Знаете ли вы, что даже самый совершенный бензиновый двигатель теряет приблизительно пятую часть топлива на задачи, не связанные непосредственно с приводом автомобиля в движение? Некоторое количество бензина используется для охлаждения - в особенности при высоких оборотах двигателя. С помощью новой системы компания Bosch продемонстрировала возможную альтернативу: впрыск воды, например, при быстром ускорении или во время движения по скоростной автостраде, позволяет сэкономить вплоть до 13% топлива. «Наша система впрыска воды демонстрирует, что у двигателя внутреннего сгорания все еще припасены некоторые козыри в рукаве», - говорит д-р Рольф Буландер, член совета директоров компании Robert Bosch GmbH и председатель правления бизнес-направления Решений для мобильности. Экономия топлива, которую предлагает новая система, особенно ощутима в небольших трех- и четырехцилиндровых двигателях: именно таких, которые можно найти под капотом большинства автомобилей средних размеров.

Дополнительный импульс для двигателя с турбонаддувом

Актуальность инновации заключается не только в экономии топлива. Данная технология позволяет также увеличить мощность двигателя. «Впрыск воды может придать дополнительный импульс любому турбомотору», - говорит Штефан Зайберт, президент подразделения Бензиновых Систем Robert Bosch GmbH. - Более ранний угол опережения зажигания делает работу двигателя более эффективной. Исходя из этого, инженеры могут получить дополнительную мощность из двигателя даже в спорткарах.

В основе инновационной технологии лежит тот факт, что двигатель не должен перегреваться. Для того, чтобы предотвратить перегрев, дополнительное топливо впрыскивается практически в каждый бензиновый двигатель. Испаряясь, оно охлаждает детали. Во время работы с системой впрыска воды был использован тот же физический принцип. Перед тем как топливо воспламеняется, мелкодисперсная водяная пыль впрыскивается во впускной коллектор. Высокая удельная теплота парообразования воды означает, что она обеспечивает эффективное охлаждение.

По этой же причине достаточно лишь небольшого количества воды: на каждые сто километров пути требуется всего несколько сотен миллилитров жидкости. В результате компактный бак для дистиллированной воды, снабжающий систему впрыска, должен пополняться с периодичностью раз в несколько тысяч километров.

В случае, если запас дистиллированной воды невозможно пополнить, причин для беспокойства нет: двигатель все равно будет работать без перебоев - хотя и без увеличения крутящего момента и уменьшенного потребления горючего, которые обеспечивает водный впрыск.

Первым транспортным средством, которое демонстрирует инновационную систему водного впрыска, является спорткар BMW M4 GTS. В его турбированном шестицилиндровом двигателе данная технология обеспечивает улучшенные характеристики и снижает потребление горючего даже при полной нагрузке.

В ходе тестовых испытаний (WLTC) было продемонстрировано, что водяной впрыск позволяет сберечь до 4% топлива. В реальных дорожных условиях эта цифра может быть еще выше: потребление топлива может быть уменьшено до 13% во время быстрого разгона или езды по скоростной автостраде.

- Не станет ли водяной впрыск причиной коррозии двигателя?

Нет. В камере сгорания вообще не остается воды. Она испаряется до того, как в двигателе происходит процесс сгорания. Вся вода выбрасывается в окружающую среду вместе с выхлопными газами.

- Каким образом пополняются запасы воды?

Для поддержания системы впрыска требуется иметь с собой всего лишь небольшое количество дистиллированной воды - именно она используется для пополнения специального резервуара. В среднем требуется доливать воду каждые 3 тыс. км.

- Может ли замерзнуть вода в резервуаре?

Когда двигатель перестает работать, вода перетекает обратно в резервуар, где она может замерзнуть. После того как двигатель возобновит работу, вода постепенно оттает.

- Существует ли непосредственный впрыск воды?

Да. Это система впрыска воды во впускной коллектор, так как у такой системы есть технические преимущества и обходится она гораздо дешевле. Это делает возможным ее массовое использование на разных типах транспортных средств.

Для большого количества водителей простая эксплуатация своего автомобиля со временем становится скучной. Вследствие этого автолюбители решают начать тюнинговать свою «ласточку». Кто-то всерьёз увлекается совершенствованием кузова, а кто-то модернизирует сердце транспортного средства - двигатель. Конечно, существует огромнейшее количество способов улучшения последнего, но один из самых изощрённых и интересных - это впрыск воды в двигатель.

