Injeção de água no motor do carro

A potência do motor é o tópico mais comum nos círculos de motoristas. Quase todo motorista pensou pelo menos uma vez sobre como aumentar o desempenho de uma unidade de potência. Alguns instalam turbinas, outros alargam cilindros, etc. (outros métodos de aumento de potência são descritos em outra ruaаesta) Muitos interessados ​​em tuning de automóveis conhecem sistemas que fornecem uma pequena quantidade de água ou sua mistura com o metanol.

A maioria dos motoristas está familiarizada com o conceito de martelo hidráulico de motor (há também um revisão separada) Como pode a água, que provoca a destruição do motor de combustão interna, ao mesmo tempo aumentar seu desempenho? Vamos tentar contornar essa questão, e também considerar as vantagens e desvantagens que o sistema de injeção de água metanol tem na unidade de potência.

O que é um sistema de injeção de água?

Resumindo, este sistema é um tanque no qual a água é despejada, mas mais frequentemente uma mistura de metanol e água na proporção de 50/50. Tem um motor elétrico, por exemplo, de um lavador de para-brisa. O sistema é conectado por tubos elásticos (na versão mais econômica são retiradas mangueiras do conta-gotas), ao final dos quais é instalado um bico separado. Dependendo da versão do sistema, a injeção é realizada através de um ou vários atomizadores. A água é fornecida quando o ar é puxado para o cilindro.

Se usarmos a versão de fábrica, a unidade terá uma bomba especial que é controlada eletronicamente. O sistema terá um ou mais sensores para ajudar a determinar o momento e a quantidade de água pulverizada.

Por um lado, parece que água e motor são conceitos incompatíveis. A combustão da mistura ar-combustível ocorre no cilindro e, como todos sabem desde a infância, a chama (se não forem os produtos químicos que queimam) se extingue pela água. Quem "conheceu" o choque hidráulico do motor, por experiência própria, estava convencido de que a água é a última substância que deve entrar no motor.

No entanto, a ideia da injeção de água não é fruto da imaginação de um adolescente. Na verdade, essa ideia tem quase cem anos. Na década de 1930, para as necessidades militares, Harry Ricardo aprimorou o motor da aeronave Rolls-Royce Merlin, e também desenvolveu a gasolina sintética de alto índice de octanagem. aqui) para motores de combustão interna de aeronaves. A falta desse combustível é um alto risco de detonação no motor. Por que esse processo é perigoso? separadamente, mas em suma, a mistura ar-combustível deve queimar uniformemente e, neste caso, literalmente explode. Por causa disso, as peças da unidade estão sob estresse excessivo e falham rapidamente.

Para combater este efeito, G. Ricardo realizou uma série de estudos, como resultado dos quais conseguiu obter a supressão da detonação devido à injeção de água. Com base em seus desenvolvimentos, os engenheiros alemães conseguiram quase dobrar a potência das unidades em suas aeronaves. Para isso, foi utilizada a composição MW50 (wasser de metanol). Por exemplo, o caça Focke-Wulf 190D-9 estava equipado com o mesmo motor. Seu pico de produção foi de 1776 cavalos, mas com um curto pós-combustão (a mistura mencionada acima foi alimentada nos cilindros), essa barra subiu para 2240 "cavalos".

Este desenvolvimento foi usado não apenas neste modelo de aeronave. No arsenal da aviação alemã e americana, ocorreram várias modificações de unidades de potência.

Se falamos de carros de produção, então o modelo Oldsmobile F85 Jetfire, que saiu da linha de montagem no 62º ano do século passado, recebeu uma instalação de fábrica de injeção de água. Outro carro de produção com motor impulsionado dessa forma é o Saab 99 Turbo, lançado em 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Saab 99 Turbo

A popularidade deste sistema ganhou impulso devido à sua aplicação em 1980-90. em carros esportivos. Assim, em 1983, a Renault equipa seus carros de Fórmula 1 com um tanque de 12 litros, no qual foram instalados uma bomba elétrica, um regulador de pressão e a quantidade necessária de injetores. Em 1986, os engenheiros da equipe conseguiram aumentar o torque e a saída da unidade de potência de 600 para 870 cavalos.

