Система впрыска воды в двигатель является одним из доступных способов тюнинга силового агрегата. Данное решение позволяет увеличить мощность, крутящий момент и экономичность ДВС, повысить детонационную стойкость и улучшить ряд других характеристик мотора.

При этом такой тюнинг не предполагает каких-либо серьезных доработок силового агрегата по «железу», то есть впрыск воды в инжекторный двигатель или карбюраторный мотор может быть установлен с минимальным вмешательством в конструкцию.

Что это

Впрыск воды в ДВС — идея, пришедшая в автомобильную отрасль из авиастроения. Еще во времена Второй Мировой войны американские и немецкие инженеры использовали впрыск смеси воды и метанола в двигатели истребителей. Тем самым повышается мощность моторов в режиме форсажа. Развитие этой идеи было похоронено после наступления эпохи турбореактивных двигателей.

В 80-е годы XX столетия технология вернулась, но уже в автоспорте. Впрыск воды начал использоваться для повышения отдачи двигателей гоночных болидов Формулы-1, а позднее в гонках на выносливость Ле-Ман и в раллийной серии. Однако неизменно конструкция запрещалась организаторами чемпионатов. Максимального распространения идея впрыска воды в мотор достигла в мире дрэг-рейсинга, где не было серьезного контроля со стороны организаторов гонок.

С этого момента впрыск воды в цилиндры поршневых ДВС стал одним из элементов автотюнинга. Такое положение не изменило даже появление интеркулеров, которые более эффективны, чем системы впрыска воды в двигатель. Последние до сих пор остаются популярны из-за своей дешевизны, неприхотливости и легкости установки. Однако используют их, как правило, на высокофорсированных двигателях, особенно оснащенных турбиной.

Отзывы

Некоторые автомобилисты отзывались о ее работе достаточно лестно, указывая, что система действительно улучшает характеристики машины. Другие же водители вовсе говорили о том, что увеличение мощности, снижение температуры и прочие преимущества — это вовсе выдумка и ничего из этого не работает. Были и те, кто отмечал небольшой прирост параметров, но при этом говорилось о том, что за такую стоимость это слишком малая компенсация, а потому не стоит задумываться о ее установке. Специалисты также расходятся во мнениях на этот счет.

Принцип работы

Принцип работы впрыска в мотор основан на работе отдельной форсунки, через которую во впускной коллектор мотора впрыскивается вода. В итоге топливно-воздушная смесь (ТВС) состоит не только из бензина и воздуха, но и воды. Так как она обладает большей теплоемкостью, то температура в цилиндрах мотора снижается, а температура взвеси — повышается. Такая смесь обладает большей плотностью и весом, что позволяет тратить меньшие ресурсы на сжатие.

В результате повышается КПД и отдача мотора: увеличивается мощность (до 20 %), повышается крутящий момент, уменьшается детонация. Одновременно из-за использования воды снижается концентрация вредных веществ в выхлопе автомобиля.

Есть у системы впрыска воды в топливо и свои недостатки.

1. Почти ни одна система впрыска воды в двигатель не позволяет добиться равномерного распределения жидкости. Один или несколько цилиндров получают меньший объем воды, в результате работая на обедненной смеси. В результате могут наблюдаться нестабильность работы движка и снижение скорости разгона при полностью открытой дроссельной заслонке. Решить такую проблему может использование индивидуальной форсунки для каждого цилиндра мотора. Однако такая система получается слишком дорогостоящей.
2. Для использования подходит исключительно дистиллированная вода — обычная водопроводная не пригодна. Использование обычной воды приводит к образованию солевых отложений, что снижает эффективность движка и может способствовать его поломке.
3. Еще один недостаток системы — трудность использования в российских условиях. Вода элементарно замерзает при отрицательных температурах. Поэтому в отечественных условиях чаще используется вода в сочетании со спиртовыми добавками, однако при низких отрицательных температурах не помогают и они. В этом случае приходится демонтировать систему с автомобиля.

Ситуация в наше время

Не буду вдаваться в подробности, но скажу, что разработки водяной системы для повышения эффективности двигателя начались еще в начале 20 века, но наиболее широкое распространения получила во время Второй мировой. Система применялась для самолета и вертолета, участвующих в боевых действиях со стороны Германии и США.

