что дает впрыск метанола
Впрыск водо метанола
Впрыск водо метанола
Чаще всего система устанавливается на бензиновый турбодвигатель. При повышении количества воздуха, который попадает в мотор, повышается и его мощность. А чем холоднее этот воздух, тем будет выше его плотность, а также выше количество кислорода. Также можно вычислить снижение температуры при испарении жидкости.
Для примера можно взять компрессорный мотор самолета. Двигатель такого самолета работает на изооктане. Для сгорания изооктана требуется 25 атомов кислорода на 94 азота. Опустив сложные расчеты, получается, что при испарении топлива температура понижается на 20 градусов.
Рассчитываемые типы двигателей самолетов применяют систему впрыска топлива, используемую для охлаждения горючей смеси, которая впрыскивает 25% воды от массы топлива. Понижение температуры составляет уже 40 градусов. Что является очень хорошим показателем.
Также можно рассчитать и прирост мощности. Напомним, что при снижении температуры, плотность воздушного заряда возрастает. Кроме того, увеличивается и количество молекул кислорода, что способствует увеличению мощности мотора. 
Стоит отметить, что представленные результаты расчетов системы впрыска воды являются абсолютно реальными. Системы впрыска воды начали использовать достаточно давно. Впервые серийным выпуском автомобилей с системой впрыска воды занялась компания SAAB, которая стала известной благодаря производству самолетов. Система впрыска воды разрабатывалась для повышения экономичности двигателя на высоких скоростях. Ее использование позволило снизить расход топлива на 30%.
Этот пример позволяет понять, насколько повышается мощность мотора при охлаждении топлива с воздухом, если применять эту систему на двигателях, оснащенных распределенным впрыском топлива. Однако сейчас на автомобилях устанавливаются моторы с прямым впрыском. То есть топливо поступает напрямую в камеру сгорания, когда воздух уже сжат. В таких двигателях отсутствует фаза охлаждения воздушного заряда во впускном тракте. Следовательно, применение системы впрыска воды на таких моторах будет более продуктивным.
Система впрыска воды вызывает серьезный интерес у специалистов и автолюбителей. Далее мы рассмотрим несложную схему впрыска воды. Данную схему можно сделать сложнее, дополняя ее защитными механизмами. Помимо этого, рассмотрим инновационные виды впрыска воды. Этот вопрос начнется с изучения теоретических сведений, после чего можно перейти и к практическим тестированиям разных систем.
Автолюбителей в первую очередь интересует вопрос снижения расхода топлива. В нашей стране показатель отношения расхода топлива к мощности автомобиля называется удельным расходом топлива. Именно этот показатель является основным показателем топливной эффективности мотора.
Напомним, что эффективность впрыска жидкости объясняется поглощением тепла при ее переходе в газообразное состояние. Для повышения эффективности использования системы следует добиться оптимального распыления. Эффективность поглощения тепла зависит от размера капель воды, ведь чем они меньше, тем быстрее перейдут в газообразное состояние.
Чтобы добиться оптимального качества распыления воды, следует создать максимально высокое и в то же время безопасное давление в системе. Для этих целей применяются водяные наносы, которые позволяют поддержать давление 8-13,8 бар. Самыми популярными являются водяные наносы компании Aquatec.
Такие наносы оснащены перепускным клапаном, которые можно отрегулировать и настроить в зависимости от требуемого давления. Чаще всего наносы настраиваются на максимальное давление, которые позволяет выполнять самое эффективное распыление. Однако существуют исключения, например, компания Aquamist устанавливает его только 160 PSI.
Еще одной важной деталью системы является форсунка, которая регулирует распыление жидкости. Рекомендуется выбирать форсунки в зависимости от типа и объема двигателя. При покупке сопел отделки необходимо установить их таким образом, чтобы система была надежна и не протекала. Для этого можно дополнительно снабдить систему водяным соленоидом. Его можно приобрести через интернет, либо в специальном магазине. Дополнительно следует выбрать обратный клапан, который будет надежно выполнять защитную функцию и подойдет к данной системе.
