Утоли мои печали: как впрыск воды повышает мощность мотора

29645 3 33
Поделиться: 5 22 0 2 0 4
Уже более ста лет автомобильные инженеры работают над повышением отдачи мотора. Поначалу все было просто: больше литраж, больше цилиндров, больше мощности! Но довольно быстро стало понятно, что replacement for displacement все-таки необходим: в ход пошли компрессоры, турбины, усложнение ГРМ с многоклапанными конструкциями и регулируемыми фазами, распределенный и непосредственный впрыск, облегчение поршневой группы… Теперь, когда к ДВС все чаще в компанию стали добавлять электромоторы, кажется, что предел форсирования обычного мотора достигнут. Но нет – вы забыли про впрыск воды! Разберемся, зачем это делается и почему до сих пор не применяется в массовом автомобилестроении.

Обыватель при упоминании системы впрыска воды в цилиндр скептически хмыкнет: если двигатель автомобиля получит гидроудар, ничего хорошего из этого не выйдет. Но одно дело, когда при проезде глубокой лужи в двигатель через впускной тракт попадает большое количество воды, которую пытается сжать поршень – это приводит к разрушению шатунно-поршневой группы… Совсем другое – точечный впрыск специальной смеси в камеру сгорания.

Как это работает?

Система впрыска воды чаще всего используется на высокофорсированных двигателях для улучшения их характеристик. Откуда получается дополнительная мощность? Существует сразу несколько вариаций системы, различающиеся только точками установки. Для этого во впускном коллекторе устанавливается специальная форсунка, подающая во впускной тракт водометанольную смесь, которая смешивается с топливной смесью, подаваемой в камеру сгорания.

Почему именно смесь воды со спиртом? Во-первых, такая жидкость замерзает при более низких температурах, а во-вторых, вода со спиртом обладает лучшим рассеиванием, из-за чего образуется более равномерная смесь и уменьшается температура во впускном коллекторе. За счет мелкодисперсных капель смесь охлаждается, что позволяет повысить степень сжатия, а также уменьшить скорость горения смеси в цилиндрах, а это снижает возможность детонации. Также снижение температуры горения топливно-водяной смеси влияет на химические процессы в камере сгорания, что уменьшает концентрацию вредных выбросов азота и углекислых газов.

Опыты российских конструкторов на дизельных двигателях с экспериментальными системами показали снижение выбросов оксидов азота в три-четыре раза, а выбросов СО2 – в 1,2 раза.

Казалось бы, одни плюсы! Но, как и все в мире, идеальных вещей не бывает. В отработавших газах увеличивается концентрация несгоревших углеводородов, что немного увеличивает расход топлива автомобиля. На малой скорости или полностью открытой дроссельной заслонке двигатель может работать неустойчиво.

Одной из ключевых причин является неравномерное распределение жидкости по цилиндрам – в некоторых из них неизбежно создается обедненная смесь. Обычно такую проблему можно решить, установив систему с индивидуальными форсунками на каждый из цилиндров, управляемых компьютером.

Поршни 12-ти цилиндрового двигателя

Кроме того, пользователи часто забывают, что в систему необходимо заливать только дистиллированную воду. Ведь растворенные в обычной воде соли могут привести к образованию нагара в камерах сгорания, и, как следствие, уменьшить ресурс двигателя. Посмотрите на накипь в чайнике – вы же не хотите, чтобы подобная гадость была и внутри цилиндров?

С чего все началось?

Статьи / Практика
Алюсил не виноват: настоящие причины ненадежности алюминиевых моторов

Алюсил? Не, не слышал Сам по себе алюминий – металл достаточно мягкий, – это знают все, кто гнул в детстве бабушкины алюминиевые вилки. И даже прочности его сплавов, которые используются в...

70711 16 24

Впервые в мировой практике впрыск воды в цилиндры двигателя применил венгерский инженер Bcnki в начале XX века. Еще спустя несколько лет профессор Хопкинсон из Англии успешно применил экспериментальную систему впрыска воды для улучшения характеристик промышленных двигателей. А наибольший вклад внес Гарри Рикардо, создатель одноименной марки, занимающейся выпуском автомобильных комплектующих. На его счету – многочисленные исследования, несколько патентов и даже монография High-Speed Internal Combustion Engine, в которых подробно описаны методы и испытания двигателей с впрыском воды.

