Что такое датчик дождя и как он работает

Что такое датчик дождя и как он работает

Современные автомобили буквально нашпигованы электроникой разного рода. Одни устройства предназначены для нашего развлечения, другие призваны повысить комфорт, а третьи являются дополнительной мерой повышения безопасности.

Датчик дождя определяет, когда необходимо включить дворники

Но так ли они необходимы нам в повседневной жизни? Или же их настоящая цель в том, чтобы вытянуть из потенциального нового владельца авто побольше денег? Речь пойдет о датчике дождя. Многие водители считают его чуть ли не обязательной опцией для всех без исключения автомобилей, другие же спокойно обходятся и без него, собственноручно управляя механизмом стеклоочистителей. Давайте взвесим все за и против.

• Из чего состоит и как работает датчик дождя
• Немного о минусах
• Самые распространенные мифы
• Так необходимый датчик дождя на авто

Из чего состоит и как работает датчик дождя

Датчик дождя представляет собой оптико-электронное устройство, которое устанавливается на внутреннюю поверхность лобового стекла, рядом с зеркалом заднего вида. Конструкция состоит из светодиода и фотодиода. Принцип действия довольно прост: светодиод излучает свет невидимый человеческому глазу, который частично отражается от лобового стекла и возвращается на фотодиод, а тот, в свою очередь, определяет степень увлажненности стекла. В программу устройства «вшиты» параметры преломления света для сухих и влажных поверхностей, благодаря которым датчик определяет, когда стоит включать «дворники».

Суть в том, что если стекло сухое, то на приемник возвращается большое количество света. Если стекло мокрое или грязное — света возвращается меньше и датчик посылает команду очистки стекла.

Это устройство устанавливается на лобовое стекло

Комплект датчика дождя состоит из блока управления и блока реле. Устройство первого как раз и представляет собой вязкую светодиода и фотодиода. Блок реле является исполнителем в системе и отвечает за непосредственное управление механизмами щеток. Кроме этого, он защищает систему от перепадов напряжения и помех. Его устанавливают туда, куда будет удобно подвести питание.

Немного о минусах

Некоторые модели датчиков способны не только управлять механизмом стеклоочистителей, но и автоматически закрывать боковые окна и люк. И эта способность таит в себе скрытую опасность. Многие люди любят держаться за верхнюю рамку двери во время езды. И при наличии датчика дождя им следует быть осторожными, чтобы поднимающееся стекло не зажало руку или пальцы.

Нужно учитывать и тот факт, что установка девайса предъявляет особые требования к лобовому стеклу авто. Если стекло имеет царапины, сколы и другие повреждения, то это может некорректно сказаться на работе датчика, так как свет, проходящий через стекло может искажаться и преломляться, вводя систему в заблуждение.

Для нормальной работы датчика на стекле не должно быть повреждений

Также к минусам можно отнести ложное срабатывание «дворников» даже в сухую погоду. Это возможно в тех случаях, если на стекле присутствуют отпечатки пальцев или другие незначительные загрязнения. Кроме этого вам придется обзавестись хорошими щетками, чтобы обеспечить нормальную работу всей системы.

И еще. Необходимо крайне аккуратно пользоваться средствами для очистки стекол, так как попадание влаги внутрь блока управления крайне нежелательно. В этом случае может понадобиться замена датчика дождя. Также вам придется расстаться с тонировкой на ветровом стекле, ибо она препятствует прохождению инфракрасных лучей и мешает работе системы. Проблему может решить небольшое отверстие в пленке как раз напротив диодов.

Самые распространенные мифы

Миф №1: «Датчик не работает в ночное время».

Как бы не так! А вы знали, что инфракрасным лучам абсолютно все равно на освещенность? Они одинаково хорошо себя чувствуют как днем, так и ночью.

Миф №2: «Зимой устройство не работает».

Частично так, настроено оно на воду, а не на снег и степень преломления света у них разная. Но если ваш автомобиль оснащен обогревом лобового стекла, тогда никаких проблем не будет.

Не все датчики реагируют на снег

Миф №3: «Если разбилось стекло, то с датчиком можно попрощаться».

Нет, вам достаточно просто заменить стекло на такое же, имеет место крепления для датчика.

Миф №4: «Если устройство перестало работать, нужно менять лобовое».

Неверно. Если устройство не работает, то, скорее всего, дело в пыли и конденсате на диодах. Достаточно снять датчик и почистить его. Но здесь есть проблема. Она заключается в том, что на приклеить датчик. Для этого нужен специальный двухсторонний скотч прозрачный, так и сам процесс достаточно сложный. По этой причине, установка датчика дождя своими руками не рекомендуется. Самым верным решением будет обратиться в специализированный сервис, где вам обеспечат качественный ремонт девайса.

Так необходимый датчик дождя на авто

Тут уже дело вкуса, чем неоценимая польза. Интернет пестрит статьями о том, насколько полезны и незаменимы подобные устройства. Что сегодняшним водителям надоело двигать пальцами и включать «дворники». Что они сильно отвлекаются на это секундное действие. Складывается впечатление, что это пишут люди, которые сами никогда не сидели за рулем автомобиля…

Видео о том, как установить датчик дождя:

Не поспоришь, что бывают на дороге ситуации, когда электроника способна реально помочь. Например, когда вы едите по узкой дороге и вас окатывает грязью встречный автомобиль. Или когда в дождливый день вы едете по трассе и обгоняете длинную фуру, из-под колес которой вам на лобовое стекло летят килограммы воды. В такие моменты датчик дождя и вправду бывает полезен. При грамотной настройке устройство способно реагировать не только на влагу на поверхности стекла, но и на капли на некотором расстоянии от нее, что обеспечивает оперативное включение стеклоочистителей.

В конечном итоге решать только вам, довериться электронике или лично контролировать процесс очистки лобового стекла.

P. S. Напишите нам в комментариях, оснащен ваш автомобиль датчиком дождя? Если нет, то хотели бы вы иметь такой девайс на своем авто?

Выбираем товары для авто

Полезная информация? Сохраните у себя, чтобы не потерять

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.

Одной из ключевых причин является неравномерное распределение жидкости по цилиндрам – в некоторых из них неизбежно создается обедненная смесь. Обычно такую проблему можно решить, установив систему с индивидуальными форсунками на каждый из цилиндров, управляемых компьютером.

Кроме того, пользователи часто забывают, что в систему необходимо заливать только дистиллированную воду. Ведь растворенные в обычной воде соли могут привести к образованию нагара в камерах сгорания, и, как следствие, уменьшить ресурс двигателя. Посмотрите на накипь в чайнике – вы же не хотите, чтобы подобная гадость была и внутри цилиндров?

С чего все началось?

Впервые в мировой практике впрыск воды в цилиндры двигателя применил венгерский инженер Bcnki в начале XX века. Еще спустя несколько лет профессор Хопкинсон из Англии успешно применил экспериментальную систему впрыска воды для улучшения характеристик промышленных двигателей. А наибольший вклад внес Гарри Рикардо, создатель одноименной марки, занимающейся выпуском автомобильных комплектующих. На его счету – многочисленные исследования, несколько патентов и даже монография High-Speed Internal Combustion Engine, в которых подробно описаны методы и испытания двигателей с впрыском воды.

В результате всех испытаний Рикардо представил двигатель, оснащенный системой впрыска смеси воды с метанолом, благодаря которой удалось добиться увеличения характеристик мотора почти что двукратно! Широкое применение водометанольные смеси нашли во время Второй мировой войны. Первую скрипку сыграли авиаторы, которые в погоне за скоростями и высотой искали любые ухищрения, чтобы выжать максимум мощности из поршневых двигателей, которых к концу войны все равно заменили реактивной авиацией.

В 1942 году на вооружение ВВС Германии поступил иcтребитель Focke-Wulf 190 D-9, оснащенный системой впрыска водометанольной смеси во время форсажа. Причем он был не единственным в своем роде в Люфтваффе. Похожей системой впрыска оснащались двигатели Daimler-Benz 605 и BMW 801D для Messerschmidt Bf-109, а также Junkers Jumo 213A-1. Стоит отметить, что авиационные двигатели того времени уже имели системы турбонаддува, и впрыск воды, по сути, играл роль интеркулера. Водометанольная смесь MW-50 впрыскивалась во впускной тракт авиационного двигателя, где смешивалась с топливной смесью, устремляясь в камеру сгорания. В результате контакта с раскаленными стенками цилиндров вода превращалась в пар, который, расширяясь, создавал в цилиндре избыточное давление, а предварительное охлаждение топливной смеси на впуске способствовало увеличению ее объема в цилиндре и улучшало эффективность сгорания топлива. В результате мощность немецких моторов кратковременно увеличивалась на 20-30 процентов, что давало последним преимущества по набору высоты и максимальной скорости.

