車のエンジンへの水噴射
モーターパワーは、ドライバー界で最も一般的なトピックです。 ほぼすべてのドライバーは、パワーユニットのパフォーマンスを向上させる方法について少なくとも一度は考えたことがある。 タービンを設置するものもあれば、リームシリンダーを設置するものもあります。 （パワーを上げる他の方法が説明されています 別のセントでа泥棒）。 車のチューニングに興味のある多くの人は、少量の水またはそのメタノールとの混合物を供給するシステムを知っています。
ほとんどのドライバーは、モーターのウォーターハンマーなどの概念に精通しています（ 別のレビュー）。 内燃機関の破壊を引き起こす水が、同時にその性能をどのように向上させることができるでしょうか？ この問題に対処し、水メタノール噴射システムがパワーユニットに持つ長所と短所についても検討してみましょう。
水噴射システムとは何ですか？
要するに、このシステムは水が注がれるタンクですが、多くの場合、50/50の比率のメタノールと水の混合物です。 それは、例えば、フロントガラスの洗濯機からの電気モーターを持っています。 システムは弾性チューブで接続され（最も手頃なバージョンでは、スポイトからホースが取られます）、その端に別のノズルが取り付けられています。 システムのバージョンに応じて、注入はXNUMXつのアトマイザーまたは複数のアトマイザーを介して実行されます。 空気がシリンダーに引き込まれるときに水が供給されます。
工場版を使用すると、ユニットには電子制御の特別なポンプが搭載されます。 システムには、噴霧された水の瞬間と量を決定するのに役立つXNUMXつ以上のセンサーがあります。
一方で、水とモーターは相容れない概念のようです。 混合気の燃焼はシリンダー内で行われ、子供時代から誰もが知っているように、炎（燃える化学物質でない場合）は水によって消火されます。 モーターの油圧ショックに「精通した」人々は、彼ら自身の経験から、水がエンジンに入る最後の物質であると確信していました。
しかし、水噴射のアイデアは、1930代の想像力の産物ではありません。 実際、このアイデアはほぼXNUMX年前のものです。 XNUMX年代、軍事目的で、ハリーリカルドはロールスロイスマーリン航空機エンジンを改良し、オクタン価の高い合成ガソリンも開発しました。 ここで）航空機の内燃機関用。 このような燃料が不足していると、エンジンが爆発する危険性が高くなります。 このプロセスが危険なのはなぜですか？ 別々に、しかし要するに、混合気は均一に燃焼する必要があり、この場合、文字通り爆発します。 このため、ユニットの部品に過度のストレスがかかり、すぐに故障します。
この影響に対抗するために、G。リカルドは多くの研究を実施し、その結果、彼は水の注入による爆発の抑制を達成することができました。 彼の開発に基づいて、ドイツのエンジニアは航空機内のユニットの出力をほぼ50倍にすることができました。 このために、組成物ＭＷ５０（メタノールワッサー）が使用された。 たとえば、フォッケウルフ190D-9戦闘機には同じエンジンが搭載されていました。 そのピーク出力は1776馬力でしたが、短いアフターバーナー（上記の混合気がシリンダーに供給された）で、このバーは2240「馬」に上昇しました。
この開発は、この航空機モデルだけでなく使用されました。 ドイツとアメリカの航空の兵器庫では、パワーユニットのいくつかの変更がありました。
生産車について言えば、前世紀の85年目に組立ラインからロールオフされたオールズモビルF62ジェットファイアーモデルは、水噴射の工場設置を受けました。 このようにエンジンブーストを備えた別の生産車は、99年にリリースされたサーブ1967ターボです。
