Inyección de agua en el motor del automóvil.

La potencia del motor es el tema más común en los círculos de automovilistas. Casi todos los automovilistas han pensado al menos una vez en cómo aumentar el rendimiento de una unidad de potencia. Algunos instalan turbinas, otros escarian cilindros, etc. (se describen otros métodos para aumentar la potencia en otro stаthie). Muchos de los interesados ​​en el tuning de automóviles conocen sistemas que suministran una pequeña cantidad de agua o su mezcla con metanol.

La mayoría de los automovilistas están familiarizados con un concepto como el golpe de ariete de un motor (también hay un revisión separada). ¿Cómo puede el agua, que provoca la destrucción del motor de combustión interna, aumentar al mismo tiempo su rendimiento? Tratemos de lidiar con este problema, y ​​también consideremos las ventajas y desventajas que tiene el sistema de inyección de agua y metanol en la unidad de potencia.

¿Qué es un sistema de inyección de agua?

En resumen, este sistema es un tanque en el que se vierte agua, pero más a menudo una mezcla de metanol y agua en una proporción de 50/50. Tiene un motor eléctrico, por ejemplo, de un lavaparabrisas. El sistema está conectado por tubos elásticos (en la versión más económica, se toman mangueras del cuentagotas), al final de los cuales se instala una boquilla separada. Dependiendo de la versión del sistema, la inyección se realiza mediante un atomizador o varios. Se suministra agua cuando se introduce aire en el cilindro.

Si tomamos la versión de fábrica, entonces la unidad tendrá una bomba especial que se controla electrónicamente. El sistema tendrá uno o más sensores para ayudar a determinar el momento y la cantidad de agua rociada.

Por un lado, parece que agua y motor son conceptos incompatibles. La combustión de la mezcla aire-combustible tiene lugar en el cilindro y, como todo el mundo sabe desde la infancia, la llama (si no son productos químicos los que arden) se apaga con el agua. Aquellos que "se familiarizaron" con el choque hidráulico del motor, por su propia experiencia, estaban convencidos de que el agua es la última sustancia que debe entrar en el motor.

Sin embargo, la idea de la inyección de agua no es fruto de la imaginación de los adolescentes. De hecho, esta idea tiene casi cien años. En la década de 1930, para las necesidades militares, Harry Ricardo mejoró el motor de avión Rolls-Royce Merlin y también desarrolló gasolina sintética con un alto índice de octanaje. aquí) para motores de combustión interna de aeronaves. La falta de dicho combustible representa un alto riesgo de detonación en el motor. ¿Por qué es peligroso este proceso? por separado, pero en resumen, la mezcla de aire y combustible debe arder uniformemente y, en este caso, literalmente explota. Debido a esto, las partes de la unidad están sometidas a una tensión excesiva y fallan rápidamente.

Para combatir este efecto, G. Ricardo realizó una serie de estudios, como resultado de los cuales logró la supresión de la detonación por inyección de agua. Basándose en sus desarrollos, los ingenieros alemanes lograron casi duplicar la potencia de las unidades en sus aviones. Para ello se utilizó la composición MW50 (metanol). Por ejemplo, el caza Focke-Wulf 190D-9 estaba equipado con el mismo motor. Su potencia máxima fue de 1776 caballos de fuerza, pero con un postquemador corto (la mezcla antes mencionada se introdujo en los cilindros), esta barra se elevó a 2240 "caballos".

Este desarrollo se utilizó no solo en este modelo de avión. En el arsenal de la aviación alemana y estadounidense, hubo varias modificaciones de unidades de potencia.

Si hablamos de autos de producción, entonces el modelo Oldsmobile F85 Jetfire, que salió de la línea de ensamblaje en el año 62 del siglo pasado, recibió una instalación de fábrica de inyección de agua. Otro automóvil de producción con un impulso de motor de esta manera es el Saab 99 Turbo, lanzado en 1967.

Oldsmobile F85 Jetfire

Saab 99 Turbo

La popularidad de este sistema ganó impulso debido a su aplicación en 1980-90. en autos deportivos. Entonces, en 1983, Renault equipa sus autos de Fórmula 1 con un tanque de 12 litros, en el que se instaló una bomba eléctrica, un controlador de presión y el número requerido de inyectores. En 1986, los ingenieros del equipo lograron aumentar el par y la potencia de la unidad de potencia de 600 a 870 caballos de fuerza.