На фото: Messerschmitt Bf-109

Собственные системы впрыска воды разработали и союзники. Так, американская компания Pratt & Whitney в своем двигателе J57 для бомбардировщика В-29 установила похожую систему для повышения характеристик двигателя на малых и средних высотах. Похожую систему с успехом применяли и на истребителях. В 1943 году по приказу НКАП моторный завод №45 должен был разработать документацию на советскую систему впрыска воды для двигателей АМ-38Ф. Опытная партия из пяти самолетов Ил-2, оснащенных двигателем с впрыском воды, была построена на заводе №18, однако после испытаний система была признана слишком дорогой и сложной в настройке.

На каких автомобилях применялось?

С развитием в конце войны реактивных двигателей работы по увеличению мощности поршневых агрегатов были практически свернуты, и богатый опыт форсировки отошел на задний план. Но о системах вспомнили автомобильные компании. Первым впрыск водометанольной смеси на серийном автомобиле стали применять американцы из General Motors, которым такая система оказалась нужна для повышения детонационной стойкости турбомотора Oldsmobile F-85 Jetfire. Что из этого получилось, мы уже рассказывали вам ранее.

На фото: Oldsmobile F-85 Jetfire Hardtop Coupe 1963

Еще одним производителем, вспомнившем о полезных свойствах водометанольной смеси, стал шведский Saab, где до начала 1980-х годов устанавливали систему впрыска воды на Saab 99 Turbo S. Правда, с появлением интеркулеров, охлаждающих воздух во впускном тракте, такие системы на серийных автомобилях плавно сошли на нет, но не были забыты в автоспорте.

В 1983 году команды Формулы-1 Renault и Ferrari установили на свои болиды системы впрыска воды, позволившие итальянцам в итоге занять первое место в кубке конструкторов. На машинах были установлены баки объемом 12 литров для хранения смеси спирта и воды, регулятор давления и водяной насос, однако впоследствии подобные системы были запрещены регламентом.

На фото: Renault RE40 ‘1983

Похожие системы пытались внедрить в середине 1990-х в WRC, но и там они получили запрет через недолгое время, как и на ле-мановских спортпротипах. Очень широкое распространение баки с водой получили у американских гонщиков на ¼ мили. Могучие американские «восьмерки» дрегстеров, снабженные механическими нагнетателями, требовали серьезного охлаждения, а интеркулеры еще не получили широкое распространение. Тогда некоторые светлые головы и вспомнили о полезных свойствах водно-спиртовой смеси, подаваемой в двигатель. Так, суперкар Porsche 911, доработанный фирмой 9ff, в 2005 году установил рекорд скорости 388 км/ч для автомобилей, официально сертифицированных для дорог общего пользования. Его оппозитная «шестерка» с двумя турбокомпрессорами на пару с обычными интеркулерами была также оснащена системой впрыска воды.

Впрыск воды, наши дни

На некоторое время интерес к системам от производителей угас, но в 2015 году про технологии вспомнили мотористы BMW, решившие применить впрыск воды уже не для повышения мощности, а для снижения расхода бензина. Первым автомобилем, опробовавшем систему впрыска воды с метанолом, стал пейс-кар BMW M4, участвующий в гонках MotoGP. Но если там была установлена обычная форсунка, подающая смесь во впускной коллектор, то на опытном трехцилиндровом турбомоторе рабочим объемом 1,5 литра система стала более продвинутой.

Вода смешивается с топливной смесью с помощью топливного насоса высокого давления Bosch, срабатывающему только на оборотах мотора свыше 4 000. Водно-топливная смесь через форсунку впрыскивается в саму камеру сгорания. В результате мощность 201-сильного двигателя увеличилась на 14 л. с., возросла детонационная стойкость двигателя, что позволило поднять степень сжатия с 9.5:1 до 11,0:1 и в целом улучшить отдачу мотора на низких и средних оборотах. Объем водяного бака с подогревом – 7 литров, а в обычных условиях автомобиль расходует около 1,5 литра воды на 100 км пути, что означает необходимость пополнения системы почти каждые 500 километров.

На фото: BMW M4 Coupé MotoGP Safety Car (F82) ‘2015

Однако инженеры BMW предусмотрели и другие способы добычи воды: при работе кондиционера конденсат из системы автоматически сливается в бак. Все эти ухищрения позволяют экономить почти 8% топлива на 100 км пути в смешанном цикле, а особенно эффективно система может работать в паре с гибридным приводом. Правда, о таких гибридах в БМВ пока молчат.

Серийный выпуск двигателей с водометанольной системой впрыска по планам должен начаться уже в конце этого года, причем поставляться такие БМВ будут и в Россию. На наше счастье, из-за повышенной стойкости к детонации эти машины будут менее требовательны к октановому числу – заправляться можно будет обычным Аи-95.

Можно ли поставить такую систему себе на машину?

Если очень хочется, то можно. Начитавшись интернета, умельцы делают самодельные системы, используя в качестве элементов капельницы, медицинские шприцы и прочие изделия, устанавливают во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой и. такие системы работают.

Впрочем, все плюсы от повышенной мощности или крутящего момента перечеркиваются одним жирным минусом. Ведь по сути такой самопал просто льет огромное количество воды в коллектор, не распыляя ее, в результате чего водяная взвесь поступает во все цилиндры неравномерно. О последствиях мы уже говорили выше – в некоторых цилиндрах воды больше, чем в остальных, что приводит к обеднению смеси в отдельных цилиндрах и неравномерную работу мотора. В худшем случае количество воды, поступаемой в цилиндр, так велико, что приводит к шансу получить тот самый пресловутый гидроудар.

Для тех, у кого есть чуть больше денег, продавцы тюнинг-аксессуаров предлагают комплект из насоса высокого (около 5-10 бар) давления, электронного блока управления насосом, форсунок для впрыска смеси и, естественно, бачка для воды. В самых дорогих системах применяется клапан, регулирующий давление и количество поступаемой воды.

Принцип работы такой системы прост: блок управления, подключенный к датчику расхода воздуха двигателя, анализирует полученную информацию и рассчитывает подачу воды, дав команду насосу.

Несмотря на кажущуюся простоту, и здесь возникают определенные сложности. Впрыск воды происходит только на определенных режимах работы двигателя, обычно подобные системы работают при оборотах двигателя свыше 3 000 об/мин. К тому же система почти не контролирует подачу смеси, а только подает команду на включение/выключение насоса. Основным ограничением на количество впрыскиваемой воды становится только производительность самой форсунки.

Кстати, пока блок даст команду насосу на запуск, пока насос включается и начинает перекачивать воду, происходит задержка между отправкой команд на впрыск топлива и впрыск воды, что неминуемо снижает эффективность всей системы.

Главными спецами по системам впрыска воды для автомобильных двигателей были признаны конструкторы британской фирмы Aquamist, в 1990-е поставлявшие комплекты для болидов WRC, пока их не запретили. И цена на тюнинг-киты колеблется в районе 3 000 долларов. В общем, пока впрыск воды остается довольно экзотическим, недешевым и, положа руку на сердце, не таким уж эффективным средством форсировки.

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.

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.

• Теперь давайте взглянем, как вода может обеспечить дополнительную мощность, экономичность, а также какие плюсы имеет способ. Прежде всего, конструктивно впрыск воды реализуется во впускной коллектор через специальную форсунку. Получается, вода распыляется и становится еще одним компонентом в составе топливно-воздушной смеси из бензина и воздуха.
• В результате горючая смесь получает эффективное охлаждение после впрыска воды, также топливный заряд с частицами воды становится «тяжелее», такой плотный заряд в цилиндрах сильнее сжимается поршнем перед воспламенением. Работа на такой смеси в ряде случаев немного уменьшает общую токсичность выхлопа.

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.

• Однако есть и минусы. Более существенным недостатком считается нестабильность работы мотора при полностью открытой дроссельной заслонке, а также когда частота вращения коленвала не является высокой, машина движется с небольшой скоростью. Эти нюансы возникают по причине того, что вода не совсем равномерно распределяется по цилиндрам мотора.
• Еще одним неприятным моментом можно считать обязательное условие использовать исключительно чистую дистиллированную воду. Дело в том, что для эффективной работы всей системы необходимо подавать на 10 кг. горючего около 2 кг. воды. Вполне очевидно, что при соотношении 1/5 использование обычной воды приведет к тому, что с каждыми 2 кг. воды в камере сгорания будет откладываться около 200 мг. солей и других примесей.

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.

Впрыск воды в двигатель своими руками

Итак, давайте разберемся с тем, как сделать впрыск воды в инжекторный двигатель или карбюраторный мотор. Сразу отметим, что в свободной продаже имеются готовые установочные комплекты для реализации такого впрыска.

