Во время Второй Мировой войны, когда цены на нефть были чрезвычайно высоки, иногда применялись экономичные двигатели с впрыском воды. Тогда впрыск воды регулировался вручную, и забывчивость водителей приводила к поломке моторов. Поэтому, когда нефть подешевела, от моторов с впрыском воды поспешили отказаться. Но теперь управление впрыском воды можно поручить микроэлектронике. Любой ДВС впустую выбрасывает 70 - 80 % тепловой энергии и даже разрушается, если потеряет возможность, через систему охлаждения, отдавать воде своё тепло. Получающая это тепло вода, превращаясь во время кипения или испарения в пар, при обычном атмосферном давлении увеличивается в своём объёме в 1600 раз. Более того, любой газ, в том числе пар, с увеличением температуры на один градус, увеличивается на 1/273 своего объёма. При температуре 300*С в атмосферном давлении, из каждого кубического сантиметра воды получается около 4 литров перегретого пара. Давление пара может помочь рабочим газам двигать поршни или турбины и тем дать существенное приращение мощности, максимального крутящего момента и коэффициента полезного действия (КПД) теплового двигателя. Существует 3 варианта впрыска воды на ДВС:

1. От контакта воды с горячими выхлопными газами возникает пар и вращает турбину, которая помогает основному двигателю. О разработке подобной силовой установки для своих автомобилей в ноябре 2005 заявила компания BMW: http://auto.mail.ru/news?id=16848, http://www.membrana.ru/lenta/?5454

2. Чтобы больше сжатого воздуха вмещалось в цилиндр двигателя с меньшими затратами энергии, на многих спортивных автомобилях, использующих турбонаддув, этот воздух охлаждается распылением в нём прохладной воды.

3. Впрыск воды непосредственно в цилиндр инжекторного двигателя. От контакта с горящим топливом, раскалённым поршнем и цилиндром, вода вскипает, и расширяющийся пар помогает рабочим газам приводить поршни в движение. Здесь впрыск воды заменяет турбонаддув, не нарушая стехиометрическое (оптимальное) соотношение топлива и воздуха, в котором лишний кислород приводит к нежелательному обгоранию цилиндров, поршней, поршневых колец, клапанов и окислению электрических контактов свечей. Более эффективное непосредственное охлаждение водой раскалённых и интенсивно трущихся поверхностей цилиндра продлевает жизнь мотора. Помимо прибавки мощности и экономии топлива на 40 - 50 %, улучшается и охлаждение мотора, так как здесь цилиндры охлаждаются водой не снаружи, а изнутри. Впрыскиваемую воду важно подогревать горячими выхлопными газами, чтобы в момент впрыска температура воды максимально приближалась к своей точке кипения, которая неизбежно повышается в сжатой газовой среде (давление в цилиндрах достигает 100 атмосфер). При температуре выше 372* C весь объём воды принимает газообразное состояние независимо от дальнейшего роста давления.

Давление, p (атм.) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 … 218<
Температура кипения воды, t(С*) - 100 119 132 141 150 157 163 168 173 178 182 … 372

Предварительный подогрев воды улучшает процесс парообразования. Чем больше воды вскипит в цилиндре работающего ДВС, тем больше экономится топливо. При избыточном нагреве цилиндра, микропроцессор увеличивает подачу в него воды и снижает подачу в него топлива настолько, чтобы от этой замены при существующей нагрузке не изменилась скорость вращения маховика, установленная водителем. Мотору с впрыском воды уже не нужен громоздкий радиатор, ухудшающий аэродинамическое сопротивление быстро движущегося автомобиля, водяная рубашка цилиндров и вентилятор. На освободившееся под капотом место можно установить термос, чтобы в нём подогретая вода зимой не замерзала. Перед остановкой двигателя электроника отключает впрыск воды, возвращает в термос неиспользованную горячую воду, а остатки воды сливает на дорогу. При приближении температуры воды в термосе к точке замерзания электроника может прогреть воду микроволновой печкой или слить. В последнем случае, перед включением мотора, водителю придётся снова залить в термос тёплую дистиллированную воду. В начале работы холодного двигателя электроника откроет вентиль термоса и подключит впрыск воды только тогда, когда выхлопные газы достаточно прогреют оба водяных насоса с трубками. Выпускной патрубок с горячими выхлопными газами должен охватывать насосы и пронизываться этими трубками. Чтобы не допустить образования льда, впрыскиваемую воду можно разбавить спиртом, ацетоном, эфирами и другими растворителями, чей уровень содержания и детонации должен подсчитываться электроникой.

Для впрыска воды можно приспособить топливный насос высокого давления и форсунки немецкой фирмы Бош, используемые моторами непосредственного впрыска. Из общей рампы под давлением до 150 атмосфер вода через отверстия (диаметром около 0,1 мм) распыляется очень мелкими капельками, которые успевают полностью вскипеть ещё в цилиндре за время одного такта двигателя (1/250 долю секунды). Впрочем, допустимо, чтобы какая-то часть воды переходила в пар уже после выхода её из цилиндра с горячими газами в выхлопной трубе. Тогда удастся снизить температуру и шум выхлопных газов, а пар поможет вращать турбину в этой трубе. Пар от впрыскиваемой воды может создавать нужную температуру, давление, скорость и даже форму распространения пламени в цилиндре, что позволит предотвращать детонацию и калильное зажигание, без вреда для двигателя создавать в цилиндре ещё большее давление, использовать более дешёвый низкооктановый бензин, а также нитрометан и закись азота.

