Iniezione di acqua nel motore dell'auto

La potenza del motore è l'argomento più comune nei circoli automobilistici. Quasi ogni automobilista ha pensato almeno una volta a come aumentare le prestazioni di un propulsore. Alcuni installano turbine, altri alesano cilindri, ecc. (vengono descritti altri metodi per aumentare la potenza in un altro stаThiers). Molti di coloro che sono interessati alla messa a punto dell'auto conoscono sistemi che forniscono una piccola quantità di acqua o la sua miscela con metanolo.

La maggior parte degli automobilisti ha familiarità con un concetto come il colpo d'ariete di un motore (esiste anche un revisione separata). Come può l'acqua, che provoca la distruzione del motore a combustione interna, aumentarne allo stesso tempo le prestazioni? Proviamo ad affrontare questo problema e consideriamo anche i vantaggi e gli svantaggi che il sistema di iniezione del metanolo dell'acqua ha nell'unità di potenza.

Cos'è un sistema di iniezione d'acqua?

In breve, questo sistema è un serbatoio in cui viene versata l'acqua, ma più spesso una miscela di metanolo e acqua in un rapporto 50/50. Ha un motore elettrico, ad esempio, da un lavavetri. Il sistema è collegato da tubi elastici (nella versione più economica, vengono presi i tubi dal contagocce), alla fine dei quali è installato un ugello separato. A seconda della versione del sistema, l'iniezione viene effettuata tramite uno o più atomizzatori. L'acqua viene fornita quando l'aria viene aspirata nel cilindro.

Se prendiamo la versione di fabbrica, l'unità avrà una pompa speciale controllata elettronicamente. Il sistema avrà uno o più sensori per aiutare a determinare il momento e la quantità di acqua spruzzata.

Da un lato, sembra che l'acqua e un motore siano concetti incompatibili. La combustione della miscela aria-carburante avviene nel cilindro e, come tutti sanno fin dall'infanzia, la fiamma (se non sono sostanze chimiche a bruciare) viene spenta dall'acqua. Chi ha "preso confidenza" con l'ammortizzatore idraulico del motore, per propria esperienza, era convinto che l'acqua sia l'ultima sostanza che dovrebbe entrare nel motore.

Tuttavia, l'idea dell'iniezione d'acqua non è frutto dell'immaginazione adolescenziale. In effetti, questa idea ha quasi cento anni. Negli anni '1930, per esigenze militari, Harry Ricardo migliorò il motore aeronautico Rolls-Royce Merlin e sviluppò anche benzina sintetica ad alto numero di ottano. qui) per motori a combustione interna di aeromobili. La mancanza di tale carburante è un alto rischio di detonazione nel motore. Perché questo processo è pericoloso? separatamente, ma in breve, la miscela aria-carburante dovrebbe bruciare in modo uniforme, e in questo caso esplode letteralmente. Per questo motivo, le parti dell'unità sono sottoposte a stress eccessivo e si guastano rapidamente.

Per combattere questo effetto, G. Ricardo ha condotto una serie di studi, a seguito dei quali è stato in grado di ottenere la soppressione della detonazione dovuta all'iniezione di acqua. Sulla base dei suoi sviluppi, gli ingegneri tedeschi sono riusciti a quasi raddoppiare la potenza delle unità nei loro aerei. Per questo, è stata utilizzata la composizione MW50 (methanol wasser). Ad esempio, il caccia Focke-Wulf 190D-9 era equipaggiato con lo stesso motore. La sua potenza massima era di 1776 cavalli, ma con un breve postbruciatore (la suddetta miscela veniva immessa nei cilindri), questa barra saliva a 2240 "cavalli".

Questo sviluppo è stato utilizzato non solo in questo modello di aereo. Nell'arsenale dell'aviazione tedesca e americana c'erano diverse modifiche delle unità di potenza.

Se parliamo di auto di produzione, il modello Oldsmobile F85 Jetfire, uscito dalla catena di montaggio nel 62 ° anno del secolo scorso, ha ricevuto un'installazione di fabbrica di iniezione d'acqua. Un'altra vettura di serie con motore potenziato in questo modo è la Saab 99 Turbo, lanciata nel 1967.

Oldmobile F85 Jetfire

Saab 99 Turbo

La popolarità di questo sistema ha guadagnato slancio grazie alla sua applicazione nel 1980-90. nelle auto sportive. Così, nel 1983, Renault dota le sue vetture di Formula 1 di un serbatoio da 12 litri, in cui sono stati installati una pompa elettrica, un regolatore di pressione e il numero richiesto di iniettori. Nel 1986, gli ingegneri del team riuscirono ad aumentare la coppia e la potenza del propulsore da 600 a 870 cavalli.