В комплекте находятся специальные форсунки, бак, управляющее устройство для точного дозирования воды, насос, шланги и другие элементы, необходимые для установки. Основным недостатком можно считать очень высокую стоимость комплекта (около 2.5 — 3 тыс. у.е).

По этой причине энтузиасты предпочитают реализовать задачу самостоятельно.

• Как правило, водяную форсунку со специальным соплом для наилучшего распыления ставят во впускном коллекторе, причем областью установки становится место за инжектором или карбюратором.
• Далее воду на форсунку подает насос, который монтируется в салоне. Для этих целей подходит электронасос 12 В.
• Вода поступает из бачка (часто используют дополнительно установленный бачок омывателя ветрового стекла);

В случае с карбюратором также применяется следующий простой вариант, исключающий форсунку:

• Все элементы системы, перечисленные выше, соединяются при помощи резиновых трубок или трубочек от медицинской капельницы.
• Далее на трубочку, установленную на выходе из насоса, ставится игла от шприца.
• Указанной иглой следует проколоть резиновую трубку регулятора опережения зажигания.
• Далее следует зафиксировать иглу при помощи герметика. От толщины иглы будет зависеть количество воды, которая подается.

Также используется способ, когда трубка от капельницы подключается к заранее сделанному отверстию в первой камере карбюратора. В этом случае вода будет затягиваться в двигатель посредством разрежения, напоминая принцип работы распылителя.

Чаще всего схема реализована так, что водитель сам физически включает подкачку через переключатель, получая временный прирост мощности. Главной особенностью является точная настройка самодельной системы с учетом производительности электронасоса. Рекомендуется придерживаться пропорций в соотношении вода/воздух 1 к 10-и или 1 к 14-и, то есть 30-35 литров для ДВС с рабочим объемом 1500 см3.

Вода во время впрыска становится мелкодисперсной субстанцией, частицы имеют размер около 0,01 мм. Такая частица сразу обволакивается жирным бензином. В итоге смесь становится однородной (гомогенная ТВС), равномерно и полноценно заполняет камеру сгорания. На такой смеси мотор демонстрирует больший КПД, отодвигается детонационный порог.

Что касается двигателей с турбонаддувом, в этом случае заметных плюсов немного больше. На таких моторах форсунку для впрыска воды устанавливают за турбокомпрессором или за интеркулером. В результате удается эффективно снизить температуру поступающей в цилиндры рабочей смеси. Готовые фирменные комплекты водяного впрыска в двигатель снижают этот показатель до 40-60 градусов по Цельсию.

В итоге получается так, что для сжатия холодной смеси двигатель тратит меньше энергии. Также в цилиндры удается подать больше кислорода. В самом начале может показаться, что после попадания в горячий ДВС вода начинает активное испарение, то есть места для кислорода остается меньше. Однако при испарении воды происходит ее увеличение в объеме, то есть наблюдается рост давления в цилиндре. Это позволяет на 7-10% увеличить мощность турбомотора.

Дополнительные рекомендации

Следует обратить внимание на то, что оптимально подавать в мотор не просто дистиллированную воду, а смесь спирта и воды в соотношении 1/1. Такая водно-спиртовая добавка лучше распыляется, в итоге образуется мелкодисперсная смесь из воды, воздуха, спирта и бензина.

Если вода позволяла, главным образом, уменьшить детонацию и лучше охлаждать смесь, наличие в смеси метанола обеспечило ряд дополнительных преимуществ. Дело в том, что скорость горения спирта намного медленнее того же бензина. В результате давление в цилиндре растет плавне, что позволяет увеличить крутящий момент применительно к количеству оборотов коленвала.

Хотелось бы еще раз отметить, что вода для впрыска должна быть дистиллированной, чтобы исключить образование отложений в камере сгорания. Также необходимо стремиться к наилучшему распылению, так как большее количество частиц позволяет добиться улучшения теплообмена и последующего испарения воды.

Это значит, что необходим мощный насос и отдельно подобранный распылитель форсунки. По этой причине способ с иглой от шприца многими специалистами и опытными тюнерами ставится под сомнение.

Подведем итоги

Напоследок добавим, что даже готовый комплект для впрыска не получится нормально использовать без предварительной тонкой настройки инжекторного или карбюраторного двигателя. Другими словами, потребуются дополнительные манипуляции с составом смеси (обеднение или обогащение), увеличение давления воздуха при наддуве, коррекция зажигания на более раннее и т.д.

Система впрыска воды как способ повышения мощности двигателя

При упоминании о системе впрыска воды многие скептически ухмыляются, поскольку совершенно не понимают, как обычная вода может положительно влиять на мощность силовой установки.

Всем прекрасно известны последствия гидроудара, когда при проезде через лужу или водную преграду большой объём жидкости проникает во впускной тракт, где пытается сжать рабочий поршень, тем самым провоцируя разрушение всей шатунно-поршневой группы.

Но под впрыском следует понимать точечное добавление специальной смеси, которая подаётся внутрь камеры сгорания. И она способна положительно повлиять на мощность. Так утверждают специалисты. Необходимо разобраться в этом вопросе, понять принцип работы технологии, изучить её сильные и слабые стороны, а также учесть перспективы её внедрения.

Принцип работы

Более сотни лет лучшие инженерные умы работают над тем, чтобы увеличить отдачу от двигателя. Сначала они действовали по предельно простому принципу. Мощность достигалась путём увеличения объёмов двигателя и количества цилиндров. Но это было экономически нецелесообразно. Потребовалось искать новые пути повышения отдачи от ДВС, не требующие увеличения размеров или веса самого двигателя.

В результате появились турбонагнетатели, компрессоры, разные системы непосредственного и распределённого впрыска, регулируемые фазы, обновлённые цилиндропоршневые группы и многое другое. Сравнительно недавно в паре с ДВС начали работать электродвигатели, которые сумели ещё добавить мощности. И многие были уверены, что повышать отдачу уже некуда. Предел достигнут.

Но тут вспомнили о водяном впрыске или о системе впрыска воды в двигатель. Чаще всего её применяют на двигателях высокофорсированного типа с целью улучшить их основные характеристики. Тут хочется понять, как именно она работает и за счёт чего происходит прирост мощности двигателя.

Выделяют несколько разных систем впрыска, отличия между которыми заключаются преимущественно в местах размещения. Для впрыска воды на впускном коллекторе устанавливается дополнительная специальная форсунка. Именно она отвечает за подачу во впускной тракт двигателя специальной смеси, состоящей из воды и метана. Она перемешивается с топливовоздушной смесью, идущей непосредственно в камеру сгорания. То есть не совсем справедливо называть систему водяным впрыском, но это звучит куда интереснее и интригующе.

Также следует понять, почему используется именно такая смесь, то есть вода и спирт. Подобная жидкость отличается способностью замерзать при более низких температурах, нежели обычная вода. Плюс комбинация спирта и воды получает лучшие свойства рассеивания, что позволяет создавать равномерные смеси и уменьшать текущую температуру в зоне впускного коллектора.

Форсунка подаёт мелкодисперсные капли, тем самым происходит охлаждение жидкости, дающее возможность увеличивать степень сжатия и уменьшать скорость горения внутри цилиндров. Отсюда следует ещё одно преимущество в виде уменьшения рисков детонации.

Дополнительно стоит отметить влияние фактора снижения температуры при горении топлива и воды на химические процессы, протекающие внутри камеры сгорания. На выходе получается меньшая концентрация вредных выбросов и углекислого газа.

Но не стоит думать, что система обладает исключительно одними достоинствами. Ничего идеального не существует. И в случае с водяным впрыском нашлись свои минусы.

• Отработавший газ характеризуется увеличенной концентрацией углеводородов, которые не успевают сгорать. Это в некоторой степени влияет на повышение расхода горючего;
• При движении на небольшой скорости или в момент, когда дроссельная заслонка открыта полностью, двигатели, работающие на такой смеси, могут вести себя нестабильно;
• Жидкость зачастую неравномерно распределяется по цилиндрам. В итоге в некоторых из них оказывается обеднённая топливо-водяная смесь. Для решения такой проблемы можно использовать индивидуальные форсунки под каждый цилиндр, которые будут управляться через ЭБУ;
• Система с водяным впрыском допускает использование исключительно дистиллированной воды. Если взять обычную воду, то находящиеся в ней примеси начнут создавать нагар в камере сгорания, что приведёт к заметному снижению моторесурса.

Последний аргумент заслуживает особого внимания. Да, первое время при работе на обычной воде никаких существенных изменений вы не заметите. Но со временем образуется большое количество отложений, словно накипь внутри чайника. То есть именно такое можно увидеть внутри цилиндров своего двигателя, если не заливать очищенную дистиллированную воду.

