Концерн Bosch представил систему, в которой вместе с бензином в камеры сгорания двигателя впрыскивается вода. Что-то очень знакомое, не так ли? Но все же будем разбираться: что это дает и какие могут быть перспективы у такой технологии.
Начать стоит с того, что сама идея добавлять в камеру сгорания вместе с топливом небольшое количество воды очень и очень не нова. Около ста лет назад (!) такую систему разработал и описал с точки зрения физических процессов английский инженер Хопкинсон, который и опробовал ее на больших промышленных двигателях. В годы Второй Мировой войны, на немецких и американских самолетах устанавливался дополнительный впрыск в цилиндры воды, смешанной в равных долях с метанолом. Велись такие разработки и в СССР, но вскоре авиация стала переходить на реактивную тягу и о впрыске воды забыли.
Однако идею подхватили автомобилисты, как профессиональные конструкторы, так и изобретатели-самоучки. Привлекало всех то, что вода в камере сгорания обеспечивает дополнительное охлаждение, при этом смесь бензина, воздуха и мелкораспыленной воды сгорает медленнее, чем обычная, что позволяет избежать детонации. При лучшем охлаждении двигателя и снижению риска детонации, не корректируется «назад» угол опережения зажигания (что автоматически делается во избежание детонации). Угол опережения остается в наиболее эффективной позиции с точки зрения снятия мощности. На практике это отражается в улучшении динамики двигателя (за счет повышения крутящего момента) и экономии топлива.
Комплекты систем впрыска воды, метанола или их смеси для самостоятельной установки
К настоящему времени разных конструкций систем впрыска воды создано великое множество. Их разрабатывали автопроизводители, производственные фирмы и придумывали в гаражах рукастые любители. В частности, Renault представил в 1977 году систему впрыска воды, которую применял на болидах «Формулы 1» в 80-х годах, но затем от нее отказался. Применялся впрыск воды и на гоночных мотоциклах — такие системы ставили Harley-Davidson, Suzuki, BMW, Honda, Kawasaki.
Нынче на интернет-ресурсах не составляет труда найти фирменный промышленный комплект со специальным бачком, насосом, распылителями и электронным блоком управления. Цена вопроса — в среднем от 50 до 150 тысяч рублей. (Годится и для впрыска метанола, между прочим). И напротив, можно вообще не потратить ни копейки — смотрим видеоблоги, где гаражные изобретатели покажут и расскажут, как сделать впрыск воды (да и чего угодно) с помощью пластиковой баклажки, трубки от капельницы и иглы от шприца.
И вот сейчас на этом поле, распаханном всеми кому не лень, решил сыграть Bosch. Немецкий концерн представил свою версию системы, которая была разработана для турбированных моторов с непосредственным впрыском.
Конструктивно «водяная» система Bosch близка к обычному распределенному впрыску и состоит из инжекторов, насоса, емкости для воды и электронного блока управления. Инжекторы встроены в патрубки впускного коллектора перед клапанами. Как только впускной клапан открывается, инжектор выпускает порцию мелкораспыленной воды, которая вместе с воздухом втягивается в камеру сгорания. Затем срабатывает уже топливный инжектор и далее все по обычному циклу 4-тактного двигателя.
Работа системы Bosch water Injection: сначала впрыск воды, затем топлива и воспламенение смеси
Как утверждают специалисты немецкого концерна, данная система особо эффективна при быстром ускорении или во время движения по скоростной автостраде, позволяя экономить до 13% бензина. Особенно ощутима будет топливная экономия на небольших трех- и четырехцилиндровых двигателях. Расход дистиллированной воды — менее одного литра на 100 километров пути. Если запас дистиллята иссякнет, двигатель продолжит работу в обычном режиме. Впрыск воды не является жизненно важной системой и служит просто для улучшения характеристик.
Сейчас система «водяного» впрыска Bosch обкатывается на спорткаре BMW M4 GTS с турбированным шестицилиндровым двигателем. Как показывают испытания, технология немецкого концерна позволяет улучшить динамику машины и экономить около 4% топлива.
«Впрыск воды может придать дополнительный импульс любому турбомотору», - считает Штефан Зайберт, президент подразделения Бензиновых Систем Robert Bosch GmbH.
