Vandinjektion i bilmotoren

Motorkraft er det mest almindelige emne i bilistkredse. Næsten hver bilist har tænkt mindst én gang på, hvordan man kan øge ydeevnen til en kraftenhed. Nogle installerer turbiner, andre rømmer cylindre osv. (andre metoder til at øge magten er beskrevet i en anden stаtyven). Mange, der er interesseret i bilindstilling, er opmærksomme på systemer, der forsyner en lille mængde vand eller dets blanding med methanol.

De fleste bilister kender et sådant koncept som en motorhammer (der er også en separat gennemgang). Hvordan kan vand, der fremkalder ødelæggelsen af ​​forbrændingsmotoren, samtidig øge dets ydeevne? Lad os prøve at håndtere dette problem og også overveje fordele og ulemper, som vandmetanolinjektionssystemet har i kraftenheden.

Hvad er et vandindsprøjtningssystem?

Kort sagt er dette system en tank, som vand hældes i, men oftere en blanding af methanol og vand i forholdet 50/50. Den har f.eks. En elektrisk motor fra en forrudevaskemaskine. Systemet er forbundet med elastiske rør (i den mest budgetversion er der taget slanger fra dropper), i slutningen af ​​hvilken en separat dyse er installeret. Afhængigt af versionen af ​​systemet udføres injektionen gennem en eller flere forstøvere. Vand tilføres, når luft suges ind i cylinderen.

Hvis vi tager fabriksversionen, vil enheden have en speciel pumpe, der er elektronisk styret. Systemet vil have en eller flere sensorer, der hjælper med at bestemme øjeblikket og mængden af ​​sprøjtet vand.

På den ene side ser det ud til, at vand og en motor er uforenelige begreber. Forbrændingen af ​​luft-brændstofblandingen finder sted i cylinderen, og som alle ved fra barndommen, slukkes flammen (hvis det ikke er kemikalier, der brænder) med vand. De, der fra deres egen erfaring "blev bekendt med motorens hydrauliske stød", var overbeviste om, at vand er det allerførste stof, der skulle komme ind i motoren.

Imidlertid er tanken om vandindsprøjtning ikke et udtryk for teenagens fantasi. Faktisk er denne idé næsten hundrede år gammel. I 1930'erne, til de militære behov, forbedrede Harry Ricardo Rolls-Royce Merlin-flymotoren og udviklede også syntetisk benzin med et højt oktantal. her) til luftforbrændingsmotorer. Manglen på sådant brændstof er en høj risiko for detonation i motoren. Hvorfor er denne proces farlig? særskilt, men kort sagt skal luft-brændstofblandingen brænde jævnt, og i dette tilfælde eksploderer den bogstaveligt talt. På grund af dette er enhedens dele under overdreven belastning og fejler hurtigt.

For at bekæmpe denne effekt udførte G. Ricardo en række undersøgelser, hvorved han var i stand til at opnå undertrykkelse af detonation på grund af injektion af vand. Baseret på hans udvikling lykkedes det tyske ingeniører næsten at fordoble enhederne i deres fly. Til dette blev sammensætningen MW50 (methanolvasker) anvendt. For eksempel var Focke-Wulf 190D-9 fighter udstyret med den samme motor. Dens maksimale ydelse var 1776 hestekræfter, men med en kort efterbrænder (den ovennævnte blanding blev ført ind i cylindrene) steg denne bjælke til 2240 "heste".

Denne udvikling blev ikke kun brugt i denne flymodel. I arsenal af tysk og amerikansk luftfart var der flere ændringer af kraftenheder.

Hvis vi taler om produktionsbiler, modtog Oldsmobile F85 Jetfire -modellen, der rullede af samlebåndet i 62. år i forrige århundrede, en fabriksinstallation af vandindsprøjtning. En anden produktionsbil med motorboost på denne måde er Saab 99 Turbo, der blev udgivet i 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Får 99 Turbo

Populariteten af ​​dette system tog fart på grund af dets anvendelse i 1980-90. i sportsvogne. Så i 1983 udstyrede Renault sine Formel 1-biler med en 12-liters tank, hvor en elektrisk pumpe, en trykregulator og det nødvendige antal injektorer blev installeret. I 1986 lykkedes det teamets ingeniører at øge kraftenhedens drejningsmoment og ydelse fra 600 til 870 hestekræfter.