Начало развития технологии

Наверняка многим интересно, кто придумал добавление в двигатель воды, и на что вообще рассчитывали авторы этой технологии.

В мировой практике первым, кто использовал систему впрыска воды, стал инженер из Венгрии с трудно произносимой фамилией Бснки. Произошло это ещё в самом начале прошлого века, то есть около 100 лет назад.

Прошло ещё несколько лет, и уже английский профессор по фамилии Хопкинсон создал экспериментальную системы, которая за счёт впрыска воды позволяли повысить производительность работы двигателей промышленного назначения.

Хотя главным светлым умом считается Риккардо, который в своё время создал одноимённый бренд, и занимался изготовлением комплектующих для авто. Он провёл огромное число исследований, получил несколько патентов и подробно описал все методы и испытания с двигателями, оснащёнными системами впрыска воды.

Проведённые исследования и эксперименты позволили в итоге Риккардо создать двигатель с такой необычной системой, где применялась смесь из метана и воды. В результате характеристики мотора увеличились практически в 2 раза. Его разработку начали активно использовать в условиях идущей на тот момент Второй мировой. Изначально технологию приняли на вооружение в авиации, где пытались любыми способами увеличить скорость и высоту самолётов, чего обычные поршневые двигатели не могли дать в полной мере. Но и их в конце войны заменили на более совершенные реактивные установки.

Немецкие военно-воздушные силы с 1942 года начали активно использовать свой новый истребитель D9, который получил систему впрыска на основе воды и метана, позволяющую при форсаже добавить мощности и скорости. Похожие разработки применялись и на других двигателях, включая моторы от BMW и Daimler, которые в то время ещё не были известными на весь мир автопроизводителями.

Во время войны на немецкой авиации активно применяли систему турбонаддува, а потому водяной впрыск стал чем-то вроде интеркулера. Смесь попадала во впускной тракт авиамотора, где перемешивалась с топливом и проникала внутрь камеры сгорания. Когда образовавшаяся смесь контактировала с горячими стенками цилиндров, вода становилась паром. Расширение позволяло создать внутри цилиндра избыточное давление, а за счет предварительного охлаждения топлива на впуске повышался объём смеси в цилиндре. Всё это обеспечивало высокоэффективное сгорание.

Подобное нововведение позволяло повышать мощность примерно на 20-30% от номинальной, но такой эффект носил кратковременный характер. Хотя и такого дополнительного преимущества хватало, чтобы быстрее набирать высоту и развивать лучшую максимальную скорость.

Но противоположная сторона не стояла на месте. У немцев быстро появились конкуренты в лице американских бомбардировщиков и истребителей, на которых были установлены аналоги немецкой системы впрыска метановодяной смеси. В СССР также пытались создать нечто подобное, но попытки не увенчались успехом. В 1943 году удалось построить 5 самолётов на базе ИЛ-2, которые оснастили моторами с инновационной системой водяного впрыска. Но испытания наглядно показали, что ставить такие двигатели на поток слишком дорого. Плюс они требовали очень сложной настройки. А в условиях военного времени такой возможности попросту не было.

Применение на автомобилях

К концу войны в авиации практически все перешли на реактивные двигатели, что позволило отказаться от поршневых силовых агрегатов. То есть необходимости в разработке различных способов форсировки уже не было.

Но над системой впрыска воды в двигатели начали активно работать автопроизводители. Первопроходцем в этом интересном и достаточно перспективном на тот момент сегменте оказался американский автогигант General Motors. Компания применила водяной впрыск на своём серийном автомобиле F-85 Jetfire, выпускаемом под брендом Oldsmobile. Технология нужна была, чтобы повысить устойчивость к детонации их турбоированного силового агрегата.

Также о полезных свойствах воды и метана вспомнили в Европе. Первыми оказались инженеры из компании Saab. Водометаноловая смесь достаточно активно и долго использовалась в производстве автомобиля 99 Turbo S. Жизненный цикл модели продлился до начала 80х годов. Но когда появились более современные и эффективные интеркулеры, от систем в автопроизводстве фактически полностью отказались. Её перестали использовать на серийных машинах.

Но не всё так плохо для впрыска воды. Появились представители автоспорта, где идея с использованием воды и метана показалась крайне интересной, перспективной и многообещающей.

Знаковым стал 1983 год. Именно тогда на болидах команд Ferrari и Renault были установлены системы водяного впрыска. В итоге итальянская конюшня завоевала первое место среди конструкторов, набрав командой набольшее количество очков. На машинах были предусмотрены специальные баки. Их объём составлял 12 литров. В них заливалась специальная смесь, состоящая из спирта и воды. Дополнительно присутствовали водяные насосы и регуляторы давления.

Вскоре руководство Формулы 1 сочло такие системы нарушением правил и равенства команд, в результате чего в регламент внесли пункт о запрете применения подобного оборудования.

В середине 90-х попытки внедрения водяного впрыска предпринимались в гоночных сериях Ле-Ман и WRC. Но практически сразу руководство запретило их использование.

Зато огромную популярность разработка завоевала среди участников популярных в США гонок на четверть мили. Мощные драгстеры, имеющие механические нагнетатели в своей конструкции, остро нуждались в эффективном охлаждении. На то время интеркулеры не получили ещё должного распространения. В результате некоторым умным людям пришла в голову мысль об использовании смеси спирта с водой, которая впрыскивается в силовой агрегат.

Результатом внедрения системы стало появление на арене суперкара на базе Porsche 911, за доработку которого отвечала компания 9FF. В 2005 году они поставили уникальный на то время рекорд скорости. Машину удалось разогнать до 388 километров в час. Это стало лучшим достижением для автомобиля, который официально может передвигаться по дорогам общего пользования. В основе лежал оппозитный 6-цилиндровый двигатель, оснащённый парой турбокомпрессоров. Также здесь присутствовал обычный интеркулер, но в паре с ним функционировал водяной впрыск.

Система впрыска в наше время

Интересно теперь узнать, как обстоят дела с водяным впрыском в настоящее время. После 2005 года особого интереса к системе никто не проявлял. Но, как и ранее, требовалось лишь немного времени, чтобы кто-то вновь вспомнил про воду с метаном.

И это оказалась компания BMW. Причём они использовали впрыск не для увеличения мощности, как это происходило ранее, а для уменьшения уровня потребления топлива.

Первопроходцем стал автомобиль BMW M4, использующийся в качестве машины безопасности в рамках мотогонок серии MotoGP. На его двигателе использовалась обычная форсунка. Она подавала жидкость в коллектор. Но у баварцев был ещё и другой опытный мотор с 3 цилиндрами, турбиной и рабочим объёмом 1,5 литра. Здесь применялась более продвинутая технология.

Смешивание воды с горючим происходило за счёт работы насоса высокого давления производства Bosch, который включался в работу только тогда, когда обороты мотора превышали отметку в 4 тысячи единиц. Смесь топлива и воды с метаном, двигаясь через форсунку, проникала внутрь камеры сгорания. Это позволило повысить мощность от начальной 201 л.с. до 215 лошадок. Параллельно увеличилась устойчивость к детонации, что дало возможность использовать степень сжатия на 9,5 к 1, а уже 11,0 к 1. Инженеры отметили также общее улучшение отдачи при работе мотора на низких и средних оборотах.

Водяной бак на машине, оснащённый подогревом, имел объём 7 литров. В стандартных условиях расход смеси воды и спирта составлял 1,5 литра на каждые 100 километров пути. Потому водителю требовалось заправляться через 500 км.

Но инженеры BMW не были бы собой, если бы не придумали выход из ситуации. Они учли, что во время работы системы кондиционирования в автомобиле образуется достаточно большое количество конденсата. Эту жидкость они заставили сливаться в бак. Так удалось сэкономить около 8% топлива на 100 километров при движении автомобиля в условиях смешанного цикла. В теории такая система может идеально работать с гибридными приводами. Но в баварском автоконцерне пока на этот счёт ничего не говорят.

Двигатели, оснащённые системой водометанового впрыска, запускают в серийное производство. Причём автомобили с такими силовыми установками будут поставлять в Россию. Большинство плюсом появления подобных систем заключается в том, что моторы станут менее требовательными к качеству топлива. Если быть точнее, то к его октановому числу. То есть для BMW будет вполне достаточно заправлять автомобиль неплохим АИ95.

Возможность установки системы на автомобиль

Автомобилистов интересует вопрос относительно возможности установки системы впрыска воды с метаном в двигатель своими руками. Возможность такая есть.

Существует множество самодельных схем по реализации водяной системы впрыска, где в ход идут такие приспособления как медицинские шприцы, капельницы и прочие фактически подручные средства. Их монтируют во впускной коллектор, располагая за заслонкой дросселя. Но самое интересное здесь то, что системы оказываются вполне рабочими и достаточно эффективными.

