Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Впрыск воды в двигатель ваз своими руками

Как впрыск воды в цилиндры повышает мощность и экономичность двигателя

Подача воды в двигатель может повысить мощность и снизить расход топлива, если использовать систему впрыска воды, проверенную в авиации и автоспорте.

Впрыск воды в цилиндры звучит несколько необычно. Как вода, являясь негорючей жидкостью может повысить мощностные или экономические показатели двигателей? Но это работает. Конечно, вода не является топливом и не может передавать энергию, но она может выполнить другие, достаточно важные функции, позволяя увеличивать степень сжатия двигателя без возникновения побочных явлений. А это ключ к повышению мощности при меньшем расходе топлива.

Исследованиями доказано, что при увеличении степени сжатия увеличивается и мощность, но при этом возрастает опасность, что смесь воздуха и бензина воспламенится еще до того, как появится искра. То есть произойдет так называемое детонационное горение со стремительным распространением пламени (скорость горения при детонации нарастает скачкообразно и достигает 1500 … 2500 м/сек, тогда как при нормальном — около 25 м/сек). Это может быть фатальным для двигателя, поскольку при этом в результате взрывного горения часть топлива не успевает полностью сгореть, что внешне сопровождается появлением дымного выхлопа темного цвета. При этом вследствие взрывного сгорания двигатель работает неуравновешенно, происходит перегрев его деталей, прогорают поршни и клапаны, пригорают поршневые кольца, резко повышается износ цилиндропоршневой и кривошипно-шатунной групп. И не допустить детонации повышением октанового числа бензина, которое характеризует стойкость его к детонации, становится невозможным, поскольку все имеет свои пределы.

Однако, на помощь может прийти вода, которая охлаждает поступающую в цилиндр смесь при большой нагрузке двигателя и предотвращает ее преждевременное возгорание. В конце концов, ничего нового под солнцем. Этот принцип годами использовался в авиадвигателях и автоспорте. Были также попытки и на серийных автомобилях. Однако, для массового производства автомобилей это было слишком дорого и сложно.

В последние годы наблюдается возврат к подзабытым технологиям в связи с необходимостью повышения экономических и экологических показателей поршневых двигателей. В частности, компания Bosch, произвела тестирование системы впрыска воды в двигатель, которая предназначена для 3-х и 4-цилиндровых агрегатов с наддувом. Специальная форсунка впрыскивает небольшое количество водяного тумана перед впускным клапаном во время всасывания смеси в цилиндр. Впоследствии вода испаряется, охлаждая при этом смесь воздуха и топлива, да и саму камеру сгорания.

Сущность процесса

В поршневом двигателе впрыск воды существенно понижает температуру топливовоздушной смеси, что увеличивает ее плотность и, следовательно, большая масса смеси, поступает в цилиндр, обеспечивая повышение литровой мощности. Вода, находящаяся в небольших каплях, поглощает тепло (и понижает давление) при сжатии заряда, тем самым уменьшая работу, на его сжатие. Дополнительный эффект возникает во время сгорания, когда вода поглощает значительное количество тепла при испарении, снижая пиковую температуру и, как следствие, обеспечивает уменьшение образование NOx, а также снижает потери тепловой энергии, которая поглощается стенками цилиндра. Это позволяет преобразовать дополнительную часть энергии, получаемой при сгорания из тепловой в механическую давления на поршень. Когда капли воды испаряются, поглощая тепло, они превращаются в пар под высоким давлением. Конечный результат – получение заряда топливовоздушной смеси с более высоким октановым числом, который выдерживает высокие степени сжатия без возникновения детонации.

Контроль над впрыском воды очень важен. Такой впрыск следует применять только тогда, когда возникают соответствующие условия. Обычно это происходит, когда двигатель сильно форсирован и работает на полную мощность. В противном случае, а также когда воды впрыскивается слишком много, значительно снижается температура в процессе сгорания, что приводит к отрицательным эффектам — снижению мощности и увеличению расхода топлива.