このシステムの人気は、1980年から90年に適用されたために勢いを増しました。 スポーツカーで。 そのため、1983年、ルノーはF1カーに12リットルのタンクを装備し、そこに電動ポンプ、圧力コントローラー、および必要な数のインジェクターが取り付けられました。 1986年までに、チームのエンジニアは、パワーユニットのトルクと出力を600馬力から870馬力に増やすことに成功しました。
自動車メーカーのレース戦争では、フェラーリも「後部をかすめる」ことを望まず、一部のスポーツカーでこのシステムを使用することを決定しました。 この近代化のおかげで、ブランドはデザイナーの間で主導的な地位を獲得することができました。 同じコンセプトがポルシェブランドによって開発されました。
WRCシリーズのレースに出場したクルマでも同様のアップグレードが行われました。 しかし、90年代初頭、このような競技会の主催者（F-1を含む）は規則を修正し、レースカーでのこのシステムの使用を禁止しました。
モータースポーツの世界におけるもう2004つのブレークスルーは、XNUMX年のドラッグレース大会での同様の開発によってもたらされました。 さまざまなパワートレインの変更でマイルストーンに到達しようとしたにもかかわらず、¼マイルの世界記録はXNUMX台の異なる車両によって破られました。 これらのディーゼル車には、インテークマニホールドへの給水装置が装備されていました。
時間が経つにつれて、車はインテークマニホールドに入る前に空気の流れの温度を下げるインタークーラーを受け取り始めました。 これにより、エンジニアはノッキングのリスクを減らすことができ、噴射システムは不要になりました。 亜酸化窒素供給システムの導入により、電力の急激な増加が可能になりました（2011年に正式に登場）。
2015年には、再び水噴射に関するニュースが出始めました。 たとえば、BMWが開発した新しいMotoGPセーフティカーには、クラシックなウォータースプレーキットがあります。 限定車の公式発表会で、バイエルンの自動車メーカーの代表は、将来的には同様のシステムを備えた民間モデルのラインをリリースする予定であると述べました。
水またはメタノールの噴射はエンジンに何を与えますか？
それでは、歴史から実践へと移りましょう。 なぜモーターに水噴射が必要なのですか？ 厳密に制限された量の液体がインテークマニホールドに入ると（0.1 mm以下の液滴が噴霧される）、高温の媒体と接触すると、すぐに高酸素含有量の気体状態になります。
冷却されたBTCははるかに簡単に圧縮されます。つまり、クランクシャフトが圧縮ストロークを実行するために必要な力はわずかに少なくなります。 したがって、インストールにより、複数の問題を一度に解決できます。
まず、熱風の密度が低いため（実験のために、空のペットボトルを暖かい家から冷たい家に持ち出すことができます-それは適切に収縮します）、シリンダーに入る酸素が少なくなります。つまり、ガソリンまたはディーゼルです。燃料はさらに燃焼します。 この影響を排除するために、多くのエンジンにはターボチャージャーが装備されています。 しかし、この場合でも、古典的なタービンは排気マニフォールドを通過する高温の排気によって動力を供給されるため、気温は低下しません。 水を噴霧すると、より多くの酸素がシリンダーに供給され、燃焼効率が向上します。 次に、これは触媒にプラスの効果をもたらします（詳細については、 別のレビューで).