В итоге автовладелец получает некоторый прирост мощности и увеличение крутящего момента. Но за всеми этими преимуществами не стоит забывать о существовании одного весомого недостатка. Заключается он в том, что самодельные системы попросту заставляют заливать воду в больших объёмах внутрь коллектора. Жидкость при этом не распыляется. В итоге взвесь происходит неравномерное распределение по цилиндрам. То есть в одних цилиндрах будет смесь обеднённая, в других нормальная. А это прямой путь к неравномерной работе всего двигателя. Если количество воды превысит критические отметки, гидроудара будет практически не избежать.

Если вы готовы потратить на модернизацию больше денег, тогда есть смысл обратиться в специализированные тюнинг-ателье. Здесь продаются комплекты, куда входят:

• бачок для смеси воды со спиртом;
• насос высокого давления (выдаёт от 5 до 10 бар);
• электронный блок управления, отвечающий за работу насоса;
• форсунки для впрыска жидкости.

Наиболее дорогостоящие системы предусматривают использование регулирующего клапана. Он контролирует давление и следит за объёмами воды, которые поступают в мотор.

Такая система работает по достаточно простому принципу. Блок управления подключается к автомобильному датчику, который отвечает на расход воздуха силового агрегата. Блок считывает и анализирует полученные параметры, определяет оптимальное количество воды и подаёт её путём передачи соответствующей команды исполнительному устройству. В данном случае это насос высокого давления.

Хотя система кажется предельно простой, не стоит забывать о некоторых возникающих сложностях. Водяной впрыск будет осуществляться только в условиях определённого режима работы силовой установкой. Зачастую такие системы функционируют, когда обороты двигателя преодолевают отметку в 3000 оборотов в минуту. Также дополнительное оборудование практически не будет контролировать подачу смеси воды со спиртом. Она только даёт команды, чтобы насос высокого давления включался или выключался. Единственным ограничителем количества поступающей воды становится только форсунка. Потому к её выбору следует подходить предельно внимательно.

Есть ещё один немаловажный момент. Пока управляющий блок передаёт команду насосу за включение, пока насос запустится и начнёт перекачивать жидкость, наблюдается определённая задержка по времени между отправкой сигнала на впрыск и непосредственно самим впрыском. От этого страдает вся система, поскольку снижается эффективность её работы на двигателе.

В итоге мнения относительно форсировки путём использования водяной смеси с метаном расходятся. Но можно сказать, что в настоящее время это достаточно дорогостоящее удовольствие, которое выглядит необычно и многих автомобилистов попросту пугает даже одним своим названием. Люди не могут понять, как это вода может повышать мощность.

Как вы поняли из всего рассмотренного ранее, система действительно работает и приносит определённые плоды. Но предела совершенству нет. Пока подобное форсирование воспринимают как некую экзотику, имеющую множество подводных камней и вопросов, остающихся без ответа.

Удастся ли как-то повысить эффективность, сделать систему доступнее и массово внедрить её в автопроизводство, говорить сложно. При нынешних альтернативных способах форсировки и повышения отдачи двигателей водяной впрыск не выглядит самым предпочтительным. Но ситуация может меняться с течением времени.

Нельзя исключать, что через несколько лет кто-то снова вспомнит про водяной впрыск, придумает новый способ применения системы и реализует её на своих автомобилях. И тогда все скажут, что вода действительно работает, и все захотят себе установить подобное решение. Но пока ситуация складывается не в пользу водяного впрыска.

Увеличение мощности авиационных двигателей при помощи дополнительного впрыска

Статья «Leistungssteigerung durch Zusatzeinspritzung» из журнала «Luftfahrt International» 1 была переведена уважаемым коллегой NF и немного доработана мной. Перевод был выполнен в августе 2016 года.

К средствам, которые позволяли кратковременно увеличивать мощность авиационных поршневых двигателей, относится дополнительный впрыск топлива в цилиндры двигателя. Данное средство было изобретено в тридцатые годы и предназначалось для мощных авиационных двигателей производства компании Daimler-Benz AG. Первоначально впрыск топлива был использован на двигателе, продемонстрированном на проходившей в 1937 году в Цюрихе международной авиационной выставке. В то время как в Цюрихе использовались обычные самолёты, на которых только устанавливался более мощный двигатель, позднее стали улучшать и аэродинамику самолётов для того, чтобы с помощью оснащенных подобной системой двигателей улучшить рекорды скорости полёта.

Впрыск дополнительного топлива производился в наддувочный воздух перед нагнетателем двигателя. При этом при испарении с парообразованием топлива достигалось более сильное обратное охлаждение при проходе через систему нагнетателя и спираль нагнетателя нагревающего наддувочного воздуха. Таким образом, в нагнетатель двигателя поступает увеличенное количество топлива и повышается степень сжатия без увеличения конечной температуры нагнетаемого в цилиндры двигателя воздуха и возникновения опасности для него. Таким образом, данный вид впрыска топлива имел полезное свойство, которое приводило к испарению топлива в наддувочном воздухе и при этом еще и к значительному снижению его температуры.

Самолеты, которые должны были развивать высокую скорость на минимальной высоте, например рекордные самолеты Heinkel He 100 V8 и Messerschmitt Me 209 V1, получили так называемые «наземные двигатели» (Bodenmotor). Данные авиадвигатели помимо впрыска обычного авиационного бензина были дополнительно оснащены системой подачи спирта. На данных двигателях, предназначенных для установки на рекордные самолеты, повышение мощности до 150% осуществлялось посредством впрыска топлива и спирта при работе одноступенчатого нагнетателя. Улучшение характеристик «наземных моторов» проводилось без каких-либо серьезных конструктивных изменений по сравнению с серийными моторами.

Упомянутый выше впрыск спирта за счет собственного испарения осуществлял охлаждение наддувочного воздуха, и как следствие значительно увеличивалась степень сжатия топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя. В дополнение к этому также увеличивалась величина развиваемого двигателем максимального числа оборотов; данная механическая концепция подходила к прочной конструкции авиационных двигателей компании Daimler-Benz. С термической точки зрения не возникало каких-либо сложностей, поскольку впрыскиваемый в цилиндры двигателя спирт сгорал очень чисто. Помимо этого испарившийся спирт дополнительно охлаждал камеру сгорания двигателя и все связанные с ней детали (клапаны, свечи зажигания и поршни); данные узлы двигателя не испытывали перегрузок, что позволяло применять к ним сниженные требования.

То, что в цилиндры двигателя помимо бензина впрыскивался еще и спирт, несколько снижало расход основного топлива. Однако с точки зрения удельного расхода топлива на одну лошадиную силу мощности двигателя расход бензина всё же увеличивался, поскольку теплотворная способность спирта была равно только 4700 кКал/кг, в то время как теплотворная способность авиационного бензина сорта В4 с октановым числом 87 была равна 10 350 кКал/кг, а бензина сорта С3 с октановым числом 95–100 – 10 150 кКал/кг.

На больших высотах использование двигателей с одноступенчатым наддувом и дополнительным впрыском спирта давало только небольшой прирост мощности, поскольку температура поступавшего к нагнетателю воздуха была невысокой и не позволяла достичь необходимой высокой испаряемости топлива. Поэтому в данном случае следовало использовать т.н. «высотные моторы» (Höhen-Motor) с многоступенчатыми нагнетателями или дополнительной системой впрыска жидкости, содержавшей в себе много кислорода. Такая система получила обозначение GM 1.

При использовании системы GM 1 в цилиндры двигателя дополнительно поступало большое количество кислорода, которое в камере сгорания позволяло сжигать большее количество топлива, но с другой стороны возрастал вес нагнетателя, а поступающая в цилиндры двигателя топливно-воздушная смесь охлаждалась незначительно.

При использовании многоступенчатых нагнетателей можно было без осложнений использовать впрыск дополнительного топлива, охлаждавшего цилиндры двигателя, при условии, что этот впрыск осуществлялся перед последней ступенью нагнетателя. Такое охлаждение наддувочного воздуха и связанное с ним лучшее наполнение цилиндров двигателя топливно-воздушной смесью имело большее значение в случаях, когда подобное увеличение мощности двигателя было кратковременным и на необходимость охлаждения нагнетаемого воздуха можно было не обращать внимания.