Nella guerra automobilistica delle case automobilistiche, anche la Ferrari non voleva "sfiorare il posteriore", e decise di utilizzare questo sistema in alcune delle sue auto sportive. Grazie a questa modernizzazione, il marchio è riuscito a conquistare una posizione di leadership tra i designer. Lo stesso concetto è stato sviluppato dal marchio Porsche.

Aggiornamenti simili sono stati effettuati con vetture che hanno partecipato a gare della serie WRC. Tuttavia, all'inizio degli anni '90, gli organizzatori di tali competizioni (incluso F-1) hanno modificato i regolamenti e vietato l'uso di questo sistema nelle auto da corsa.

Un'altra svolta nel mondo del motorsport è stata fatta da uno sviluppo simile alle gare di drag racing nel 2004. Il record mondiale di ¼ di miglio è stato battuto da due veicoli diversi, nonostante i tentativi di raggiungere il traguardo con varie modifiche al propulsore. Queste auto diesel erano dotate di un collettore di aspirazione dell'acqua.

Nel corso del tempo, le auto hanno iniziato a ricevere intercooler che riducono la temperatura del flusso d'aria prima che entri nel collettore di aspirazione. Grazie a ciò, gli ingegneri sono stati in grado di ridurre il rischio di urti e il sistema di iniezione non era più necessario. Un forte aumento della potenza è diventato possibile grazie all'introduzione di un sistema di alimentazione del protossido di azoto (apparso ufficialmente nel 2011).

Nel 2015, hanno iniziato a comparire di nuovo notizie sull'iniezione di acqua. Ad esempio, la nuova safety car MotoGP sviluppata da BMW ha un classico kit di nebulizzazione d'acqua. Alla presentazione ufficiale dell'auto in edizione limitata, il rappresentante della casa automobilistica bavarese ha affermato che in futuro si prevede di rilasciare una linea di modelli civili con un sistema simile.

Cosa fornisce al motore l'iniezione di acqua o metanolo?

Quindi passiamo dalla storia alla pratica. Perché il motore necessita di iniezione d'acqua? Quando una quantità di liquido strettamente limitata entra nel collettore di aspirazione (viene spruzzata una goccia non superiore a 0.1 mm), a contatto con un mezzo caldo, si trasforma immediatamente in uno stato gassoso con un alto contenuto di ossigeno.

Il BTC raffreddato si comprime molto più facilmente, il che significa che l'albero motore deve utilizzare una forza leggermente inferiore per eseguire la corsa di compressione. Pertanto, l'installazione consente di risolvere diversi problemi contemporaneamente.

In primo luogo, l'aria calda ha meno densità (per motivi di esperimento, puoi portare una bottiglia di plastica vuota da una casa calda al freddo - si restringerà decentemente), quindi meno ossigeno entrerà nel cilindro, il che significa che benzina o diesel il carburante brucerà peggio. Per eliminare questo effetto, molti motori sono dotati di turbocompressori. Ma anche in questo caso la temperatura dell'aria non scende, poiché le turbine classiche sono alimentate da uno scarico caldo che passa attraverso il collettore di scarico. L'acqua spruzzata consente di fornire più ossigeno ai cilindri per migliorare l'efficienza della combustione. A sua volta, questo avrà un effetto positivo sul catalizzatore (per i dettagli, leggi in una recensione separata).

In secondo luogo, l'iniezione d'acqua consente di aumentare la potenza del propulsore senza modificarne il volume di lavoro e senza modificarne il design. Il motivo è che in uno stato vaporoso, l'umidità occupa molto più volume (secondo alcuni calcoli, il volume aumenta di un fattore 1700). Quando l'acqua evapora in uno spazio ristretto, viene creata una pressione aggiuntiva. Come sapete, la compressione è molto importante per la coppia. Senza l'intervento nella progettazione del propulsore e di una potente turbina, questo parametro non può essere aumentato. E poiché il vapore si espande bruscamente, più energia viene rilasciata dalla combustione dell'HTS.

In terzo luogo, a causa degli spruzzi d'acqua, il carburante non si surriscalda e la detonazione non si forma nel motore. Ciò consente l'uso di benzina più economica con un numero di ottano inferiore.

