Injecció d’aigua al motor del cotxe

La potència del motor és el tema més comú als cercles de motoristes. Gairebé tots els automobilistes han pensat almenys una vegada en com augmentar el rendiment d’una unitat de potència. Alguns instal·len turbines, altres cilindres de fresat, etc. (es descriuen altres mètodes per augmentar la potència en un altre cаthie). Molts dels quals estan interessats en la posada a punt del vehicle són conscients dels sistemes que subministren una petita quantitat d’aigua o la seva barreja amb metanol.

La majoria dels automobilistes estan familiaritzats amb un concepte com ara un martell d'aigua d'un motor (també n'hi ha un revisió per separat). Com pot l'aigua, que provoca la destrucció del motor de combustió interna, augmentar al mateix temps el seu rendiment? Intentem tractar aquest tema i considerem també els avantatges i desavantatges que té el sistema d'injecció d'aigua de metanol a la unitat de potència.

Què és un sistema d'injecció d'aigua?

En resum, aquest sistema és un dipòsit on s’aboca aigua, però més sovint és una barreja de metanol i aigua en una proporció de 50/50. Té un motor elèctric, per exemple, procedent d’una rentadora de parabrises. El sistema està connectat per tubs elàstics (en la versió més pressupostària, es prenen mànegues del comptagotes), al final dels quals s’instal·la un broc separat. Depenent de la versió del sistema, la injecció es realitza mitjançant un atomitzador o diversos. L’aigua es subministra quan es tira aire al cilindre.

Si prenem la versió de fàbrica, la unitat tindrà una bomba especial que es controlarà electrònicament. El sistema tindrà un o més sensors per ajudar a determinar el moment i la quantitat d’aigua ruixada.

D’una banda, sembla que l’aigua i el motor són conceptes incompatibles. La combustió de la barreja aire-combustible té lloc al cilindre i, com tothom sap des de la infantesa, la flama (si no són productes químics que cremen) s’extingeix per l’aigua. Els qui es van "familiaritzar" amb el xoc hidràulic del motor, per la seva pròpia experiència, estaven convençuts que l'aigua és l'última substància que hauria d'entrar al motor.

Tot i això, la idea d’injectar aigua no és un producte de la imaginació adolescent. De fet, aquesta idea té gairebé cent anys. Als anys 1930, per a les necessitats militars, Harry Ricardo va millorar el motor de l'avió Rolls-Royce Merlin i també va desenvolupar gasolina sintètica amb un elevat nombre d'octans. aquí) per a motors de combustió interna d’avions. La manca d’aquest combustible suposa un alt risc de detonació al motor. Per què és perillós aquest procés? per separat, però, en definitiva, la barreja aire-combustible hauria de cremar de manera uniforme i, en aquest cas, explotaria literalment. A causa d'això, les parts de la unitat estan sotmeses a una tensió excessiva i fallen ràpidament.

Per combatre aquest efecte, G. Ricardo va realitzar una sèrie d'estudis, com a resultat dels quals va ser capaç d'aconseguir la supressió de la detonació a causa de la injecció d'aigua. Basant-se en els seus desenvolupaments, els enginyers alemanys van aconseguir gairebé duplicar la potència de les unitats del seu avió. Per a això, es va utilitzar la composició MW50 (rentador de metanol). Per exemple, el caça Focke-Wulf 190D-9 estava equipat amb el mateix motor. La seva producció màxima era de 1776 cavalls de potència, però amb una postcombustió curta (la mescla esmentada anteriorment es va alimentar als cilindres), aquesta barra va pujar a 2240 "cavalls".

Aquest desenvolupament no només es va utilitzar en aquest model d'avió. A l’arsenal de l’aviació alemanya i americana, hi va haver diverses modificacions de les unitats de potència.

Si parlem de cotxes de producció, el model Oldsmobile F85 Jetfire, que va sortir de la cadena de muntatge el 62è any del segle passat, va rebre una instal·lació d’injecció d’aigua de fàbrica. Un altre cotxe de producció amb un impuls d'aquesta manera és el Saab 99 Turbo, llançat el 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Tindrà 99 Turbo

La popularitat d’aquest sistema va guanyar força a causa de la seva aplicació el 1980-90. en cotxes esportius. Així, el 1983, Renault equipa els seus cotxes de Fórmula 1 amb un dipòsit de 12 litres, en el qual s’instal·laven una bomba elèctrica, un controlador de pressió i el nombre d’injectors necessari. El 1986, els enginyers de l'equip van aconseguir augmentar el parell i la potència de la unitat de potència de 600 a 870 cavalls de potència.

