Что это
Впрыск воды в ДВС — идея, пришедшая в автомобильную отрасль из авиастроения. Еще во времена Второй Мировой войны американские и немецкие инженеры использовали впрыск смеси воды и метанола в двигатели истребителей. Тем самым повышается мощность моторов в режиме форсажа. Развитие этой идеи было похоронено после наступления эпохи турбореактивных двигателей.
В 80-е годы XX столетия технология вернулась, но уже в автоспорте. Впрыск воды начал использоваться для повышения отдачи двигателей гоночных болидов Формулы-1, а позднее в гонках на выносливость Ле-Ман и в раллийной серии. Однако неизменно конструкция запрещалась организаторами чемпионатов. Максимального распространения идея впрыска воды в мотор достигла в мире дрэг-рейсинга, где не было серьезного контроля со стороны организаторов гонок.
С этого момента впрыск воды в цилиндры поршневых ДВС стал одним из элементов автотюнинга. Такое положение не изменило даже появление интеркулеров, которые более эффективны, чем системы впрыска воды в двигатель. Последние до сих пор остаются популярны из-за своей дешевизны, неприхотливости и легкости установки. Однако используют их, как правило, на высокофорсированных двигателях, особенно оснащенных турбиной.
avtoexperts.ru
Рано или поздно в любом автомобильном сообществе обычно возникает тема про впрыск воды в двигатель, мол, кто-то где-то слышал, что это повышает мощность и позволяет снизить расход топлива. Тема многих привлекает, ведь это кажется манной небесной – можно не городить турбины, не ставить азот, а просто впрыснуть в мотор бесплатной воды и он сразу преобразится. Это кажется слишком невероятным, чтобы быть правдой. Но на самом деле в «водном» вопросе все еще интереснее чем кажется на первый взгляд – польза от впрыска воды в мотор есть, а вот смысла его ставить – нет. Запутались? Давайте разбираться.
Впрыск воды в двигатель
То, что добавление воды в двигатель может быть неплохой идеей, задумались еще более 100 лет назад, причем не какие-то гаражные тюнингаторы, а вполне приличные заводские инженеры. Правда, поначалу технологией пользовалось авиационное двигателестроение, но и в автомобильной промышленности за идеей посматривали. В послевоенные годы появился даже серийный автомобиль, в котором впрыск воды был реализован на заводе – Oldsmobile F-85 Jetfire.
Oldsmobile F-85 Jetfire 1962 года
С помощью воды GM боролась с детонацией. Потом долго с этой темой работал Saab, причем сразу не нескольких моделях.
Saab 99 Turbo 1967 года выпуска
Даже в наши дни выпускается BMW M4, в котором на одном из моторов тоже используется эта технология. Да что там говорить, даже в Формуле-1 в начале 80-х, до введения прямого запрета, некоторые команды ставили подобные системы и получали прибавку в мощности. Если столько неглупых инженеров работали над этой темой значит во впрыске воды есть смысл?
BMW M4 Coupe с системой впрыска воды в двигатель
Почему помогает
Да, смысл имеется. Далекому от физики человеку это может быть трудно понять. Как же так – двигатель работает на бензине, почему добавление воды как-то улучшает его характеристики. Но на самом деле все логично – вода позволяет охладить топливо-воздушную смесь, что уже само по себе и неплохо (для сжатия охлажденной смеси нужно затратить меньше энергии, значит больше мощности мотор передаст на колеса), а попадая в цилиндр, она к тому же испаряется и немного повышает степень сжатия, что как раз и дает прибавку в мощности. Кроме того, вода увеличивает скорость горения, что позволяет значительно снизить детонацию. В разные годы инженеры с помощью впрыска воды решали разные задачи. До появления интеркулеров – охлаждение смеси, после их появления – краткосрочное увеличение мощности, в повседневной жизни – снижение октанового числа топлива.