В принципе, прямой впрыск воды в поршневом двигателе возможен в любой точке цикла двигателя, в зависимости от желаемого эффекта, даже в конце рабочего такта или во время такта выпуска, но тогда будет использоваться только для снижения температуры двигателя.

Не все так просто

Большинство современных двигателей транспортных средств заранее запрограммированы на определенные пропорции топлива и воздуха, поэтому добавление воды без перепрограммирования электронного блока управления (ЭБУ) или иного изменения этих соотношений, скорее всего, не принесет никакой пользы и может даже снизить его показатели или вовсе повредить двигатель. Кроме того, системы управления большинства современных топливных систем в которых не предусматривался впрыск воды, не могут определить наличие воды в смеси, и, соответственно, не могут определить новую оптимальную степень сжатия или иным образом воспользоваться преимуществами более низких температур цилиндров. В большинстве случаев в обычных предварительно запрограммированных двигателях автомобилей использование метода непрямого впрыска воды приводит к потере мощности, поскольку водяной пар заменяет воздух, который требуется для осуществления процесса сгорания и выработки энергии. Как правило, хороший результат получают только двигатели, специально переоборудованные для впрыска воды и имеющие соответствующие прошивки системы управления.

Кроме того, двигатель может быть поврежден, если впрыскивается слишком много воды или если сам инжектор неисправен и заливает цилиндр. Вода не сжимается, и слишком много воды в цилиндре во время такта сжатия может вызвать гидроудар, когда объем жидкости в двигателе близок или превышает объем между поршнем и головкой цилиндра двигателя в верхней мертвой точке, что приводит к чрезвычайно высокому давлению в цилиндре, которое может вызвать разрушение головки, поршней, шатунов, а также другие повреждения двигателя. Такие ситуации обычно являются фатальными требует его капитального ремонта или даже замены двигателя.

Многие «специалисты» утверждают, что, вставив трубку для подачи воды во впускном коллекторе, гарантируют увеличение пробега или повышение мощности. Однако, если при этом не перепрограммируется ЭБУ автомобиля или не будут внесены существенные изменения в двигатель, в конечном итоге может произойти потеря мощности и его повреждение.

Читать еще:  Что входит в комплект прокладок для двигателя субару

Удачные апробации Bosch

Компания Bosch совместно с BMW разработала технологию впрыска воды под названием WaterBoost. Компания заявляет о повышении мощности двигателя до 5%, снижении выбросов в отработавших газах до 4% и снижении расхода топлива до 13%.

Несколько лет назад Bosch произвела исследования впрыска воды в двигатель на автомобиле BMW. При этом было выполнено тестирование системы на экспериментальном 1,5-линдровом бензиновом двигателе, степень сжатия которого увеличили с 9,5 до 11,5. Благодаря этому он развивал почти удвоенную мощность — 160 кВт, да еще и при значительно меньшем расходе топлива. Также BMW применила впрыск воды на M4 GTS — трехлитровому 6-цилиндровому двигателе.

Пяти литров дистиллированной воды хватает примерно на 3000 километров пробега. Даже если вода закончилась, двигатель будет продолжать работать в обычном режиме, но с меньшим крутящим моментом из-за подачи меньших доз топлива или снижении давления в турбонагнетателе. Bosch, применяя впрыск воды, заявляет, что у двигателя внутреннего сгорания все еще есть в запасе несколько козырей.

По заявлению Bosch, впрыск воды в цилиндры сэкономит в среднем четыре процента топлива, а при высоких нагрузках — до 13 процентов. Система, конечно же, требует специального резервуара для дистиллированной воды, который будет нагреваться, чтобы не замерзнуть зимой, и вся вода из системы впрыска после выключения двигателя будет возвращаться обратно в бак.

Но не все автомобилестроительные фирмы разделяют взгляды Boschю. Так, Mercedes-Benz заявил, что хорошо знаком с этой технологией, но считает ее нерентабельной, поскольку система слишком сложная, дорогая и ее эффект до конца неясен. Они также исследовали технологию снижения температуры камеры сгорания впрыском воды, но считают ее не вполне подходящей на сегодняшний день с точки зрения снижения выбросов.