В результате всех испытаний Рикардо представил двигатель, оснащенный системой впрыска смеси воды с метанолом, благодаря которой удалось добиться увеличения характеристик мотора почти что двукратно! Широкое применение водометанольные смеси нашли во время Второй мировой войны. Первую скрипку сыграли авиаторы, которые в погоне за скоростями и высотой искали любые ухищрения, чтобы выжать максимум мощности из поршневых двигателей, которых к концу войны все равно заменили реактивной авиацией.

В 1942 году на вооружение ВВС Германии поступил иcтребитель Focke-Wulf 190 D-9, оснащенный системой впрыска водометанольной смеси во время форсажа. Причем он был не единственным в своем роде в Люфтваффе. Похожей системой впрыска оснащались двигатели Daimler-Benz 605 и BMW 801D для Messerschmidt Bf-109, а также Junkers Jumo 213A-1. Стоит отметить, что авиационные двигатели того времени уже имели системы турбонаддува, и впрыск воды, по сути, играл роль интеркулера. Водометанольная смесь MW-50 впрыскивалась во впускной тракт авиационного двигателя, где смешивалась с топливной смесью, устремляясь в камеру сгорания. В результате контакта с раскаленными стенками цилиндров вода превращалась в пар, который, расширяясь, создавал в цилиндре избыточное давление, а предварительное охлаждение топливной смеси на впуске способствовало увеличению ее объема в цилиндре и улучшало эффективность сгорания топлива. В результате мощность немецких моторов кратковременно увеличивалась на 20-30 процентов, что давало последним преимущества по набору высоты и максимальной скорости.

На фото: Messerschmidt Bf-109

На фото: Messerschmitt Bf-109

Собственные системы впрыска воды разработали и союзники. Так, американская компания Pratt & Whitney в своем двигателе J57 для бомбардировщика В-29 установила похожую систему для повышения характеристик двигателя на малых и средних высотах. Похожую систему с успехом применяли и на истребителях. В 1943 году по приказу НКАП моторный завод №45 должен был разработать документацию на советскую систему впрыска воды для двигателей АМ-38Ф. Опытная партия из пяти самолетов Ил-2, оснащенных двигателем с впрыском воды, была построена на заводе №18, однако после испытаний система была признана слишком дорогой и сложной в настройке.

На фото: ИЛ-2

На фото: ИЛ-2

На каких автомобилях применялось?

С развитием в конце войны реактивных двигателей работы по увеличению мощности поршневых агрегатов были практически свернуты, и богатый опыт форсировки отошел на задний план. Но о системах вспомнили автомобильные компании. Первым впрыск водометанольной смеси на серийном автомобиле стали применять американцы из General Motors, которым такая система оказалась нужна для повышения детонационной стойкости турбомотора Oldsmobile F-85 Jetfire. Что из этого получилось, мы уже рассказывали вам ранее.

На фото: Oldsmobile F-85 Jetfire Hardtop Coupe 1963

На фото: Oldsmobile F-85 Jetfire Hardtop Coupe 1963

Еще одним производителем, вспомнившем о полезных свойствах водометанольной смеси, стал шведский Saab, где до начала 1980-х годов устанавливали систему впрыска воды на Saab 99 Turbo S. Правда, с появлением интеркулеров, охлаждающих воздух во впускном тракте, такие системы на серийных автомобилях плавно сошли на нет, но не были забыты в автоспорте.

Saab 99 Turbo Combi Coupe '1978–80

В 1983 году команды Формулы-1 Renault и Ferrari установили на свои болиды системы впрыска воды, позволившие итальянцам в итоге занять первое место в кубке конструкторов. На машинах были установлены баки объемом 12 литров для хранения смеси спирта и воды, регулятор давления и водяной насос, однако впоследствии подобные системы были запрещены регламентом.

На фото: Renault RE40 '1983

На фото: Renault RE40 ‘1983

Похожие системы пытались внедрить в середине 1990-х в WRC, но и там они получили запрет через недолгое время, как и на ле-мановских спортпротипах. Очень широкое распространение баки с водой получили у американских гонщиков на ¼ мили. Могучие американские «восьмерки» дрегстеров, снабженные механическими нагнетателями, требовали серьезного охлаждения, а интеркулеры еще не получили широкое распространение. Тогда некоторые светлые головы и вспомнили о полезных свойствах водно-спиртовой смеси, подаваемой в двигатель. Так, суперкар Porsche 911, доработанный фирмой 9ff, в 2005 году установил рекорд скорости 388 км/ч для автомобилей, официально сертифицированных для дорог общего пользования. Его оппозитная «шестерка» с двумя турбокомпрессорами на пару с обычными интеркулерами была также оснащена системой впрыска воды.