En la guerra de carreras de los fabricantes de automóviles, Ferrari tampoco quiso "rozar la parte trasera" y decidió utilizar este sistema en algunos de sus autos deportivos. Gracias a esta modernización, la marca logró posicionarse como líder entre los diseñadores. El mismo concepto fue desarrollado por la marca Porsche.

Se llevaron a cabo mejoras similares con los coches que participaron en carreras de la serie WRC. Sin embargo, a principios de los 90, los organizadores de tales competiciones (incluida la F-1) modificaron el reglamento y prohibieron el uso de este sistema en los autos de carrera.

Otro gran avance en el mundo del automovilismo se produjo mediante un desarrollo similar en las competiciones de carreras de resistencia en 2004. El récord mundial de ¼ de milla se rompió con dos vehículos diferentes, a pesar de los intentos de alcanzar el hito con varias modificaciones del sistema de propulsión. Estos coches diésel estaban equipados con un colector de admisión de agua.

Con el tiempo, los automóviles comenzaron a recibir intercoolers que reducen la temperatura del flujo de aire antes de que ingrese al colector de admisión. Gracias a esto, los ingenieros pudieron reducir el riesgo de golpes y el sistema de inyección ya no fue necesario. Un fuerte aumento de potencia fue posible gracias a la introducción de un sistema de suministro de óxido nitroso (apareció oficialmente en 2011).

En 2015, volvieron a aparecer noticias sobre la inyección de agua. Por ejemplo, el nuevo coche de seguridad de MotoGP desarrollado por BMW tiene un clásico kit de rociado de agua. En la presentación oficial del automóvil de edición limitada, el representante del fabricante de automóviles bávaro hizo que en el futuro esté previsto lanzar una línea de modelos civiles con un sistema similar.

¿Qué aporta la inyección de agua o metanol al motor?

Pasemos de la historia a la práctica. ¿Por qué el motor necesita inyección de agua? Cuando una cantidad estrictamente limitada de líquido ingresa al colector de admisión (se rocía una gota de no más de 0.1 mm), al entrar en contacto con un medio caliente, inmediatamente se convierte en un estado gaseoso con un alto contenido de oxígeno.

El BTC enfriado se comprime mucho más fácilmente, lo que significa que el cigüeñal necesita usar un poco menos de fuerza para realizar la carrera de compresión. Así, la instalación permite solucionar varios problemas a la vez.

En primer lugar, el aire caliente tiene menos densidad (por el bien del experimento, puede sacar una botella de plástico vacía de una casa cálida al frío; se encogerá decentemente), por lo que entrará menos oxígeno en el cilindro, lo que significa que la gasolina o el diésel el combustible arderá peor. Para eliminar este efecto, muchos motores están equipados con turbocompresores. Pero incluso en este caso, la temperatura del aire no desciende, ya que las turbinas clásicas funcionan con un escape caliente que pasa por el colector de escape. La pulverización de agua permite que se suministre más oxígeno a los cilindros para mejorar la eficiencia de la combustión. A su vez, esto tendrá un efecto positivo en el catalizador (para más detalles, lea en una revisión separada).

En segundo lugar, la inyección de agua permite aumentar la potencia de la unidad de potencia sin cambiar su volumen de trabajo y sin cambiar su diseño. La razón es que en estado de vapor, la humedad ocupa mucho más volumen (según algunos cálculos, el volumen aumenta en un factor de 1700). Cuando el agua se evapora en un espacio confinado, se crea una presión adicional. Como sabe, la compresión es muy importante para el torque. Sin intervención en el diseño de la unidad de potencia y una potente turbina, este parámetro no se puede aumentar. Y dado que el vapor se expande bruscamente, se libera más energía de la combustión del HTS.

En tercer lugar, debido a la pulverización de agua, el combustible no se sobrecalienta y no se forma detonación en el motor. Esto permite el uso de gasolina más barata con un índice de octanaje más bajo.

