Как впрыск воды в цилиндры повышает мощность и экономичность двигателя

0 0

Подача воды в двигатель может повысить мощность и снизить расход топлива, если использовать систему впрыска воды, проверенную в авиации и автоспорте.

Впрыск воды в цилиндры звучит несколько необычно. Как вода, являясь негорючей жидкостью может повысить мощностные или экономические показатели двигателей? Но это работает. Конечно, вода не является топливом и не может передавать энергию, но она может выполнить другие, достаточно важные функции, позволяя увеличивать степень сжатия двигателя без возникновения побочных явлений. А это ключ к повышению мощности при меньшем расходе топлива.

Исследованиями доказано, что при увеличении степени сжатия увеличивается и мощность, но при этом возрастает опасность, что смесь воздуха и бензина воспламенится еще до того, как появится искра. То есть произойдет так называемое детонационное горение со стремительным распространением пламени (скорость горения при детонации нарастает скачкообразно и достигает 1500 … 2500 м/сек, тогда как при нормальном — около 25 м/сек). Это может быть фатальным для двигателя, поскольку при этом в результате взрывного горения часть топлива не успевает полностью сгореть, что внешне сопровождается появлением дымного выхлопа темного цвета. При этом вследствие взрывного сгорания двигатель работает неуравновешенно, происходит перегрев его деталей, прогорают поршни и клапаны, пригорают поршневые кольца, резко повышается износ цилиндропоршневой и кривошипно-шатунной групп. И не допустить детонации повышением октанового числа бензина, которое характеризует стойкость его к детонации, становится невозможным, поскольку все имеет свои пределы.

Однако, на помощь может прийти вода, которая охлаждает поступающую в цилиндр смесь при большой нагрузке двигателя и предотвращает ее преждевременное возгорание. В конце концов, ничего нового под солнцем. Этот принцип годами использовался в авиадвигателях и автоспорте. Были также попытки и на серийных автомобилях. Однако, для массового производства автомобилей это было слишком дорого и сложно.

В последние годы наблюдается возврат к подзабытым технологиям в связи с необходимостью повышения экономических и экологических показателей поршневых двигателей. В частности, компания Bosch, произвела тестирование системы впрыска воды в двигатель, которая предназначена для 3-х и 4-цилиндровых агрегатов с наддувом. Специальная форсунка впрыскивает небольшое количество водяного тумана перед впускным клапаном во время всасывания смеси в цилиндр. Впоследствии вода испаряется, охлаждая при этом смесь воздуха и топлива, да и саму камеру сгорания.

Как впрыск воды в цилиндры повышает мощность и экономичность двигателя

Впрыск водяного тумана во впускной коллектор снижает температуру в цилиндре. Следовательно, двигатель может иметь более высокую степень сжатия и, соответственно, более высокую мощность при меньшем расходе топлива. Иллюстрация технологии Bosch WaterBoost.

Сущность процесса

В поршневом двигателе впрыск воды существенно понижает температуру топливовоздушной смеси, что увеличивает ее плотность и, следовательно, большая масса смеси, поступает в цилиндр, обеспечивая повышение литровой мощности. Вода, находящаяся в небольших каплях, поглощает тепло (и понижает давление) при сжатии заряда, тем самым уменьшая работу, на его сжатие. Дополнительный эффект возникает во время сгорания, когда вода поглощает значительное количество тепла при испарении, снижая пиковую температуру и, как следствие, обеспечивает уменьшение образование NOx, а также снижает потери тепловой энергии, которая поглощается стенками цилиндра. Это позволяет преобразовать дополнительную часть энергии, получаемой при сгорания из тепловой в механическую давления на поршень. Когда капли воды испаряются, поглощая тепло, они превращаются в пар под высоким давлением. Конечный результат – получение заряда топливовоздушной смеси с более высоким октановым числом, который выдерживает высокие степени сжатия без возникновения детонации.

Контроль над впрыском воды очень важен. Такой впрыск следует применять только тогда, когда возникают соответствующие условия. Обычно это происходит, когда двигатель сильно форсирован и работает на полную мощность. В противном случае, а также когда воды впрыскивается слишком много, значительно снижается температура в процессе сгорания, что приводит к отрицательным эффектам — снижению мощности и увеличению расхода топлива.

В принципе, прямой впрыск воды в поршневом двигателе возможен в любой точке цикла двигателя, в зависимости от желаемого эффекта, даже в конце рабочего такта или во время такта выпуска, но тогда будет использоваться только для снижения температуры двигателя.