Впрыск воды в двигатель. Шарлатанство или изобретение века?

Существует множество автомобильного тюнинга, при котором необходимо вмешательство в двишатель Вашего автомобиля. Но если Вам по каким то причинам не охото разбирать «сердце» Вашего железного коня существует альтернативный тюнинг, о котором и пойдет речь а этой статье. Итак, что это такое, как работает и что относится к альтернативам.

Первый кто испорльзовал впрыск воды в двигатель был некий инженер по фамилии Bcnki из венгрии более 100 лет назад. Дестилетие спустя, в Англии профессор Хопкинсон произвел несколько испытаний на больших промышленных двигателях, однако огромный скачек сделал Гарри Рикардо, изучавший эффект от впрыска воды, написавший книгу “High-Speed Internal Combustion Engine” и сделавший патенты по впрыску воды. Далее основательно потрудились авиаторы, которые в погоне за скоростью и высотой форсировали до нельзя свои моторы. Впрыск воды же позволял на некоторое время значительно увеличить мощность двигателя самолета.

Все это связано с неравномерным распределением воды по цилиндрам двигателя. Рассматривая преимущества и недостатки использования воды в качестве топливного компонента, крайне редко упоминают, что во всех опытах применяется дистиллят. Между тем это обстоятельство никак нельзя упускать из виду. И вот почему: при тех расходах воды, которые сейчас рекомендуются для снижения детонации, для уменьшения токсичности отработавших газов, растворенные в ней соли непременно должны привести к образованию нагара в камере сгорания и к серьезным нарушениям работы двигателя уже через 100—200 часов работы.

Ведь при сгорании 10 кг топлива в двигатель вносится по меньшей мере 2 кг воды, а вместе с ней 150— 200 мг различных солей — примерно в 3—4 раза больше, чем при использовании антидетонатора. Поэтому для серьездного использования впрыска воды необходима специальная система водоподготовки. С теорией все, теперь о практике. Можно купить готовый комплект впрыска.

Такой комплект состоит из форсунок, бака для воды, контроллера, дозирующего воду, водянных форсунок, насоса, соединительных шлангов и т.д. и стоит чуть меньше 3 тысяч баксов. Или можно сделать подобный комплект своими руками, расположив форсунку во впускном коллекторе за карбюратором (инжектором), подключив ее к мотору, качающему воду и включаемому из салона. Пропорция воздух/вода рекомендуется 1/10 – 1/14 (около 35 литров для 1.5 литрового мотора ). Но не нужно забывать, что при таком ручном способе активации впрыска можно «перелить» воду и получить гидноудар со всеми вытекающими последствиями. Особое преимущество впрыск воды даст владельцам турбированных двигателей. Расположив форсунку за турбиной

или за интеркуллером позволит еще более охладить поступающую в мотор смесь (Продаваемые комплекты уменьшают температуру нагнетаемого воздуха до 40-60°C). Как отмечалось ранее для впрыска наиболее подходит дистилированныя вода, продаваемая в любом автомагазине, но можно использовать и добавки к воде.
Как это не кощунственно, но западные спортсмены в свои машины заливают смесь воды и спирта или ничто иное как водку. Это кощунство дает следующее – водно-спиртовое соединение обладает большей степенью рассеиваемости чем вода, тем самым образую наиболее мелкодисперсную бензо-водо-воздушную смесь.

«впрыск воды», только H2O позволяет, в основном, снизить детонацию (плюс, действуя как антиоксидант, препятствует отложению соединений углерода), на деле же применяется смесь воды и метанола в соотношении 50:50. И сейчас объясним, почему.

Вода имеет очень высокую теплоемкость (именно поэтому вблизи моря изменение температуры происходит более плавно), что способствует снижению температуры поступающего воздуха, а мы знаем из школьного курса физики, что для сжатия более холодного воздуха требуется затратить меньше энергии. То есть, грубо говоря, вода играет роль интеркулера.