I bilproducenternes racerkrig ønskede Ferrari heller ikke at "græsse bagdelen", og besluttede at bruge dette system i nogle af sine sportsvogne. Takket være denne modernisering lykkedes det mærket at få en førende position blandt designere. Det samme koncept blev udviklet af Porsche -mærket.

Lignende opgraderinger blev udført med biler, der deltog i løb fra WRC-serien. I begyndelsen af ​​90'erne ændrede arrangørerne af sådanne konkurrencer (inklusive F-1) dog reglerne og forbød brugen af ​​dette system i racerbiler.

Et andet gennembrud i motorsportsverdenen blev skabt af en lignende udvikling ved drag racing-konkurrencer i 2004. ¼-mils verdensrekorden blev brudt af to forskellige køretøjer, på trods af forsøg på at nå milepælen med forskellige drivlinjeændringer. Disse dieselbiler var udstyret med et vandindtag manifold.

Over tid begyndte biler at modtage intercoolere, der reducerer temperaturen i luftstrømmen, inden den kommer ind i indsugningsmanifolden. Takket være dette var ingeniørerne i stand til at reducere risikoen for at banke, og indsprøjtningssystemet var ikke længere nødvendigt. En kraftig forøgelse af strømmen blev mulig takket være indførelsen af ​​et nitrogenoxidforsyningssystem (optrådte officielt i 2011).

I 2015 begyndte der igen at dukke nyheder op om vandindsprøjtning. For eksempel har den nye MotoGP -sikkerhedsbil udviklet af BMW et klassisk vandsprøjtesæt. Ved den officielle præsentation af bilen i begrænset oplag gjorde repræsentanten for den bayerske bilproducent, at det i fremtiden er planlagt at frigive en serie civile modeller med et lignende system.

Hvad giver vand eller methanolinjektion til motoren?

Så lad os gå fra historie til praksis. Hvorfor har motoren brug for vandinjektion? Når en strengt begrænset mængde væske kommer ind i indsugningsmanifolden (en dråbe på ikke mere end 0.1 mm sprøjtes), bliver den ved kontakt med et varmt medium straks til en gasformig tilstand med et højt iltindhold.

Den afkølede BTC komprimerer meget lettere, hvilket betyder, at krumtapakslen skal bruge lidt mindre kraft til at udføre kompressionstaget. Installationen gør det således muligt at løse flere problemer på én gang.

For det første har varm luft mindre tæthed (for eksperimentets skyld kan du tage en tom plastflaske ud af et varmt hus i kulden - den krymper anstændigt), så mindre ilt kommer ind i cylinderen, hvilket betyder, at benzin eller diesel brændstof brænder værre. For at eliminere denne effekt er mange motorer udstyret med turboladere. Men selv i dette tilfælde falder lufttemperaturen ikke, da klassiske turbiner drives af en varm udstødning, der går gennem udstødningsmanifolden. Sprøjtevand gør det muligt at tilføre mere ilt til cylindrene for at forbedre forbrændingseffektiviteten. Til gengæld vil dette have en positiv effekt på katalysatoren (læs mere om detaljer i en separat gennemgang).

For det andet gør vandindsprøjtning det muligt at øge kraften i kraftenheden uden at ændre dens arbejdsvolumen og uden at ændre dens design. Årsagen er, at fugt i damptilstand optager meget mere volumen (ifølge nogle beregninger stiger volumen med en faktor på 1700). Når vand fordamper i et begrænset rum, oprettes der yderligere tryk. Som du ved, er kompression meget vigtig for drejningsmomentet. Uden indblanding i design af kraftenheden og en kraftig turbine kan denne parameter ikke øges. Og da dampen ekspanderer kraftigt, frigøres mere energi fra forbrændingen af ​​HTS.

For det tredje på grund af sprøjtning af vand overophedes brændstoffet ikke, og detonation dannes ikke i motoren. Dette muliggør brug af billigere benzin med et lavere oktantal.

For det fjerde på grund af ovenstående faktorer kan føreren muligvis ikke trykke på gaspedalen så aktivt for at gøre bilen mere dynamisk. Dette sikres ved at sprøjte væske ind i forbrændingsmotoren. På trods af stigningen i kraft øges brændstofforbruget ikke. I nogle tilfælde, med en identisk køremodus, reduceres motorfrådheden til 20 procent.