Na guerra de corridas das montadoras, a Ferrari também não quis "arranhar a traseira", e decidiu usar esse sistema em alguns de seus carros esportivos. Graças a essa modernização, a marca conseguiu conquistar uma posição de destaque entre os designers. O mesmo conceito foi desenvolvido pela marca Porsche.

Upgrades semelhantes foram realizados com carros que participaram de corridas da série WRC. No entanto, no início dos anos 90, os organizadores dessas competições (incluindo F-1) alteraram os regulamentos e proibiram o uso desse sistema em carros de corrida.

Outro avanço no mundo do automobilismo foi feito por um desenvolvimento semelhante nas competições de corrida de arrancada em 2004. O recorde mundial de ¼ de milha foi quebrado por dois veículos diferentes, apesar das tentativas de atingir a marca com várias modificações no trem de força. Esses carros a diesel foram equipados com abastecimento de água no coletor de admissão.

Com o tempo, os carros passaram a receber intercoolers que reduzem a temperatura do fluxo de ar antes de entrar no coletor de admissão. Graças a isso, os engenheiros conseguiram reduzir o risco de batidas e o sistema de injeção não foi mais necessário. Um forte aumento na potência tornou-se possível graças à introdução de um sistema de fornecimento de óxido nitroso (lançado oficialmente em 2011).

Em 2015, as notícias sobre injeção de água começaram a surgir novamente. Por exemplo, o novo safety car de MotoGP desenvolvido pela BMW tem um kit clássico de spray de água. Na apresentação oficial do carro de edição limitada, o representante da montadora bávara fez que no futuro está previsto o lançamento de uma linha de modelos civis com sistema semelhante.

O que a injeção de água ou metanol dá ao motor?

Portanto, vamos passar da história à prática. Por que o motor precisa de injeção de água? Quando uma quantidade estritamente limitada de líquido entra no coletor de admissão (uma gota de no máximo 0.1 mm é pulverizada), ao entrar em contato com um meio quente, ele imediatamente se transforma em um estado gasoso com um alto teor de oxigênio.

O BTC resfriado se comprime com muito mais facilidade, o que significa que o virabrequim precisa usar um pouco menos de força para realizar o curso de compressão. Assim, a instalação permite que vários problemas sejam resolvidos de uma vez.

Em primeiro lugar, o ar quente tem menos densidade (para fins de experimento, você pode tirar uma garrafa de plástico vazia de uma casa quente para o frio - ela encolherá decentemente), então menos oxigênio entrará no cilindro, o que significa que gasolina ou diesel o combustível queimará pior. Para eliminar esse efeito, muitos motores são equipados com turboalimentadores. Mas mesmo neste caso, a temperatura do ar não cai, já que as turbinas clássicas são alimentadas por um escapamento quente que passa pelo coletor de escapamento. A água pulverizada permite que mais oxigênio seja fornecido aos cilindros para melhorar a eficiência da combustão. Por sua vez, isso terá um efeito positivo no catalisador (para obter detalhes, leia em uma revisão separada).

Em segundo lugar, a injeção de água permite aumentar a potência da unidade de potência sem alterar seu volume de trabalho e sem alterar seu design. A razão é que no estado vaporoso, a umidade ocupa muito mais volume (de acordo com alguns cálculos, o volume aumenta por um fator de 1700). Quando a água evapora em um espaço confinado, é criada pressão adicional. Como você sabe, a compressão é muito importante para o torque. Sem intervenção no projeto da unidade de potência e uma turbina potente, este parâmetro não pode ser aumentado. E uma vez que o vapor se expande acentuadamente, mais energia é liberada da combustão do HTS.

Em terceiro lugar, devido à pulverização de água, o combustível não sobreaquece e não se forma detonação no motor. Isso permite o uso de gasolina mais barata com um índice de octanagem mais baixo.