En la guerra de carreres dels fabricants d'automòbils, Ferrari tampoc no volia "pasturar la part posterior" i va decidir utilitzar aquest sistema en alguns dels seus cotxes esportius. Gràcies a aquesta modernització, la marca va aconseguir guanyar una posició de lideratge entre els dissenyadors. El mateix concepte va ser desenvolupat per la marca Porsche.

Es van realitzar actualitzacions similars amb cotxes que van participar en curses de la sèrie WRC. No obstant això, a principis dels anys noranta, els organitzadors d’aquest tipus de competicions (inclòs el F-90) van modificar la normativa i van prohibir l’ús d’aquest sistema en els vehicles de carreres.

Un altre avenç en el món de l’automobilisme es va produir amb un desenvolupament similar a les competicions de curses d’arrossegament el 2004. El rècord mundial de ¼ milles va ser batut per dos vehicles diferents, tot i els intents d’arribar a la fita amb diverses modificacions del tren motriu. Aquests cotxes dièsel estaven equipats amb un subministrament d’aigua al col·lector d’admissió.

Amb el pas del temps, els cotxes van començar a rebre refredadors intercaladors que redueixen la temperatura del flux d’aire abans que entri al col·lector d’admissió. Gràcies a això, els enginyers van ser capaços de reduir el risc de trucar i el sistema d'injecció ja no era necessari. Es va fer possible un fort augment de potència gràcies a la introducció d’un sistema de subministrament d’òxid nitrós (aparegut oficialment el 2011).

El 2015 van començar a aparèixer novament notícies sobre la injecció d’aigua. Per exemple, el nou automòbil de seguretat MotoGP desenvolupat per BMW té un clàssic kit de polvorització d’aigua. En la presentació oficial del cotxe d’edició limitada, el representant del fabricant d’automòbils bavarès va assegurar que en el futur es preveu llançar una línia de models civils amb un sistema similar.

Què aporta al motor la injecció d’aigua o metanol?

Passem, doncs, de la història a la pràctica. Per què el motor necessita injecció d’aigua? Quan una quantitat estrictament limitada de líquid entra al col·lector d’admissió (s’escorre una gota no superior a 0.1 mm), en entrar en contacte amb un mitjà calent, es converteix immediatament en un estat gasós amb un alt contingut d’oxigen.

El BTC refredat es comprimeix amb molta més facilitat, cosa que significa que el cigonyal necessita fer una mica menys de força per realitzar el cop de compressió. Per tant, la instal·lació permet resoldre diversos problemes alhora.

En primer lloc, l’aire calent té menys densitat (per experimentar, podeu treure una ampolla de plàstic buida d’una casa càlida al fred; es reduirà decentment), de manera que entrarà menys oxigen al cilindre, cosa que significa que la gasolina o el gasoil el combustible cremarà pitjor. Per eliminar aquest efecte, molts motors estan equipats amb turbocompressors. Però fins i tot en aquest cas, la temperatura de l’aire no baixa, ja que les turbines clàssiques són alimentades per un escape calent que passa pel col·lector d’escapament. La polvorització d’aigua permet subministrar més oxigen als cilindres per millorar l’eficiència de la combustió. Al seu torn, això tindrà un efecte positiu sobre el catalitzador (per obtenir més informació, llegiu en una revisió independent).

En segon lloc, la injecció d’aigua us permet augmentar la potència de la unitat de potència sense canviar-ne el volum de treball i sense canviar-ne el disseny. La raó és que en un estat vaporós, la humitat ocupa molt més volum (segons alguns càlculs, el volum augmenta en un factor de 1700). Quan l’aigua s’evapora en un espai reduït, es crea una pressió addicional. Com ja sabeu, la compressió és molt important per al parell. Sense intervenció en el disseny de la unitat de potència i una potent turbina, aquest paràmetre no es podrà augmentar. I com que el vapor s’expandeix bruscament, s’allibera més energia de la combustió del HTS.

En tercer lloc, a causa de la polvorització d’aigua, el combustible no s’escalfa massa i no es forma la detonació al motor. Això permet l'ús de gasolina més barata amb un nombre d'octans inferior.