Применение дополнительных устройств

a) Впрыск водометаноловой смеси

Чаще всего использовался впрыск водометаноловой смеси MW-50, состоявшей из 50% метанола (CH3OH), 49,5% обычной водопроводной воды (H2O) и 0,5% антикоррозионной присадки – масла Schutzöl 39. Помимо смеси MW-50 использовались еще и водометаноловые смеси MW-30 и MW-60, в которых использовалось 30% и 60% метанола, 69,5% и 29,5% водопроводной воды и по 0,5% антикоррозионной присадки соответственно. Использовать водометаноловые смеси можно было ниже высоты полного напора (Volldruckhöhe) нагнетателя для увеличения мощности в следующих режимах работы двигателя: на взлёте, на боевом режиме работы и в режиме чрезвычайной мощности в экстремальных случаях. В данном случае охлаждался наддувный воздух, в нагнетателе увеличивалось давление, обеспечивалось хорошее охлаждение цилиндров двигателя изнутри, устранялось детонационное сгорание топлива, а параметры сгорания в цилиндрах двигателя на минимальной высоте при этом увеличивались до таких величин, которые в обычных условиях были неприемлемы. Увеличение мощности при помощи системы впрыска водометаноловой смеси в режиме чрезвычайной мощности на авиационных двигателях компании Daimler-Benz можно было непрерывно использовать в течение 10 минут, затем следовало отключить систему впрыска не менее чем на 5 минут, после чего данную систему вновь можно было использовать. По словам фронтовых пилотов, имели место случаи полёта с включенной системой водометанолового форсирования продолжительностью до 40 минут, и при этом двигатель не выходил из строя. Требовалось лишь через 15–30 часов полёта с использованием водометанолового впрыска менять свечи зажигания двигателей.

b) Впрыск водоэтаноловой смеси

Условия работы и соотношение воды и этанола при работе двигателей с впрыском водоэтаноловой смеси было таким же, как и в системах впрыска водометаноловой смеси. Использовались системы EW-50 или EW-30 с соответствующим содержанием этанола (число соответствовало его процентному содержанию в смеси), воды и антикоррозионной добавки.

c) Впрыск воды

Из-за недостатка спирта, необходимого для водометаноловых систем впрыска, на фронте часто использовали впрыск одной только воды. В данном случае большую отрицательную роль играла коррозия, и потому использование подобных систем ограничивалось несколькими типами двигателей (например, DB-605, DB-603, Jumo-213A и Bramo-323R). Кроме того, впрыск воды можно было использовать только при температуре окружающей среды выше 0°C, поскольку при более низких температурах возникала опасность замерзания воды. После каждых 50 часов полёта с впрыском воды двигатель следовало тщательно осматривать для того, чтобы обнаружить возможные следы коррозии, вызванные работой данной системы.

d) Система GM 1

При полётах выше высоты полного напора или в «высотных моторах», оснащенных многоступенчатыми нагнетателями, использовалась система впрыска смеси GM 1, содержавшей в себе значительное количество кислорода и улучшавшей сгорание.

В составе смеси, имевшей кодовое обозначение GM 1, был использован в жидком виде под давлением оксид азота (N2O), используемый также в медицине и получивший название “веселящий газ”. Сначала эту систему просто называли «HA-HA», но затем в соответствии со своим сокращением GM 1 она получила название «микстура Геринга» (Göring-Mischung), под которым она получила широкую известность. Подача в цилиндры двигателя дополнительного кислорода помимо охлаждения наддувочного воздуха позволяла впрыскивать в цилиндры двигателя дополнительное топливо и при этом улучшать антидетонационные свойства топливно-воздушной смеси и условия сгорания топлива.

Во время полёта впрыск в двигатель смеси GM 1 можно было использовать в течение 50 минут без снижения механической надёжности силовой установки.

e) Впрыск кислорода

Так же как и при использовании системы GM 1, содержавшей большое количество кислорода, при полётах выше высоты полного напора в целях увеличения мощности двигателя можно было использовать и непосредственный впрыск кислорода. На высотах выше 11 километров данная система позволяла получить заметное преимущество в сравнении с системой GM 1. В дальнейшем преимуществом системы впрыска кислорода по сравнению с системой впрыска смеси GM 1 было использование во всем диапазоне высот. До этого повышение мощности двигателя посредством впрыска кислорода выполнялось в том же диапазоне высот, что и при применении смеси GM 1. Значительным преимуществом системы впрыска кислорода было то, что при таком же количестве жидкости в баках, что и смеси GM 1, при впрыске кислорода продолжительность полёта с работающей системой была на 80% больше.

f) Дополнительный впрыск топлива

Для того чтобы в полной мере раскрыть все возможные варианты по форсированию двигателей, следовало бы упомянуть о еще одной такой возможности, которая заключалась в дополнительном впрыске авиационного бензина с октановым числом 96 единиц. И в этом случае основным фактором был охлаждающий эффект, который возникал при испарении бензина. Это было необходимо для того, чтобы снизить термические нагрузки, возникавшие в нагнетателе и в цилиндрах двигателя, и устранить детонацию бензина в цилиндрах двигателя. Удельный расход бензина при взлёте в данном случае увеличивался со 100% до 127%, т.е. у двигателя DB 605D удельный расход топлива возрастал с 215 г/л.с.×ч до 273 г/л.с.×ч.

Heinkel He100V-8 (D-IDGH). На этом самолёте со специально модифицированным рекордным двигателем DB-601, оснащенным дополнительным впрыском, пилот Ганс Дитерли 30.5.1939 года установил мировой рекорд скорости полёта для самолётов с поршневыми двигателями

Схема системы MW-50, применявшейся на двигателях Daimler-Benz DB-605. Схема составлена по чертежу Daimler-Benz 9-605-6136 от 5.6.1944

Увеличение мощности двигателя на минимальной высоте при помощи впрыска в цилиндры двигателя воды: (—-) увеличение мощности двигателя; (- — -) температура наддувочного воздуха

Увеличение мощности двигателя при помощи системы GM-1 или впрыска спирта на высоте 12 км: (—-) увеличение мощности двигателя полученное при впрыске смеси GM-1; (- — -) увеличение мощности двигателя при помощи впрыска спирта

Максимальная скорость полёта истребителя Messerschmitt Me-109 K-4 с высотным двигателем Daimler-Benz DB-605L в режиме набора высоты и на боевом режиме работы: (——) максимальная скорость полёта без использования системы MW-50, (- — -) максимальная скорость полёта с использованием системы MW-50. Схема составлена в соответствии с диаграммой результатов испытательного полета Me 109 K-A/IV/149a/44 от 25.8.1944 г.

При применении системы GM 1 увеличение мощности серийных двигателей Daimler-Benz DB-601N и DB-601Q

Серийный двигатель DB-601 N(1939 год), высота полного напора 4,9 км; согласно отчета 16 18 101 864/5 от 6.5.1941

Впрыск воды в двигатель: повышение мощности, миф или реальность

1. Как это работает
2. Обратная сторона
3. Ситуация в наше время
4. Возможность установки на собственный автомобиль

Всем привет! Автомобильная индустрия постоянно развивается и совершенствуется. При этом далеко не все слышали или знают что-то про впрыск воды в двигатель.

Да, всем известно, что существует система охлаждения , работающая практически на воде со специальными добавками. Существует и выхлопная система, в которой иногда бывает так, что вода капает из трубы . Но все же говорить о том, что в мотор специально подается вода с целью повышения эффективности его работоспособности, приходится. Как бы странно это ни звучало.

Но давайте рассмотрим этот вопрос более подробно. Узнаем, зачем и кто это делает, почему добавление пара или воды может давать какие-то преимущества, и как обстоят дела в современном автомобильном мире.

Как это работает

Имея в распоряжении дизельный или бензиновый мотор, традиционный инжекторный атмосферный или даже турбомотор, мало кому в голову придет намеренно подавать в цилиндры воды.

Скептики скажут, что подача в карбюратор или любой другой мотор воды приведет только к гидроудару.

Но тут важно понимать один нюанс. Есть такое понятие как гидроудар, обусловленный попаданием большого количества жидкости в мотор через впускной тракт. Такое может происходить при проезде глубокой лужи. Но существуют системы, которые можно даже собрать своими руками на Ардуино или купить через Алиэкспресс, которые осуществляют небольшой впрыск специальной смеси. Подобные разработки получили более широкое применение именно в машинах повышенной мощности. Для обычных моторов внутреннего сгорания они вряд ли подойдут. А вот поставить на газотурбинный агрегат можно.

Водяной впрыск используется с целью повышения эффективности мотора и его характеристик. Получить дополнительную мощность можно разными способами, в зависимости от того, какая именно система будет использоваться.

Обычно на впускной коллектор устанавливается специальная форсунка. Говоря про воду, многие лукавят. По факту выполняется подача смеси из воды и метанола. Она перемешивается с топливовоздушной смесью.

