Впрыск воды в цилиндры двигателя. Впрыск воды в двигатель: как сделать самому

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.

О выпрыске воды

о впрыске воды:

Немного о впрыске воды

Прежде чем начать разговор о впрыске воды немного отступлю от главной темы. Современный мир, новые технологии, средства связи, получения информации и т.д. внесли свой вклад. С развитием интернета люди стали меньше читать книги, для получения информации уже не так часто ходят в библиотеку или в книжный магазин. С развитием скорости интернета, стало популярным искать ответы, даже не читая, а просматривая короткие видеоролики. С одной стороны это очень удобно, можно очень быстро найти ответы на многие вопросы, но мне кажется эти ответы очень и очень поверхностные. Получается такая ситуация, на поверхности много неотфильтрованной информации – ситуация как на книжном рынке (если кто помнит, что это такое). Ходишь по рынку видишь обложки книг, если что заинтересует, можешь взять и посмотреть содержание книги, а вот если хочешь почитать, то книгу необходимо купить. Все это блуждание по просторам интернета мне напоминает прогулку по книжному рынку, но без покупки книг для детального изучения.

Немного о впрыске воды – Часть 2

Сначала рассмотрим принципиальную (самую простую) систему впрыска воды, которую можно без особого труда сделать самому. Потом начнем ее усложнять, добавляя системы зашиты. И конечно рассмотрим различные прогрессивные виды подачи воды (смеси вода/метанол). Сначала изучим теорию, потом конечно практические тесты различных систем. И в конце обязательно проведем тестовые испытания различных двигателей (атмо, турбо и дизель) на дино стенде на предмет увеличения мощности и экономичности при использовании системы впрыска воды.

Много комментариев было по поводу улучшения таких показателей, как расход топлива. Для этого у нас есть специальное оборудование Fuel Consumption Meter for cars, установив его в топливную систему мы в режиме онлайн на дино стенде получим такие показатели как BSFC (Brake specific fuel consumption). По-русски это называется удельный расход топлива, равен отношению расхода топлива (на единицу расстояния или времени) к мощности или к тяге. Используется для характеристики топливной эффективности двигателей.

Немного о впрыске воды – Часть 3. Реальные замеры.

Steve Morris из New Era Performance имеет на своем универсале или вагоне - мощность далеко за 1700 сил. Мотор big block Chevy с компрессором ProCharged, карбюратор, БЕЗ ИНТЕРКУЛЕРА - ИЗБЫТОЧНОЕ ДАВЛЕНИЕ (BOOST) НА 7000 об/мин 20 PSI (1.38 bar). Более того, в качестве топлива он использует обычный бензин с заправки 93 (RON – 98)

Немного о впрыске воды Часть 4 – Дизель, на примере BMW 330D. Очень полезно для внедорожников.

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 .

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.

«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

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.