Однако что же получается? С одной стороны, теперь мы можем «загнать» в цилиндр больше кислорода, но, с другой, вода испаряется, оставляя меньше места для кислорода. Получается, что оба фактора нейтрализуют друг друга! Если бы не одно приятное «но» — вода, испаряясь, увеличивается в объеме, а значит, увеличивается и давление внутри цилиндра, следовательно, наблюдается и прирост мощности – около 10%.

Читать еще:  Электрическая схема газ 31029 с двигателем 406 инжектор

Кроме того, вода при впрыске становится мелкодисперсной средой с размером частиц – капель – около 0,01 мм, и бензин эти капли сразу обволакивает – примерно так же, как он растекается по поверхности лужи. Камера сгорания, таким образом, получается заполненной более равномерно (более гомогенизированная смесь). Это увеличивает КПД и, опять же, снижает риск детонации.

Не лишним будет напомнить, что ни одна система не может полноценно использоваться без соответствующей настройки двигателя – это или забеднение смеси, или увеличение давления, или более раннее зажигание.

А теперь про метанол. Этот спирт горит гораздо медленнее, нежели бензин, благодаря чему давление в цилиндрах нарастает более плавно и его пик возникает позже. Что происходит? Увеличивается момент, а следовательно, и мощность, которая напрямую зависит от соотношения момента и числа оборотов.

Идеальный вариант – когда максимальное количество воды поступает на пике момента. Правильное соотношение вода/воздух – 1:10…1:14 (если недолить – двигатель будет детонировать, первый признак – сильная вибрация; если перелить – топливно-воздушная смесь будет сгорать не полностью, первый признак – стрельба из глушителя). Вода обязательно должна быть дистиллированной. Посмотри на отложения солей в чайнике – ты же не хочешь, чтобы в цилиндрах была такая же гадость!

Между строк можно заметить, что купить сегодня такую систему особых проблем нет, а вот правильно настроить… таких специалистов по всей России можно по пальцам одной руки пересчитать.

Вода должна подаваться в мелкодисперсном виде – у множества маленьких капель больше площадь теплообмена, соответственно, эффективнее испарение (именно поэтому в блюдце чай стынет быстрее, чем в стакане). Как этого добиться? При помощи достаточно мощного насоса и правильного (!) сопла форсунки. В самодельных системах обычно используется насос от оросительной системы и игла от одноразового шприца. Надежность и эффективность такой конструкции под большим вопросом.

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.

В турбо-моторах бензин охлаждается при испарении, забирая тепло, чтобы защитить агрегат от самовозгорания смеси воздуха и топлива при сжатии. Дело в том, что топливо подается в двигатель в состоянии газа. При смешивании его с воздухом оно не охлаждается. Именно в таком случае применение системы впрыска воды будет особенно эффективно.

При установке системы на дизельных двигателях обязательна дополнительная настройка ЭБУ. Дизельные моторы работают на достаточно бедных смесях, следовательно, являются такими экономичными. Поднятие мощности таких двигателей — несложных процесс. Для этого достаточно обогатить смесь. При модернизации дизельного мотора проводятся работы по оптимизации подачи воздуха для качественного и быстрого охлаждения мотора. В бензиновых моторах для охлаждения требуется снизить температуру топлива.

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.

Читать еще:  Вибрация двигателя на холостых передается на кузов бмв

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.

Технология ремонта дизельных двигателей

Эксплуатация автомобилей с дизельными двигателями в городских условиях очень сложна, так как невозможно поддерживать постоянный режим работы и исключить полные нагрузки. На дымность отработавших газов дизелей влияют физико-химические свойства топлива и, в первую очередь, фракционный состав. С увеличением содержания в топливе парафиновых углеводородов повышается его цетановое число.

Это приводит к уменьшению времени задержек воспламенения и улучшению сгорания, что снижает количество сажи в выхлопе.