En cuarto lugar, debido a los factores enumerados anteriormente, es posible que el conductor no pise el acelerador de manera tan activa para hacer que el automóvil sea más dinámico. Esto se asegura rociando líquido en el motor de combustión interna. A pesar del aumento de potencia, el consumo de combustible no aumenta. En algunos casos, con un modo de conducción idéntico, la gula del motor se reduce al 20 por ciento.

En verdad, este desarrollo también tiene oponentes. Los conceptos erróneos más comunes sobre la inyección de agua son:

1. ¿Y el golpe de ariete? No se puede negar que cuando el agua entra en los cilindros, el motor experimenta un golpe de ariete. Dado que el agua tiene una densidad decente cuando el pistón está en una carrera de compresión, no puede alcanzar el punto muerto superior (esto depende de la cantidad de agua), pero el cigüeñal continúa girando. Este proceso puede doblar las bielas, romper las llaves, etc. De hecho, la inyección de agua es tan pequeña que la carrera de compresión no se ve afectada.
2. El metal, en contacto con el agua, se oxida con el tiempo. Esto no sucederá con este sistema, porque la temperatura en los cilindros de un motor en marcha supera los 1000 grados. El agua se convierte en vapor a 100 grados. Entonces, durante el funcionamiento del sistema, no hay agua en el motor, solo vapor sobrecalentado. Por cierto, cuando el combustible se quema, también hay una pequeña cantidad de vapor en los gases de escape. Prueba parcial de esto es el agua que sale del tubo de escape (se describen otras razones de su apariencia aquí).
3. Cuando aparece agua en el aceite, la grasa se emulsiona. Nuevamente, la cantidad de agua rociada es tan pequeña que simplemente no puede ingresar al cárter. Inmediatamente se convierte en un gas que se elimina junto con el escape.
4. El vapor caliente destruye la película de aceite y hace que la unidad de potencia atrape la cuña. De hecho, el vapor o el agua no disuelven el aceite. El solvente más real es solo la gasolina, pero al mismo tiempo, la película de aceite permanece durante cientos de miles de kilómetros.

Veamos cómo funciona el dispositivo para rociar agua en el motor.

Cómo funciona el sistema de inyección de agua

En las unidades de potencia modernas equipadas con este sistema, se pueden instalar diferentes tipos de kits. En un caso, se utiliza una sola boquilla, ubicada en la entrada del colector de admisión antes de la bifurcación. Otra modificación utiliza varios inyectores del tipo inyección distribuida.

La forma más fácil de montar un sistema de este tipo es instalar un tanque de agua separado en el que se colocará la bomba eléctrica. Se le conecta un tubo, a través del cual se suministrará líquido al rociador. Cuando el motor alcanza la temperatura deseada (se describe la temperatura de funcionamiento del motor de combustión interna en otro articulo), el conductor comienza a rociar para crear una niebla húmeda en el colector de admisión.

La instalación más sencilla incluso se puede instalar en un motor de carburador. Pero al mismo tiempo, no se puede prescindir de alguna modernización del tracto de admisión. En este caso, el sistema lo controla el conductor desde el habitáculo.

En versiones más avanzadas, que se pueden encontrar en tiendas de autoajuste, el ajuste del modo de pulverización lo proporciona un microprocesador separado o su trabajo está asociado con señales provenientes de la ECU. En este caso, deberá utilizar los servicios de un electricista de automóviles para instalar el sistema.

El dispositivo de los sistemas de pulverización modernos incluye los siguientes elementos:

• Bomba eléctrica que proporciona una presión de hasta 10 bar;
• Una o varias boquillas para rociar agua (su número depende del dispositivo de todo el sistema y del principio de distribución del flujo húmedo sobre los cilindros);
• El controlador es un microprocesador que controla el tiempo y la cantidad de inyección de agua. Se le conecta una bomba. Gracias a este elemento, se asegura una dosificación constante de alta precisión. Los algoritmos integrados en algunos microprocesadores permiten que el sistema se adapte automáticamente a los diferentes modos de funcionamiento de la unidad de potencia;
• Un tanque para que el líquido se pulverice en el colector;
• Sensor de nivel ubicado en este tanque;
• Mangueras de la longitud correcta y los racores adecuados.