Естественно, вы скажите, кто же в здравом уме и трезвой памяти будет лить воду в мотор, ведь случится гидроудар, и он выйдет из строя? Спешим вас расстроить, такой тюнинг эффективен и безопасен. Давайте-ка подробнее рассмотрим принцип впрыска воды в двигатель и даже то, как его сделать своими руками.

Как работает

Сначала познакомимся с интересной историей появления такого явления, как впрыск воды в двигатель. Около 110 лет назад некий учёный-инженер по фамилии Бычнки из Венгрии начал заливать воду в двигатели, примитивные на то время.

Долгое время этот вопрос мусолили, но он так и не развился. Только 3-4 десятилетия спустя английский учёный Хопкинсон серьёзно начал заниматься этой темой. Он произвёл некоторое количество исследований на стандартных для того времени двигателях. Результаты были довольно-таки хорошие, естественно, приоритетным было уменьшение детонации, а не увеличение мощности, но как оно вышло - видите сами.

Однако тем, кто реально развил и запатентовал впрыск воды в двигатель внутреннего сгорания, был Гарри Рикардо. По этому поводу им даже была написана книга, получившая название “High-Speed Internal Combustion Engine”.

В то время, в силу большого количества вооружённых конфликтов (40-е годы XX века), впрыск применялся особо широко в авиаторском деле. Но с появлением реактивных двигателей, данная технология стала неинтересна. Спустя годы, в 80-е автомобилисты вспомнили о впрыске и начали использовать его как тюнинг, помогающий увеличить мощность авто и скорость.

Но вот теперь, познакомившись с теми, кто реально помог рестайлерам, можно поговорить и о природе впрыска воды в двигатель. Стоит отметить, что в ДВС впрыскивается не только вода, а её смесь с метиловым спиртом.

Опытами было установлено оптимальное соотношение, которое составило 50 на 50%. Принцип работы впрыска прост: параллельно с топливно-воздушной смесью в цилиндры отправляется и водный раствор, но что это даёт? Даёт оно следующее:

• Вода, благодаря высокой теплоёмкости, значительно уменьшает температуру в двигателе, тем самым повышая КПД. Почему же так? Вспомнив физику, вы легко это поймёте. Вкратце, при стандартной работе, на придание движению автомобилю уходит 40-45% энергии от сжигания топлива, остальная часть «обогревает» окружающую среду. Впрыск же, уменьшая температуру внутри цилиндров, позволяет повысить эффективность работы мотора до 70%, так как более прохладный газ сжать намного легче и энергия, уходящая на сжатие, существенно снижается.
• Также вода в моторе позволяет загнать туда больше воздуха, что повышает степень сжатия.
• Конечно, воду не льют «сплошняком» в цилиндры. Она попадает туда в распылённом виде и, соединяясь с бензином, помогает топливу заполнить всё пространство, благодаря чему оно равномерно выгорает. Такое явление обеспечивает рост КПД, уменьшает детонацию, и увеличивает до 20% мощность двигателя.

Метиловый спирт в помощники воде был выбран неспроста. Он сгорает куда медленнее, чем бензин, увеличивая рост давления в двигателе. Но, а что после этого происходит, вы знаете.

Важно! Идеальное соотношение воды и воздуха при впрыске воды в двигатель составляет примерно 1/12 (+/- ½), в иных пропорциях топливо будет выгорать не до конца. Вследствие чего глушитель будет «стрелять», а мотор от переизбытка воздуха может детонировать.

Достоинства и недостатки технологии

Насколько распространённым не был бы вид тюнинга, у него есть свои плюсы и минусы. Впрыск воды в двигатель не исключение, поэтому давайте с ними ознакомимся, с целью понять - нужен ли он вообще.

Достоинства:

• увеличение мощности двигателя до 20%;
• уменьшение расхода топлива до 20%;
• повышение КПД механизма и чёткости его работы, вследствие чего увеличивается срок работы мотора (не раз проверено);
• существенное снижение риска детонации ДВС;
• существенная выгода от модернизации системы движка, да, на установку придётся раскошелиться (и то не всегда), но, сколько будет сэкономлено на бензине.