Ему вторит д-р Рольф Буландер, член совета директоров компании Robert Bosch GmbH и председатель правления бизнес-направления Решений для мобильности, говоря: «Наша система впрыска воды демонстрирует, что у двигателя внутреннего сгорания все еще припасены некоторые козыри в рукаве».
Каков итог?
Впрыск воды оказывается очень живучей идеей. Среди автомобилистов-любителей тут есть свои адепты, горячо отстаивающие достоинства «водяной инжекции». Временами вспоминают про воду и конструкторы, по мере развития технологий совершенствуя систему. Хотя, казалось бы, все тут ясно: выигрыш в мощности и экономичности получается совсем небольшой, а конструкция автомобиля усложняется и появляется еще одна заправочная жидкость. При минусовой температуре вода замерзает и система не работает. Так что перспективы массового внедрения водяного впрыска по-прежнему остаются сомнительны и туманны.
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.
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”.
«Просто добавь воды» . Некогда известный рекламный слоган получает новое содержание. Компания Bosch постоянно работает над совершенствованием систем непосредственного впрыска топлива . Одной из ее новых разработок является система впрыска воды в двигатель .
В прошлом веке впрыск воды в двигатель уже применялся на автомобилях General Motors, Saab. Но с появлением в двигателе интеркулера , охлаждающего впускной воздух, необходимость в системе впрыска воды отпала. Система продолжает применяться в автоспорте, но и здесь она не в почете. В гонках Формулы-1 и WRC система запрещена регламентом.
Система WaterBoost от Bosch открывает новую страницу в истории впрыска воды в двигатель. Сегодня большинство электронных систем впрыска топлива запрограммированы на дополнительную подачу топлива при высоких нагрузках. Дополнительное топливо (до 20% от общего объема) необходимо для охлаждения камеры сгорания и снижения температуры горения топливно-воздушной смеси.
Для охлаждения в системе WaterBoost используется вода вместо бензина. Вода активно охлаждает топливно-воздушную смесь, за счет чего повышается стойкость к детонации, производится более раннее зажигание и, в конечно итоге, увеличивается производительность двигателя. Как заявляет разработчик, система впрыска воды в двигатель на 5% повышает мощность двигателя, на 13% сокращает расход топлива, на 4% снижает выборы углекислого газа. В общем, все в плюс.
Конструкция системы впрыска воды включает водяной бачок, водяной насос и водяные форсунки. Электронное управление впрыском воды осуществляет система управления двигателем . Пятилитрового бачка дистиллированной воды хватает на 5000 км пути. Но даже если вода в бачке закончиться, вреда двигателю это не доставит. Мотор не будет развивать максимальную мощность и увеличится расход топлива. Не стоит беспокоиться и о возможном замерзании воды в бачке. Как только двигатель нагреет подкапотное пространство, вода в бачке растает.
Первым автопроизводителем, который довел разработку Bosch до внедрения, стала компания BMW. Сегодня BMW устанавливает систему впрыска воды на автомобилях М-серии, обеспечивающих безопасность на гонках MotoGP. Также система впрыска воды испытывается на прототипе BMW 1-й серии.
Система впрыска воды в двигатель нагнетает воду из бачка и распыляет ее во впускном коллекторе, чем достигается снижение температуры сгорания смеси на 25°С. Это позволяет BMW использовать степень сжатия 11:1, вместо допустимого соотношения 9,5:1. Благодаря более высокой степени сжатия на 8% снижается расход топлива и на 10% увеличивается крутящий момент и мощность двигателя.
Более низкая температура сгорания смеси снижает нагрузки на
Многие водители хотят повысить мощность своего двигателя без серьезных вмешательств в его конструкцию. Одним из вариантов повышения мощности является , но такой тюнинг возможен не на всех силовых агрегатов. Еще одним распространенным способом повышения крутящего момента двигателя является впрыск воды в топливовоздушную смесь. Внести конструктивные правки в двигатель, чтобы обеспечить работу подобной системы, можно самостоятельно без особых проблем. Рассмотрим в рамках данной статьи как это сделать, а также, какие преимущества и недостатки имеются у подобного решения.
Оглавление:Что дает впрыск воды в двигатель
Система впрыска воды в двигатель перекочевала в автомобильную промышленность из авиастроения. В середине 20 века в американских и немецких авиационных моторах для повышения мощности использовалась система впрыска в рабочую смесь воды в сочетании с метанолом. Ближе к началу 21 века данную систему начали активно использоваться в автомобильных двигателях внутреннего сгорания на гоночных болидах.