Впрыск воды, наши дни

На некоторое время интерес к системам от производителей угас, но в 2015 году про технологии вспомнили мотористы BMW, решившие применить впрыск воды уже не для повышения мощности, а для снижения расхода бензина. Первым автомобилем, опробовавшем систему впрыска воды с метанолом, стал пейс-кар BMW M4, участвующий в гонках MotoGP. Но если там была установлена обычная форсунка, подающая смесь во впускной коллектор, то на опытном трехцилиндровом турбомоторе рабочим объемом 1,5 литра система стала более продвинутой.

Вода смешивается с топливной смесью с помощью топливного насоса высокого давления Bosch, срабатывающему только на оборотах мотора свыше 4 000. Водно-топливная смесь через форсунку впрыскивается в саму камеру сгорания. В результате мощность 201-сильного двигателя увеличилась на 14 л. с., возросла детонационная стойкость двигателя, что позволило поднять степень сжатия с 9.5:1 до 11,0:1 и в целом улучшить отдачу мотора на низких и средних оборотах. Объем водяного бака с подогревом – 7 литров, а в обычных условиях автомобиль расходует около 1,5 литра воды на 100 км пути, что означает необходимость пополнения системы почти каждые 500 километров.

BMW M4 Coupé MotoGP Safety Car (F82) '2015

На фото: BMW M4 Coupé MotoGP Safety Car (F82) ‘2015

Однако инженеры BMW предусмотрели и другие способы добычи воды: при работе кондиционера конденсат из системы автоматически сливается в бак. Все эти ухищрения позволяют экономить почти 8% топлива на 100 км пути в смешанном цикле, а особенно эффективно система может работать в паре с гибридным приводом. Правда, о таких гибридах в БМВ пока молчат.

Статьи / Практика
Лучшие современные бензиновые моторы Европы: с наддувом и без

Каждый год множество моторов получают премию «лучший мотор года» в Европе и США. Казалось бы, вот они, лучшие представители двигателей внутреннего сгорания. На деле все обычно иначе: лучшие...

57516 11 37

Серийный выпуск двигателей с водометанольной системой впрыска по планам должен начаться уже в конце этого года, причем поставляться такие БМВ будут и в Россию. На наше счастье, из-за повышенной стойкости к детонации эти машины будут менее требовательны к октановому числу – заправляться можно будет обычным Аи-95.

Можно ли поставить такую систему себе на машину?

Если очень хочется, то можно. Начитавшись интернета, умельцы делают самодельные системы, используя в качестве элементов капельницы, медицинские шприцы и прочие изделия, устанавливают во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой и… такие системы работают.

Впрочем, все плюсы от повышенной мощности или крутящего момента перечеркиваются одним жирным минусом. Ведь по сути такой самопал просто льет огромное количество воды в коллектор, не распыляя ее, в результате чего водяная взвесь поступает во все цилиндры неравномерно. О последствиях мы уже говорили выше – в некоторых цилиндрах воды больше, чем в остальных, что приводит к обеднению смеси в отдельных цилиндрах и неравномерную работу мотора. В худшем случае количество воды, поступаемой в цилиндр, так велико, что приводит к шансу получить тот самый пресловутый гидроудар.

Для тех, у кого есть чуть больше денег, продавцы тюнинг-аксессуаров предлагают комплект из насоса высокого (около 5-10 бар) давления, электронного блока управления насосом, форсунок для впрыска смеси и, естественно, бачка для воды. В самых дорогих системах применяется клапан, регулирующий давление и количество поступаемой воды.

Принцип работы такой системы прост: блок управления, подключенный к датчику расхода воздуха двигателя, анализирует полученную информацию и рассчитывает подачу воды, дав команду насосу.

Несмотря на кажущуюся простоту, и здесь возникают определенные сложности. Впрыск воды происходит только на определенных режимах работы двигателя, обычно подобные системы работают при оборотах двигателя свыше 3 000 об/мин. К тому же система почти не контролирует подачу смеси, а только подает команду на включение/выключение насоса. Основным ограничением на количество впрыскиваемой воды становится только производительность самой форсунки.