Недостатки:

• важно всё правильно установить, иначе при малейших неточностях в установке системы впрыска воды на маленьких или же полностью открытых заслонках двигатель будет работать нестабильно;
• зависимость от жидкости, необходимой для впрыска, так как обычную воду не зальёшь, а дистиллята нужно около 2 литров на 10 л бензина;
• зимой работа впрыска может быть под угрозой, ибо вода может замёрзнуть, поэтому придётся повозиться с экспериментами пропорций метанола и воды.

Делаем впрыск своими руками

Основными негативными последствиями впрыска воды, сделанного народными «умельцами», является то, что эти горе рестайлеры методом «тыка» выбирают количество подаваемой воды и зачастую ошибаются. Вследствие этого ДВС получает гидроудар.

Важно! Чтобы не причислить себя к числу таких бедолаг, подачу воды (водных смесей) начинайте осуществлять с максимально маленьких количеств. Только экспериментальным путём у вас выйдет выбрать наилучшее количество подачи. Главное, чего вы должны добиться - это устойчивой работы на всех стадиях набора скорости машиной.

Условимся, что вы поняли, как делать впрыск воды не стоит, и что нужно обязательно учитывать. В таком случае можно начинать тюнинг.

В первую очередь, если вам позволяют финансы, лучше приобретите уже сделанную систему впрыска воды в двигатель. Да, она стоит немало (от 40 + тысяч рублей), но её установка проста и, что главное, правильная работа гарантирована.

Но если у вас нет денег, можно заняться и самоделками. Сегодня мы расскажем вам, как сделать впрыск воды в ДВС своими руками тремя способами. Первые два представлены ниже, а третий будет в видео, в самом конце статьи.

Первый способ:

1. В качестве ёмкости для воды воспользуйтесь омывательным бочком от любого авто, главное, чтобы он подходил по размерам на то место, куда он будет установлен. Важно на выходе из него установить солевой фильтр, чтобы в двигатель не попадала лишняя «грязь» с водой.
2. Чтобы производить непрерывное закачивание жидкости в двигатель приобретите электронасос на 12 вольт.
3. Магистраль перемещения воды - тонкая, желательно прозрачная, трубка.
4. Также на конец этой трубки подбирается жиклёр экспериментальным путём.
5. Последние два (трубка и жиклёр) являются регуляторами подачи воды, с их толщиной и диаметром вы должны экспериментировать.
6. Подводится вся эта система к коллекторам соединения инжектора (карбюратора) с цилиндрами, в них делаются отверстия и всё герметизируется. В редких случаях жидкость можно подавать напрямую в двигатель, сделав отверстия в нём.

Второй способ:

1. Делается также как и в предыдущем способе омывательный бачок и трубка подачи.
2. Трубка подводится к отверстию снизу карбюраторной (первичной) камеры при помощи жиклёра.
3. Принцип работы такой системы направлен на разряжение. Также можно использовать и другие устройства «разряжатели», подключая систему напрямую к двигателю.

Важно! Вне зависимости от выбора метода важно добиться чёткого и правильного дозирования жидкости. Впрыск воды в инжекторный двигатель практически не отличается от впрыска в карбюраторный - главное, настроить работу системы.

Также существуют более тяжёлые, для собственноручного конструирования, системы, основной их смысл заключается в добавлении форсунок во впускные коллекторы за инжектором (карбюратором), которые подключены к механизмам-качателям жидкости.

На сегодняшний день автомобилисты хотят улучшить свои транспортные средства самыми разными доступными методами. Один из них - это сделать впрыск воды в двигатель. Данное улучшение поможет поднять самые важные характеристики двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, сделать его можно даже своими руками.

История впрыска

Прежде чем перейти к более подробно описанию и рассмотрению современных моделей и воздействия такого тюнинга на них, а также его преимуществ и прочего, нужно немного внимания уделить истории впрыска воды в двигатель. Все началось достаточно давно, еще примерно 110 лет назад, когда один венгерский ученый с фамилией Бычнки решил начать тестирование данного процесса. Единственное, что ему мешало, это примитивность силовых агрегатов, существующих на тот момент. Кроме того, в то время данная тема так и не получила серьезного развития. Вплотную заниматься ею стали лишь спустя 30-40 лет. Продолжением работ в этом направлении занялся английский ученый Хопкинсон. Им были проведены определенные исследования впрыска воды в двигатель на тех моделях, которые в то время считались стандартными.