Не все понимают, почему применяется сочетание воды и спирта. Эта смесь имеет достаточно низкую температуру замерзания. Плюс это сочетание позволяет получить жидкость с лучшим эффектом рассеивания. То есть можно создать равномерную смесь и параллельно снизить температуру на участке впускного коллектора. Мелкие капли охлаждают смесь, за счет этого повышается степень сжатия, снижается скорость сгорания смеси внутри цилиндров, параллельно снижая вероятность такого эффекта как детонация.

Дополнительно падение температурных показателей положительно воздействует на протекающие внутри камеры сгорания химические процессы, падает уровень вредных выбросов из выхлопной системы.

Обратная сторона

Помимо очевидных и рассмотренных преимуществ, у таких систем есть и свои недостатки.

Это далеко не идеальная система, что и отразилось во многом на ее активном применении.

В результате работы образуются отработавшие газы. В них наблюдается повышенная концентрация углеводородов, которые не сгорают. Это негативно влияет на показатели расхода топлива. Если скорость маленькая, либо дроссельная заслонка открыта полностью, наблюдается нестабильная работа силового агрегата. К числу главных причин такого поведения относят неравномерное распределение находящихся в цилиндрах жидкостей. В некоторых цилиндрах обязательно будет появляться чрезмерно бедная смесь.

Эта проблема решается. Для этого можно поставить индивидуальную форсунку на каждый из цилиндров, которые будут находиться под управлением компьютера.

Важно понимать, что при добавлении смеси требуется использовать строго дистиллированную воду.

Если добавлять простую воду, непременно внутри камеры сгорания образуется нагар, ресурс снизится, мотор выйдет из строя раньше срока.

Ситуация в наше время

Не буду вдаваться в подробности, но скажу, что разработки водяной системы для повышения эффективности двигателя начались еще в начале 20 века, но наиболее широкое распространения получила во время Второй мировой. Система применялась для самолета и вертолета, участвующих в боевых действиях со стороны Германии и США.

Автомобиль Porsche 911, поставивший в 2005 году рекорд скорости среди машин, допущенных к эксплуатации по обычным дорогам, используя системы водяного впрыска разогнался до 388 километров в час. Затем про систему на некоторое время забыли, интерес к ней упал. Но в 2015 году специалисты из БМВ снова к ней вернулись. Только теперь агрегаты на газу (водометановой смеси) применялись с целью понизить расход топлива, а не увеличить мощность. Первой машиной оказался пейскар на базе BMW M4, который был частью мотогонок серии MotoGP.

Специалисты из БМВ использовали несколько интересных идей. Одна из них заключалась в том, что при работе системы кондиционирования салона образующийся конденсат попадал в специальный бак. Так решалась проблема добычи воды для смеси. В итоге экономия бензина упала на 8% в сравнении с обычным двигателем.

Возможность установки на собственный автомобиль

Подобная схема на основе воды и спирта может быть использована практически на любом автомобиле, включая ВАЗ.

В сети появилось множество умельцев, которые разработали самодельные системы. Причем порой в их состав входят обычные капельницы и шприцы, применяемые в медицине.

Самодельные системы, давая больше мощности и увеличивая крутящий момент, по факту параллельно заливают воду в коллектор. Последствия очевидные. Это неравномерное распределение воды по цилиндрам. В некоторых случаях есть все шансы получить солидный гидроудар.

Поставив подобную систему, не удивляйтесь, если машина начнет заводиться и глохнуть , если в какой-то момент начнется активный перегрев двигателя , либо спустя время после монтажа водяного впрыска вы услышите стук клапанов . Все это вполне возможно при неправильном монтаже и использовании самодельных узлов. Да и заводские разработки ставить все равно рискованно, если мотор изначально не адаптирован под работу с водяным впрыском.

Чтобы не рисковать, есть смысл приобрести готовый комплект. Он состоит из специального насоса, блока управления, бачка для воды и форсунок. Наиболее дорогостоящие разработки дополнительно имеют в составе клапан, который отвечает за контроль количества воды и следит за давлением.

Водяная система (спирт и вода) по факту достаточно редкое и необычное явление в наше время. Есть ли перспективы у такой разработки, вопрос достаточно спорный. Оставляйте свои отзывы, если лично сталкивались с системами впрыска воды в мотор, и делитесь впечатлениями о них.

Подписывайтесь, оставляйте комментарии, задавайте вопросы и участвуйте в обсуждении темы!

Просто добавь воды. Маленькая добавка H₂О повышает мощность ДВС и экономит топливо

Фото: Bosch

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 ДВС с изменяемой степенью сжатия. 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 CO₂, 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.

Утоли мои печали: как впрыск воды повышает мощность мотора

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.

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.

Зачем это нужно

Автомобилисты, ставшие применять впрыск воды, обнаружили массу преимуществ:

• Снижение топливных затрат на 20% в среднем в городе и 30% на трассе.
• Обеспечение возможности использования бензина с низким октановым числом.
• Улучшение показателей работы турбины двигателя, снижение шумовых характеристик.

Популярность система ДВС обрела во время войны.

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.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Ситуация в наше время

Не буду вдаваться в подробности, но скажу, что разработки водяной системы для повышения эффективности двигателя начались еще в начале 20 века, но наиболее широкое распространения получила во время Второй мировой. Система применялась для самолета и вертолета, участвующих в боевых действиях со стороны Германии и США.

Автомобиль Porsche 911, поставивший в 2005 году рекорд скорости среди машин, допущенных к эксплуатации по обычным дорогам, используя системы водяного впрыска разогнался до 388 километров в час. Затем про систему на некоторое время забыли, интерес к ней упал. Но в 2015 году специалисты из БМВ снова к ней вернулись. Только теперь агрегаты на газу (водометановой смеси) применялись с целью понизить расход топлива, а не увеличить мощность. Первой машиной оказался пейскар на базе BMW M4, который был частью мотогонок серии MotoGP.

Специалисты из БМВ использовали несколько интересных идей. Одна из них заключалась в том, что при работе системы кондиционирования салона образующийся конденсат попадал в специальный бак. Так решалась проблема добычи воды для смеси. В итоге экономия бензина упала на 8% в сравнении с обычным двигателем.

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.

1. 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.
2. В салоне автомобиля размещается электронасос на 12 вольт, который обеспечит непрерывную работу системы подачи воды.
3. Форсунка устанавливается во впускной коллектор за инжектором. По размеру форсунки подбирается трубка для подачи воды.
4. 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.

Достоинства и недостатки

Здесь, как и в любой системе есть свои достоинства и недостатки.

Плюсы инжекторов (если сравнивать с карбюратором):

1. снижение потребления топлива в 2 раза;
2. увеличение мощности;
3. упрощенный (автоматизированный) запуск;
4. легкое управление;
5. снижение выброса токсинов в несколько раз;
6. самонастройка, упрощающая техобслуживание;
7. ремонт сводится к замене деталей;
8. снижение высоты капота за счет размещения элементов инжекции по бокам мотора;
9. независимость от давления атмосферы, положения авто (работа карбюраторов нарушается при кренах).

Минусы инжекторных систем:

1. сравнительно высокая цена производства;
2. высокие требования к качеству бензина;
3. необходимость в специально оборудовании для диагностики;
4. зависимость от электроэнергии;
5. повышение вероятности пожара при ДТП из-за подачи бензина под давлением.

Последний недостаток частично компенсируется установкой контроллера, отключающего подачу при ударе.

Несколько разновидностей систем впрыска позволило укомплектовать ими большинство легковых автомобилей, выпущенных позже восьмидесятых. Управление механическое или электронное, топливо может подаваться непрерывно или импульсами.

Независимо от строения и принципа работы системы впрыска топлива, она дольше прослужит без ремонта, если отказаться от манипуляций с питанием, не отключать без необходимости массу, не осуществлять запуск при помощи буксировки. Инжекторные системы не переносят влагу, если вода проникает в них зимой, велика вероятность выхода из строя форсунок

Топливо должно быть чистое, особое внимание следует уделить состоянию фильтра, установленного перед насосом. При наличии в топливе примесей насос и система управления очень скоро выходят из строя

Советы по использованию

Можно дать несколько рекомендаций, соблюдение которых позволит повысить эффективность использования системы впрыска воды в двигатель.

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Когда появился водородный двигатель, основные компании, ведущие его разработку

Интерес к применению водорода появился еще в 70-х годах в период острого дефицита топлива. Первым современным разработчиком, который представил двигатель для автомобиля работающий на водороде, стал концерн Toyota. Именно он в 1997 году выставил на всеобщее обозрение внедорожник FCHV, который так и не пошел в серийное производство.

Несмотря на первую неудачу, многие компании продолжают исследования и даже производство таких автомобилей. Наибольших успехов добились концерны Тойота, Хендай и Хонда. Разработки ведут и другие компании — Фольксваген, Дженерал Моторз, БМВ, Ниссан, Форд.