Довольно часто возникает необходимость дополнительного изготовления переходника. Если у вас нет возможности, желания и времени покупать все отдельные элементы системы впрыска воды, можно приобрести их комплектом. Многие производители продают в комплекте сопла, обратный клапан, держатель и фильтр. Тогда все элементы оптимально подойдут.
Самая простая схема впрыска воды выглядит следующим образом. В нее входит реле, выключатель, который подключается к реле давления. Для включения системы впрыска достаточно запустить двигатель и включить ее. После достижения необходимого уровня давления откроется соленоид, и система запустится.
Например, если вы хотите, чтобы впрыск воды начинался, когда давление достигнет показателя в 1 бар, то необходимо соответственно настроить систему. После его достижения реле давления замыкает цель, и система начинает работать.
Дополнительно можно установить лампочку на панели, которая загорится при малом количестве воды в баке.
Сказать, что подобный вид тюнинга экзотичный — ничего не сказать. Однако, он не стоит в одном ряду с тюнингом, который появился в последнее десятилетие, его истоки идут аж с 30-х годов прошлого столетия. Именно тогда был выдан первый патент на производство водометанольного двигателя. А теперь гордитесь, выдан патент был в СССР.
Особенность двигателя в том, что в камеру сгорания подается вода. И в этот момент среднестатистического водителя должно разорвать от возмущения и негодования. Как же так, вода в двигатель, это же гидроудар и поршневая, блок цилиндров с головкой под замену? А вот и нет. Что бы в этом разобраться необходимо изучить данный вариант ДВС, где он применялся и какие положительные стороны использования он имел.
История создания ДВС на водометаноле
Принципы работы ДВС на водометаноле
Самое интересное в том, что в момент впрыска вода принимает мелкодисперсную структуру (капельки). Эти частицы, бензин мгновенно обволакивает, подобно бензиновому пятну в луже, что делает смесь более гомогенизированной (однородной) и нейтрализующей взрывную среду. Такая субстанция равномерно заполняет камеру сгорания, что увеличивает КПД в каждом отдельном цикле.
Беда подобных конструкций не дороговизне, дефиците или отсутствия специального топлива, а в настройках системы. Ибо, максимально эффективно будет работать тот двигатель, который лучше всего настроен. А в нынешнее время специалистов по настройке водометанольного ДВС в нашей стране меньше чем пальцев на одной руке. Мастера для правильной настройки используют обеднение смеси, раннее зажигание или увеличение давления. В немецких самолетах времен второй мировой использовалась автоматическая система забеднения топливной смеси. В современное время шведский Сааб стал ставить водометанол на свои турбированные двигатели. Для того, чтобы можно было обеднять смесь, и тем самым минимизировать выбросы продуктов горения в окружающую среду.
Второй компонент — метанол, а по сути дела спирт. Скорость горения, которого меньше чем у бензина, что позволяет нарастать давлению в камере сгорания медленнее и равномернее. Отсюда выше момент, а значит и мощность, ибо она зависит от момента и числа оборотов.
И самое главное, при правильной настройке ДВС ни чего не угрожает, ни гидроудар не прочие «бяки». При этом еще и увеличится ресурс двигателя. Машины уже не будет, а мотор будет живой, благодаря отсутствию отложений углеродных соединений. И к слову, гидроудар мотор получает, только если его полностью залить водой, а небольшие дозы ему не повредят.
Особенности системы и ее цена
Цена системы варьируется от 200 до 3000$. Но опять же повторюсь, не в цене загвоздка, а в настройке. Одна английская компания поставляла такие системы на раллийные автомобили. Смешно сказать, что машины класса WRS ездили на воде. На так было недолго, так как по каким-то причинам федерация запретила их использовать и они остались только на некоторых классах гоночных авто.
Как установить систему?
