«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
Может быть, двигатели внутреннего сгорания доживают последние десятилетия, но производители не сдаются. Они выжимают максимум из этой технологии, оптимизируя конструкцию двигателя для повышения эффективности и экономичности. Недавно сообщалось об инновации Nissan, которая изобрела . Теперь о своих достижениях поведала Bosch. Немецкая фирма представила систему водяного впрыска WaterBoost для простой модификации существующих ДВС.
Даже самый продвинутый двигатель внутреннего сгорания впустую тратит примерно пятую часть топлива. Например, оно расходуется на систему охлаждения двигателя. В современных двигателях немного дополнительного топлива впрыскивается в камеру сгорания не для сгорания, а для испарения
со стенок, за счёт чего происходит охлаждение двигателя.
Bosch предлагает модифицировать систему впрыска топлива: использовать воду вместо бензина при охлаждении камеры. То есть суть технологии WaterBoost заключается в том, что на больших оборотах в двигателе задействуется водяная помпа, которая впрыскивает в камеру сгорания немного воды незадолго до поджига топливной смеси.
Требуется совсем немного воды: на 100 км уходит несколько сотен миллилитров. Поэтому маленький бачок с водой потребуется заливать дистиллированной водой каждые несколько тысяч километров, что для большинства водителей не станет накладным. Это даже приятно: заливая воду, ты знаешь, что эта вода будет использоваться вместо бензина (при охлаждении).
Да и если вода в бачке кончится, тоже ничего страшного, разве что немного снизится крутящий момент и на несколько процентов вырастет потребление топлива.
Как показали опыты Bosch, такая простая модификация может на несколько процентов снизить потребление топлива (до 13%) без потери мощности и крутящего момента. Экономия возможна в моменты перегрева двигателя на самых высоких оборотах: например, при резком ускорении или движении по шоссе с высокой скоростью.
Кроме того что это экономит бензин, так испарение воды ещё и лучше охлаждает двигатель, чем испарение бензина.
Как дополнительный бонус к экономии топлива - на 4% снижаются выбросы CO 2 , так что двигателю будет легче пройти проверку на соблюдение жёстких экологических нормативов, которые предъявляются к современным бензиновым двигателям.
Наиболее эффективным внедрение водяного впрыска будет для компактных трёх- и четырёхцилиндровых двигателей. Другими словами, именно для тех двигателей, которые используются в самых популярных современных автомобилях среднего размера.
Но это ещё не всё. Кроме экономии топлива, WaterBoost может добавить до 5% мощности двигателям с турбонаддувом. Дело в том, что добавка воды насыщает кислородом нагнетаемый воздух от турбины и увеличивает скорость горения смеси, позволяя оптимизировать угол опережения зажигания - угол поворота кривошипа от момента, при котором на свечу зажигания начинает подаваться напряжение для пробоя искрового промежутка до занятия поршнем верхней мёртвой точки.
Идея опережения зажигания в том, чтобы поджигать горючую смесь заранее, до достижения поршнем верхней мёртвой точки. При правильном выборе момента зажигания, давление газов достигает максимальной величины примерно через 10-12 градусов поворота коленчатого вала после прохода поршнем верхней мертвой точки.
Изменив угол опережения зажигания и подкрутив настройки тайминга поджигания, инженеры могут выжать ещё чуток мощности даже из мощных двигателей с турбонаддвуом, даже на спорткарах.
Первым автомобилем, в котором внедрят технологию водяного впрыска WaterBoost, станет BMW M4 GTS с шестицилиндровым турбодвижком.
BMW M4 GTS. Фото: BMW Group
Про внедрение WaterBoost в автомобилях средней ценовой категории информации пока нет.
У компании Bosch есть большой опыт в автомобильной промышленности. Именно Bosch в 1887 году изобрела безопасную систему детонации воздушно-топливной смеси ДВС от магнето. Такая система зажигания используется в автомобилях до сих пор. До этого изобретения смесь в ДВС поджигали через калильные трубки Даймлера открытым пламенем.
Bosch производит не только системы зажигания, стартеры, но и многие другие автомобильные компоненты. Например, недавно наладила серийное производство электромоторов для гоночных картов .