Автомобиль Porsche 911, поставивший в 2005 году рекорд скорости среди машин, допущенных к эксплуатации по обычным дорогам, используя системы водяного впрыска разогнался до 388 километров в час. Затем про систему на некоторое время забыли, интерес к ней упал. Но в 2020 году специалисты из БМВ снова к ней вернулись. Только теперь агрегаты на газу (водометановой смеси) применялись с целью понизить расход топлива, а не увеличить мощность. Первой машиной оказался пейскар на базе BMW M4, который был частью мотогонок серии MotoGP.

Специалисты из БМВ использовали несколько интересных идей. Одна из них заключалась в том, что при работе системы кондиционирования салона образующийся конденсат попадал в специальный бак. Так решалась проблема добычи воды для смеси. В итоге экономия бензина упала на 8% в сравнении с обычным двигателем.

Как сделать своими руками

В продаже имеются готовые установочные комплекты впрыска воды в двигатель. Однако их стоимость может составлять несколько сотен тысяч рублей. Поэтому многие автовладельцы предпочитают собирать и устанавливать самодельные системы.

Для изготовления впрыска воды в двигатель автовладельцу понадобятся:

• электронасос на 12 В;
• форсунка (жиклер) для распыления;
• емкость для хранения воды — подойдет стандартный бачок для омывающей жидкости;
• солевой фильтр, устанавливаемый на бачок;
• магистрали перемещения воды — подойдут обычные медицинские трубки от капельницы, для переливания крови и т. д.

Схема установки системы впрыска воды выглядит следующим образом.

1. Бачок устанавливается в моторный отсек в любое свободное место, подходящее по габаритам. На выходе из бачка устанавливается солевой фильтр, который предотвратит загрязнение двигателя солевыми отложениями.
2. В салоне автомобиля размещается электронасос на 12 вольт, который обеспечит непрерывную работу системы подачи воды.
3. Форсунка устанавливается во впускной коллектор за инжектором. По размеру форсунки подбирается трубка для подачи воды.
4. Система подводится ко впускному коллектору. В нем делаются отверстия, которые затем нужно герметизировать.

У заводских комплексов подачи воды за объем поступающей жидкости отвечает электронный блок управления. В самодельных устройствах приходится экспериментировать, чтобы добиться необходимого дозирования. Регуляторами объема поступающей воды выступают трубка и форсунка — именно от их размеров зависят дозы воды, поступающие в цилиндры. Поэтому трубки и форсунки подбираются экспериментальным путем.

В идеале соотношения воды и бензина должно быть 1 к 10 — именно при таком соотношении достигается наибольшая отдача системы. При превышении дозы воды можно схватить гидроудар цилиндров мотора. Поэтому при настройке системы нужно начинать с минимально возможных объемов воды, постепенно повышая дозировку. Как уже говорилось, регулирование объемов достигается увеличением размеров форсунки и магистралей подачи воды.

Существует разница в подходах при монтировании системы на карбюраторные и инжекторные автомобили. Установить систему на автомобиль с карбюраторным впрыском достаточно просто — здесь можно не использовать форсунку. Ее заменяет игла от обычного медицинского шприца, устанавливаемая в трубку, ведущую от электронасоса. Иглой делается прокол в трубке регулятора опережения зажигания, после чего игла закрепляется с помощью герметика.

Однако такая схема не позволяет добиться эффективного впрыска воды — ее дисперсионные качества недостаточно высоки, что снижает эффективность использования всей системы. Поэтому многими специалистами подобный способ отвергается.

Функции регулятора

Основной задачей каждого регулятора числа оборотов является ограничение максимальных оборотов двигателя. Другими словами, регулятор должен обеспечивать, чтобы обороты двигателя никогда не превышали максимальных значений, предусмотренных заводом-изготовителем. В зависимости от его типа, регулятор может иметь и другие функции, такие как поддержание определенных оборотов двигателя, например, на холостом ходу или поддержание диапазона оборотов между низкими и высокими оборотами холостого хода (максимальными). Регулятор может также иметь другие функции и функции, выполняемые электронным регулятором (EDC), являются гораздо более широкими, чем функции у механического (центробежного) регулятора.

Различные требования, предъявляемые к регуляторам, стали причиной развития различных типов регуляторов, перечисленных ниже: регуляторы максимальных оборотов. Эти регуляторы разработаны только для ограничения максимальных оборотов двигателя; регуляторы минимальных и максимальных оборотов.