По сути сам принцип мало отличим от закиси азота. Разница в использовании и наращиванию мощности в определенный промежуток времени. Использование закиси носит мгновенный характер, а водометанола постоянный. Однако, закисью вы сейчас ни кого не удивите, а вот водой в цилиндрах, пожалуй, многих.
Зачем моторам спортивных машин нужна водка
Над двигателями внутреннего сгорания проводилось немало экспериментов по улучшению их производительности. Одной из таких успешных идей является система впрыска водометанола. Как же она устроена?
Что такое система впрыска водометанола
Система впрыска водометанола – это процесс, благодаря которому можно удвоить мощность двигателя, посредством подачи воды и метанола в блок цилиндров.
Многие скажут: «Зачем мне добавлять воду в двигатель, если там находится огонь?». Ведь огонь и вода несовместимы и приведут только к поломке двигателя, то есть к гидроудару, ржавчине, превращения масла в эмульсию и т.д. Но на самом деле, это ошибочное утверждение.
Итак, дадим объяснение этому большому «зачем?». Как мы знаем, вода имеет высокое значение теплоёмкости, и когда смесь распыляется мелкими каплями размером менее 0,1 мм. двигатель начинает работать интенсивнее. При впрыске водометанола во впускной коллектор происходит охлаждение и его и воздуха, который становится плотнее. Всё это ведёт к тому, что в силовой агрегат попадает больше кислорода и соответственно повышается мощность.
После этого водометанол попадает в камеру сгорания и испаряется, при этом увеличиваясь в объёме, что создаёт высокое давление для поршней, которые начинают крутиться быстрее, повышая крутящий момент.
Вода увеличивает октановое число топлива и снижает детонацию. Кстати говоря, смесь воды и метанола впрыскивается в соотношении 50/50.
В турбированных спортивных двигателях водометанол может и улучшать работу наддува, поскольку смесь снизит температуру выхлопных газов, а как мы знаем, турбины подсоединены именно к выхлопным трубам. Не очень горячий воздух продлит ресурс турбин и увеличит давление наддува.
Какие преимущества даёт система впрыска водометанольной смеси
Исходя из выше перечисленных свойств водометанола, можно составить ряд преимуществ этой системы:
Два небольших минуса технологии – это: высокая стоимость и необходимость часто заливать новую смесь в бачок.
Чем заменяют водометанольную смесь
Водометанол иногда заменяют этанолом или водкой. Октановое число у этанола и метанола примерно одинаковы (около 108-109), но этанол хуже охлаждает воздух в двигателе. Этанол агрессивно относится к топливной системе, и со временем может повредить некоторые части. Но, всё равно, на нём снимают гораздо больше мощности на спортивных машинах.
Примером того, кто применяет водку в топливной системе, является дрифт легенда RDS соревнований в России – Гоча Чивчян. Если вы о нём не слышали, рекомендуем узнать подробнее его биографию в автоспорте.
В одном из интервью в Японии он рассказал, что заливает водку в водометанольную систему на своём Nissan Silvia, мощностью 600л.с. Объясняя это тем, что в России бензин плохой, и ему приходится это делать, чтобы температура выхлопа была нормальной.
Таким образом, водометанольная система является одной из актуальных для спортивных автомобилей. Установить её легко, гораздо сложнее правильно настроить и это требует мастерства. А если вы смелый, можете использовать те же принципы, что и Гоча.
Система впрыска воды в двигатель внутреннего сгорания
Идея впрыска воды в ДВС была изобретена H. Ricardo в 1930 году, который продемонстрировал, как можно удвоить мощность двигателя, используя подачу воды и метанола в двигатель. Первое широкое применение впрыска водометаноловой смеси в двигатели внутреннего сгорания произошло во время второй мировой войны.
В 1942 году германские ВВС увеличили мощность истребителя Focke-Wulf 190D-9 с 1776 до 2240 л.с. ( +26% ), используя впрыск метанола и воды в соотношении 50-50%.