Схема работы двигателя Oldsmobile F-85 Jetfire
Техническая реализация впрыска может быть разной, но в самых примитивных вариантах очень дешевой. Любая емкость, шланг от капельницы, моторчик стеклоомывателя, форсунка для распыления во впускной коллектор, простая электрическая схема. Но это, конечно, ненадежно и рискованно – чуть перестарался с подачей воды и здравствуй, гидроудар. Сегодня уже придуманы системы впрыска с компьютерным управлением по данным с датчиком, это позволяет системе работать стабильно, но и, конечно, повышает стоимость установки. Сейчас многие компании наладили продажи готовых комплектов – однако стоят они 800-1000 долларов.
Комплект впрыска воды в двигатель AQUABAST WI-2.0
Почему не нужно ставить
После прочтения прошлого раздела у многих читателей наверняка появилась мысль, почему же система впрыска воды до сих пор не стоит на всех автомобилях в мире, если она относительно проста в реализации и улучшает работу мотора. И причины для этого, конечно, есть.
Во-первых, наличие воды в смеси ухудшает выхлоп, а экологические стандарты все строже и строже, автопроизводителям совсем не хочется бороться еще и с этой проблемой.
Система впрыска воды в двигатель
Во-вторых, настроить впрыск воды, чтобы он работал стабильно, задача совсем непростая, особенно если речь идет о впрыске во впускной коллектор. Как ни располагай форсунку, наполнение водой разных цилиндров все равно будет отличаться, а это почти гарантирует неустойчивую работу на полной мощности и при небольших оборотах под нагрузкой. Технология распределенного впрыска воды эту проблему чисто теоретически могла бы решить, но тут уже начинает сказываться цена вопроса – сегодня для бюджетных машин даже распределенный впрыск бензина слишком дорог и сложен, что уж говорить про воду.
Установленная система
В-третьих, вода для конечного потребителя оказывается не бесплатной. Воду из-под крана для впрыска в двигатель использовать нельзя. Вернее, конечно, можно, но из-за солей и добавок стенки цилиндров двигателя уже за пару тысяч километров покроются отложениями (вспомним кухонные чайники!), и тогда хлопот с мотором не оберешься. Так что, как минимум, вода нужна дистиллированная. А по-хорошему, нужно в нее добавлять метанол, чтобы и зимой можно было использовать, и двигатель работал ровнее. То есть помимо затрат на бензин у владельца машины появляется необходимость покупать (ну, или изготавливать самому) жидкость для впрыска. А это вряд ли позволит снизить стоимость эксплуатации.
Реальный пример
Экономическую сомнительность использования воды в массовом автопроме можно проследить как раз на примере BMW . Инженеры сообщают, что за счет воды удалось повысить мощность мотора на 14 л.с., при этом расход топлива снизился на 8%. Система потребляет 1,5 литра водно-метанольной смеси на 100 километров. Водяной бак на 7 литров, значит нужно его заправлять каждые 500 километров, примерно так же, как и бензин. Да, без воды автомобиль будет нормально работать, но без прибавки в мощности и экономии. Вот и считаем, выгода по бензину не такая уж и большая, прирост в «лошадях» есть, но тоже не глобальный, а мороки с системой много. Для обычного автомобиля это не окупится.
Под капотом BMW M4 Safety Car с системой впрыска воды
А вот в гонках, где «мы за ценой не постоим», система впрыска воды весьма оправдана, особенно в дреге (хотя там приходится конкурировать с азотом), где ресурс не важен, стоимость эксплуатации тоже, а каждая снятая десятая секунды с результата повышает шансы на победу. Впрочем, те же задачи, что и с помощью воды, можно решить и другими способами, поэтому это тоже опциональный вопрос.
Так что получается парадокс, впрыск воды в мотор реально позволяет улучшить его характеристики, но по совокупности факторов такие системы себя почти никогда не оправдывают, как бы ни хотелось некоторым мечтателям заправляться из водопроводной сети и ездить на полной мощности.