I sandhed har denne udvikling også modstandere. De mest almindelige misforståelser om vandinjektion er:

1. Hvad med vandhammeren? Det kan ikke benægtes, at når vand kommer ind i cylindrene, oplever motoren en vandhammer. Da vand har en anstændig tæthed, når stemplet er i et kompressionsslag, kan det ikke nå det øverste dødpunkt (dette afhænger af mængden af ​​vand), men krumtapakslen fortsætter med at rotere. Denne proces kan bøje forbindelsesstængerne, knække nøglerne osv. Faktisk er injektionen af ​​vand så lille, at kompressionstakten ikke påvirkes.
2. Metal ruster over tid ved kontakt med vand. Dette sker ikke med dette system, fordi temperaturen i cylindrene i en kørende motor overstiger 1000 grader. Vand bliver til en dampe tilstand ved 100 grader. Så under driften af ​​systemet er der ikke vand i motoren, men kun overophedet damp. Forresten, når brændstoffet brænder, er der også en lille mængde damp i udstødningsgasserne. Delvis bevis for dette er vandet, der strømmer ud af udstødningsrøret (andre grunde til dets udseende er beskrevet her).
3. Når der vises vand i olien, emulgerer fedtet. Igen er mængden af ​​sprøjtet vand så lille, at det simpelthen ikke kan komme ind i krumtaphuset. Det bliver straks en gas, der fjernes sammen med udstødningen.
4. Den varme damp ødelægger oliefilmen, hvilket får kraftenheden til at fange kilen. Faktisk opløser damp eller vand ikke olien. Det mest virkelige opløsningsmiddel er bare benzin, men samtidig forbliver oliefilmen i hundreder af tusinder af kilometer.

Lad os se, hvordan enheden til sprøjtning af vand i motoren fungerer.

Sådan fungerer vandindsprøjtningssystemet

I moderne kraftenheder udstyret med dette system kan forskellige typer sæt installeres. I et tilfælde anvendes en enkelt dyse, der er placeret på indsugningsmanifoldens indløb før bifurkationen. En anden ændring bruger flere injektorer af typen distribueret injektion.

Den nemmeste måde at montere et sådant system på er at installere en separat vandtank, hvor den elektriske pumpe skal placeres. Et rør er forbundet til det, gennem hvilket der tilføres væske til sprøjten. Når motoren når den ønskede temperatur (forbrændingsmotorens driftstemperatur er beskrevet i en anden artikel) begynder føreren at sprøjte for at skabe en våd tåge i indsugningsmanifolden.

Den enkleste installation kan endda installeres på en karburatormotor. Men samtidig kan man ikke undvære en vis modernisering af indtagelseskanalen. I dette tilfælde styres systemet fra kabinen af ​​føreren.

I mere avancerede versioner, som kan findes i butikker med automatisk indstilling, tilvejebringes spraytilstandsjusteringen enten af ​​en separat mikroprocessor, eller dens arbejde er forbundet med signaler, der kommer fra ECU'en. I dette tilfælde skal du bruge en bilelektrikers tjenester til at installere systemet.

Enheden i moderne sprøjtesystemer indeholder følgende elementer:

• Elektrisk pumpe, der giver tryk op til 10 bar;
• En eller flere dyser til sprøjtning af vand (antallet af dem afhænger af indretningen i hele systemet og fordelingsprincippet for den våde strømning over cylindrene);
• Controlleren er en mikroprocessor, der styrer timingen og mængden af ​​vandinjektion. En pumpe er forbundet til den. Takket være dette element sikres en konstant dosering med høj præcision. Algoritmer, der er indlejret i nogle mikroprocessorer, giver systemet mulighed for automatisk at tilpasse sig til forskellige driftsformer for strømforsyningen;
• En tank til væsken, der skal sprøjtes ind i manifolden;
• Niveausensor placeret i denne tank;
• Slanger med korrekt længde og passende fittings.