Нужно сказать, что все заводские команды WRC используют впрыск воды или распыление воды на воздушный интеркулер, это дает больше контроля над температурой сжатого воздуха. Дэвид сказал что на Субару применяется система "ERL Aquarnist", которая позволяет держать температуру сжатого воздуха близко к атмосферной, даже несмотря на то, что давление может достигать 4 бара в абсолюте.
"Даже на жарких этапах температура сжатого воздуха около 40 градусов по цельсию. Конечно это хорошее преимущество но надо так же учитывать немалый вес воды, который приходиться возить с собой. "Обычно мы берем около 5 литров на 60 километровый участок".
Продрайв используют специальный насос 2С для подачи воды, который обеспечивает давление воды до 10 бар, а поток регулируется специальным клапаном от ERL. Клапан выполнен из нержавеющей стали и способен достигать частоты переключения в 250 раз в секунду. Управляется он напрямую от компьютера (ECU).
Вода впрыскивается в трубу со сжатым воздухом которая соединяется со специальным радиатором с помощью специальной форсунки. Дэвид заметил что ей не нужна большая точность (как у топливных) и ее положение тоже не так важно, оснавная же задача равномерно распылить воду между 4-мя цилиндрами.
В теории это должно замедлять процесс сгорания топлива и способствовать снижению детонации. Однако Дэвид сообщил что основный плюс - это снижение температуры, и пилоты сразу замечают когда система перестает работать.
Дэвид вспомнил что однажды была проблема с системой впрыска, когда пилоту пришлось добираться до конца участка в безопасном режиме. "Надо сказать, что тогда было очень жарко" - добавил Дэвид. "Мы заправили бак, проверили все, и в тот день нам удалось финишировать 4-ми, несмотря на то что мы опустились до 10-й позиции из-за этой проблемы по-началу." "Поэтому, мы считаем, что впрыск воды - одна из самых критичных компонент автомобиля на жарких этапах.".
Фактически все заводские команды, за исключением Mitsubishi, сейчас используют внутренний впрыск воды. Но в будущем, FIA планирует запретить использование оба метода использования воды как впрыск, так и орошение. Конечно это будет способствовать снижению стоимости, и произойдет незначительная потеря мощности двигателя. В тоже время вес автомобиля снизится более чем на 5 килограмм.
Дэвид говорит: "Мне бы конечно хотелось знать истинную причину для введения этого запрета. С системой впрыска можно ехать на более бедной смеси, чище и управлять двигателем более эффективно. Мы возвращаемся обратно к стратегии когда надо "вваливать кучу топлива в камеры сгорания", не думаю что это хорошо сказывается на окружающей среде.


Что такое впрыск воды в двигатель автомобилей WRC и зачем это нужно? Денис
Ответ:
В следующем сезоне в конструкции двигателей автомобилей класса WRC в рамках программы снижения расходов на подготовку и участие в чемпионате \"Уорлд Ралли Каров\" будет запрещен впрыск воды в цилиндры двигателя.

Цели и задачи впрыска воды в цилиндры - снизить температурный режим двигателя, поднять его мощность и повысить гомогенность (однородность) топливо-воздушной смеси в цилиндре.

Во время работы двигателя, особенно в режиме турбонаддува и работы системы ALS (anti-lag system, поддержание давления наддува на сброшенном акселераторе) в процессе выделяется большое количество тепла и растет температура всех трущихся и неподвижных частей камеры сгорания и всего мотора.

Впрыскиваемая маленькими, тщательно рассчитанными порциями, вода на свое испарение поглащает огромное количество выделяющегося тепла и отводит его от деталей двигателя. Чем ниже температура внутри цилиндра - тем больше топлива можно спалить, и тем более высокую мощность и отдачу получить на выходе.

Кроме того, когда после впрыска порции внутри цилиндра образуются мельчайшие капельки воды (диаметр капельки - 1/100 миллиметра!), бензин тут же обволакивает каждую капельку (так же как капля бензина, попавшая на поверхность воды тут же растягивается по поверхности тончайшей пленочкой) и смесь становится намного более однородной (гомогенной). Благодаря этому удается снизить риск и степень переферийной детонации и добиться более высокого КПД мотора.

Инженеры WRC и ведущий украинский автомобильный инженер, абсолютный чемпион Украины Андрей Александров (АТ rally team, Aleksandrov Engineering) утверждают, что мощность двигателя с использованием впрыска воды повышается на 10 процентов. Со следующего сезона мощность упадет на это значение, но независимые от ФИА специалисты уверены, что это будет продолжаться недолго. Технический прогресс невозможно остановить. В конструкции моторов будут применяться более термостойкие (и соотвественно гораздо более дорогие) материалы, соврешенствоваться и удорожаться топливная аппаратура и вся конструкция \"инжекции\" (впрыска) топлива, благодаря чему уже к концу этого сезона мощность приблизится к нынешним значениям.

И, соотвественно, заявленная чиновниками ФИА программа снижения расходов ни к чему не приведет, а только удорожит исследовательские работы и затраты на новые, \"суперкосмические\" материалы. Следовательно, и на участие в Чемпионате в целом...