Впрыск воды. Впрыск воды в двигатель автомобиля. С чего все началось

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.

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, .

Еще одним производителем, вспомнившем о полезных свойствах водометанольной смеси, стал шведский Saab, где до начала 1980-х годов устанавливали систему впрыска воды на . 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 .

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.

Многие водители хотят повысить мощность своего двигателя без серьезных вмешательств в его конструкцию. Одним из вариантов повышения мощности является , но такой тюнинг возможен не на всех силовых агрегатов. Еще одним распространенным способом повышения крутящего момента двигателя является впрыск воды в топливовоздушную смесь. Внести конструктивные правки в двигатель, чтобы обеспечить работу подобной системы, можно самостоятельно без особых проблем. Рассмотрим в рамках данной статьи как это сделать, а также, какие преимущества и недостатки имеются у подобного решения.

Оглавление:

Что дает впрыск воды в двигатель

Система впрыска воды в двигатель перекочевала в автомобильную промышленность из авиастроения. В середине 20 века в американских и немецких авиационных моторах для повышения мощности использовалась система впрыска в рабочую смесь воды в сочетании с метанолом. Ближе к началу 21 века данную систему начали активно использоваться в автомобильных двигателях внутреннего сгорания на гоночных болидах.

Система впрыска воды в двигатель предполагает, что вода будет поступать во впускной коллектор через отдельную форсунку. То есть, топливовоздушная рабочая смесь, которая поступает в цилиндры, будет состоять не из бензина и воздуха, а из бензина, воздуха и воды.

Добавление воды в топливовоздушную смесь снижает ее температуру и повышает ее вес. Тем самым рабочая жидкость более тяжелая поступает в цилиндр и лучше сжимается перед процессом подачи искры и воспламенением. Это повышает мощность двигателя, при этом снижая вероятность детонации топлива, а также уменьшая температуру в камере сгорания и количество токсичных веществ в выхлопе.

Но есть у системы впрыска воды в двигатель и недостатки, о которых также стоит знать перед ее установкой:

Неравномерное распределение воды по цилиндрам. Это приводит сразу к ряду недостатков, например, снижению скорости разгона автомобиля и нестабильной работе мотора при полностью открытой дроссельной заслонке. Когда частота вращения коленчатого вала низкая, двигатель может “тупить”;
Использование дистиллированной воды. Система впрыска воды в двигатель не будет показывать эффективность, если использовать обычную воду. Для нее придется приобретать дистиллированную воду, это позволит избежать образования лишних нагаров от примесей в двигателе автомобиля;
Трудности при работе в зимнее время года. Зимой вода замерзает, поэтому данную систему не рекомендуется использовать при низкой температуре окружающей среды. При незначительном похолодании в воду можно добавлять спирт для предотвращения замерзания, но в сильные холода систему придется полностью отключить.

Впрыск воды в двигатель своими руками

Систему впрыска воды в двигатель можно реализовать как на карбюраторном, так и на инжекторном двигателе. Проще всего это сделать, если приобрести готовые наборы для установки системы, после чего их внедрить. Главный минус такого метода - высокая цена. Стоимость комплекта для создания системы впрыска воды в двигатель начинается от 150 тысяч рублей, а с установкой цена получается еще выше.

В комплект для создания системы впрыска воды в двигатель входят: емкость для воды, форсунки, устройство для дозирования точного количества воды, трубки, шланги, насос, крепежные и другие элементы, необходимые для установки.

Можно реализовать впрыск воды в двигатель своими руками с минимальными затратами. В зависимости от типа двигателя немного будет меняться способ реализации тюнинга.

В качестве бачка для залива воды рассматриваемой системы можно использовать обычный бачок омывателя лобового стекла, установив второй под капотом. В данном случае форсунка с соплом для распыления устанавливается во впускной коллектор за инжектором или карбюратором. В салоне устанавливается электронасос на 12 В, который подает воду на форсунку.