Как впрыск воды в цилиндры повышает мощность и экономичность двигателя

Обычно в двигателе впрыск воды происходит прямо перед впускным клапаном. Это охлаждает всасываемый воздух, делая его более плотным (больший объемный КПД) и предотвращает детонацию топлива в цилиндрах.

Не все так просто

Большинство современных двигателей транспортных средств заранее запрограммированы на определенные пропорции топлива и воздуха, поэтому добавление воды без перепрограммирования электронного блока управления (ЭБУ) или иного изменения этих соотношений, скорее всего, не принесет никакой пользы и может даже снизить его показатели или вовсе повредить двигатель. Кроме того, системы управления большинства современных топливных систем в которых не предусматривался впрыск воды, не могут определить наличие воды в смеси, и, соответственно, не могут определить новую оптимальную степень сжатия или иным образом воспользоваться преимуществами более низких температур цилиндров. В большинстве случаев в обычных предварительно запрограммированных двигателях автомобилей использование метода непрямого впрыска воды приводит к потере мощности, поскольку водяной пар заменяет воздух, который требуется для осуществления процесса сгорания и выработки энергии. Как правило, хороший результат получают только двигатели, специально переоборудованные для впрыска воды и имеющие соответствующие прошивки системы управления.

Кроме того, двигатель может быть поврежден, если впрыскивается слишком много воды или если сам инжектор неисправен и заливает цилиндр. Вода не сжимается, и слишком много воды в цилиндре во время такта сжатия может вызвать гидроудар, когда объем жидкости в двигателе близок или превышает объем между поршнем и головкой цилиндра двигателя в верхней мертвой точке, что приводит к чрезвычайно высокому давлению в цилиндре, которое может вызвать разрушение головки, поршней, шатунов, а также другие повреждения двигателя. Такие ситуации обычно являются фатальными требует его капитального ремонта или даже замены двигателя.

Многие «специалисты» утверждают, что, вставив трубку для подачи воды во впускном коллекторе, гарантируют увеличение пробега или повышение мощности. Однако, если при этом не перепрограммируется ЭБУ автомобиля или не будут внесены существенные изменения в двигатель, в конечном итоге может произойти потеря мощности и его повреждение.

Удачные апробации Bosch

Компания Bosch совместно с BMW разработала технологию впрыска воды под названием WaterBoost. Компания заявляет о повышении мощности двигателя до 5%, снижении выбросов в отработавших газах до 4% и снижении расхода топлива до 13%.

Несколько лет назад Bosch произвела исследования впрыска воды в двигатель на автомобиле BMW. При этом было выполнено тестирование системы на экспериментальном 1,5-линдровом бензиновом двигателе, степень сжатия которого увеличили с 9,5 до 11,5. Благодаря этому он развивал почти удвоенную мощность — 160 кВт, да еще и при значительно меньшем расходе топлива. Также BMW применила впрыск воды на M4 GTS — трехлитровому 6-цилиндровому двигателе.

Как впрыск воды в цилиндры повышает мощность и экономичность двигателя

Впрыск воды — также называемый «впрыск противодетонанта» — это технология, которая, как утверждается, снижает как расход топлива, так и выбросы CO2, одновременно повышая мощ-ность двигателя.

Пяти литров дистиллированной воды хватает примерно на 3000 километров пробега. Даже если вода закончилась, двигатель будет продолжать работать в обычном режиме, но с меньшим крутящим моментом из-за подачи меньших доз топлива или снижении давления в турбонагнетателе. Bosch, применяя впрыск воды, заявляет, что у двигателя внутреннего сгорания все еще есть в запасе несколько козырей.

По заявлению Bosch, впрыск воды в цилиндры сэкономит в среднем четыре процента топлива, а при высоких нагрузках — до 13 процентов. Система, конечно же, требует специального резервуара для дистиллированной воды, который будет нагреваться, чтобы не замерзнуть зимой, и вся вода из системы впрыска после выключения двигателя будет возвращаться обратно в бак.

Но не все автомобилестроительные фирмы разделяют взгляды Boschю. Так, Mercedes-Benz заявил, что хорошо знаком с этой технологией, но считает ее нерентабельной, поскольку система слишком сложная, дорогая и ее эффект до конца неясен. Они также исследовали технологию снижения температуры камеры сгорания впрыском воды, но считают ее не вполне подходящей на сегодняшний день с точки зрения снижения выбросов.

Источник: naukatehnika.com
Оставить комментарий

Мы используем файлы cookie. Продолжив использование сайта, вы соглашаетесь с Политикой использования файлов cookie и Политикой конфиденциальности Принимаю

Privacy & Cookies Policy