In quarto luogo, a causa dei fattori sopra elencati, il guidatore potrebbe non premere il pedale dell'acceleratore così attivamente per rendere l'auto più dinamica. Ciò è garantito spruzzando liquido nel motore a combustione interna. Nonostante l'aumento della potenza, il consumo di carburante non aumenta. In alcuni casi, con una modalità di guida identica, la gola del motore si riduce al 20 percento.

In verità, questo sviluppo ha anche degli avversari. Le idee sbagliate più comuni sull'iniezione di acqua sono:

1. E il colpo d'ariete? Non si può negare che quando l'acqua entra nei cilindri, il motore subisce un colpo d'ariete. Poiché l'acqua ha una densità decente quando il pistone è in una corsa di compressione, non può raggiungere il punto morto superiore (questo dipende dalla quantità di acqua), ma l'albero motore continua a ruotare. Questo processo può piegare le bielle, rompere le chiavi, ecc. Infatti l'iniezione di acqua è talmente ridotta che la corsa di compressione non ne risente.
2. Il metallo, a contatto con l'acqua, si arrugginisce nel tempo. Questo non accadrà con questo sistema, perché la temperatura nei cilindri di un motore in funzione supera i 1000 gradi. L'acqua si trasforma in uno stato vaporoso a 100 gradi. Quindi, durante il funzionamento del sistema, non c'è acqua nel motore, ma solo vapore surriscaldato. A proposito, quando il carburante brucia, c'è anche una piccola quantità di vapore nei gas di scarico. Una prova parziale di ciò è l'acqua che fuoriesce dal tubo di scarico (vengono descritti altri motivi del suo aspetto qui).
3. Quando l'acqua appare nell'olio, il grasso si emulsiona. Anche in questo caso, la quantità di acqua spruzzata è così piccola che semplicemente non può entrare nel carter. Diventa immediatamente un gas che viene rimosso insieme allo scarico.
4. Il vapore caldo distrugge la pellicola d'olio, facendo in modo che l'unità di potenza afferri il cuneo. Infatti, il vapore o l'acqua non dissolvono l'olio. Il solvente più vero è solo la benzina, ma allo stesso tempo il film d'olio rimane per centinaia di migliaia di chilometri.

Vediamo come funziona il dispositivo per spruzzare acqua nel motore.

Come funziona il sistema di iniezione dell'acqua

Nelle moderne unità di potenza dotate di questo sistema possono essere installati diversi tipi di kit. In un caso, viene utilizzato un unico ugello, situato sull'ingresso del collettore di aspirazione prima della biforcazione. Un'altra modifica utilizza diversi iniettori del tipo iniezione distribuita.

Il modo più semplice per montare un tale sistema è installare un serbatoio dell'acqua separato in cui verrà posizionata l'elettropompa. Ad esso è collegato un tubo, attraverso il quale verrà fornito liquido allo spruzzatore. Quando il motore raggiunge la temperatura desiderata (viene descritta la temperatura di esercizio del motore a combustione interna in un altro articolo), il conducente inizia a spruzzare per creare una nebbia umida nel collettore di aspirazione.

L'installazione più semplice può anche essere installata su un motore a carburatore. Ma allo stesso tempo non si può fare a meno di un ammodernamento del tratto di assunzione. In questo caso, il sistema è controllato dall'abitacolo dal conducente.

Nelle versioni più avanzate, che possono essere trovate nei negozi di auto-tuning, la regolazione della modalità spray è fornita da un microprocessore separato, oppure il suo lavoro è associato ai segnali provenienti dalla ECU. In questo caso, sarà necessario utilizzare i servizi di un elettricista automobilistico per installare il sistema.

Il dispositivo dei moderni sistemi di spruzzatura include i seguenti elementi:

• Elettropompa che fornisce pressione fino a 10 bar;
• Uno o più ugelli per spruzzare acqua (il loro numero dipende dal dispositivo dell'intero sistema e dal principio di distribuzione del flusso umido sui cilindri);
• Il controller è un microprocessore che controlla i tempi e la quantità di iniezione d'acqua. Ad esso è collegata una pompa. Grazie a questo elemento è assicurato un dosaggio ad alta precisione costante. Gli algoritmi incorporati in alcuni microprocessori consentono al sistema di adattarsi automaticamente alle diverse modalità di funzionamento dell'unità di potenza;
• Un serbatoio per il liquido da spruzzare nel collettore;
• Sensore di livello situato in questo serbatoio;
• Tubi della lunghezza corretta e raccordi adeguati.