Уменьшить выброс сажи с отработавшими газами можно также применением специальных присадок (щелочно-земельных металлов, особенно бария) к дизельному топливу. Увеличение бариевых присадок до 1 % по объему приводит к снижению количества сажи в отработавших газах на 70-80 %. При этом уменьшается содержание канцерогенных веществ в выхлопе дизельного двигателя на 60-80 %.

Снижение дымности отработавших газов может быть достигнуто также путем дожигания токсичных составляющих в нейтрализаторах. В настоящее время уже нашли широкое практическое применение каталитические нейтрализаторы отработавших газов. Они очищают на 70-80 % выхлоп дизеля от оксида углерода, углеводородов и альдегидов. Применяются также и жидкостные нейтрализаторы. Однако они больше по габаритам и сложны в установке. Поэтому применение их ограничено.

Cертифицированный капитальный ремонт двигателей КАМАЗ и Cummins любой сложности

Уменьшить наличие оксидов азота в выхлопных газах дизелей можно использованием на автомобиле дизельного двигателя с разделенной камерой сгорания либо с уменьшенной цикловой подачей топлива; регулировкой угла опережения впрыска топлива; рециркуляцией отработавших газов; впрыском воды в двигатель.

Уменьшение угла опережения впрыска топлива позволяет в 1, 5-2 раза снизить выделение оксидов азота. Однако при этом уменьшается мощность двигателя, ухудшается его экономичность, увеличиваются в выхлопе концентрации окиси углеводородов и сажа.
Это нужно принимать во внимание особенно тогда, когда автомобиль эксплуатируется с грузом. Поэтому регулировку угла опережения впрыска топлива можно применять при работе двигателя на малых нагрузках (движение автомобиля без груза) и холостом ходу двигателя путем установки автоматического устройства, уменьшающего угол опережения впрыска топлива при снижении нагрузки двигателя. Увеличение при этом продуктов неполного сгорания требует установки в выхлопной системе каталитического анализатора.

Рециркуляция отработавших газов уменьшает выделение оксидов азота на холостых пробегах и малых нагрузках двигателя в 5-15 раз и на средних нагрузках — в 1, 5-2 раза. Однако в настоящее время достаточно надежных систем управления рециркуляции в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя пока еще нет. Поэтому применение рециркуляции не всегда возможно.

Уменьшить концентрацию оксидов азота в два раза без изменения мощностных и экономических показателей двигателей можно впрыскиванием воды в двигатель. При этом уменьшается в выхлопе количество сажи, но концентрация оксида углерода и углеводородов увеличивается. Следовательно, наиболее эффективно сочетание двух способов — впрыска воды в двигатель и установки в выхлопной системе нейтрализаторов.

В качестве примера рассмотрим комбинированную систему очистки отработавших газов автомобиля БелАЗ-540. Эта система позволяет обезвредить отработавшие газы от альдегидов, канцерогенных веществ, окислов серы, сероводорода, существенно снизить неприятный запах и слезоточивое действие отработавших газов и их дымность. В состав системы входят два каталитических и один жидкостный нейтрализатор, а также система подачи воды во впускные коллекторы двигателя ЯМЗ-240.

Принципиальная схема очистки отработавших газов. Вода распыляется в устройстве, в которое поступает из водяного бака, и но патрубку подается во впускные коллекторы, смешивается с всасываемым воздухом и вместе с ним поступает в цилиндры двигателя. Подача воды способствует уменьшению образования оксидов азота и в меньшей степени сажи. Отработавшие газы из каждого блока двигателя по выпускному, коллектору подводятся к каталитическому нейтрализатору, в котором происходит их очистка от продуктов неполного сгорания. По впускному контрфорсу из каталитического нейтрализатора отработавшие газы поступают в жидкостный нейтрализатор, рабочая емкость которого расположена между двумя стенками кузова. Очистка выхлопа происходит в рабочей емкости жидкостного нейтрализатора под барботажиыми перегородками. Очищенные газы, насыщенные парами воды, проходят через фильтры, дополнительно очищаются в них от сажи и смолистых образований, обезвоживаются и через выхлопные окна выбрасываются в атмосферу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector