafter, men med en kort efterbrännare (ovan nämnda blandning matades in i cylindrarna) steg denna bar till 2240 "hästar".

Denna utveckling användes inte bara i denna flygplanmodell. I arsenalen för tysk och amerikansk luftfart fanns det flera modifieringar av kraftenheter.

Om vi ​​pratar om produktionsbilar, då fick Oldsmobile F85 Jetfire -modellen, som rullade av löpande band under 62: e året av förra seklet, en fabriksinstallation av vatteninjektion. En annan produktionsbil med motorhöjning på detta sätt är Saab 99 Turbo, som släpptes 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Saab 99 Turbo

Detta systems popularitet tog fart på grund av dess tillämpning 1980-90. i sportbilar. Så, 1983, utrustar Renault sina Formel 1-bilar med en 12-liters tank, där en elektrisk pump, en tryckregulator och det erforderliga antalet injektorer installerades. År 1986 lyckades teamets ingenjörer öka kraftenhetens vridmoment och effekt från 600 till 870 hästkrafter.

I biltillverkarens racingkrig ville Ferrari inte heller "beta bak" och bestämde sig för att använda detta system i några av sina sportbilar. Tack vare denna modernisering lyckades varumärket få en ledande position bland designers. Samma koncept utvecklades av varumärket Porsche.

Liknande uppgraderingar genomfördes med bilar som deltog i tävlingar från WRC-serien. Men i början av 90-talet ändrade arrangörerna av sådana tävlingar (inklusive F-1) reglerna och förbjöd användningen av detta system i racerbilar.

Ett annat genombrott i motorsportvärlden gjordes av en liknande utveckling vid dragracetävlingar 2004. ¼ mils världsrekord slogs av två olika fordon, trots försök att nå milstolpen med olika drivlinjemodifieringar. Dessa dieselbilar var utrustade med en vattenförsörjning till insugsgrenröret.

Med tiden började bilar ta emot intercoolers som sänker temperaturen i luftflödet innan det kommer in i insugningsröret. Tack vare detta kunde ingenjörerna minska risken för knackning och insprutningssystemet var inte längre nödvändigt. En kraftig ökning av kraften blev möjlig tack vare införandet av ett kväveoxidförsörjningssystem (uppträdde officiellt 2011).

2015 började nyheter dyka upp om vatteninjektion igen. Till exempel har den nya MotoGP -säkerhetsbilen som utvecklats av BMW ett klassiskt vattenspraykit. Vid den officiella presentationen av bilen i begränsad upplaga gjorde representanten för den bayerska biltillverkaren att det i framtiden är planerat att släppa en rad civila modeller med ett liknande system.

Vad ger vatten eller metanolinjektion till motorn?

Så låt oss gå vidare från historia till övning. Varför behöver motorn injektion av vatten? När en strikt begränsad mängd vätska kommer in i insugningsröret (en droppe på högst 0.1 mm sprutas), övergår den omedelbart till ett gasformigt tillstånd med hög syrehalt vid kontakt med ett varmt medium.

Den kylda BTC komprimerar mycket lättare, vilket innebär att vevaxeln måste använda något mindre kraft för att utföra kompressionsslaget. Installationen gör det således möjligt att lösa flera problem samtidigt.

För det första har varm luft mindre densitet (för experimentets skull kan du ta en tom plastflaska ur ett varmt hus i kylan - den kommer att krympa anständigt), så mindre syre kommer in i cylindern, vilket innebär att bensin eller diesel bränsle brinner sämre. För att eliminera denna effekt är många motorer utrustade med turboladdare. Men även i det här fallet sjunker lufttemperaturen inte, eftersom klassiska turbiner drivs av ett hett avgas som går genom avgasgrenröret. Sprutvatten gör att mer syre kan tillföras cylindrarna för att förbättra förbränningseffektiviteten. I sin tur kommer detta att ha en positiv effekt på katalysatorn (för detaljer, läs i en separat granskning).