Il sistema funziona secondo questo principio. Il controller di iniezione riceve segnali dal sensore del flusso d'aria (per maggiori dettagli sul suo funzionamento e sui malfunzionamenti, leggere qui). In base a questi dati, utilizzando opportuni algoritmi, il microprocessore calcola il tempo e la quantità di liquido spruzzato. A seconda della modifica del sistema, l'ugello può essere semplicemente realizzato sotto forma di un manicotto con un atomizzatore molto sottile.

La maggior parte dei sistemi moderni dà semplicemente un segnale per accendere / spegnere la pompa. Nei kit più costosi è presente una valvola speciale che modifica il dosaggio, ma nella maggior parte dei casi non funziona correttamente. Fondamentalmente, il controller viene attivato quando il motore raggiunge i 3000 giri / min. e altro ancora. Prima di installare una tale installazione sulla tua auto, devi tenere conto del fatto che la maggior parte dei produttori avvisa del funzionamento errato del sistema su alcune auto. Nessuno fornirà un elenco dettagliato, poiché tutto dipende dai singoli parametri dell'unità di potenza.

Sebbene la funzione principale dell'iniezione d'acqua sia quella di aumentare la potenza del motore, viene utilizzata principalmente solo come intercooler per raffreddare il flusso d'aria proveniente da una turbina rovente.

Oltre ad aumentare la potenza del motore, molti sono convinti che l'iniezione pulisca anche la cavità di lavoro del cilindro e il condotto di scarico. Alcuni credono che la presenza di vapore nello scarico crei una reazione chimica che neutralizza alcune delle sostanze tossiche, ma in questo caso l'auto non avrà bisogno di un elemento come un catalizzatore automobilistico o un complesso sistema AdBlue, di cui puoi leggere . qui.

Il pompaggio dell'acqua ha effetto solo ad alti regimi del motore (deve essere ben riscaldato e il flusso d'aria deve essere rapido in modo che l'umidità entri immediatamente nei cilindri), e in misura maggiore nei propulsori turbocompressi. Questo processo crea una coppia aggiuntiva e un piccolo aumento della potenza.

Se il motore è aspirato naturalmente, non diventerà significativamente più potente, ma sicuramente non subirà la detonazione. Per un motore a combustione interna turbocompresso, un'iniezione d'acqua installata davanti al compressore aumenterà l'efficienza riducendo la temperatura dell'aria in ingresso. E per un effetto ancora maggiore, un tale sistema utilizza la miscela di acqua e metanolo precedentemente menzionata in una proporzione di 50x50.

Vantaggi e svantaggi

Quindi, il sistema di iniezione dell'acqua consente:

• Temperatura dell'aria in ingresso;
• Fornire un raffreddamento aggiuntivo degli elementi della camera di combustione;
• Se viene utilizzata benzina di bassa qualità (a basso numero di ottani), gli spruzzi d'acqua aumentano la resistenza alla detonazione del motore;
• L'utilizzo della stessa modalità di guida riduce il consumo di carburante. Ciò significa che a parità di dinamica l'auto emette meno inquinanti (ovviamente non è così efficiente che l'auto possa fare a meno di un catalizzatore e di altri sistemi per neutralizzare i gas tossici);
• Non solo per aumentare la potenza, ma anche per far girare il motore con una coppia aumentata del 25-30 percento;
• In una certa misura pulire gli elementi del sistema di aspirazione e di scarico del motore;
• Migliora la risposta dell'acceleratore e la risposta del pedale;
• Portare la turbina alla pressione di esercizio a un regime motore inferiore.

Nonostante così tante funzioni utili, l'iniezione d'acqua è indesiderabile per i veicoli convenzionali e ci sono diversi buoni motivi per cui le case automobilistiche non la stanno implementando nei veicoli di produzione. La maggior parte di questi sono dovuti al fatto che il sistema ha un'origine sportiva. Nel mondo degli sport motoristici, il risparmio di carburante è in gran parte trascurato. A volte il consumo di carburante raggiunge i 20 litri per cento. Ciò è dovuto al fatto che il motore viene spesso portato al massimo dei giri e il guidatore preme quasi costantemente il gas fino a quando non si ferma. Solo in questa modalità, l'effetto dell'iniezione è evidente.