Принцип работы
Принцип работы впрыска в мотор основан на работе отдельной форсунки, через которую во впускной коллектор мотора впрыскивается вода. В итоге топливно-воздушная смесь (ТВС) состоит не только из бензина и воздуха, но и воды. Так как она обладает большей теплоемкостью, то температура в цилиндрах мотора снижается, а температура взвеси — повышается. Такая смесь обладает большей плотностью и весом, что позволяет тратить меньшие ресурсы на сжатие.
В результате повышается КПД и отдача мотора: увеличивается мощность (до 20 %), повышается крутящий момент, уменьшается детонация. Одновременно из-за использования воды снижается концентрация вредных веществ в выхлопе автомобиля.
Есть у системы впрыска воды в топливо и свои недостатки.
- Почти ни одна система впрыска воды в двигатель не позволяет добиться равномерного распределения жидкости. Один или несколько цилиндров получают меньший объем воды, в результате работая на обедненной смеси. В результате могут наблюдаться нестабильность работы движка и снижение скорости разгона при полностью открытой дроссельной заслонке. Решить такую проблему может использование индивидуальной форсунки для каждого цилиндра мотора. Однако такая система получается слишком дорогостоящей.
- Для использования подходит исключительно дистиллированная вода — обычная водопроводная не пригодна. Использование обычной воды приводит к образованию солевых отложений, что снижает эффективность движка и может способствовать его поломке.
- Еще один недостаток системы — трудность использования в российских условиях. Вода элементарно замерзает при отрицательных температурах. Поэтому в отечественных условиях чаще используется вода в сочетании со спиртовыми добавками, однако при низких отрицательных температурах не помогают и они. В этом случае приходится демонтировать систему с автомобиля.
Для чего нужен и как работает впрыск воды в двигатель: плюсы и минусы
Для начала немного истории. Самой идее впрыска воды в мотор больше сотни лет. Наибольшее практическое применение такая система нашла в авиации применительно к поршневым авиамоторам.
В 1940-е годы немецкие и американские пилоты, а также летчики из других стран активно использовали впрыск воды для того, чтобы увеличить мощность своих авиамоторов. Если точнее, в силовые агрегаты впрыскивалась смесь воды и метанола.
При этом сама скорость сгорания смеси замедлятся, то есть двигатель не подвергается риску детонации топлива. Температура в камере сгорания также уменьшается. Таковыми являются основные плюсы системы в случае, если было принято решение установить впрыск воды в дизельный двигатель, бензиновый атмосферный или турбоагрегат и т.д.
В списке минусов также отмечен факт, что в морозы использовать данную систему впрыска достаточно сложно, так как вода попросту замерзает. Использование спиртовых добавок способно решить проблему только при незначительном похолодании. С наступлением сильных морозов всю систему нужно снимать или сливать воду, после чего отключать.
Как сделать своими руками
В продаже имеются готовые установочные комплекты впрыска воды в двигатель. Однако их стоимость может составлять несколько сотен тысяч рублей. Поэтому многие автовладельцы предпочитают собирать и устанавливать самодельные системы.
Для изготовления впрыска воды в двигатель автовладельцу понадобятся:
- электронасос на 12 В;
- форсунка (жиклер) для распыления;
- емкость для хранения воды — подойдет стандартный бачок для омывающей жидкости;
- солевой фильтр, устанавливаемый на бачок;
- магистрали перемещения воды — подойдут обычные медицинские трубки от капельницы, для переливания крови и т. д.
Схема установки системы впрыска воды выглядит следующим образом.
- Бачок устанавливается в моторный отсек в любое свободное место, подходящее по габаритам. На выходе из бачка устанавливается солевой фильтр, который предотвратит загрязнение двигателя солевыми отложениями.
- В салоне автомобиля размещается электронасос на 12 вольт, который обеспечит непрерывную работу системы подачи воды.
- Форсунка устанавливается во впускной коллектор за инжектором. По размеру форсунки подбирается трубка для подачи воды.
- Система подводится ко впускному коллектору. В нем делаются отверстия, которые затем нужно герметизировать.