Во время Второй мировой войны в радиальных авиационных двигателях американских и немецких самолетов для кратковременного форсажа системой впрыска воды оснащались авиамоторы Daimler Benz серии 605 и BMW 801D для Messerschmitt Bf 109, Junkers Jumo 213 A1 для FockeWulf 190D, Pratt & Whitney J57 для американского B-29 Stratofortress и многие другие. Вода добавлялась в уже готовую смесь, охлаждая ее, и попадала вместе с ней в камеру сгорания. От контакта с раскаленной поверхностью поршня и стенок цилиндра вода мгновенно превращалась в пар, который помогал рабочим газам толкать поршень. Предварительное охлаждение топливовоздушной смеси позволяло увеличить ее объем на впрыске и повышало эффективность сгорания топлива. Впоследствии воду заменили специальной смесью MW-50, состоящей из равных частей воды и метанола, тем самым увеличив мощность двигателей на 25–30%. Авто производители, в частности Chrysler, также применяли этот метод для увеличения мощности и снижения детонации на моделях с моторами большого объема. Saab, компания с авиационными корнями, устанавливала систему впрыска воды на скоростном Saab 99 Turbo S вплоть до начала 1980-х годов. С появлением интеркулеров, охлаждающих воздух перед впрыском в цилиндры, применение воды в автомобильных моторах потеряло актуальность.
Так же системы впрыска воды использовали в 80-90 годы в Formula 1 и WRC, где в последствии были запрещены регламентом.
Renault внедрил впрыск воды в 1977г. В 1983 для болидов Formula 1 Renault устанавливает баки на 12 литров воды, электрический насос и регулятор давления, в результате мощность двигателя около
600 л.с., а в 1986, мощность была повышена до 870 л.с. В 1983 г. Феррари также внедрили впрыск воды, чтобы быть первыми. Они завоевали первенство конструкторов. Феррари использовали смесь спирта с водой. Позже, Porsche тоже применил впрыск воды в формуле 1 для увеличения мощности.
Интересно, что в конце 2004 рекорд на четверть мили для дизелей, который долго никто не мог побить, был превзойден дважды (сейчас это 7,98 сек) двумя разными авто, и оба использовали систему впрыска водно-метаноловой смеси. Porsche 911 с 9ff-тюнингом установила новый мировой рекорд скорости для авто, сертифицированных для дорог общего пользования – 388 км/ч, используя систему впрыска водно-метаноловой смеси. Jan Fatthauer установил рекорд на быстрейшем в мире Porsche 911, используя систему впрыска водно-метаноловой смеси.
Последнее упоминание о системе впрыска воды на мировом уровне сделала BMW в 2005, они планировали использовать систему впрыска в весьма извращенном виде, впрыскивая воду в выхлопные газы, которые должны вращать небольшую турбину энергией пара.
Но в 2015 году BMW представила автомобиль safety car для MotoGP 2015 с системой впрыска воды в классическом виде, где форсунки впрыскивают воду во впускной коллектор под высоким давлением, для охлаждения горячего впускного воздуха от двух турбин. Так же BMW заявили о возможном использовании данной системы в гражданских автомобилях. Впоследствии они выпустили ограниченную версию BMW M4 GTS в количестве 400шт., которая была оснащена системой впрыска воды Bosch.
Порой всплывают факты добавления воды в советских грузовиках для снижения расхода топлива посредством медицинской капельницы. Так же есть отчеты об исследованиях в этой области американцами, русскими, немцами, турками. Есть данные о том, что впрыск воды нейтрализует 60-80% вредных выбросов в атмосферу и отчеты о снижении расхода топлива на 25-30% для бензиновых и дизельных двигателей и замеры возросшей на 15-20% мощности двигателей с такими системами.
Можно посмотреть на данный вопрос по-другому, многие лекарства сделаны с добавлением крайне токсичных и смертельно опасных для здоровья людей компонентов, вопрос только в концентрации этих веществ в лекарстве, которое помогает выжить и яде, который убивает. Так вот если смертельную для двигателя внутреннего сгорания концентрацию воды сильно уменьшить, то она начинает работать, как лекарство и помогает двигателю работать.