Em quarto lugar, devido aos fatores listados acima, o motorista não pode pressionar o pedal do acelerador de forma tão ativa para tornar o carro mais dinâmico. Isso é garantido pela pulverização de líquido no motor de combustão interna. Apesar do aumento da potência, o consumo de combustível não aumenta. Em alguns casos, com um modo de condução idêntico, a gula do motor é reduzida a 20 por cento.

Na verdade, esse desenvolvimento tem adversários. Os equívocos mais comuns sobre injeção de água são:

1. E o martelo de água? Não se pode negar que, quando a água entra nos cilindros, o motor sofre um golpe de aríete. Como a água tem uma densidade decente quando o pistão está em um curso de compressão, ela não pode atingir o ponto morto superior (isso depende da quantidade de água), mas o virabrequim continua girando. Este processo pode dobrar as bielas, quebrar as chaves, etc. Na verdade, a injeção de água é tão pequena que o curso de compressão não é afetado.
2. O metal, em contato com a água, enferruja com o tempo. Isso não acontecerá com este sistema, pois a temperatura nos cilindros de um motor em funcionamento ultrapassa os 1000 graus. A água se transforma em um estado de vapor a 100 graus. Assim, durante o funcionamento do sistema, não há água no motor, apenas vapor superaquecido. A propósito, quando o combustível queima, há também uma pequena quantidade de vapor nos gases de escapamento. Prova parcial disso é a água que sai do tubo de escape (outras razões para o seu aparecimento são descritas aqui).
3. Quando a água aparece no óleo, a graxa emulsifica. Novamente, a quantidade de água pulverizada é tão pequena que simplesmente não pode entrar no cárter. Ele imediatamente se torna um gás que é removido junto com o escapamento.
4. O vapor quente destrói a película de óleo, fazendo com que a unidade de potência pegue a cunha. Na verdade, o vapor ou a água não dissolvem o óleo. O solvente mais real é apenas a gasolina, mas ao mesmo tempo a película de óleo permanece por centenas de milhares de quilômetros.

Vamos ver como funciona o dispositivo para borrifar água no motor.

Como funciona o sistema de injeção de água

Em unidades de potência modernas equipadas com este sistema, diferentes tipos de kits podem ser instalados. Em um caso, um único bico é usado, localizado na entrada do coletor de admissão antes da bifurcação. Outra modificação usa vários injetores do tipo injeção distribuída.

A maneira mais fácil de montar tal sistema é instalar um tanque de água separado no qual a bomba elétrica será colocada. A ele é conectado um tubo, por meio do qual o líquido será fornecido ao pulverizador. Quando o motor atinge a temperatura desejada (a temperatura de operação do motor de combustão interna é descrita em outro artigo), o driver começa a pulverizar para criar uma névoa úmida no coletor de admissão.

A instalação mais simples pode até ser instalada em um motor de carburador. Mas, ao mesmo tempo, não se pode prescindir de alguma modernização do aparelho de admissão. Neste caso, o sistema é controlado a partir do habitáculo pelo condutor.

Em versões mais avançadas, que podem ser encontradas em lojas de autoajuste, a configuração do modo spray é fornecida por um microprocessador separado ou sua operação é associada a sinais vindos da ECU. Nesse caso, você precisará utilizar os serviços de um eletricista automotivo para instalar o sistema.

O dispositivo dos modernos sistemas de pulverização inclui os seguintes elementos:

• Bomba elétrica com pressão de até 10 bar;
• Um ou mais bicos de pulverização de água (seu número depende do dispositivo de todo o sistema e do princípio de distribuição do fluxo úmido pelos cilindros);
• O controlador é um microprocessador que controla o tempo e a quantidade de injeção de água. Uma bomba está conectada a ele. Graças a este elemento, uma dosagem de alta precisão constante é garantida. Algoritmos embutidos em alguns microprocessadores permitem que o sistema se adapte automaticamente a diferentes modos de operação da unidade de potência;
• Um tanque para o líquido a ser pulverizado no manifold;
• Sensor de nível localizado neste tanque;
• Mangueiras com o comprimento correto e acessórios adequados.