Электромотор Bosch для гоночных картов. Фото: Bosch
За электромоторами - будущее, но и ДВС не собирается сдаваться без боя.
«Наш водяной впрыск показывает, что у двигателей внутреннего сгорания осталось ещё несколько трюков под капотом», - сказал д-р Рольф Буландер (Rolf Bulander), председатель подразделения Bosch Mobility Solutions и член совета директоров Robert Bosch GmbH.
Любителей повышения мощности и скоростей впрыск воды в двигатель, своими руками установленный, интересует в последние годы довольно сильно, как способ реализации своих планов. Повышается приемистость движков, их КПД в контексте рационального использования топливной смеси, охлаждения мотора.
В результате, таким способом технически грамотно впрыскивая воду в работающий механизм, можно добиться конкретных результатов, и весьма неплохих, и в плане экологическом (но обычно, главная задача все-таки – ). В общем, преимуществ масса – остается попробовать реализовать заманчивую идею!
Впрыск воды в двигатель, сделанный своими руками, привлекателен уже тем, что не у всех найдется $2000 (а то и больше) на покупку фирменной установки. К тому же давно (еще во времена второй мировой при больших расходах на бензин для армейских целей) было установлено, что такая фишка позволяет сэкономить до 20% топлива. При нынешних ценах на него это существенный фактор! Да плюс еще и значительная часть деталей мотора служит дольше, чем даже задумано конструкторами. А увеличение форсажа на треть выглядит весьма заманчиво, даже для начинающих водителей.
Принцип действия впрыска
Теоретически конструкция впрысковой системы предельно проста: в коллекторе впуска делается водная форсунка, которая распыляет эту жидкость в топливную смесь. Вода в этой системе действует двояко. Во-первых , она охлаждает бензин. А даже из школьного курса физики известно, что на обеспечение мощности тратится максимум 45% топлива. Остальным количеством в нашем случае, грубо говоря, мы обогреваем улицу.
При таком дополнительном охлаждении бензин используется уже процентов на 70. Параллельно, мгновенно испаряясь при контакте с раскаленными цилиндрами и поршнями, вода в виде пара создает дополнительную толчковую силу, которая энергичнее выталкивает поршень.
Между прочим, идея отнюдь не нова . Ее осмыслил и описал некий англичанин Хопкинс около века назад. А вторая мировая, как уже было сказано, дала толчок активному использованию впрыска в авиации как американцами, так и немцами.
Минусы
Привлекательная сразу с нескольких сторон, идея начинает вызывать некоторое сомнение при взгляде на нее с другого бока. Есть недостатки и у двигателей с системой впрыска.
- Такие движки зачастую работают несколько неустойчиво. Особенно явно это проявляется на малых скоростях или при настежь открытом дросселе. В таких условиях вода по цилиндрам распределяется неравномерно, что и мешает ему работать штатно;
- Не стоит забывать, что обычную воду из-под крана в движок через впрыск лить крайне неразумно. Да и бутилированную, очищенную тоже. Такая вода непременно содержит соли, которые при выпаривании жидкости станут оседать на внутренних стенках. Катит только дистиллят – а его потребуется 2 литра на каждые 10 топлива;
- Зимой ездить на машине с впрыском довольно затруднительно: вода будет замерзать. До определенного минуса можно с этим бороться добавлением метанола, но в большинстве случаев впрыск приходится отсоединять;
- Предельной внимательности требует герметичность системы.
Способы сооружения системы впрыска
Народными умельцами отработаны два метода впрыска:
- В качестве резервуара воды можно использовать дополнительный омывательный бачок. Закачиваться жидкость будет обычным электронасосом на 12 В. Как переходник берется прозрачная тонкая трубка, например, от системы переливания крови, которая надевается на иглу от шприца. Ею прокалывается трубка регулятора опережения зажигания – она резиновая, сделать это нетрудно. Игла фиксируется в постоянном положении герметиком. Ее толщина регулирует объем подаваемой воды;
- Источником жидкости для впрыска опять же может быть омывательный бачок. Капиллярная трубка подводится к отверстию, сделанному внизу карбюраторной первичной камеры через жиклер. Его тоже делают из иголки от шприца. Принцип подачи тут другой: вода проталкивается в движок за счет использования разрежения. По типу пульверизатора, короче.