第二に、水噴射は、その作業量を変更することなく、またその設計を変更することなく、パワーユニットの電力を増加させることを可能にします。 その理由は、蒸気状態では、水分がはるかに多くの体積を占めるためです（一部の計算によると、体積は1700倍に増加します）。 限られたスペースで水が蒸発すると、追加の圧力が発生します。 ご存知のように、圧縮はトルクにとって非常に重要です。 パワーユニットと強力なタービンの設計に介入しなければ、このパラメータを増やすことはできません。 また、蒸気が急激に膨張するため、HTSの燃焼からより多くのエネルギーが放出されます。
第三に、水の噴霧により、燃料が過熱せず、エンジン内で爆発が発生しません。 これにより、オクタン価の低い安価なガソリンを使用できます。
第四に、上記の要因により、ドライバーはアクセルペダルをそれほど積極的に踏まないで、車をよりダイナミックにすることができます。 これは、内燃機関に液体を噴霧することによって保証されます。 電力の増加にもかかわらず、燃料消費量は増加しません。 場合によっては、同じ運転モードで、モーターの大食いが20％に減少します。
実のところ、この開発には敵もいます。 水噴射に関する最も一般的な誤解は次のとおりです。
- ウォーターハンマーはどうですか？ 水がシリンダーに入ると、モーターがウォーターハンマーを経験することは否定できません。 ピストンが圧縮行程にあるとき、水はまともな密度を持っているので、上死点に達することはできません（これは水の量に依存します）が、クランクシャフトは回転し続けます。 このプロセスは、コネクティングロッドを曲げたり、キーを壊したりする可能性があります。 実際、水の注入は非常に少ないため、圧縮ストロークは影響を受けません。
- 金属は水と接触すると時間の経過とともに錆びます。 稼働中のエンジンのシリンダー内の温度が1000度を超えるため、このシステムではこれは起こりません。 水は100度で蒸気状態になります。 したがって、システムの動作中、エンジンには水はなく、過熱蒸気のみがあります。 ちなみに、燃料が燃えると、排気ガスにも少量の蒸気が入ります。 これの部分的な証拠は、排気管から注がれる水です（その外観の他の理由が説明されています ここで).
- オイルに水が入ると、グリースが乳化します。 繰り返しになりますが、噴霧される水の量は非常に少ないため、クランクケースに入ることができません。 それはすぐにガスになり、排気ガスとともに除去されます。
- 高温の蒸気が油膜を破壊し、パワーユニットがくさびを捕らえます。 実際、蒸気や水は油を溶かしません。 最も現実的な溶剤はガソリンだけですが、同時に油膜は数十万キロメートルも残っています。
モーターに水を噴霧する装置がどのように機能するか見てみましょう。
水噴射システムのしくみ
このシステムを搭載した最新のパワーユニットには、さまざまなタイプのキットを取り付けることができます。 ある場合には、分岐の前にインテークマニホールド入口に配置された単一のノズルが使用されます。 別の変更では、このタイプのインジェクターをいくつか使用します 分散注入.
このようなシステムを取り付ける最も簡単な方法は、電動ポンプが配置される別の水タンクを設置することです。 チューブが接続されており、そこから液体が噴霧器に供給されます。 エンジンが希望の温度に達したとき（内燃エンジンの動作温度が記載されています 別の記事で）、ドライバーはスプレーを開始して、インテークマニホールドにウェットミストを生成します。
最も簡単な取り付けは、キャブレターエンジンに取り付けることもできます。 しかし同時に、取水路の近代化なしには成し遂げられません。 この場合、システムは運転手によって客室から制御されます。
オートチューニングショップで見つけることができるより高度なバージョンでは、スプレーモード設定は別のマイクロプロセッサによって提供されるか、その動作はECUからの信号に関連付けられています。 この場合、システムをインストールするには、自動車の電気技師のサービスを使用する必要があります。
最新のスプレーシステムの装置には、次の要素が含まれています。
- 最大10バールの圧力を提供する電動ポンプ。
- 水を噴霧するためのXNUMXつまたは複数のノズル（それらの数は、システム全体のデバイスとシリンダー全体のウェットフローの分配の原理によって異なります）。