O sistema funciona de acordo com este princípio. O controlador de injeção recebe sinais do sensor de fluxo de ar (para mais detalhes sobre sua operação e mau funcionamento, leia aqui) De acordo com esses dados, usando algoritmos apropriados, o microprocessador calcula o tempo e a quantidade de líquido pulverizado. Dependendo da modificação do sistema, o bico pode simplesmente ser feito na forma de uma luva com um atomizador muito fino.

A maioria dos sistemas modernos simplesmente dá um sinal para ligar / desligar a bomba. Nos kits mais caros, existe uma válvula especial que altera a dosagem, mas na maioria dos casos não funciona corretamente. Basicamente, o controlador é acionado quando o motor atinge 3000 rpm. e mais. Antes de instalar tal instalação em seu carro, você precisa levar em consideração que a maioria dos fabricantes avisa sobre o funcionamento incorreto do sistema em alguns carros. Ninguém fornecerá uma lista detalhada, pois tudo depende dos parâmetros individuais da unidade de potência.

Embora a principal função da injeção de água seja aumentar a potência do motor, ela é usada principalmente como um intercooler para resfriar o fluxo de ar proveniente de uma turbina em brasa.

Além de aumentar a potência do motor, muitos têm certeza de que a injeção também limpa a cavidade de trabalho do cilindro e o tubo de escape. Alguns acreditam que a presença de vapor no escapamento cria uma reação química que neutraliza algumas das substâncias tóxicas, mas, neste caso, o carro não precisará de um elemento como um catalisador automotivo ou um sistema AdBlue complexo, sobre o qual você pode ler . aqui.

O bombeamento de água tem efeito apenas em altas rotações do motor (deve ser bem aquecido e o fluxo de ar deve ser rápido para que a umidade entre imediatamente nos cilindros), e em maior medida em unidades de potência turboalimentadas. Este processo fornece torque adicional e um pequeno aumento na potência.

Se o motor for aspirado naturalmente, ele não se tornará significativamente mais potente, mas definitivamente não sofrerá detonação. Para um motor de combustão interna turboalimentado, uma injeção de água instalada na frente do supercompressor proporcionará um aumento na eficiência devido à diminuição da temperatura do ar que entra. E para um efeito ainda maior, tal sistema utiliza a mistura de água e metanol mencionada anteriormente na proporção de 50x50.

Vantagens e desvantagens

Portanto, o sistema de injeção de água permite:

• Temperatura do ar de entrada;
• Fornece resfriamento adicional dos elementos da câmara de combustão;
• Se for usada gasolina de baixa qualidade (baixa octanagem), a pulverização de água aumenta a resistência à detonação do motor;
• Usar o mesmo modo de direção reduz o consumo de combustível. Isso significa que, com a mesma dinâmica, o carro emite menos poluentes (claro, isso não é tão eficiente que o carro possa passar sem um catalisador e outros sistemas de neutralização de gases tóxicos);
• Não só para aumentar a potência, mas também para fazer o motor girar com um torque aumentado em 25-30 por cento;
• Limpe até certo ponto os elementos do sistema de admissão e escape do motor;
• Melhore a resposta do acelerador e a resposta do pedal;
• Traga a turbina para a pressão de operação em uma rotação do motor mais baixa.

Apesar de tantos recursos úteis, a injeção de água é indesejável para veículos convencionais, e há vários bons motivos pelos quais as montadoras não a estão implementando em veículos de produção. A maior parte delas se deve ao fato de o sistema ser de origem esportiva. No mundo do automobilismo, a economia de combustível é amplamente esquecida. Às vezes, o consumo de combustível chega a 20 litros por cem. Isso se deve ao fato de que o motor é freqüentemente levado às rotações máximas e o motorista pressiona quase constantemente o acelerador até que ele pare. Somente neste modo, o efeito da injeção é perceptível.