Systemet fungerer efter dette princip. Injektionsregulatoren modtager signaler fra luftstrømssensoren (læs flere oplysninger om dens drift og funktionsfejl her). I overensstemmelse med disse data beregner mikroprocessoren ved hjælp af passende algoritmer tiden og mængden af ​​sprøjtet væske. Afhængig af systemets modifikation kan dysen simpelthen fremstilles i form af en muffe med en meget tynd forstøver.

De fleste moderne systemer giver simpelthen et signal om at tænde / slukke for pumpen. I dyrere sæt er der en speciel ventil, der ændrer doseringen, men i de fleste tilfælde fungerer den ikke korrekt. Dybest set udløses controlleren, når motoren når 3000 omdr./min. og mere. Inden du installerer en sådan installation på din bil, skal du tage i betragtning, at de fleste producenter advarer om forkert betjening af systemet på nogle biler. Ingen vil give en detaljeret liste, da alt afhænger af de enkelte parametre for enheden.

Selvom vandindsprøjtningens hovedfunktion er at øge motoreffekten, bruges den hovedsageligt kun som en intercooler til at afkøle luftstrømmen fra en rødglødende turbine.

Ud over at øge motoreffekten er mange sikre på, at indsprøjtningen også renser cylinderens og udstødningens arbejdshulrum. Nogle mener, at tilstedeværelsen af ​​damp i udstødningen skaber en kemisk reaktion, der neutraliserer nogle af de giftige stoffer, men i dette tilfælde har bilen ikke brug for et element såsom en bilkatalysator eller et komplekst AdBlue-system, som du kan læse om . her.

Pumpning af vand har kun en effekt ved høje motorhastigheder (det skal være godt opvarmet, og luftstrømmen skal være hurtig, så der straks kommer fugt ind i cylindrene) og i højere grad i turboladede enheder. Denne proces skaber yderligere drejningsmoment og en lille forøgelse af effekten.

Hvis motoren er naturligt opsuget, bliver den ikke betydeligt mere kraftfuld, men den lider bestemt ikke af detonation. For en turboladet forbrændingsmotor vil en vandindsprøjtning installeret foran kompressoren øge effektiviteten ved at reducere temperaturen i den indkommende luft. Og for endnu større effekt bruger et sådant system den tidligere nævnte blanding af vand og methanol i en andel på 50x50.

Fordele og ulemper

Så vandindsprøjtningssystemet tillader:

• Indgangsluft temperatur;
• Sørg for yderligere afkøling af forbrændingskammerets elementer;
• Hvis der anvendes benzin af lav kvalitet (lavoktan), øger vandsprøjtning motorens detonationsmodstand;
• Brug af den samme køremåde reducerer brændstofforbruget. Dette betyder, at bilen med den samme dynamik udsender mindre forurenende stoffer (selvfølgelig er dette ikke så effektivt, at bilen kan klare sig uden en katalysator og andre systemer til neutralisering af giftige gasser);
• Ikke kun for at øge effekten, men får også motoren til at dreje med et moment øget med 25-30 procent;
• Til en vis grad rengør elementerne i motorens indsugnings- og udstødningssystem;
• Forbedre gasrespons og pedalrespons;
• Bring turbinen til driftstryk ved lavere motorhastighed.

På trods af så mange nyttige funktioner er vandinjektion uønsket for konventionelle køretøjer, og der er flere gode grunde til, at bilproducenter ikke implementerer det i produktionskøretøjer. De fleste af dem skyldes, at systemet har en sportslig oprindelse. I motorsportsverdenen overses brændstoføkonomien stort set. Nogle gange når brændstofforbruget 20 liter pr. Hundrede. Dette skyldes, at motoren ofte bringes til maksimale omdrejninger, og føreren næsten konstant trykker på gassen, indtil den stopper. Kun i denne tilstand er effekten af ​​injektionen synlig.