- コントローラは、水噴射のタイミングと量を制御するマイクロプロセッサです。 それにポンプが接続されています。 この要素のおかげで、一定の高精度の投与量が保証されます。 一部のマイクロプロセッサに組み込まれているアルゴリズムにより、システムはパワーユニットのさまざまな動作モードに自動的に適応できます。
- マニホールドに噴霧される液体用のタンク。
- このタンクにあるレベルセンサー。
- 正しい長さと適切なフィッティングのホース。
システムはこの原則に従って動作します。 インジェクションコントローラーは、エアフローセンサーから信号を受信します（その動作と誤動作の詳細については、以下をお読みください ここで）。 このデータに従って、適切なアルゴリズムを使用して、マイクロプロセッサは噴霧された液体の時間と量を計算します。 システムの変更に応じて、ノズルは非常に薄いアトマイザーを備えたスリーブの形で簡単に作ることができます。
最新のシステムのほとんどは、ポンプをオン/オフする信号を出すだけです。 より高価なキットには、投与量を変更する特別なバルブがありますが、ほとんどの場合、正しく機能しません。 基本的に、コントローラーはモーターが3000rpmに達するとトリガーされます。 もっと。 あなたの車にそのようなインストールをインストールする前に、あなたはほとんどのメーカーがいくつかの車でシステムの間違った操作について警告することを考慮に入れる必要があります。 すべてがパワーユニットの個々のパラメータに依存するため、詳細なリストを提供する人は誰もいません。
水噴射の主な機能はエンジン出力を上げることですが、主に赤熱タービンからの空気の流れを冷却するためのインタークーラーとしてのみ使用されます。
エンジン出力を上げることに加えて、多くの人は、噴射がシリンダーの作業空洞と排気管もきれいにすることを確信しています。 排気ガスに蒸気が存在すると化学反応が起こり、有害物質の一部が中和されると考える人もいますが、この場合、自動車には自動車の触媒や複雑なAdBlueシステムなどの要素は必要ありません。 。 ここで.
水を汲み上げる効果は、エンジン回転数が高い場合（十分に暖機され、水分がシリンダーにすぐに入るように空気の流れが速い必要があります）、およびターボチャージャー付きパワーユニットでのみ効果があります。 このプロセスにより、追加のトルクとわずかな出力の増加が得られます。
エンジンが自然吸気されている場合、それはそれほど強力になることはありませんが、爆発に悩まされることは絶対にありません。 ターボチャージャー付き内燃エンジンの場合、スーパーチャージャーの前に水噴射を設置すると、流入する空気の温度が下がるため、効率が向上します。 さらに効果を高めるために、このようなシステムでは、前述の水とメタノールの混合物を50x50の比率で使用します。
利点と欠点
したがって、水噴射システムを使用すると、次のことが可能になります。
- 吸気温度;
- 燃焼室要素の追加の冷却を提供します。
- 低品質（低オクタン）ガソリンを使用する場合、水噴霧はエンジンの爆発抵抗を増加させます。
- 同じ運転モードを使用すると、燃料消費量が削減されます。 これは、同じダイナミクスで、車が排出する汚染物質が少ないことを意味します（もちろん、これは、有毒ガスを中和するための触媒やその他のシステムなしで車が実行できるほど効率的ではありません）。
- パワーを上げるだけでなく、25〜30パーセント増加したトルクでモーターを回転させます。
- エンジンの吸気および排気システムの要素をある程度清掃します。
- スロットルレスポンスとペダルレスポンスを改善します。
- より低いエンジン速度でタービンを作動圧力にします。
非常に多くの有用な機能にもかかわらず、水噴射は従来の車両には望ましくなく、自動車メーカーが生産車両に水噴射を実装しない理由はいくつかあります。 それらのほとんどは、システムがスポーツの起源を持っているという事実によるものです。 モータースポーツの世界では、燃費は一般的に考慮されていません。 時々燃料消費量は20あたりXNUMXリットルに達します。 これは、エンジンが最高速度に達することが多く、ドライバーはガスが停止するまでほぼ常にガスを押しているためです。 このモードでのみ、注入の効果が顕著になります。