Então, aqui estão as principais desvantagens do sistema:

• Uma vez que a instalação se destinava principalmente a melhorar o desempenho dos carros esportivos, esse desenvolvimento só é eficaz na potência máxima. Assim que o motor atinge esse nível, o controlador fixa esse momento e injeta água. Por este motivo, para que a instalação funcione de forma eficaz, o veículo deve ser operado no modo desportivo. Em baixas rotações, o motor pode ser mais "taciturno".
• A injeção de água é realizada com algum atraso. Primeiro, o motor entra no modo de potência, o algoritmo correspondente é ativado no microprocessador e um sinal é enviado para a bomba ligar. A bomba elétrica começa a bombear o líquido para a linha e só depois o bico começa a borrifar. Dependendo da modificação do sistema, tudo isso pode levar cerca de um milissegundo. Se o carro estiver dirigindo silenciosamente, a pulverização não terá efeito algum.
• Em versões com um bico, é impossível controlar a quantidade de umidade que entra em um determinado cilindro. Por esta razão, apesar da boa teoria, a prática freqüentemente mostra uma operação do motor instável, mesmo com o acelerador totalmente aberto. Isso se deve às diferentes condições de temperatura nos "potes" individuais.
• No inverno, o sistema precisa ser reabastecido não apenas com água, mas com metanol. Somente neste caso, mesmo em climas frios, o líquido será fornecido livremente ao coletor.
• Para a segurança do motor, a água injetada deve ser destilada, sendo este um resíduo a mais. Se você usar água da torneira comum, logo os depósitos de calcário se acumularão nas paredes das superfícies de contato (como incrustações em uma chaleira). A presença de partículas sólidas estranhas no motor pode causar uma avaria prematura da unidade. Por esta razão, o destilado deve ser usado. Em comparação com a economia de combustível insignificante (um carro normal não é projetado para operação constante no modo esportivo, e a legislação proíbe isso em vias públicas), a própria instalação, sua manutenção e o uso de destilado (e no inverno - uma mistura de água e metanol) é economicamente injustificado ...

Na verdade, algumas falhas podem ser corrigidas. Por exemplo, para que a unidade de potência opere de forma estável em alta rpm ou em carga máxima em baixa rpm, um sistema de injeção de água distribuída pode ser instalado. Neste caso, os injetores serão instalados um para cada coletor de admissão, como em um sistema de combustível idêntico.

No entanto, o preço de tal instalação aumenta significativamente e não apenas por causa de elementos adicionais. O fato é que a injeção de umidade só faz sentido no caso de uma corrente de ar em movimento. Quando a válvula de admissão (ou várias no caso de algumas modificações no motor) é fechada, e isso acontece por três ciclos, o ar no tubo fica imóvel.

Para evitar que a água entre em vão para o coletor (o sistema não prevê a retirada do excesso de umidade que se acumula nas paredes do coletor), o controlador deve determinar em que momento e qual bico específico deve entrar em funcionamento. Esta configuração complexa requer hardware caro. Comparado com o aumento insignificante de potência de um carro padrão, tal despesa é injustificada.

Obviamente, cabe a todos instalar ou não esse sistema em seu carro. Nós consideramos as vantagens e desvantagens de tal projeto. Além disso, sugerimos assistir a uma aula de vídeo detalhada sobre como funciona a injeção de água:

Teoria do motor de combustão interna: injeção de água no trato de admissão

Perguntas e Respostas:

O que é injeção de metanol? Esta é a injeção de uma pequena quantidade de água ou metanol em um motor em funcionamento. Isso aumenta a resistência à detonação de combustível pobre, reduz a emissão de substâncias nocivas, aumenta o torque e a potência do motor de combustão interna.

Para que serve a injeção de água com metanol? A injeção de metanol resfria o ar aspirado pelo motor e reduz a probabilidade de o motor bater. Isso aumenta a eficiência do motor devido à alta capacidade calorífica da água.

Como funciona o sistema Vodometanol? Depende da modificação do sistema. O mais eficiente é sincronizado com os injetores de combustível. Dependendo de sua carga, o metanol de água é injetado.

Para que é usado o Vodometanol? Esta substância foi usada na União Soviética em motores de aeronaves antes do advento dos motores a jato. O metanol da água reduziu a detonação no motor de combustão interna e tornou a combustão do HTS mais suave.