Вам будет интересно:

Стоит отметить, что его исследования привели к успеху. Хотя справедливо будет сказать, что в тот момент основная задача состояла в уменьшении детонации топлива, а вовсе не в увеличении мощности самого двигателя. Однако все это были лишь попытки. Человеком же, которые внес решающий вклад в развитие такой темы, как впрыск воды в двигатель, стал Гарри Рикардо. Хотя и здесь можно сказать, что в то время впрыск использовался больше в двигателях для летной техники, так как это были 40-е года 20 века, когда, как известно, повсюду шли военные конфликты. Однако позже появились реактивные двигатели и надобность в таком типе впрыска вовсе отпала, так как все силовые агрегаты были заменены на новые.

Вам будет интересно:

Последующий этап развития впрыска воды в двигатель пришел уже на 80-е годы. Именно к этому времени владельца транспортных средств вспомнили о его существовании и решили применять его для улучшения характеристик своих авто.

Общее описание идей впрыска

Как уже говорилось ранее, для начала впрыск использовался для моторов самолетов, чтобы повысить их мощность, а в качестве жидкости использовалась не только вода, но и метанол, смешанный с ней. Что же касается впрыска в автомобильный двигатель, то далее стоит рассмотреть, как именно он обеспечивает ряд преимуществ.

Для начала нужно сказать, что система впрыска воды в двигатель реализуется при помощи специальной форсунки, которая открывает доступ ко впускному коллектору. Таким образом, получается, что обычная вода становится третьим компонентом в смеси из топлива и воздуха.

Это приводит к тому, что горючая смесь, будь то бензин или дизель, получает быстрое и эффективное охлаждение сразу после впрыска. Кроме того, из-за смешения частиц обычной воды и топлива, они становятся более "тяжелыми". Это, в свою очередь, приводит к тому, что более плотный и тяжелый заряд будет сильнее сжиматься в цилиндре, прежде чем произойдет процесс воспламенения.

В некоторых случаях даже отмечалось, что применение системы впрыска воды в двигатель незначительно, но все же уменьшает токсичность выхлопа транспортного средства.

Вам будет интересно:

Во время этого также несколько замедляется процесс сгорания топлива, из-за чего уменьшается риск детонации топлива в двигателе. Еще одним преимуществом будет и то, что в камере сгорания горючей смеси будет несколько снижена температура. Все перечисленные качества считаются весомыми плюсами, которые говорят в пользу того, что все же стоит задуматься над установкой впрыска воды в двигатель своими руками.

Отрицательные стороны

Как и любая другая система в мире, эта также обладает своими недостатками, которые нужно учитывать.

Во-первых, один из существенных минусов - это нестабильная работа силового агрегата. Это происходит из-за того, что дроссельная заслонка практически все время открыта, а кроме того, частота вращения коленвала остается невысокой, из-за чего машина не едет достаточно быстро. Этот отрицательный момент возникает, в частности, из-за того, что жидкость не может равномерно распределяться по всем цилиндрам автомобиля.

Во-вторых, значительным недостатком считается то, что при обустройстве впрыска воды в двигатель своими руками необходимо подавать в систему лишь чистую дистиллированную воду. Чтобы вся система работала с максимальной эффективностью, необходимо сделать так, чтобы на 10 литров горючего топлива подавалось 2 литра воды. Таким образом, соотношение становится 1/5 и это означает, что после переработки каждых 2 л жидкости в камере сгорания возможно отложение до 200 г соли и других разных минеральных примесей, которых там быть не должно.

Естественно, что еще один существенный минус - это проблемное использование впрыска воды в инжекторный двигатель через форсунки (или в любой другой) из-за того, что жидкость просто замерзает при отрицательных температурах. Конечно, некоторые знают, что данную проблему можно решить при помощи добавки спиртовых добавок, но в действительности данный способ может помочь только при незначительных минусовых температурах. Как только наступают достаточно сильные морозы, необходимо либо сливать воду, либо полностью снимать данную систему.

Вам будет интересно:

Впрыск в инжекторный двигатель

Далее можно рассмотреть, как сделать впрыск воды в двигатель карбюратор или же инжекторный двигатель. Здесь сразу стоит сказать и о том, что на специальных рынках имеется полный набор все нужных деталей, чтобы осуществить задуманное своими руками. Обычно такой комплект состоит из специальных форсунок, бака для жидкости, насос, шланги, некоторые другие элементы и, что самое главное, это управляющее устройство, которые будет следить за четким дозированием впрыска жидкости. Единственный и очень весомый недостаток - это очень высокая стоимость хорошего и полного комплекта.