したがって、システムの主な欠点は次のとおりです。
- 設置は主にスポーツカーの性能を向上させることを目的としていたため、この開発は最大出力でのみ効果的です。 モーターがこのレベルに達するとすぐに、コントローラーはこの瞬間を修正し、水を注入します。 このため、設置が効果的に機能するためには、車両をスポーツモードで操作する必要があります。 低回転では、エンジンはより「陰気」になる可能性があります。
- 水噴射は少し遅れて行われます。 まず、モーターが電源モードに入り、対応するアルゴリズムがマイクロプロセッサーでアクティブになり、信号がポンプに送信されてオンになります。 電動ポンプが液体をラインに送り始め、その後ノズルが液体を噴霧し始めます。 システムの変更にもよりますが、これには約XNUMXミリ秒かかる場合があります。 車が静かなモードで運転している場合、スプレーはまったく効果がありません。
- ノズルがXNUMXつしかないバージョンでは、特定のシリンダーに入る水分量を制御することはできません。 このため、優れた理論にもかかわらず、スロットルを全開にしても、実際にはモーターの動作が不安定になることがよくあります。 これは、個々の「ポット」の温度条件が異なるためです。
- 冬には、システムに水だけでなくメタノールを補給する必要があります。 この場合のみ、寒冷時でもコレクターに自由に液体を供給します。
- モーターの安全のために、注入された水は蒸留されなければならず、これは追加の廃棄物です。 通常の水道水を使用すると、すぐに石灰の堆積物が接触面の壁に蓄積します（やかんの鱗のように）。 モーター内の異物固体粒子の存在は、ユニットの早期故障を伴います。 このため、留出物を使用する必要があります。 わずかな燃費（通常の車はスポーツモードでの常時運転用に設計されておらず、法律は公道でのこれを禁止しています）と比較して、設置自体、そのメンテナンス、および留出物の使用（そして冬には-水の混合物）およびメタノール）は経済的に不当です...
実際には、いくつかの欠点を修正することができます。 例えば、パワーユニットが高回転で安定して動作するために、または低回転で最大負荷で動作するために、分散型水噴射システムを設置することができます。 この場合、同じ燃料システムの場合と同様に、インジェクターが各インテークマニホールドにXNUMXつずつ取り付けられます。
ただし、そのような設備の価格は、追加の要素のためだけでなく、大幅に上昇します。 事実、水分の注入は、空気の流れが移動する場合にのみ意味があります。 インレットバルブ（または一部のエンジン変更の場合はいくつか）が閉じている場合、これがXNUMXサイクル発生すると、パイプ内の空気は静止します。
水がコレクターに無駄に流入するのを防ぐために（システムはコレクターの壁に蓄積する余分な水分の除去を提供しません）、コントローラーはどの瞬間にどの特定のノズルが作動するかを決定する必要があります。 この複雑なセットアップには、高価なハードウェアが必要です。 標準的な自動車のパワーのわずかな増加と比較して、そのような費用は不当です。
もちろん、そのようなシステムをあなたの車にインストールするかどうかは誰の仕事でもあります。 このような設計の長所と短所の両方を考慮しました。 さらに、水噴射がどのように機能するかについての詳細なビデオ講義を見ることをお勧めします。
質問と回答：
メタノール噴射とは何ですか？ これは、稼働中のエンジンに少量の水またはメタノールを注入することです。 これにより、貧弱な燃料の爆発抵抗が増加し、有害物質の排出が減少し、内燃機関のトルクと出力が増加します。
メタノール水注入とは何ですか？ メタノール噴射は、エンジンによって引き込まれた空気を冷却し、エンジンのノッキングの可能性を減らします。 これにより、水の熱容量が高くなるため、モーターの効率が向上します。
Vodomethanolシステムはどのように機能しますか？ システムの変更によります。 最も効率的なのは、燃料噴射装置と同期しています。 それらの負荷に応じて、水メタノールが注入されます。
ボドメタロンは何に使用されますか？ この物質は、ジェットエンジンが登場する前に、ソビエト連邦で航空機エンジンに使用されていました。 水メタノールは内燃機関の爆発を減らし、HTSの燃焼をスムーズにしました。