Quindi, ecco i principali svantaggi del sistema:

• Poiché l'installazione era destinata principalmente a migliorare le prestazioni delle auto sportive, questo sviluppo è efficace solo alla massima potenza. Non appena il motore raggiunge questo livello, il controller fissa questo momento e inietta l'acqua. Per questo motivo, affinché l'installazione funzioni in modo efficace, il veicolo deve essere utilizzato in modalità sportiva. Ai bassi regimi il motore può essere più "meditabondo".
• L'iniezione di acqua viene eseguita con un certo ritardo. Innanzitutto, il motore entra in modalità di alimentazione, l'algoritmo corrispondente viene attivato nel microprocessore e viene inviato un segnale alla pompa per l'accensione. L'elettropompa inizia a pompare liquido nella linea e solo dopo l'ugello inizia a spruzzarlo. A seconda della modifica del sistema, tutto ciò potrebbe richiedere circa un millisecondo. Se l'auto sta guidando in modalità silenziosa, l'irrorazione non avrà alcun effetto.
• Nelle versioni con un ugello, è impossibile controllare la quantità di umidità che entra in un particolare cilindro. Per questo motivo, nonostante una buona teoria, la pratica mostra spesso un funzionamento instabile del motore, anche con l'acceleratore completamente aperto. Ciò è dovuto alle diverse condizioni di temperatura nelle singole "pentole".
• In inverno, il sistema necessita di rifornimento non solo con acqua, ma con metanolo. Solo in questo caso, anche a basse temperature, il liquido verrà erogato liberamente al collettore.
• Per la sicurezza del motore, l'acqua iniettata deve essere distillata, e questo è un ulteriore spreco. Se si utilizza la normale acqua di rubinetto, molto presto si accumulano depositi di calcare sulle pareti delle superfici di contatto (come le incrostazioni in un bollitore). La presenza di particelle solide estranee nel motore è irta di un guasto precoce dell'unità. Per questo motivo va utilizzato il distillato. Rispetto al risparmio di carburante insignificante (un'auto normale non è progettata per un funzionamento costante in modalità sportiva e la legislazione lo vieta sulle strade pubbliche), l'installazione stessa, la sua manutenzione e l'uso di distillato (e in inverno - una miscela di acqua e metanolo) è economicamente ingiustificato ...

In verità, alcune delle carenze possono essere risolte. Ad esempio, affinché l'unità di potenza funzioni stabilmente ad alto numero di giri o al massimo carico a basso numero di giri, è possibile installare un sistema di iniezione dell'acqua distribuita. In questo caso verranno installati gli iniettori, uno per ogni collettore di aspirazione, come in un identico sistema di alimentazione.

Tuttavia, il prezzo di tale installazione aumenta in modo significativo e non solo a causa di elementi aggiuntivi. Il fatto è che l'iniezione di umidità ha senso solo nel caso di un flusso d'aria in movimento. Quando la valvola di aspirazione (o più nel caso di alcune modifiche al motore) è chiusa, e questo avviene per tre cicli, l'aria nel tubo è immobile.

Per evitare che l'acqua defluisca invano nel collettore (il sistema non prevede la rimozione dell'umidità in eccesso che si accumula sulle pareti del collettore), il controllore deve determinare in quale momento e quale particolare ugello deve entrare in funzione. Questa configurazione complessa richiede hardware costoso. Rispetto all'aumento insignificante di potenza per un'auto standard, una tale spesa è ingiustificata.

Naturalmente, è compito di tutti installare o meno un sistema del genere sulla propria auto. Abbiamo considerato sia i vantaggi che gli svantaggi di un tale progetto. Inoltre, ti suggeriamo di guardare una conferenza video dettagliata su come funziona l'iniezione d'acqua:

Teoria del motore a combustione interna: iniezione di acqua nel tratto di aspirazione

Domande e risposte:

Che cos'è l'iniezione di metanolo? Questa è l'iniezione di una piccola quantità di acqua o metanolo in un motore in funzione. Ciò aumenta la resistenza alla detonazione del carburante scadente, riduce l'emissione di sostanze nocive, aumenta la coppia e la potenza del motore a combustione interna.

A cosa serve l'iniezione di acqua di metanolo? L'iniezione di metanolo raffredda l'aria aspirata dal motore e riduce la probabilità di detonazione del motore. Ciò aumenta l'efficienza del motore grazie all'elevata capacità termica dell'acqua.

Come funziona il sistema Vodomethanol? Dipende dalla modifica del sistema. Il più efficiente è sincronizzato con gli iniettori di carburante. A seconda del loro carico, viene iniettata acqua metanolo.

A cosa serve il vodometanolo? Questa sostanza è stata utilizzata in Unione Sovietica nei motori degli aerei prima dell'avvento dei motori a reazione. L'acqua metanolo ha ridotto la detonazione nel motore a combustione interna e ha reso regolare la combustione dell'HTS.