För det andra gör vatteninjektion det möjligt att öka kraften hos kraftenheten utan att ändra dess arbetsvolym och utan att ändra dess design. Anledningen är att i ångligt tillstånd tar fukt upp mycket mer volym (enligt vissa beräkningar ökar volymen med en faktor 1700). När vatten avdunstar i ett trångt utrymme skapas ytterligare tryck. Som ni vet är kompression mycket viktigt för vridmomentet. Utan ingripande i kraftenhetens konstruktion och en kraftfull turbin kan denna parameter inte ökas. Och eftersom ångan expanderar kraftigt frigörs mer energi från förbränningen av HTS.

För det tredje, på grund av sprutning av vatten överhettas inte bränslet och motorn detonerar inte. Detta möjliggör användning av billigare bensin med ett lägre oktantal.

För det fjärde, på grund av de faktorer som anges ovan, kanske föraren inte trycker på gaspedalen så aktivt för att göra bilen mer dynamisk. Detta uppnås genom att spruta vätska i förbränningsmotorn. Trots ökningen av kraft ökar inte bränsleförbrukningen. I vissa fall, med ett identiskt körläge, minskar motorens frosseri till 20 procent.

I sanning har denna utveckling motståndare. De vanligaste missuppfattningarna om vatteninjektion är:

1. Vad sägs om vattenhammaren? Det kan inte förnekas att när vatten kommer in i cylindrarna, upplever motorn en vattenhammare. Eftersom vatten har en anständig densitet när kolven är i kompressionsslag kan det inte nå toppdödpunkten (detta beror på mängden vatten), men vevaxeln fortsätter att rotera. Denna process kan böja vevstakarna, bryta nycklarna etc. Faktum är att injektionen av vatten är så liten att kompressionsslaget inte påverkas.
2. Metall rostar över tid vid kontakt med vatten. Detta kommer inte att hända med detta system, eftersom temperaturen i cylindrarna i en motor som körs överstiger 1000 grader. Vatten förvandlas till ett ångformigt tillstånd vid 100 grader. Så under systemets drift finns det inget vatten i motorn utan bara överhettad ånga. Förresten, när bränslet brinner finns det också en liten mängd ånga i avgaserna. Delvis bevis på detta är vattnet som strömmar ut från avgasröret (andra orsaker till dess utseende beskrivs här).
3. När vatten dyker upp i oljan emulgerar fettet. Återigen är mängden sprutat vatten så liten att det helt enkelt inte kan komma in i vevhuset. Det blir omedelbart en gas som avlägsnas tillsammans med avgaserna.
4. Den heta ångan förstör oljefilmen och får kraften att fånga kilen. Faktum är att ånga eller vatten inte löser upp oljan. Det mest verkliga lösningsmedlet är bara bensin, men samtidigt förblir oljefilmen hundratusentals kilometer.

Låt oss se hur enheten för att spruta vatten i motorn fungerar.

Hur vatteninsprutningssystemet fungerar

I moderna kraftaggregat utrustade med detta system kan olika typer av kit installeras. I ett fall används ett enda munstycke, placerat på insugningsrörets inlopp före bifurkationen. En annan modifiering använder flera injektorer av typen distribuerad injektion.

Det enklaste sättet att montera ett sådant system är att installera en separat vattentank där den elektriska pumpen ska placeras. Ett rör är anslutet till det, genom vilket vätska tillförs sprutan. När motorn når önskad temperatur (driftstemperaturen för förbränningsmotorn beskrivs i en annan artikel) börjar föraren att spruta för att skapa en våt dimma i insugsgrenröret.

Den enklaste installationen kan till och med installeras på en förgasarmotor. Men samtidigt kan man inte klara sig utan modernisering av intagskanalen. I detta fall styrs systemet från förarplatsen av föraren.

I mer avancerade versioner, som kan hittas i auto-tuning-butiker, tillhandahålls sprutlägesinställningen antingen av en separat mikroprocessor eller så är dess funktion associerad med signaler som kommer från ECU. I det här fallet måste du använda en bilelektrikers tjänster för att installera systemet.

Anordningen för moderna sprutningssystem innehåller följande element:

• Elektrisk pump som ger tryck upp till 10 bar;
• En eller flera munstycken för sprutning av vatten (antalet beror på anordningen i hela systemet och principen för fördelning av våtflödet över cylindrarna);
• Styrenheten är en mikroprocessor som styr tidpunkten och mängden vatteninjektion. En pump är ansluten till den. Tack vare detta element garanteras en konstant högprecisionsdosering. Algoritmer inbäddade i vissa mikroprocessorer gör att systemet automatiskt kan anpassa sig till olika driftlägen för kraftenheten;
• En tank för vätskan som ska sprutas in i grenröret;
• Nivåsensor i denna tank;
• Slangar med rätt längd och lämpliga beslag.