У заводских комплексов подачи воды за объем поступающей жидкости отвечает электронный блок управления. В самодельных устройствах приходится экспериментировать, чтобы добиться необходимого дозирования. Регуляторами объема поступающей воды выступают трубка и форсунка — именно от их размеров зависят дозы воды, поступающие в цилиндры. Поэтому трубки и форсунки подбираются экспериментальным путем.
В идеале соотношения воды и бензина должно быть 1 к 10 — именно при таком соотношении достигается наибольшая отдача системы. При превышении дозы воды можно схватить гидроудар цилиндров мотора. Поэтому при настройке системы нужно начинать с минимально возможных объемов воды, постепенно повышая дозировку. Как уже говорилось, регулирование объемов достигается увеличением размеров форсунки и магистралей подачи воды.
Существует разница в подходах при монтировании системы на карбюраторные и инжекторные автомобили. Установить систему на автомобиль с карбюраторным впрыском достаточно просто — здесь можно не использовать форсунку. Ее заменяет игла от обычного медицинского шприца, устанавливаемая в трубку, ведущую от электронасоса. Иглой делается прокол в трубке регулятора опережения зажигания, после чего игла закрепляется с помощью герметика.
Однако такая схема не позволяет добиться эффективного впрыска воды — ее дисперсионные качества недостаточно высоки, что снижает эффективность использования всей системы. Поэтому многими специалистами подобный способ отвергается.
Утоли мои печали: как впрыск воды повышает мощность мотора
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.
О быватель 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.
Советы по использованию
Можно дать несколько рекомендаций, соблюдение которых позволит повысить эффективность использования системы впрыска воды в двигатель.
- Повысить отдачу системы поможет использование не просто дистиллированной воды, а ее смеси со спиртом в соотношении 50 на 50. Метанол сгорает медленнее, чем бензин, что более плавно повышает давление в цилиндрах мотора. В результате происходит существенный рост крутящего момента.
- Особого смысла в установке системы на обычные «атмосферники» нет. Впрыск воды в двигатель повышает КПД форсированных двигателей, особенно велика отдача на турбированных моторах. Установка системы впрыска воды на обычный атмосферный движок лишь позволит снизить детонации топливно-воздушной смеси, ждать прилива мощности и крутящего момента в таком случае не приходится.
- При установке системы необходимо добиться наилучшего распыления, так как наибольшей эффективностью обладает мелкодисперсная смесь. Поэтому нужно использовать мощный насос и качественный распылитель.
Изготовить систему подачи воды в двигатель достаточно просто. Гораздо сложнее настроить объемы воды, чтобы они не повредили мотору и в то же время давали необходимый эффект. Если есть сомнения, что удастся точно отрегулировать дозы поступающей в цилиндры воды, то лучше приобрести заводской комплект со встроенным блоком управления.
Впрыск воды в двигатель: как сделать самому
Система впрыска воды в двигатель является одним из доступных способов тюнинга силового агрегата. Данное решение позволяет увеличить мощность, крутящий момент и экономичность ДВС, повысить детонационную стойкость и улучшить ряд других характеристик мотора.
При этом такой тюнинг не предполагает каких-либо серьезных доработок силового агрегата по «железу», то есть впрыск воды в инжекторный двигатель или карбюраторный мотор может быть установлен с минимальным вмешательством в конструкцию.
Система впрыска воды
В таких условиях вода по цилиндрам распределяется неравномерно, что и мешает ему работать штатно;
И отдельное замечание насчет самоделок: вода в топливо должна подаваться четко дозировано. Однако вручную отладить нужную пропорцию тяжеловато. А при переливе вероятность гидроудара довольно высока. Кстати, именно поэтому сразу после войны авиаторы отказались от использования идеи – слишком часто летели движки. Вернулись к ней только с появлением электроники.
Способы сооружения системы впрыска
Народными умельцами отработаны два метода впрыска:
В общем-то, сделать впрыск воды в двигатель своими руками относительно несложно. Главное – рассчитать объем подаваемой воды.