Система впрыска воды в двигатель предполагает, что вода будет поступать во впускной коллектор через отдельную форсунку. То есть, топливовоздушная рабочая смесь, которая поступает в цилиндры, будет состоять не из бензина и воздуха, а из бензина, воздуха и воды.
Добавление воды в топливовоздушную смесь снижает ее температуру и повышает ее вес. Тем самым рабочая жидкость более тяжелая поступает в цилиндр и лучше сжимается перед процессом подачи искры и воспламенением. Это повышает мощность двигателя, при этом снижая вероятность детонации топлива, а также уменьшая температуру в камере сгорания и количество токсичных веществ в выхлопе.
Но есть у системы впрыска воды в двигатель и недостатки, о которых также стоит знать перед ее установкой:
- Неравномерное распределение воды по цилиндрам. Это приводит сразу к ряду недостатков, например, снижению скорости разгона автомобиля и нестабильной работе мотора при полностью открытой дроссельной заслонке. Когда частота вращения коленчатого вала низкая, двигатель может “тупить”;
- Использование дистиллированной воды. Система впрыска воды в двигатель не будет показывать эффективность, если использовать обычную воду. Для нее придется приобретать дистиллированную воду, это позволит избежать образования лишних нагаров от примесей в двигателе автомобиля;
- Трудности при работе в зимнее время года. Зимой вода замерзает, поэтому данную систему не рекомендуется использовать при низкой температуре окружающей среды. При незначительном похолодании в воду можно добавлять спирт для предотвращения замерзания, но в сильные холода систему придется полностью отключить.
Впрыск воды в двигатель своими руками
Систему впрыска воды в двигатель можно реализовать как на карбюраторном, так и на инжекторном двигателе. Проще всего это сделать, если приобрести готовые наборы для установки системы, после чего их внедрить. Главный минус такого метода - высокая цена. Стоимость комплекта для создания системы впрыска воды в двигатель начинается от 150 тысяч рублей, а с установкой цена получается еще выше.
В комплект для создания системы впрыска воды в двигатель входят: емкость для воды, форсунки, устройство для дозирования точного количества воды, трубки, шланги, насос, крепежные и другие элементы, необходимые для установки.
Можно реализовать впрыск воды в двигатель своими руками с минимальными затратами. В зависимости от типа двигателя немного будет меняться способ реализации тюнинга.
В качестве бачка для залива воды рассматриваемой системы можно использовать обычный бачок омывателя лобового стекла, установив второй под капотом. В данном случае форсунка с соплом для распыления устанавливается во впускной коллектор за инжектором или карбюратором. В салоне устанавливается электронасос на 12 В, который подает воду на форсунку.
Стоит отметить, что проще систему можно реализовать на карбюраторном моторе. Здесь можно исключить форсунку, используя подручные инструменты. На выходе из насоса можно установить обычную игру от медицинского шприца. Иглой делается прокол в резиновой трубке регулятора опережения зажигания, после чего она крепится в таком положении, например, при помощи герметика.
Обратите внимание: Все необходимые для реализации системы подачи воды элементы можно соединить при помощи обычных медицинских трубочек от капельницы.
Главная сложность создания системы впрыска воды в двигатель своими руками выражается в правильной настройке электронасоса. Нужно его настроить таким образом, чтобы подавалась дистиллированная вода в пропорции около 1 к 10, по отношению к подаваемому воздуху.
Важно: Неправильная настройка системы может привести к подаче большого количества воды в цилиндры, из-за чего случится .
Советы по использованию системы впрыска воды в двигатель
Как правило, самостоятельно установленная система подразумевает, что водитель в ручном режиме контролирует подачу воды в рабочую смесь, используя переключатель для подкачки в салоне. Тем самым можно на повышенных оборотах двигателя добиться увеличения мощности мотора.
На атмосферных автомобильных двигателях система впрыска воды не даст большого прироста в мощности, а только позволит снизить вероятность детонации. Тогда как на турбированных моторах, если установить впрыск воды в турбокомпрессор, можно добиться значительного понижения температуры рабочей смеси, что придет к повышению мощности.
Если хочется добиться большей эффективности от системы впрыска воды в двигатель, лучше заливать не чистую дистиллированную воду, а смесь из воды и спирта (50 на 50). Такая смесь позволит более значительно повысить крутящий момент.
Загрузка...