Из-за этого многие люди предпочитают делать все сами. Для обустройства впрыска воды в инжекторный двигатель своими руками следует придерживаться следующего плана.

• Для начала стоит сказать о том, что специальная форсунка с соплом устанавливается во впускном коллекторе, чтобы добиться лучшего распыления. Причем чаще всего таковым местом установки становится область именно за инжектором или же карбюратором.
• Вода к форсунке подается при помощи специального насоса, который устанавливается в салоне. Чаще всего для выполнения этой функции хватит обычного устройства на 12 В.
• Сама же жидкость будет поступать из бачка. Довольно часто в качестве дополнительного резервуара используется бачок омывателя ветрового стекла.

Непосредственный монтаж впрыска воды в инжекторный двигатель осуществляется достаточно просто.

• Все элементы системы, которые перечислялись выше, должны быть соединены между собой либо при помощи резиновых трубок, либо при помощи небольших шлангов от медицинских капельниц.
• Далее необходимо найти трубку, которая будет выходить непосредственно из насоса и установить на нее иглу от медицинского шприца.
• Иглой, которая была установлена ранее, необходимо проколоть резиновый шланг, идущий от регулятора опережения зажигания.
• После прокола шланги игла фиксируется при помощи герметика. Здесь нужно понимать, что количество впрыскиваемой жидкости будет напрямую зависеть от толщины этой самой иглы.

Таким образом, получается, что микро-форсунка для впрыска воды в двигатель в данном случае - это выбранная игла.

Другие способы установки

Есть и другой способ, который касается монтажа впрыска для карбюраторной модели. В таком случае трубка от капельницы будет подключаться в заранее подготовленное отверстие, которое проделывается в первой камере карбюратора. В данном случае впрыск воды будет происходить за счет того, что будет появляться давление разряжения. Данный процесс также будет напоминать процесс распыления жидкости.

Кроме этого, небольшое преимущество такого метода заключается в том, что водитель транспортного средства, способен сам запустить временную подкачку воды, если ему необходимо временно увеличить мощность силового агрегата. Еще один хороший плюс самодельного впрыска воды в двигатель - это возможность достаточно точно контролировать систему, опираясь на производительность установленного насосного оборудования. Здесь очень важно знать и правильно подобрать все оборудование по нужным пропорциям. Что касается соотношения вода/воздух, то некоторые рекомендуются делать соотношение 1/10 или 1/14. Другими словами, к примеру, на силовой агрегат 1500 см3 нужно около 30-35 литров жидкости. Что касается самой жидкости, то во время впрыска воды в дизельный двигатель BMW, к примеру, или в схожие устройства, она будет превращаться в мелкодисперсную субстанцию. Диаметр частиц будет равен примерно 0,01 мм. Такие мелкие частицы тут же будут обволакиваться жирным бензином и будет образовываться смесь гомогенная ТВС, которая считается однородной. Двигатели с применением такой смеси показывали больший коэффициент полезного действия, чем с обычным топливом, а также было замечено отдаление детонационного порога.

Двигатели с турбонаддувом

Что касается впрыска воды в дизельный двигатель, в модели с инжектором или карбюратором, то здесь все стало немного понятно, а теперь стоит обратить внимание на силовые агрегаты с турбонаддувом, которые могут получить несколько больше плюсов, чем другие, от установки водяного впрыска.

Моторы, имеющие в своей комплектации турбонаддув, могут быть снабжены форсункой для впрыска жидкости, которая размещается за такой деталью, как интеркулер или же турбокомпрессор. В результате этого можно достаточно эффективно понижать температуру горючей смеси, которая поступает в цилиндры. Если устанавливать уже готовые комплекты, которые предназначены для впрыска жидкости, то они могут снизить показатель температуры до 40-60 градусов по Цельсию. Все это приводит к тому, что силовой агрегат затрачивает меньшее количество энергии на сжатие рабочей смеси. Кроме этого, в цилиндры устройства будет поступать большее количество воздуха. Хотя изначально кажется, что сразу после того, как жидкость попадает в горячий двигатель, она начинает активное испарение, из-за чего количество воздуха уменьшается. Однако во время этого испарения вода значительно увеличивается в объеме, из-за чего в цилиндре увеличивается давление. Все это приводит к увеличению мощности турбомотора примерно на 7-10%.