При впрыске воды в строго дозированном обьеме, при условии, что вода распыляется каплями размером менее 0.1мм, двигатель начинает работать иначе. Вода обладает огромной теплоемкостью, при впрыске воды во впускной коллектор она охлаждает его и впускной воздух, который становится плотнее, а значит в двигатель попадет больше кислорода и больше топлива сгорит полностью, а это прямой путь к повышению мощности. По данным исследований увеличение мощности составляет 10-15% для бензиновых ДВС и 20-30% для дизельных.
Пар прекрасно очищает впускной коллектор, клапаны, камеру сгорания, поршни, турбину, выхлоп от нагара, получается, что с впрыском воды Вы постоянно моете двигатель изнутри.
Впрыск воды экстремально увеличивает детонационную стойкость топлива, это значит, что можно использовать более дешевое топливо без вреда для двигателя. Октановое число бензина АИ-92, АИ-95, АИ-98 отражает как раз уровень детонационной стойкости и более ничем бензины не отличаются. Получается, что с впрыском воды можно заправлять вместо 98го бензина 92й, а двигатель даже не заметит подмены, при этом финансовая выгода на лицо.
При применении впрыска воды можно увеличивать давление наддува турбированных двигателей и получать больше мощности, при этом не боясь сломать двигатель, т.к. вода эффективно снижает температуру выхлопных газов, а это положительно влияет на ресурс турбины и выхлопного тракта.
Впрыск воды позволяет экономить топливо, исходя из всех вышеописанных фактов, получается что водителю придется меньше давить на педаль газа, чтобы ускоряться так же быстро, а значит расход топлива будет неуклонно снижаться. По данным исследований расход топлива снижается от 10 до 20%, в зависимости от типа и мощности ДВС.
Снижение вредных выбросов, впрыск воды в двигателе внутреннего сгорания прекрасно борется с вредными выбросами, а значит это экологичная технология.
плюсы от применения впрыска воды:
— снижение температуры впускного воздуха
— снижение температуры в камере сгорания
— резкое повышение детонационной стойкости топлива (в том числе некачественного и низкооктанового)
— снижение вредных выбросов на 60-80%
— повышение мощности на 15-20% и крутящего момента на 25-30%
— снижение расхода топлива
— очистку впуска, камеры сгорания, клапанов, поршней, турбины и свечей зажигания
минусы от применения впрыска воды:
— стоимость системы ( окупается за один год эксплуатации автомобиля )
— необходимость периодически заправлять дополнительный бачок дистиллированной водой, метанолом или водометанолом
Как я уже писал выше в умах людей, которые слышат в одном предложении слова ДВС и вода сразу возникает множество фантазий. Первая и основная, что при впрыске воды возможен гидроудар, это просто невозможно, т.к. в двигатель впрыскивается до 25% воды от объема топлива, который составляет 1/13 от объема поступающего воздуха. Во-вторых вода подается в двигатель во взевешенном состоянии, т.е. капельки воды настолько маленькие и легкие, что держатся в воздухе.
Думаю все видели на мойке как возникает водяной туман вокруг машины, когда ее моют системой высокого давления. Такие же капельки и попадают в двигатель и никак не могут ему навредить.
Второй миф — при впрыске воды в ДВС, детали двигателя могут заржаветь. Снова стоит оценить количество впрыскиваемой воды и тот факт, что вода испаряется при 100С, а в камере сгорания температура в несколько десятков раз больше, поэтому ржавчина не может образоваться в принципе.
Простейшие системы впрыска воды времен второй мировой были механическими и дозировать воду должен был пилот самолета. Применявшиеся системы подачи воды в карбюратор на грузовиках «Дороги жизни», для увеличения пробега на том же запасе топлива, состояли из медицинской капельницы и иглы от шприца. Проще говоря, системы были несовершенны и при всех своих плюсах создавали сложности и проблемы в эксплуатации. Во времена формулы 1 и WRC системы уже управлялись компьютерами и могли дозировать воду точно, но применялись с целью повышения мощности и охлаждения камеры сгорания. Современные системы впрыска воды, которые можно купить, так же управляются компьютерами и оборудованы многоуровневыми системами защиты.