В 2022 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom. Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение в конце 2022 года по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации.

Интерес к покупке Coranda iLint уже проявила Норвегия, Дания и другие страны.

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 NO_x, 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.

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.

Что такое водо-метанольный впрыск?

Немного истории. Технология впрыска воды.

Технология впрыска воды почти такая же старая, как и сам автомобиль. Однако, как и многие автомобильные технологии, она потеряна – так как мода берет своё. Впрыск воды – это возможность подавить детонацию, что позволяет поднять давление в цилиндрах и тем самым повысить КПД двигателя. Контроллером впрыска воды легко управлять и довольно просто установить. Теперь, когда выброс газов в атмосферу контролируется все жестче, октановое число бензина повышается и растет цена, впрыск воды становится лучшим способом экономии топлива, так как “вода” доступна практически бесплатно.

Исследования по использованию впрыска воды в ДВС были проведены в Авиационной Лаборатории Langley во время войны с декабря 1941 г. по март 1942 г.

Выписка из данного отчета (перевод) на рисунке.

Выводы: водная инжекция может применяться как средство внутреннего охлаждения двигателя.

Достоинства впрыска воды:

1. Возможность работы на обедненных смесях, что уменьшает расход топлива, либо можно уменьшить октановое число топлива без ухудшения характеристик двигателя.
2. Впрыск воды может устанавливаться на авиационную технику.
3. Понижается температура выхлопных газов.
4. Возможность увеличения мощности двигателя за счет устранения детонации.

Недостатки технологии впрыска воды:

1. Повышенный вес (сейчас это устранено за счет применения современных технологий).
2. Необходимость в дополнительном баке для воды.
3. Трудности использования при отрицательных температурах (необходимо добавлять спирт или метанол).

Как работает впрыск воды?

Итак, как же вода помогает подавить детонацию? Детонация случается, когда пламя в цилиндре не прогрессирует, а вместо этого происходит взрыв. Это вызывает массивное увеличение давления, которое может повредить поршни, кольца и даже головки блока цилиндров. Детонация иногда может быть услышана как “тинь-тинь” – звук идущий от двигателя.

Впрыск воды может осуществляться 3-мя способами.

Первый и основной, когда вода впрыскивается на впуске, до того как смесь попадает в цилиндры, маленькие капли собирают тепло из воздуха. Вода имеет очень высокий коэфициент теплообмена (может поглотить большое количество энергии, и при этом температура поднимется не сильно), это способствут охлаждению поступающего воздуха. Капли начинают испаряться, при этом поглощается еще больше тепла. И наконец, когда оставшиеся капли достигают камеры сгорания вся вода превращается в пар. Это действует как анти-детонант и к тому же поддерживает внутренности двигателя в очень чистом состоянии (препятсвует образованию карбоновых отложений).

Эксперименты с впрыском воды проводились еще в 1930-х годах. В то время было обнаружено, что детонации можно избежать если смесь воздух/топливо делать более богатой. По мере роста давления детонация усиливается, но обогащение смеси снимает проблему, в тоже время было установлено, что при впрыске воды – детонации не происходит, даже если смесь бедная. Снижение детонации при богатой смеси происходит за счет того, что большое количество топлива охлаждает камеру сгорания, естественно при использовании воды такого количества топлива уже не нужно.

Этот эффект наиболее значительный и позволяет экономить топливо при больших нагрузках на двигатель. Saab – на своих последних моделях турбированных автомобилей стал недавно применять впрыск воды на больших нагрузках в сочетании с более бедной смесью – это способствует снижению вредного выхлопа и экономии топлива. Если взглянуть на это с другой точки зрения, то на больших нагрузках можно экономить топливо без снижения мощности.

Всегда ли для впрыска используется вода?

Несмотря на то, что мы пока говорили только про “воду”, многие системы используют смесь воды с метанолом (50/50), или воды и метилового спирта. Исследования проводившиеся во время второй мировой войны доказали, что использование чистой воды лучше для снижения детонации, а смесь с метанолом позволяет получить больше мощности до того как произойдет детонация. Одна из причин этого в том, что алкоголь горит медленнее, чем бензин. Поэтому пик давления в цилиндрах возникает позже, что способствует увеличению момента.

Вопрос заключается в том – может ли впрыск воды помочь в увеличении мощности двигателя? В то время как температура поступающего в двигатель воздуха понижается, понижается и его плотность, а присутствие воды в цилиндрах оставляет меньше места для кислорода. И в таком случае чистый сухой воздух означает больше мощности. Однако холодный воздух менее плотный, что позволяет увеличить количество воздуха, поэтому теоритически, если отношение воздух/топливо не меняется – то оба фактора нейтрализуют друг друга.

Это означает, что если впрыск воды используется без какой либо настройки двигателя – то улучшений ждать не приходится. Однако, если смесь забеднить, или увеличить давление или выставить более раннее зажигание – то в результате получится прибавка в мощности. Заряженные авиационные двигатели имеют устройства для автоматического обеднения смеси когда идет впрыск воды. Напомним, что изменения в составе смеси на высоких нагрузках могут быть очень опасными, и могут плохо сказаться на “здоровье” вашего двигателя. Двигатели, нагнетающие воздух принудительно (турбо и компрессорные) очень легко повредить, если беднить смесь или изменять зажигание.

Система впрыска должна обеспечивать следущее:

• равномерно распределять подачу воды между цилиндрами;
• автоматически запускаться к нужному моменту;
• иметь возможность перекрыть воду, когда она не нужна;
• или предупредить водителя или понизить мощность двигателя (за счет снижения наддува), когда вода кончается;
• быть очень надежной.

Многие системы, которые доводилось видеть не удволетворяют указанным выше критериям.

Чтобы система была эффективной, подача воды должна меняться в зависимости от воздушного потока. Другими словами поток воды должен соотвествовать потоку воздуха. Маленькое количество воды должно быть на малых нагрузках, и больше на больших. Если подача воды контролируется достаточно точно, то максимальное количество должно быть на пике момента.

Вода должны подаваться в очень хорошо распыленном виде. Это способствует созданию маленьких капель, что увеличивает площадь соприкосновения. Маленькие капли также имеют меньше шансов “упасть” с воздуха и намочить стенки впускного коллектора, что может вызвать неравномерное распределение воды по цилиндрам. Капли маленького размера – требуют применения насоса с высоким давлением и правильного дизайна форсунки.

Английская компания Aquamist специализируется на изготовлении таких систем. Они производят свои собственные насосы, которые работают с низким потоком, но высоким давлением. Насос использует двойной цикл, сначала вода затягивается, а потом выпускается через клапан, это обеспечивает потом примерно 160 кубиков в минуту при давлении порядка 3 бар. Насос имеет встроенную электронику для контроля цикла.

Как альтернативу насосу можно использовать давление наддува, для этого поступаюший воздух надо прогонять через специальную форсунку. В таком случае подключение воды осуществляется до компрессора. В таком случае, требования к форсунке будут очень высоки, чтобы избежать больших капель. Однако такой метод себя не зарекомендовал, так как со временем компрессор приходит в негодность (на лопастях крыльчатки образуется налет).

Вообще же впрыск воды можно осуществлять в разных местах. В атмосферных автомобилях форсунка располагается обычно рядом с дроссельной заслонкой (до неё). В турбированных же автомобилях выбор шире:

• до компрессора;
• после компрессора, но до интеркулера;
• после интеркулера.

Устанавливать форсунку нужно либо до дроссельной заслонки, либо после, вообще же лучше-подобрать оптимальное расположение опытным путем. На самолетных двигателях к примеру встречается до 18 форсунок установленных рядом с выходом из турбины. Количество подаваемой воды нужно правильно дозировать, обычно это 20-30 процентов от веса жидкости (бензин + вода). Систему нужно настроить так, чтобы вода подавалась только при большом потоке воздуха.

Впрыск воды – очень эффективное средство борьбы с детонацией, и при этом не уменьшается воздушный поток. Систему довольно легко установить, так как компоненты можно распределить, наибольший недостаток – это наличие резервуара с водой, к тому же его еще приходится периодически заправлять. Кроме того, такая система снижает выброс вредных веществ в атмосферу, даёт возможность использовать топливо с более низким октановым числом, ну и служит хорошим средством для экономии (снижается расход топлива).

В данной статье мы ознакомились в впрыском воды. Если Вы желаете купить радар-детектор в интернет-магазине. Компания Radartech готова предоставить антирадары оптом и в розницу. Мы является официальным производителем, поэтому цены на антирадары ниже именно на нашем сайте. Хотя Вы можете обратиться и к официальным дилерам радар-детекторов Radartech Pilot 21RS plus, Pilot 21 R(S) и прочих моделей антирадаров Радартех в Москве и по России.