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”.
Для большого количества водителей простая эксплуатация своего автомобиля со временем становится скучной. Вследствие этого автолюбители решают начать тюнинговать свою «ласточку». Кто-то всерьёз увлекается совершенствованием кузова, а кто-то модернизирует сердце транспортного средства - двигатель. Конечно, существует огромнейшее количество способов улучшения последнего, но один из самых изощрённых и интересных - это впрыск воды в двигатель.
Естественно, вы скажите, кто же в здравом уме и трезвой памяти будет лить воду в мотор, ведь случится гидроудар, и он выйдет из строя? Спешим вас расстроить, такой тюнинг эффективен и безопасен. Давайте-ка подробнее рассмотрим принцип впрыска воды в двигатель и даже то, как его сделать своими руками.
Как работает
Сначала познакомимся с интересной историей появления такого явления, как впрыск воды в двигатель. Около 110 лет назад некий учёный-инженер по фамилии Бычнки из Венгрии начал заливать воду в двигатели, примитивные на то время.
Долгое время этот вопрос мусолили, но он так и не развился. Только 3-4 десятилетия спустя английский учёный Хопкинсон серьёзно начал заниматься этой темой. Он произвёл некоторое количество исследований на стандартных для того времени двигателях. Результаты были довольно-таки хорошие, естественно, приоритетным было уменьшение детонации, а не увеличение мощности, но как оно вышло - видите сами.
Однако тем, кто реально развил и запатентовал впрыск воды в двигатель внутреннего сгорания, был Гарри Рикардо. По этому поводу им даже была написана книга, получившая название “High-Speed Internal Combustion Engine”.
В то время, в силу большого количества вооружённых конфликтов (40-е годы XX века), впрыск применялся особо широко в авиаторском деле. Но с появлением реактивных двигателей, данная технология стала неинтересна. Спустя годы, в 80-е автомобилисты вспомнили о впрыске и начали использовать его как тюнинг, помогающий увеличить мощность авто и скорость.
Но вот теперь, познакомившись с теми, кто реально помог рестайлерам, можно поговорить и о природе впрыска воды в двигатель. Стоит отметить, что в ДВС впрыскивается не только вода, а её смесь с метиловым спиртом.
Опытами было установлено оптимальное соотношение, которое составило 50 на 50%. Принцип работы впрыска прост: параллельно с топливно-воздушной смесью в цилиндры отправляется и водный раствор, но что это даёт? Даёт оно следующее:
- Вода, благодаря высокой теплоёмкости, значительно уменьшает температуру в двигателе, тем самым повышая КПД. Почему же так? Вспомнив физику, вы легко это поймёте. Вкратце, при стандартной работе, на придание движению автомобилю уходит 40-45% энергии от сжигания топлива, остальная часть «обогревает» окружающую среду. Впрыск же, уменьшая температуру внутри цилиндров, позволяет повысить эффективность работы мотора до 70%, так как более прохладный газ сжать намного легче и энергия, уходящая на сжатие, существенно снижается.
- Также вода в моторе позволяет загнать туда больше воздуха, что повышает степень сжатия.
- Конечно, воду не льют «сплошняком» в цилиндры. Она попадает туда в распылённом виде и, соединяясь с бензином, помогает топливу заполнить всё пространство, благодаря чему оно равномерно выгорает. Такое явление обеспечивает рост КПД, уменьшает детонацию, и увеличивает до 20% мощность двигателя.
Метиловый спирт в помощники воде был выбран неспроста. Он сгорает куда медленнее, чем бензин, увеличивая рост давления в двигателе. Но, а что после этого происходит, вы знаете.
Важно! Идеальное соотношение воды и воздуха при впрыске воды в двигатель составляет примерно 1/12 (+/- ½), в иных пропорциях топливо будет выгорать не до конца. Вследствие чего глушитель будет «стрелять», а мотор от переизбытка воздуха может детонировать.