Systemet fungerar enligt denna princip. Insprutningsregulatorn tar emot signaler från luftflödessensorn (läs mer om dess funktion och funktionsfel här). I enlighet med dessa data, med hjälp av lämpliga algoritmer, beräknar mikroprocessorn tiden och mängden sprutad vätska. Beroende på modifieringen av systemet kan munstycket enkelt göras i form av en hylsa med en mycket tunn finfördelare.

De flesta moderna system ger helt enkelt en signal för att slå på / stänga av pumpen. I dyrare kit finns det en speciell ventil som ändrar doseringen, men i de flesta fall fungerar den inte korrekt. I grund och botten utlöses styrenheten när motorn når 3000 rpm. och mer. Innan du installerar en sådan installation på din bil måste du ta hänsyn till att de flesta tillverkare varnar för felaktig användning av systemet på vissa bilar. Ingen kommer att tillhandahålla en detaljerad lista, eftersom allt beror på kraftenhetens individuella parametrar.

Även om vatteninsprutningens huvudsakliga funktion är att öka motoreffekten används den huvudsakligen endast som en intercooler för att kyla luftflödet från en glödgande turbin.

Förutom att öka motoreffekten är många övertygade om att insprutningen också rengör cylinderns och avgasrörets arbetshålighet. Vissa tror att närvaron av ånga i avgaserna skapar en kemisk reaktion som neutraliserar några av de giftiga ämnena, men i det här fallet behöver bilen inte ett element som en bilkatalysator eller ett komplext AdBlue-system, som du kan läsa om . här.

Pumpning av vatten har en effekt endast vid höga motorvarvtal (det måste vara väl uppvärmt och luftflödet måste vara snabbt så att fukt omedelbart kommer in i cylindrarna), och i större utsträckning i turboladdade enheter. Denna process ger ytterligare vridmoment och en liten ökning av effekten.

Om motorn sugs upp naturligt kommer den inte att bli betydligt kraftigare, men den kommer definitivt inte att drabbas av detonation. För en turboladdad förbränningsmotor kommer en vatteninjektion installerad framför kompressorn att öka effektiviteten genom att sänka den inkommande luftens temperatur. Och för ännu större effekt använder ett sådant system den tidigare nämnda blandningen av vatten och metanol i en andel av 50x50.

Fördelar och nackdelar

Så med vatteninsprutningssystemet kan du:

• Inloppstemperatur;
• Tillhandahålla ytterligare kylning av förbränningskammarens element;
• Om bensin av låg kvalitet (lågoktan) används, ökar vattensprutning motorn för detonation;
• Användning av samma körläge minskar bränsleförbrukningen. Detta innebär att bilen med samma dynamik avger mindre föroreningar (naturligtvis är detta inte så effektivt att bilen klarar sig utan en katalysator och andra system för neutralisering av giftiga gaser);
• Inte bara för att öka effekten, utan får också motorn att vrida med ett vridmoment ökat med 25-30 procent;
• Rengör till viss del elementen i motorns insugnings- och avgassystem;
• Förbättra gasrespons och pedalrespons;
• För turbinen till arbetstryck med lägre motorvarvtal.

Trots så många användbara funktioner är vatteninjektion inte önskvärt för konventionella fordon, och det finns flera goda skäl till varför biltillverkare inte implementerar det i produktionsfordon. De flesta beror på att systemet har ett sportigt ursprung. I motorsportsvärlden förbises till stor del bränsleekonomin. Ibland når bränsleförbrukningen 20 liter per hundra. Detta beror på att motorn ofta får maximal hastighet och att föraren nästan ständigt trycker på gasen tills den stannar. Endast i detta läge märks effekten av injektionen.