Стоит отметить, что проще систему можно реализовать на карбюраторном моторе. Здесь можно исключить форсунку, используя подручные инструменты. На выходе из насоса можно установить обычную игру от медицинского шприца. Иглой делается прокол в резиновой трубке регулятора опережения зажигания, после чего она крепится в таком положении, например, при помощи герметика.

Обратите внимание: Все необходимые для реализации системы подачи воды элементы можно соединить при помощи обычных медицинских трубочек от капельницы.

Главная сложность создания системы впрыска воды в двигатель своими руками выражается в правильной настройке электронасоса. Нужно его настроить таким образом, чтобы подавалась дистиллированная вода в пропорции около 1 к 10, по отношению к подаваемому воздуху.

Важно: Неправильная настройка системы может привести к подаче большого количества воды в цилиндры, из-за чего случится .

Советы по использованию системы впрыска воды в двигатель

Как правило, самостоятельно установленная система подразумевает, что водитель в ручном режиме контролирует подачу воды в рабочую смесь, используя переключатель для подкачки в салоне. Тем самым можно на повышенных оборотах двигателя добиться увеличения мощности мотора.

На атмосферных автомобильных двигателях система впрыска воды не даст большого прироста в мощности, а только позволит снизить вероятность детонации. Тогда как на турбированных моторах, если установить впрыск воды в турбокомпрессор, можно добиться значительного понижения температуры рабочей смеси, что придет к повышению мощности.

Если хочется добиться большей эффективности от системы впрыска воды в двигатель, лучше заливать не чистую дистиллированную воду, а смесь из воды и спирта (50 на 50). Такая смесь позволит более значительно повысить крутящий момент.

Мотор может быть установлен с минимальным вмешательством в конструкцию.

Читайте в этой статье

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.

Однако после появления реактивного двигателя большинство работ по усовершенствованию системы впрыска воды были свернуты. Только ближе к 1980-м впрыск воды снова стал применяться, но теперь уже на автомобилях. Другими словами, указанное решение стало способом тюнинга и форсирования поршневого автомобильного ДВС, активно применяется в автоспорте.

Теперь давайте взглянем, как вода может обеспечить дополнительную мощность, экономичность, а также какие плюсы имеет способ. Прежде всего, конструктивно впрыск воды реализуется во 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 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 топлива. Температура в камере сгорания также уменьшается. Таковыми являются основные плюсы системы в случае, если было принято решение установить впрыск воды в , бензиновый или и т.д.

Однако есть и минусы. Более существенным недостатком считается нестабильность работы мотора при полностью открытой дроссельной заслонке, а также когда частота вращения 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 результате двигатель выйдет из стоя уже через 100-150 моточасов работы. Именно по этой причине для системы водяного впрыска нужна предварительная качественная очистка базового компонента. Что касается практической пользы, для увеличения только порога детонации намного проще использовать химические добавки в топливо, чем бороться с детонацией при помощи добавки воды в рабочую смесь.

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.

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.

При этом очень важно понимать, что избыточное количество воды во впуске может привести к гидроудару двигателя, то есть к его серьезной поломке. Также отметим, что в случае с атмосферными моторами не следует ожидать значительного увеличения мощности и крутящего момента. Для таких агрегатов главным плюсом можно считать лучшую стойкость к детонации.

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.

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 (), увеличение давления воздуха при наддуве, коррекция зажигания на более раннее и т.д.

Получается, купить готовый комплект или изготовить впрыск воды своими руками нельзя считать готовым решением. Намного важнее правильно настроить двигатель и саму систему с учетом дозированной подачи качественно распыленной смеси дистиллированной воды и метанола.

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?

Вода обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему существенно снижается температура в цилиндрах ДВС.
Поскольку более холодный воздух сжать намного легче, энергии во время такта сжатия затрачивается значительно меньше, т. е. повышается КПД двигателя.
Помимо этого, появляется возможность загнать в цилиндры больше воздуха, а вода, испаряясь, создает дополнительное давление, повышая степень сжатия.
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.