Задача любой системы впрыска воды — распылить определенное, небольшое, количество воды и подать ее в двигатель. При этом обьем впрыскиваемой воды должен быть высокоточно дозирован и должен зависеть от нагрузки на двигатель, т.е. постоянно изменяется. В этом и скрыта основная проблема всех систем — задача точно дозировать обьем впрыскиваемой воды в двигатель в нужный момент.
Любая современная система впрыска воды состоит из:
— насоса высокого давления 5-10 бар
— форсунки или нескольких впрыска воды
— контроллера впрыска (электронный блок управляющий насосом и выполняющий защитные функции)
— бачка для воды или водно спиртовой смеси
— датчика уровня жидкости в бачке
— шлангов и креплений
В очень дорогих системах применяется клапан, который позволяет изменять количество впрыскиваемой воды, но работает не очень эффективно.
Большинство выпускаемых сейчас систем могут начинать работу с 3000 об/мин и то с оговоркой производителей, что могут быть проблемы, т.к. система не конролирует количество подаваемой воды, а только дает команду включить/выключить насос. Ограничение количества впрыскиваемой воды происходит посредством размера форсунки, т.е. ее производительности.
Но как показывает действительность, большинство систем использует только часть плюсов от впрыска воды, даже BMW использует впрыск воды по-спортивному, как интеркулер, чтобы остудить горячий впускной воздух от двух турбин.
Рукастые парни, начитавшись интернета делают самодельные системы впрыска воды из капельниц и шприцов, из насосов и форсунок омывателя и прочих подручных средств и эти системы работают. Они повышают мощность, улучшают отклик двигателя, позволяют экономить топливо. Но минусов у таких систем много, они недостаточно эффективны. По сути они льют условно неопределенное количество воды в мотор, но не распыляют и даже в таком виде вода в ДВС работает и приносит пользу.
Система впрыска воды JTlab
Изучая все возможные предложения систем впрыска воды, быстро приходишь к выводу, что надо покупать лучшее, т.к. только оно работает, а работает точно и хорошо система от Aquamist, стоимостью 60-80 т.р., это тот самый британский производитель, который создавал системы впрыска воды для WRC. Правда чопорные и консервативные англичане так и остались в 80х и их система настраивается путем поворачивания переменных резисторов внутри контроллера, что совсем не удобно, не говоря вообще о сложности настройки этих систем.
Изучая все возможные предложения систем впрыска воды, быстро приходишь к выводу, что надо покупать лучшее, т.к. только оно работает, а работает точно и хорошо система от Aquamist, стоимостью 60-80 т.р., это тот самый британский производитель, который создавал системы впрыска воды для WRC. Правда чопорные и консервативные англичане так и остались в 80х и их система настраивается путем поворачивания переменных резисторов внутри контроллера, что совсем не удобно, не говоря вообще о сложности настройки этих систем.
Спустя некоторое время нам удалось изготовить простейший образец системы и испытать его на турбированном двигателе. Даже без изменения настроек ЭБУ автомобиль с впрыском воды показал свои плюсы:
— лучший отклик двигателя на педаль газа
— турбина раньше и быстрее выходит на буст
— выхлоп перестал «вонять»
— свечи уже после 30 км пробега начали очищаться
После изменения углов зажигания и уменьшения количества впрыскиваемого топлива все стало намного лучше:
— тяга двигателя улучшилась во всем диапазоне
— двигатель имеет хороший отклик на всех оборотах
— турбина стала выходить на рабочее давление на 1000 об/мин раньше
— машина поехала и чем выше обороты и скорость тем выше тяга, нет провалов, возникает ощущение, что ее уже не остановишь