Кроме максимальных оборотов эти регуляторы также управляют низкими оборотами холостого хода, регуляторы изменяемых оборотов. Эти регуляторы кроме максимальных оборотов и низких оборотов холостого хода также управляют оборотами в промежуточной области, комбинированные регуляторы. Они представляют собой комбинацию регулятора максимальных и минимальных оборотов и регулятора изменяемых оборотов, регуляторы для стационарных силовых установок. Они разработаны для двигателей генераторных установок в соответствии с немецким стандартом DIN 6280. Кроме своей основной задачи, этот регулятор также имеет несколько других функций управления. Они включают в себя автоматическую подачу и отсечку дополнительного топлива, требуемого для запуска и изменение подачи топлива при полной нагрузке в зависимости от оборотов двигателя (управление крутящим моментом), от давления нагнетаемого воздуха или атмосферного давления. Для выполнения этих задач требуется дополнительное оборудование.

Советы по использованию

Можно дать несколько рекомендаций, соблюдение которых позволит повысить эффективность использования системы впрыска воды в двигатель.

1. Повысить отдачу системы поможет использование не просто дистиллированной воды, а ее смеси со спиртом в соотношении 50 на 50. Метанол сгорает медленнее, чем бензин, что более плавно повышает давление в цилиндрах мотора. В результате происходит существенный рост крутящего момента.
2. Особого смысла в установке системы на обычные «атмосферники» нет. Впрыск воды в двигатель повышает КПД форсированных двигателей, особенно велика отдача на турбированных моторах. Установка системы впрыска воды на обычный атмосферный движок лишь позволит снизить детонации топливно-воздушной смеси, ждать прилива мощности и крутящего момента в таком случае не приходится.
3. При установке системы необходимо добиться наилучшего распыления, так как наибольшей эффективностью обладает мелкодисперсная смесь. Поэтому нужно использовать мощный насос и качественный распылитель.

Изготовить систему подачи воды в двигатель достаточно просто. Гораздо сложнее настроить объемы воды, чтобы они не повредили мотору и в то же время давали необходимый эффект. Если есть сомнения, что удастся точно отрегулировать дозы поступающей в цилиндры воды, то лучше приобрести заводской комплект со встроенным блоком управления.

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%.

Управление низкими оборотами холостого хода

Регулирование может также иметь место и в самой низкой области оборотов двигателя.

Рис. Управление низкими оборотами холостого хода: 1. Ход управляющей рейки; 2. Область управления; 3. Полная нагрузка; 4. Без нагрузки; 5. Обороты двигателя.

После запуска холодного двигателя, когда управляющая рейка перемещается из пускового положения в положение В, сопротивление двигателя на трение остается достаточно высоким, Это значит, что количество подаваемого топлива для устойчивой работы двигателя будет немного выше того, которое обычно соответствует регулировочной точке L для низких оборотов холостого хода, а обороты двигателя будут немного ниже. При прогреве уменьшение трения будет причиной увеличения оборотов двигателя, и управляющая рейка передвинется обратно в положение L. Это установка низких оборотов холостого хода для двигателя, находящегося при рабочей температуре.

Регулировка максимальных оборотов

Рис. Регулировка максимальных оборотов: 1. Ход управляющей рейки; 2. Остановка; 3. Полная нагрузка; 4. Контролируемая область; 5. Полная нагрузка; 6. Без нагрузки; 7. Обороты двигателя.

В зависимости от снижения оборотов, когда нагрузка на двигатель убирается, то максимальные обороты при полной нагрузке nv0 не достигают величины n10 (повышенные обороты холостого хода — максимальные). Регулятор подгоняет их до этого требуемого значения, передвигая управляющую рейку в направлении остановки (прекращая подачу топлива). Управление (регулировка) в области между nvo и пю называется регулировкой максимальных оборотов. Чем выше снижение оборотов, тем выше увеличение оборотов между nvo и n10.

Регулировка промежуточных оборотов

Когда требуется специальное применение (например, в автомобилях с коробкой отбора мощности), то регулятор может поддерживать обороты двигателя в пределах требуемой области (2) между оборотами холостого хода и повышенными оборотами холостого хода (максимальными), (1 — ход управляющей рейки).

Рис. Регулировка промежуточных оборотов

Обороты двигателя (5), таким образом, колеблются только в пределах рабочей области между nv. (полная нагрузка-3) и n1 (без нагрузки-4) в зависимости от нагрузки.