Вам будет интересно:

Добавка спиртовой составляющей

Здесь сразу стоит начать с важного фактора. Когда делается впрыск жидкости в силовой агрегат, необходимо подавать не просто дистиллированную воду, а ее смесь со спиртом, причем в пропорциях 1:1. Это делается для того, чтобы распыление протекало более успешно. Результатом станет смесь из спирта, воды, воздуха и топлива. Данная смесь будет мелкодисперсной.

Если сама по себе жидкость обеспечивала лишь дополнительное охлаждение и уменьшение детонации, то добавление метанола привнесло еще несколько положительных сторон. Тут все дело в том, что скорость сгорания спирта намного ниже, чем скорость сгорания того же бензина. Из-за этого давление в цилиндре увеличивается более плавно, что позволяет достичь увеличенного крутящего момента применительно к количеству оборотов, совершающихся коленвалом.

Необходимость в дистиллированной воде обусловлена тем, что в камере сгорания не должно оставаться никаких отложений, который присутствуют в обычной нефильтрованной жидкости. Важно также добиться максимального распыления, так как от этого напрямую зависит теплообмен и последующий процесс испарения.

Все это говорит о том, что необходимо очень точно подобрать насосное оборудование, а также специальную распылительную форсунку, если речь идет об установке на инжекторный двигатель. Из-за этих требований многие профессионалы все же отказываются от довольно кустарного метода, в котором используется иголка в качестве основного распылителя.

В конце стоит добавить, что эффективно использовать даже купленный и готовый к использованию набор для впрыска жидкости не выйдет до тех пор, пока он не будет очень тщательно настроен.

Краткие характеристики двигателя с впрыском

Было сказано уже достаточно много, а потому необходимо подвести небольшой итог и точно выделить, чем же будет полезна установка впрыска жидкости своими руками.

• Высокая теплоемкость жидкости играет важную роль в теплообмене, уменьшая температуру в двигателе. Это, в свою очередь, повышает КПД силового агрегата. Если говорить коротко, то примерно 40-45% энергии от сжигания топлива уходит на приведение транспортного средства в движение. Остальное же уходит на обогрев окружающей среды. Из-за наличия воды, которая снижает температуру внутри цилиндров, удалось повысить данный процент до 70. Это из-за того, что сжать прохладный газ намного проще, а потому и затраты на данный процесс существенно снижаются.
• Еще одно преимущество - это возможность загнать большее количество воздуха в двигатель, что также положительно сказывается на степени сжатия.
• Как уже говорилось, вода попадает туда не струей, к примеру, а сильно распыленной. Это помогает ей соединяться с бензином и занимать все возможное пространство, что положительно сказывается на степени сгорания рабочей топливной смеси. Этот процесс помогает увеличить КПД силового агрегата еще примерно на 20%.

Выделение недостатков

Что касается однозначных недостатков, то к ним относится следующее:

• Слишком большие требования к точной установке. Малейшие нарушения в технике монтажа и слишком большой или же слишком мелкий поток воды разрушит стабильную работу двигателя.
• Потребуется постоянно приобретать дистиллированную жидкость, так как обычная вода не может быть использована, а на 10 л топлива потребуется примерно 2 л жидкости.
• Зимой применять такую систему вовсе не рекомендуется, так как вода просто замерзнет.

Словосочетание «впрыск воды в цилиндры» звучит нелепо, ведь каждый автовладелец прекрасно знает, что попадание этой жидкости в двигатель грозит гидроударом и выходом из строя силового агрегата. Тем не менее такой вариант форсирования мотора с успехом применялся еще в первой половине прошлого века.

Правда, изначальной целью инженеров было не увеличение мощности ДВС, а борьба с детонацией топливно-воздушной смеси в цилиндрах.

Эффект от присутствия воды в составе горючей смеси

Как уже было сказано, первоначально впрыск воды применялся для борьбы с детонацией. Однако, как правило, использовался раствор воды и метилового спирта в различных пропорциях. Опытным путем было установлено, что оптимальное соотношение составляет 50/50. Сам по себе раствор играет роль антидетонационной добавки, а форсирование двигателя изначально было побочным эффектом, о котором узнали не сразу. Кроме того, вода является антиоксидантом и препятствует образованию углеродистых отложений в камерах сгорания.

Что же происходит в камерах сгорания при впрыске водного раствора метанола?