Кстати, пока блок даст команду насосу на запуск, пока насос включается и начинает перекачивать воду, происходит задержка между отправкой команд на впрыск топлива и впрыск воды, что неминуемо снижает эффективность всей системы.

Главными спецами по системам впрыска воды для автомобильных двигателей были признаны конструкторы британской фирмы Aquamist, в 1990-е поставлявшие комплекты для болидов WRC, пока их не запретили. И цена на тюнинг-киты колеблется в районе 3 000 долларов. В общем, пока впрыск воды остается довольно экзотическим, недешевым и, положа руку на сердце, не таким уж эффективным средством форсировки.

Понравилась статья? 5 22 0 2 0 4

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.

Наша система не имеет таких проблем старых систем впрыска воды, никаких задержек нет, т.к. система работает под постоянным давлением и позволяет подавать воду с высокой точностью, разбивая струю на капельки размеров в десятые доли миллиметра.

Да и цена на систему не 3000$

decom_c9f0f895fb98ab9159f51fd0297e236d_5a6e3333c0e18.jpgdecom_c9f0f895fb98ab9159f51fd0297e236d_5a6e3333c0e18.jpg

Статья хорошая, только не надо никаких ШмиДтов) Не Messerschmidt, а Messerschmitt Bf-109

Как только появились "жигули", а это начало 70-х, так и появились умельцы, устанавливающие "впрыск" воды. Без всякой электроники, откуда она бы взялясь? Это позволяло использовать 76-й бензин вместо 93-го без детонации и почти без потери мощности.(76-й было легче украсть). Сам пробовал и мотор к удивлению работал. Но постепенно 76-й стал пропадать и необходимость в этих ухищрениях отпала.

Новые статьи Смотреть все
Статьи / История
Царские грузовозы: первые грузовики дореволюционной России

История русских военных грузовиков в Царской армии оказалась еще более сложной, чем легковых армейских машин, описанных в предыдущей статье. Все свойственные им функции вполне сносно исполняли простейшие тихоходные…

566 0 0
Статьи / История
НАМИ-56: иномарки, с которых копировали советские конструкторы

В 1956 году в Москве прошла выставка, по масштабу сопоставимая с настоящим международным автосалоном. Павильон и открытую площадку в Научном автомоторном институте НАМИ заняли новенькие иностранные машины: легковые,…

4470 1 0
Статьи / Интересно
Тест: что тебе стоит купить, Volkswagen Tiguan или Nissan Qashqai?

Современный рынок – поле боя. Даже в пределах одного класса идет серьезная борьба за деньги покупателей, особенно если этот класс – самый популярный и быстрорастущий. Сегодня мы сталкиваем лбами два кроссовера из топа…

25578 2 4
Выбор подержанных авто Смотреть все
Выбор авто / Подержанные авто
Nissan X-Trail T30 с пробегом: муфту – в мойку, катализатор – в помойку

X-Trail первого поколения не зря стал одним из любимцев в народе. У него действительно очень неплохое сочетание простоты обслуживания, надёжности конструкции и потребительских свойств. Причём не только у нового, но и у…

3678 2 2
Выбор авто / Подержанные авто
Nissan X-Trail T30 с пробегом: разваливающийся подрамник и дубово-надёжный салон

Кроссоверы и внедорожники компании Nissan в России любят. Больше – Qashqai и Patrol, но и среднеразмерный Nissan X-Trail в кузове T30, который выпускался с 2001 года, тоже пользуется вполне заслуженной популярностью. И…

14009 9 2
Выбор авто / Подержанные авто
Honda Accord VI с пробегом: чем хороши вальные АКП, и почему моторы всегда едят масло

Шестой Аккорд в своё время для многих был эталоном почти спортивного автомобиля, пригодного, однако, для использования в обычной, даже семейной, жизни. Мог он и драйверские амбиции удовлетворить, и оставался достаточно…

3289 0 1
Популярные тест-драйвы
Тест-драйвы / Одиночные
А я милого узнаю по колёсам: тест-драйв УАЗ 3303 “Головастик”

Казалось бы, что может быть интересного в Уазике? Да, про него уже сказано всё, что можно, но этот УАЗ – всем УАЗам УАЗ, а кроме того, совсем скоро ему предстоит отправиться в экспедицию по побережью Баренцева моря в…