En quart lloc, a causa dels factors enumerats anteriorment, el conductor pot no prémer el pedal del gas de manera tan activa per fer el cotxe més dinàmic. Això s’assegura mitjançant la polvorització de líquid al motor de combustió interna. Tot i l’augment de potència, el consum de combustible no augmenta. En alguns casos, amb un mode de conducció idèntic, la gula del motor es redueix al 20%.

En realitat, aquest desenvolupament té adversaris. Els conceptes erronis més freqüents sobre la injecció d’aigua són:

1. Què passa amb el martell d’aigua? No es pot negar que quan l’aigua entra als cilindres, el motor experimenta un martell d’aigua. Com que l'aigua té una densitat decent quan el pistó té una carrera de compressió, no pot arribar al punt mort superior (depèn de la quantitat d'aigua), però el cigonyal continua girant. Aquest procés pot doblegar les bieles, trencar les claus, etc. De fet, la injecció d’aigua és tan petita que no es veu afectada la carrera de compressió.
2. El metall, en contacte amb l’aigua, s’oxida amb el pas del temps. Això no passarà amb aquest sistema, perquè la temperatura dels cilindres d’un motor en funcionament supera els 1000 graus. L’aigua es converteix en un estat vaporós a 100 graus. Així, durant el funcionament del sistema, no hi ha aigua al motor, sinó només vapor sobreescalfat. Per cert, quan es crema el combustible, també hi ha una petita quantitat de vapor als gasos d’escapament. Una prova parcial d'això és l'aigua que surt del tub d'escapament (es descriuen altres motius de la seva aparició aquí).
3. Quan apareix aigua a l’oli, el greix s’emulsiona. De nou, la quantitat d'aigua ruixada és tan petita que simplement no pot entrar al carter. Es converteix immediatament en un gas que s’elimina junt amb l’escapament.
4. El vapor calent destrueix la pel·lícula d'oli i fa que la unitat de potència atrapi la falca. De fet, el vapor o l’aigua no dissolen l’oli. El dissolvent més real és només la gasolina, però al mateix temps la pel·lícula d’oli es manté durant centenars de milers de quilòmetres.

Vegem com funciona el dispositiu per ruixar aigua al motor.

Com funciona el sistema d'injecció d'aigua

En les modernes unitats de potència equipades amb aquest sistema, es poden instal·lar diferents tipus de kits. En un cas, s’utilitza un únic broquet, situat a l’entrada del col·lector d’admissió abans de la bifurcació. Una altra modificació utilitza diversos injectors del tipus injecció distribuïda.

La forma més senzilla de muntar aquest sistema és instal·lar un dipòsit d’aigua separat en el qual es col·locarà la bomba elèctrica. Hi està connectat un tub, a través del qual se subministrarà líquid al polvoritzador. Quan el motor arriba a la temperatura desitjada (es descriu la temperatura de funcionament del motor de combustió interna en un altre article), el conductor comença a polvoritzar per crear una boira humida al col·lector d'admissió.

La instal·lació més senzilla es pot instal·lar fins i tot en un motor de carburador. Però, al mateix temps, no es pot prescindir d’una certa modernització de la via d’admissió. En aquest cas, el sistema el controla des de l’habitacle pel conductor.

En versions més avançades, que es poden trobar a les botigues de sintonització automàtica, la configuració del mode de polvorització la proporciona un microprocessador separat o el seu funcionament està associat a senyals provinents de l'ECU. En aquest cas, haureu d’utilitzar els serveis d’un electricista per instal·lar el sistema.

El dispositiu dels moderns sistemes de polvorització inclou els elements següents:

• Bomba elèctrica que proporciona pressió de fins a 10 bar;
• Un o diversos broquets per polvoritzar aigua (el seu nombre depèn del dispositiu de tot el sistema i del principi de distribució del cabal humit sobre els cilindres);
• El controlador és un microprocessador que controla el temps i la quantitat d'injecció d'aigua. Hi està connectada una bomba. Gràcies a aquest element, s’assegura una dosificació constant d’alta precisió. Els algoritmes incrustats en alguns microprocessadors permeten que el sistema s’adapti automàticament als diferents modes de funcionament de la unitat de potència;
• Un dipòsit per a que el líquid sigui ruixat al col·lector;
• Sensor de nivell situat en aquest tanc;
• Mànegues de la longitud correcta i els accessoris adequats.