El sistema funciona según este principio. El controlador de inyección recibe señales del sensor de flujo de aire (para más detalles sobre su funcionamiento y averías, lea aquí). De acuerdo con estos datos, utilizando algoritmos apropiados, el microprocesador calcula el tiempo y la cantidad de líquido rociado. Dependiendo de la modificación del sistema, la boquilla se puede hacer simplemente en forma de manga con un atomizador muy delgado.

La mayoría de los sistemas modernos simplemente dan una señal para encender / apagar la bomba. En los kits más caros, hay una válvula especial que cambia la dosis, pero en la mayoría de los casos no funciona correctamente. Básicamente, el controlador se activa cuando el motor alcanza las 3000 rpm. y más. Antes de instalar una instalación de este tipo en su automóvil, debe tener en cuenta que la mayoría de los fabricantes advierten sobre el funcionamiento incorrecto del sistema en algunos automóviles. Nadie proporcionará una lista detallada, ya que todo depende de los parámetros individuales de la unidad de potencia.

Aunque la función principal de la inyección de agua es aumentar la potencia del motor, se usa principalmente solo como un intercooler para enfriar el flujo de aire proveniente de una turbina al rojo vivo.

Además de aumentar la potencia del motor, muchos están convencidos de que la inyección también limpia la cavidad de trabajo del cilindro y el tracto de escape. Algunos creen que la presencia de vapor en el escape crea una reacción química que neutraliza algunas de las sustancias tóxicas, pero en este caso, el automóvil no necesitará un elemento como un catalizador de automóvil o un sistema AdBlue complejo, sobre el cual puede leer . aquí.

El bombeo de agua tiene efecto solo a altas velocidades del motor (debe estar bien calentado y el flujo de aire debe ser rápido para que la humedad entre inmediatamente en los cilindros), y en mayor medida en las unidades de potencia turboalimentadas. Este proceso crea un par adicional y un pequeño aumento de potencia.

Si el motor es de aspiración natural, entonces no será significativamente más potente, pero definitivamente no sufrirá detonación. Para un motor de combustión interna turboalimentado, una inyección de agua instalada en frente del sobrealimentador aumentará la eficiencia al reducir la temperatura del aire entrante. Y para un efecto aún mayor, dicho sistema utiliza la mezcla de agua y metanol mencionada anteriormente en una proporción de 50x50.

Ventajas y desventajas

Entonces, el sistema de inyección de agua permite:

• Temperatura del aire de entrada;
• Proporcionar enfriamiento adicional de los elementos de la cámara de combustión;
• Si se usa gasolina de baja calidad (bajo octanaje), la pulverización de agua aumenta la resistencia a la detonación del motor;
• Usar el mismo modo de conducción reduce el consumo de combustible. Esto significa que con la misma dinámica, el automóvil emite menos contaminantes (por supuesto, esto no es tan eficiente como para que el automóvil pueda prescindir de un catalizador y otros sistemas para neutralizar gases tóxicos);
• No solo para aumentar la potencia, sino que también hace que el motor gire con un par aumentado en un 25-30 por ciento;
• Limpiar hasta cierto punto los elementos del sistema de admisión y escape del motor;
• Mejorar la respuesta del acelerador y la respuesta del pedal;
• Lleve la turbina a la presión de funcionamiento a una velocidad más baja del motor.

A pesar de tantas características útiles, la inyección de agua no es deseable para los vehículos convencionales y hay varias buenas razones por las que los fabricantes de automóviles no la están implementando en los vehículos de producción. La mayoría de ellos se deben a que el sistema tiene un origen deportivo. En el mundo del automovilismo, la economía de combustible se pasa por alto en gran medida. A veces, el consumo de combustible alcanza los 20 litros por cien. Esto se debe al hecho de que el motor a menudo alcanza las revoluciones máximas y el conductor presiona el acelerador casi constantemente hasta que se detiene. Solo en este modo, el efecto de la inyección es notable.