37207 0 3
Тест-драйвы / Одиночные
Бюджет в топе: тест-драйв моноприводной Hyundai Creta с 1,6 и механикой

Почти поголовное стремление покупателей приобрести автомобиль с АКП – далеко не свидетельство тому, что механика – замшелый архаизм. В этом я убедился, отъездив новогодние каникулы на Hyundai Creta. Вдобавок еще и с…

22088 8 1
Тест-драйвы / Одиночные
Квартира с домофоном: опыт владения Lincoln Navigator II

Большие, полноприводные и комфортные были и до него. Но он одним из первых придумал подавать знакомое блюдо под премиальным соусом из представительских опций с соответствующим шильдиком и ценой. Публика пришла в восторг,…

25621 6 2
Обзоры и тесты гаджетов
Гаджеты / Радар-детекторы
Проверенная классика и инновации: тест радар-детектора Fujida Neo 8000

Сегодня мы проверим достоинства богатой комплектации Fujida Neo 8000 и протестируем этот радар-детектор на дорогах. А заодно выясним, почему сигнатурные радар-детекторы и смартфоны с РД-приложениями никак не вытеснят с…

8614 0 0
Статьи / Практика
За руль – со смартфоном: обзор охранной системы Scher-Khan Mobicar 2

Когда наступает необходимость оснастить тот или иной редакционный автомобиль охранной системой, мы стараемся воспользоваться случаем и выбрать «сигналку» поинтереснее и понавороченнее, изучив на ее примере свежие…

10973 13 4
Гаджеты / Видеорегистраторы
В знакомом облике: тест комбо-устройства Fujida Karma S

Fujida Karma S – комбо-гаджет, включающий в себя SuperHD-видеорегистратор и радар-детектор с GPS-приемником. Модель выполнена в хорошо узнаваемом корпусе – эту удачную компоновку используют многие производители, наполняя…

7475 4 1
Военная техника
Статьи / Военная техника
48 ведущих колес: автопоезда-гиганты советских ракетных войск

С середины 1970-х годов активное развитие мощнейших мобильных средств поражения противника, укрывшегося на дальних континентах, привело к появлению в советских РВСН нескольких семейств самоходных сверхсекретных систем…

19561 1 0
Статьи / Военная техника
Наш тепловоз, вперед лети! Уникальная военная автотехника 21-го института

Внимание! Не пробегайте мимо! Внимательно вглядитесь в это фото! Нет, это вовсе не тепловоз, и даже не электровоз. Да это же какая-то уникальная помесь тепловоза с автомобилем, сотворенная ради шутки! Вовсе нет: это…

28418 1 0
Статьи / Военная техника
Сначала был хаос: первые военные автомобили Царской России

Во всех важных делах Царская Россия всегда стремилась идти в ногу с Западом, но всегда терпела неудачи. Так получилось и с рождением первых военных автомобилей. В конце XIX века русское Военное ведомство составило доклад…

3258 0 1
История автомобилестроения
Новости / Рендеры "Колёса.ру"
Последний рестайлинг Москвича: каким он мог быть

Немногие знают, что московский завод в конце 90-х годов планировал существенно обновить свою основную модель. Пользуясь имеющейся информацией, мы представили, что из этого могло получиться.

90495 11 14
Статьи / Автотоп
Советская мощь: все автомобили с V8 из СССР

Фраза «американский автомобиль с V8» звучит так же логично, как «борщ с пампушками». Фраза «советский автомобиль с V8» до сих пор звучит так же непривычно, как «мороженое с беконом». Меж тем, и мороженое с беконом, и…

49058 1 24
Статьи / История
Незадавшееся освоение «Целины»: уникальные сверхтяжелые ракетные колоссы

В ответ на появление в США нового межконтинентального ракетного оружия в Советском Союзе в обстановке особой секретности началась эпопея активных изысканий и проектирования собственных более мощных систем ответного…

39619 1 9
Внимание

Изображение
Выбрать файл
Добавить цитату
Внимание

Вы уверены, что хотите удалить этот комментарий?

Внимание

Вы уверены, что хотите удалить все комментарии пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите отклонить комментарий пользователя?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в спам?

Внимание

Вы уверены, что хотите переместить комментарий пользователя в корзину?