Så her er de største ulemper ved systemet:

• Da installationen primært var beregnet til at forbedre sportsbilernes ydeevne, er denne udvikling kun effektiv ved maksimal effekt. Så snart motoren når dette niveau, løser controlleren dette øjeblik og injicerer vand. Af denne grund skal køretøjet betjenes i sportstilstand, før installationen fungerer effektivt. Ved lave omdrejninger kan motoren være mere "brodende".
• Vandinjektion udføres med en vis forsinkelse. Først går motoren i strømtilstand, den tilsvarende algoritme aktiveres i mikroprocessoren, og der sendes et signal til pumpen for at tænde. Den elektriske pumpe begynder at pumpe væske ind i ledningen, og først derefter begynder dysen at sprøjte den. Afhængigt af systemets modifikation kan alt dette tage cirka en millisekund. Hvis bilen kører i stille tilstand, har sprøjtningen slet ingen effekt.
• I versioner med en dyse er det umuligt at kontrollere, hvor meget fugt der kommer i en bestemt cylinder. Af denne grund, på trods af god teori, viser praksis ofte ustabil motordrift, selv med helt åben gas. Dette skyldes de forskellige temperaturforhold i de enkelte "potter".
• Om vinteren skal systemet ikke kun tankes med vand, men også med methanol. Kun i dette tilfælde, selv i koldt vejr, tilføres væsken frit til opsamleren.
• Af hensyn til motorens sikkerhed skal det indsprøjtede vand destilleres, og dette er et ekstra affald. Hvis du bruger almindeligt vand fra hanen, akkumuleres meget kalkaflejringer meget snart på kontaktfladernes vægge (som f.eks. Kalk i en kedel). Tilstedeværelsen af ​​fremmede faste partikler i motoren er fyldt med en tidlig nedbrydning af enheden. Af denne grund bør destillatet anvendes. Sammenlignet med den ubetydelige brændstoføkonomi (en almindelig bil er ikke designet til konstant drift i sportstilstand, og lovgivningen forbyder dette på offentlige veje), selve installationen, vedligeholdelse og brug af destillat (og om vinteren - en blanding af vand og methanol) er økonomisk uberettiget ...

I virkeligheden kan nogle af manglerne løses. For eksempel for at kraftenheden skal fungere stabilt ved høje omdrejninger pr. Minut eller ved maksimal belastning ved lave omdrejninger pr. Minut, kan der distribueres et distribueret vandindsprøjtningssystem. I dette tilfælde installeres injektorerne, en til hver indsugningsmanifold, som i et identisk brændstofsystem.

Prisen på en sådan installation stiger dog betydeligt og ikke kun på grund af yderligere elementer. Faktum er, at indsprøjtning af fugt kun giver mening i tilfælde af en bevægelig luftstrøm. Når indsugningsventilen (eller flere i tilfælde af nogle modifikationer af motoren) er lukket, og dette sker i tre cyklusser, er luften i røret ubevægelig.

For at forhindre, at vand strømmer forgæves ind i opsamleren (systemet sørger ikke for fjernelse af overskydende fugt, der akkumuleres på opsamlerens vægge), skal styreenheden bestemme på hvilket tidspunkt, og hvilken bestemt dyse, der skal komme i drift. Denne komplekse opsætning kræver dyr hardware. Sammenlignet med den ubetydelige forøgelse af effekten til en standardbil er en sådan udgift uberettiget.

Det er selvfølgelig alles forretning at installere et sådant system på din bil eller ej. Vi har overvejet både fordele og ulemper ved et sådant design. Derudover foreslår vi at se en detaljeret videoforelæsning om, hvordan vandinjektion fungerer:

Forbrændingsmotorteori: vandinjektion i indtagskanalen

Spørgsmål og svar:

Hvad er methanolinjektion? Dette er indsprøjtning af en lille mængde vand eller methanol i en kørende motor. Dette øger detonationsmodstanden for dårligt brændstof, reducerer emissionen af ​​skadelige stoffer, øger forbrændingsmotorens drejningsmoment og kraft.

Hvad er methanolvandinjektion til? Methanolindsprøjtning afkøler luften, som trækkes ind af motoren, og reducerer sandsynligheden for, at motoren banker. Dette øger motorens effektivitet på grund af vandets høje varmekapacitet.

Hvordan virker Vodomethanol-systemet? Det afhænger af ændringen af ​​systemet. Den mest effektive er synkroniseret med brændstofinjektorerne. Afhængigt af deres belastning injiceres vand methanol.

Hvad bruges Vodomethanol til? Dette stof blev brugt i Sovjetunionen i flymotorer før fremkomsten af ​​jetmotorer. Vand methanol reducerede detonationen i forbrændingsmotoren og gjorde forbrændingen af ​​HTS glat.