El sistema funciona segons aquest principi. El controlador d’injecció rep senyals del sensor de flux d’aire (per obtenir més informació sobre el seu funcionament i mal funcionament, llegiu aquí). D'acord amb aquestes dades, utilitzant algoritmes adequats, el microprocessador calcula el temps i la quantitat de líquid ruixat. Depenent de la modificació del sistema, el broquet es pot fer simplement en forma de funda amb un atomitzador molt prim.

La majoria dels sistemes moderns simplement donen un senyal per engegar / apagar la bomba. En els kits més cars, hi ha una vàlvula especial que canvia la dosi, però en la majoria dels casos no funciona correctament. Bàsicament, el controlador s'activa quan el motor arriba a les 3000 rpm. i més. Abans d’instal·lar aquesta instal·lació al vostre cotxe, heu de tenir en compte que la majoria de fabricants adverteixen sobre el funcionament incorrecte del sistema en alguns cotxes. Ningú no proporcionarà una llista detallada, ja que tot depèn dels paràmetres individuals de la unitat de potència.

Tot i que la funció principal de la injecció d’aigua és augmentar la potència del motor, s’utilitza principalment només com a refredador per refredar el flux d’aire provinent d’una turbina calenta.

A més d'augmentar la potència del motor, molts estan segurs que la injecció també neteja la cavitat de treball del cilindre i el tracte d'escapament. Alguns creuen que la presència de vapor a l’escapament crea una reacció química que neutralitza algunes de les substàncies tòxiques, però, en aquest cas, l’automòbil no necessitarà cap element com ara un catalitzador per a automòbils o un complex sistema AdBlue, que pugueu llegir sobre . aquí.

El bombament d’aigua només té efectes a velocitats elevades del motor (s’ha d’escalfar bé i el flux d’aire ha de ser ràpid perquè la humitat entri immediatament als cilindres), i en major mesura en les unitats de potència turboalimentades. Aquest procés proporciona un parell addicional i un petit augment de potència.

Si el motor s’aspira naturalment, no esdevindrà significativament més potent, però definitivament no patirà detonació. Per a un motor de combustió interna turboalimentat, una injecció d’aigua instal·lada davant del sobrealimentador augmentarà l’eficiència reduint la temperatura de l’aire entrant. I per obtenir un efecte encara més gran, aquest sistema utilitza la barreja d’aigua i metanol esmentada anteriorment en una proporció de 50x50.

Avantatges i desavantatges

Per tant, el sistema d’injecció d’aigua us permet:

• Temperatura de l’aire d’entrada;
• Proporcionar refrigeració addicional dels elements de la cambra de combustió;
• Si s’utilitza gasolina de baixa qualitat (baix octanatge), la polvorització d’aigua augmenta la resistència de detonació del motor;
• L’ús del mateix mode de conducció redueix el consum de combustible. Això significa que amb la mateixa dinàmica, el cotxe emet menys contaminants (per descomptat, això no és tan eficient que el cotxe pugui prescindir d’un catalitzador i d’altres sistemes per neutralitzar els gasos tòxics);
• No només per augmentar la potència, sinó que també fa que el motor giri amb un parell augmentat entre un 25-30 per cent;
• Netejar fins a cert punt els elements del sistema d'admissió i d'escapament del motor;
• Millorar la resposta de l’accelerador i la resposta del pedal;
• Porteu la turbina a pressió de funcionament a una velocitat de motor inferior.

Malgrat tantes funcions útils, la injecció d’aigua no és desitjable per als vehicles convencionals i hi ha diverses bones raons per les quals els fabricants d’automòbils no l’implementen en vehicles de producció. La majoria d'ells es deuen al fet que el sistema té un origen esportiu. En el món de l’automobilisme, l’economia de combustible passa per alt. De vegades, el consum de combustible arriba als 20 litres per cent. Això es deu al fet que el motor sovint es porta a la màxima velocitat i que el conductor pressiona gairebé constantment el gas fins que s’atura. Només en aquest mode es nota l’efecte de la injecció.