Достоинства и недостатки технологии
Насколько распространённым не был бы вид тюнинга, у него есть свои плюсы и минусы. Впрыск воды в двигатель не исключение, поэтому давайте с ними ознакомимся, с целью понять - нужен ли он вообще.
Достоинства:
- увеличение мощности двигателя до 20%;
- уменьшение расхода топлива до 20%;
- повышение КПД механизма и чёткости его работы, вследствие чего увеличивается срок работы мотора (не раз проверено);
- существенное снижение риска детонации ДВС;
- существенная выгода от модернизации системы движка, да, на установку придётся раскошелиться (и то не всегда), но, сколько будет сэкономлено на бензине.
Недостатки:
- важно всё правильно установить, иначе при малейших неточностях в установке системы впрыска воды на маленьких или же полностью открытых заслонках двигатель будет работать нестабильно;
- зависимость от жидкости, необходимой для впрыска, так как обычную воду не зальёшь, а дистиллята нужно около 2 литров на 10 л бензина;
- зимой работа впрыска может быть под угрозой, ибо вода может замёрзнуть, поэтому придётся повозиться с экспериментами пропорций метанола и воды.
Делаем впрыск своими руками
Основными негативными последствиями впрыска воды, сделанного народными «умельцами», является то, что эти горе рестайлеры методом «тыка» выбирают количество подаваемой воды и зачастую ошибаются. Вследствие этого ДВС получает гидроудар.
Важно! Чтобы не причислить себя к числу таких бедолаг, подачу воды (водных смесей) начинайте осуществлять с максимально маленьких количеств. Только экспериментальным путём у вас выйдет выбрать наилучшее количество подачи. Главное, чего вы должны добиться - это устойчивой работы на всех стадиях набора скорости машиной.
Условимся, что вы поняли, как делать впрыск воды не стоит, и что нужно обязательно учитывать. В таком случае можно начинать тюнинг.
В первую очередь, если вам позволяют финансы, лучше приобретите уже сделанную систему впрыска воды в двигатель. Да, она стоит немало (от 40 + тысяч рублей), но её установка проста и, что главное, правильная работа гарантирована.
Но если у вас нет денег, можно заняться и самоделками. Сегодня мы расскажем вам, как сделать впрыск воды в ДВС своими руками тремя способами. Первые два представлены ниже, а третий будет в видео, в самом конце статьи.
Первый способ:
- В качестве ёмкости для воды воспользуйтесь омывательным бочком от любого авто, главное, чтобы он подходил по размерам на то место, куда он будет установлен. Важно на выходе из него установить солевой фильтр, чтобы в двигатель не попадала лишняя «грязь» с водой.
- Чтобы производить непрерывное закачивание жидкости в двигатель приобретите электронасос на 12 вольт.
- Магистраль перемещения воды - тонкая, желательно прозрачная, трубка.
- Также на конец этой трубки подбирается жиклёр экспериментальным путём.
- Последние два (трубка и жиклёр) являются регуляторами подачи воды, с их толщиной и диаметром вы должны экспериментировать.
- Подводится вся эта система к коллекторам соединения инжектора (карбюратора) с цилиндрами, в них делаются отверстия и всё герметизируется. В редких случаях жидкость можно подавать напрямую в двигатель, сделав отверстия в нём.
Второй способ:
- Делается также как и в предыдущем способе омывательный бачок и трубка подачи.
- Трубка подводится к отверстию снизу карбюраторной (первичной) камеры при помощи жиклёра.
- Принцип работы такой системы направлен на разряжение. Также можно использовать и другие устройства «разряжатели», подключая систему напрямую к двигателю.
Важно! Вне зависимости от выбора метода важно добиться чёткого и правильного дозирования жидкости. Впрыск воды в инжекторный двигатель практически не отличается от впрыска в карбюраторный - главное, настроить работу системы.
Также существуют более тяжёлые, для собственноручного конструирования, системы, основной их смысл заключается в добавлении форсунок во впускные коллекторы за инжектором (карбюратором), которые подключены к механизмам-качателям жидкости.