1. Вода обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему существенно снижается температура в цилиндрах ДВС.
2. Поскольку более холодный воздух сжать намного легче, энергии во время такта сжатия затрачивается значительно меньше, т. е. повышается КПД двигателя.
3. Помимо этого, появляется возможность загнать в цилиндры больше воздуха, а вода, испаряясь, создает дополнительное давление, повышая степень сжатия.
4. Жидкость попадает в цилиндры в распыленном состоянии, и мгновенно обволакивается частицами бензина, в результате рабочая смесь становится более однородной, хорошо заполняет все доступное пространство, и сгорает более равномерно. Это обеспечивает дополнительный рост КПД и снижает вероятность детонации. Таким образом, мощность ДВС возрастает примерно на 10% .

Что касается метилового спирта, процесс его сгорания протекает с меньшей скоростью, чем у бензина, посему рост давления в цилиндрах протекает более плавно, и максимальное значение достигается позже. В результате увеличивается крутящий момент и мощность.

В идеальном случае наибольшее количество воды должно впрыскиваться на пике момента. Соотношение воды и воздуха должно находиться в пределах от 1/10 до 1/14. При меньшем количестве воздуха рабочая смесь будет сгорать не полностью, о чем просигнализируют «выстрелы» в глушителе, а при недостатке воды может возникнуть детонация.

Краткий экскурс в историю

Для автомобилей первой половины двадцатого века мощность двигателя внутреннего сгорания не имела решающего значения. В отличие от автоконструкторов, авиаинженеры боролись едва ли не за каждую лошадиную силу. По этой причине впрыск воды, а точнее ее смеси с метанолом, в массовом количестве впервые был использован именно на самолетах при работе ДВС в режиме форсажа.

Пионером в этой области стал немецкий Мессершмитт Bf.109 G-6 («Густав»). Именно на этот истребитель, выпуск которого начался осенью 1942 года, стала устанавливаться система MW 50 (от Metanol-Wasser), число указывало на процентное содержание метилового спирта. Были и другие системы: MW 0, MW 30, MW 75 и даже MW 100, впрыскивающая чистый метанол. Однако практика показала, что наилучшее форсирование ДВС достигается при впрыске 50-процентного раствора спирта.

Если говорить о конкретных цифрах, то двигатель этого «Мессера» на форсаже без впрыска метанола на высоте 1 км развивал мощность 1575 л. с., а включенная система MW 50 добавляла еще 225 л. с. (суммарная мощность увеличивалась до 1800 л. с.). В результате максимальная скорость самолета возрастала примерно на 40 км/ч, что давало большое преимущество в бою.

Свое применение впрыск воды нашел и в американской авиации. Советские же инженеры дальше опытных образцов не пошли. Далее, с появлением реактивных двигателей вопрос о необходимости впрыска воды в поршневые двигатели внутреннего сгорания самолетов отпал сам собой.

Как работает система впрыска воды

Принцип ее работы прост: во впускной коллектор двигателя устанавливается форсунка, через которую поступает вода. При работе мотора происходит следующее: вначале во впускной коллектор поступает топливно-воздушная смесь, затем туда же впрыскивается вода, которая охлаждает топливно-воздушную смесь, поступающую в цилиндры.

Благодаря тому, что частицы бензина обволакивают микрокапли воды, массовая доля горючего увеличивается, а из-за неиспарившейся жидкости возрастает степень сжатия в камерах сгорания. Скорость горения бензина, смешанного с водой существенно падает, следовательно, условия, способствующие детонации рабочей смеси возникнуть не могут.

Следует помнить, что измененный состав рабочей смеси в цилиндрах двигателя влияет на состав отработавших газов. Так, концентрация углерода и окислов азота существенно снижается, однако увеличивается доля углеводородов.

Форсированный таким способом ДВС может периодически работать нестабильно. Чаще всего это происходит при движении с малой скоростью при полностью открытой дроссельной заслонке. Причина в том, что система впрыска настроена неправильно, вследствие чего во впускной коллектор попадает избыточное или недостаточное количество жидкости.

Если система изготавливается и устанавливается своими руками, следует тщательно выбирать подходящий насос и форсунку. Только в этом случае:

• впрыск воды во впускной коллектор будет осуществляться стабильно;
• жидкость будет подаваться в мелкораспыленном виде.

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 . 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 CO 2 , 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.