Per tant, aquí teniu els principals desavantatges del sistema:

• Atès que la instal·lació tenia com a objectiu principal millorar el rendiment dels cotxes esportius, aquest desenvolupament només és efectiu a la màxima potència. Tan bon punt el motor arriba a aquest nivell, el controlador fixa aquest moment i injecta aigua. Per aquest motiu, perquè la instal·lació funcioni eficaçment, el vehicle ha de funcionar en mode esportiu. A revolucions baixes, el motor pot ser més "increïble".
• La injecció d’aigua es realitza amb cert retard. En primer lloc, el motor entra en mode de potència, s’activa l’algoritme corresponent al microprocessador i s’envia un senyal a la bomba perquè s’encengui. La bomba elèctrica comença a bombar líquid cap a la línia i només després el broquet comença a ruixar-lo. Depenent de la modificació del sistema, tot això pot trigar aproximadament un mil·lisegon. Si el cotxe circula en mode tranquil, la polvorització no tindrà cap efecte.
• En les versions amb un broquet, és impossible controlar la quantitat d'humitat que entra en un cilindre concret. Per aquest motiu, malgrat la bona teoria, la pràctica sovint mostra un funcionament inestable del motor, fins i tot amb l’accelerador completament obert. Això es deu a les diferents condicions de temperatura de les "olles" individuals.
• A l’hivern, el sistema necessita repostar no només amb aigua, sinó amb metanol. Només en aquest cas, fins i tot en temps fred, el líquid serà subministrat lliurement al col·lector.
• Per a la seguretat del motor, l’aigua injectada ha de ser destil·lada, i això suposa un residu addicional. Si utilitzeu aigua corrent de l’aixeta, ben aviat s’acumularan dipòsits de calç a les parets de les superfícies de contacte (com la bàscula d’un bullidor). La presència de partícules sòlides estranyes al motor està plena d'una avaria primerenca de la unitat. Per aquest motiu, s’ha d’utilitzar el destil·lat. En comparació amb la insignificant economia de combustible (un cotxe normal no està dissenyat per a un funcionament constant en mode esportiu i la legislació ho prohibeix a la via pública), la instal·lació en si mateixa, el seu manteniment i l’ús de destil·lats (i a l’hivern: una barreja d’aigua i el metanol) és econòmicament injustificat ...

En realitat, algunes de les mancances es poden solucionar. Per exemple, per tal que la unitat de potència funcioni de manera estable a rpm elevades o amb una càrrega màxima a rpm baixes, es pot instal·lar un sistema d’injecció d’aigua distribuït. En aquest cas, s’instal·laran els injectors, un per a cada col·lector d’admissió, com en un sistema de combustible idèntic.

No obstant això, el preu d’aquesta instal·lació augmenta significativament i no només a causa d’elements addicionals. El fet és que la injecció d’humitat només té sentit en el cas d’un flux d’aire en moviment. Quan la vàlvula d’admissió (o diverses en el cas d’algunes modificacions del motor) es tanca, i això passa durant tres cicles, l’aire de la canonada queda immòbil.

Per evitar que l'aigua flueixi en va cap al col·lector (el sistema no preveu l'eliminació de l'excés d'humitat que s'acumula a les parets del col·lector), el controlador ha de determinar en quin moment i quin broquet concret hauria d'entrar en funcionament. Aquesta configuració complexa requereix maquinari car. En comparació amb l’augment insignificant de potència d’un cotxe estàndard, aquesta despesa no és justificada.

Per descomptat, és cosa de tots instal·lar o no aquest sistema al vostre cotxe. Hem considerat tant els avantatges com els desavantatges d’aquest disseny. A més, us suggerim veure una vídeo conferència detallada sobre com funciona la injecció d’aigua:

Teoria del motor de combustió interna: injecció d’aigua a la via d’admissió

Preguntes i respostes:

Què és la injecció de metanol? És la injecció d'una petita quantitat d'aigua o metanol a un motor en marxa. Això augmenta la resistència a la detonació del combustible pobre, redueix l'emissió de substàncies nocives, augmenta el parell i la potència del motor de combustió interna.

Per a què serveix la injecció d'aigua de metanol? La injecció de metanol refreda l'aire que entra pel motor i redueix la probabilitat de cops del motor. Això augmenta l'eficiència del motor a causa de l'alta capacitat calorífica de l'aigua.

Com funciona el sistema Vodomethanol? Depèn de la modificació del sistema. El més eficient es sincronitza amb els injectors de combustible. En funció de la seva càrrega, s'injecta aigua metanol.

Per a què serveix el vodometanol? Aquesta substància es va utilitzar a la Unió Soviètica en motors d'avions abans de l'arribada dels motors a reacció. El metanol d'aigua va reduir la detonació al motor de combustió interna i va fer que la combustió de l'HTS sigui suau.