Så här är de största nackdelarna med systemet:

• Eftersom installationen främst var avsedd att förbättra sportbilarnas prestanda är denna utveckling endast effektiv vid maximal effekt. Så snart motorn når denna nivå fixar regulatorn detta ögonblick och injicerar vatten. För att installationen ska fungera effektivt måste fordonet köras i sportläge. Vid låga varvtal kan motorn vara mer "grublande".
• Vatteninjektion utförs med viss fördröjning. Först går motorn in i strömläge, motsvarande algoritm aktiveras i mikroprocessorn och en signal skickas till pumpen för att slå på. Den elektriska pumpen börjar pumpa vätska in i ledningen och först därefter börjar munstycket att spruta det. Beroende på modifiering av systemet kan allt detta ta ungefär en millisekund. Om bilen kör i tyst läge kommer sprutningen inte att ha någon effekt alls.
• I versioner med ett munstycke är det omöjligt att kontrollera hur mycket fukt som kommer in i en viss cylinder. Av denna anledning, trots god teori, visar praxis ofta instabil motordrift, även med helt öppen gas. Detta beror på de olika temperaturförhållandena i de enskilda "krukorna".
• På vintern behöver systemet inte bara tankas med vatten utan med metanol. Endast i detta fall, även i kallt väder, kommer vätskan att levereras fritt till samlaren.
• För motorns säkerhet måste det injicerade vattnet destilleras och detta är ett extra avfall. Om du använder vanligt kranvatten ackumuleras mycket kalkavlagringar på kontaktytornas väggar (som kalk i en vattenkokare). Förekomsten av främmande fasta partiklar i motorn är fylld med en tidig nedbrytning av enheten. Av detta skäl bör destillatet användas. Jämfört med den obetydliga bränsleekonomin (en vanlig bil är inte avsedd för konstant drift i sportläge, och lagstiftningen förbjuder detta på allmänna vägar), själva installationen, dess underhåll och användning av destillat (och på vintern - en blandning av vatten och metanol) är ekonomiskt omotiverat ...

I sanning kan några av bristerna åtgärdas. För att till exempel kraftenheten ska fungera stabilt vid höga varvtal eller vid maximal belastning vid låga varvtal kan ett distribuerat vatteninjektionssystem installeras. I detta fall kommer injektorerna att installeras, en för varje insugningsgrenrör, som i ett identiskt bränslesystem.

Priset på en sådan installation ökar dock avsevärt och inte bara på grund av ytterligare element. Faktum är att injicering av fukt är meningsfull endast vid en rörlig luftström. När inloppsventilen (eller flera i händelse av vissa motormodifikationer) är stängd, och detta händer under tre cykler, är luften i röret rörlig.

För att förhindra att vatten strömmar in i kollektorn förgäves (systemet tillhandahåller inte avlägsnande av överflödig fukt som ackumuleras på kollektorns väggar), måste styrenheten bestämma vid vilken tidpunkt och vilket speciellt munstycke som ska komma i drift. Denna komplexa installation kräver dyr hårdvara. Jämfört med den obetydliga kraftökningen för en standardbil är en sådan kostnad omotiverad.

Naturligtvis är det allas verksamhet att installera ett sådant system på din bil eller inte. Vi har beaktat både fördelarna och nackdelarna med en sådan design. Dessutom föreslår vi att du tittar på en detaljerad videoföreläsning om hur vatteninjektion fungerar:

Teori om förbränningsmotor: vatteninjektion i intagskanalen

Frågor och svar:

Vad är metanolinjektion? Detta är insprutning av en liten mängd vatten eller metanol i en motor igång. Detta ökar detonationsmotståndet för dåligt bränsle, minskar utsläppen av skadliga ämnen, ökar vridmomentet och kraften hos förbränningsmotorn.

Vad är metanolvatteninjektion till för? Metanolinsprutning kyler luften som sugs in av motorn och minskar sannolikheten för att motorn knackar. Detta ökar motorns verkningsgrad på grund av vattnets höga värmekapacitet.

Hur fungerar Vodomethanol-systemet? Det beror på modifieringen av systemet. Den mest effektiva är synkroniserad med bränsleinsprutarna. Beroende på deras belastning injiceras vattenmetanol.

Vad används Vodomethanol för? Detta ämne användes i Sovjetunionen i flygmotorer före tillkomsten av jetmotorer. Vattenmetanol minskade detonationen i förbränningsmotorn och gjorde förbränningen av HTS smidig.