Entonces, aquí están las principales desventajas del sistema:

• Dado que la instalación estaba destinada principalmente a mejorar el rendimiento de los automóviles deportivos, este desarrollo solo es efectivo a la máxima potencia. Tan pronto como el motor alcanza este nivel, el controlador fija este momento e inyecta agua. Por este motivo, para que la instalación funcione de forma eficaz, el vehículo debe funcionar en modo deportivo. A bajas revoluciones, el motor puede ser más "inquietante".
• La inyección de agua se lleva a cabo con cierto retraso. Primero, el motor ingresa al modo de potencia, el algoritmo correspondiente se activa en el microprocesador y se envía una señal a la bomba para que se encienda. La bomba eléctrica comienza a bombear líquido a la línea, y solo después de eso, la boquilla comienza a rociarlo. Dependiendo de la modificación del sistema, todo esto puede tardar alrededor de un milisegundo. Si el automóvil está conduciendo en modo silencioso, la fumigación no tendrá ningún efecto.
• En las versiones con una boquilla, es imposible controlar la cantidad de humedad que ingresa a un cilindro en particular. Por esta razón, a pesar de la buena teoría, la práctica a menudo muestra un funcionamiento inestable del motor, incluso con el acelerador completamente abierto. Esto se debe a las diferentes condiciones de temperatura en las "ollas" individuales.
• En invierno, el sistema necesita repostar no solo con agua, sino también con metanol. Solo en este caso, incluso en climas fríos, el líquido se suministrará libremente al colector.
• Para la seguridad del motor, el agua inyectada debe ser destilada, y esto es un desperdicio adicional. Si usa agua corriente del grifo, muy pronto se acumularán depósitos de cal en las paredes de las superficies de contacto (como sarro en una tetera). La presencia de partículas sólidas extrañas en el motor está plagada de una avería temprana de la unidad. Por esta razón, se debe utilizar el destilado. En comparación con la economía de combustible insignificante (un automóvil normal no está diseñado para un funcionamiento constante en modo deportivo, y la legislación lo prohíbe en la vía pública), la instalación en sí, su mantenimiento y el uso de destilado (y en invierno, una mezcla de agua y metanol) es económicamente injustificado ...

De hecho, algunas de las deficiencias pueden solucionarse. Por ejemplo, para que la unidad de potencia funcione de manera estable a altas rpm o con carga máxima a bajas rpm, se puede instalar un sistema de inyección de agua distribuida. En este caso, se instalarán los inyectores, uno para cada colector de admisión, como en un sistema de combustible idéntico.

Sin embargo, el precio de dicha instalación aumenta significativamente y no solo debido a elementos adicionales. El hecho es que la inyección de humedad solo tiene sentido en el caso de una corriente de aire en movimiento. Cuando la válvula de admisión (o varias en el caso de algunas modificaciones del motor) está cerrada, y esto sucede durante tres ciclos, el aire en la tubería está inmóvil.

Para evitar que el agua fluya al colector en vano (el sistema no prevé la eliminación del exceso de humedad que se acumula en las paredes del colector), el controlador debe determinar en qué momento y qué boquilla en particular debe entrar en funcionamiento. Esta compleja configuración requiere un hardware costoso. En comparación con el aumento insignificante de potencia de un automóvil estándar, tal gasto no está justificado.

Por supuesto, es asunto de todos instalar o no un sistema de este tipo en su automóvil. Hemos considerado tanto las ventajas como las desventajas de dicho diseño. Además, sugerimos ver una conferencia en video detallada sobre cómo funciona la inyección de agua:

Teoría del motor de combustión interna: inyección de agua en el tracto de admisión

Preguntas y respuestas

¿Qué es la inyección de metanol? Esta es la inyección de una pequeña cantidad de agua o metanol en un motor en marcha. Esto aumenta la resistencia a la detonación del combustible pobre, reduce la emisión de sustancias nocivas, aumenta el par y la potencia del motor de combustión interna.

¿Para qué sirve la inyección de agua con metanol? La inyección de metanol enfría el aire aspirado por el motor y reduce la probabilidad de que el motor golpee. Esto aumenta la eficiencia del motor debido a la alta capacidad calorífica del agua.

¿Cómo funciona el sistema de vodometanol? Depende de la modificación del sistema. El más eficiente está sincronizado con los inyectores de combustible. Dependiendo de su carga, se inyecta agua metanol.

¿Para qué se utiliza el vodometanol? Esta sustancia se usó en la Unión Soviética en motores de aviones antes de la llegada de los motores a reacción. El metanol de agua redujo la detonación en el motor de combustión interna y suavizó la combustión del HTS.