자동차 엔진에 물 분사
모터 파워는 운전자 서클에서 가장 일반적인 주제입니다. 거의 모든 운전자는 동력 장치의 성능을 높이는 방법에 대해 한 번 이상 생각했습니다. 일부는 터빈을 설치하고 다른 일부는 실린더를 리밍합니다. (힘을 높이는 다른 방법이 설명되어 있습니다. 또 다른 일에а티). 자동차 튜닝에 관심이있는 많은 사람들은 소량의 물이나 그 혼합물에 메탄올을 공급하는 시스템을 알고 있습니다.
대부분의 운전자는 모터의 수격 현상과 같은 개념에 익숙합니다. 별도 검토). 내연 기관의 파괴를 유발하는 물이 동시에 성능을 향상시킬 수 있습니까? 이 문제를 해결하고 물 메탄올 주입 시스템이 동력 장치에 갖는 장단점을 고려해 보겠습니다.
물 분사 시스템이란?
요컨대,이 시스템은 물을 붓는 탱크이지만 더 자주 50/50 비율의 메탄올과 물의 혼합물입니다. 예를 들어 앞 유리 와셔에서 전기 모터가 있습니다. 이 시스템은 탄성 튜브로 연결되며 (가장 저렴한 버전에서는 드로퍼의 호스가 사용됨) 끝에 별도의 노즐이 설치됩니다. 시스템 버전에 따라 분사는 하나 또는 여러 개의 분무기를 통해 수행됩니다. 실린더에 공기가 유입되면 물이 공급됩니다.
공장 버전을 사용하는 경우 장치에는 전자적으로 제어되는 특수 펌프가 있습니다. 시스템에는 분사되는 물의 양과 순간을 결정하는 데 도움이되는 하나 이상의 센서가 있습니다.
한편으로 물과 모터는 양립 할 수없는 개념 인 것 같습니다. 공기-연료 혼합물의 연소는 실린더에서 일어나며 모든 사람들이 어린 시절부터 알고 있듯이 불꽃 (타는 화학 물질이 아닌 경우)은 물로 꺼집니다. 자신의 경험을 통해 모터의 유압 충격에 대해 "익숙한"사람들은 물이 엔진에 들어가야하는 마지막 물질이라는 것을 확신했습니다.
그러나 물주입이라는 아이디어는 십대들의 상상이 아니다. 사실, 이 아이디어는 거의 1930년이 되었습니다. XNUMX년대에 Harry Ricardo는 군사적 필요를 위해 Rolls-Royce Merlin 항공기 엔진을 개선하고 옥탄가가 높은 합성 휘발유도 개발했습니다. 여기에) 항공기 내연 기관용. 이러한 연료가 부족하면 엔진 폭발 위험이 높습니다. 이 과정이 왜 위험한가요? 따로 따로그러나 간단히 말해서, 공기-연료 혼합물은 고르게 연소되어야하며,이 경우 말 그대로 폭발합니다. 이로 인해 장치의 부품이 과도한 스트레스를 받고 빠르게 고장납니다.
이 효과를 막기 위해 G. Ricardo는 일련의 연구를 수행했으며 그 결과 물 주입으로 인한 폭발 억제를 달성 할 수있었습니다. 그의 개발을 바탕으로 독일 엔지니어들은 항공기의 유닛 출력을 거의 두 배로 늘 렸습니다. 이를 위해 MW50 (메탄올 세척기) 조성물을 사용 하였다. 예를 들어 Focke-Wulf 190D-9 전투기에는 동일한 엔진이 장착되었습니다. 최대 출력은 1776 마력 이었지만 짧은 애프터 버너 (위에서 언급 한 혼합물이 실린더에 공급 됨)로이 막대는 2240 마력으로 상승했습니다.
이 개발은이 항공기 모델에서만 사용 된 것이 아닙니다. 독일과 미국 항공의 무기고에는 동력 장치가 몇 가지 수정되었습니다.
우리가 생산 자동차에 대해 이야기하면 지난 세기의 85 번째 해에 조립 라인에서 나온 Oldsmobile F62 Jetfire 모델은 물 주입의 공장 설치를 받았습니다. 이러한 방식으로 엔진을 부스트하는 또 다른 양산차는 99년에 출시된 Saab 1967 Turbo입니다.
이 시스템의 인기는 1980-90년에 적용되면서 추진력을 얻었습니다. 스포츠카에서. 따라서 1983 년 Renault는 전기 펌프, 압력 컨트롤러 및 필요한 수의 인젝터가 설치된 1 리터 탱크를 Formula 12 자동차에 장착합니다. 1986년까지 팀의 엔지니어들은 동력 장치의 토크와 출력을 600에서 870마력으로 증가시켰습니다.
자동차 제조업체의 경주 전쟁에서 페라리도 "후방을 긁는"것을 원하지 않았고 일부 스포츠카에 이 시스템을 사용하기로 결정했습니다. 이 현대화 덕분에 브랜드는 디자이너들 사이에서 선두 자리를 차지할 수 있었습니다. 같은 개념이 Porsche 브랜드에서 개발되었습니다.
WRC 시리즈의 레이스에 참가한 차량에서도 유사한 업그레이드가 수행되었습니다. 그러나 90 년대 초반 이러한 대회 주최자 (F-1 포함)는 규정을 수정하고 경주 용 자동차에서이 시스템의 사용을 금지했습니다.
2004 년 드래그 레이싱 대회에서 유사한 발전을 통해 모터 스포츠 세계의 또 다른 혁신이 이루어졌습니다. 다양한 파워 트레인 수정으로 이정표에 도달하려는 시도에도 불구하고 두 대의 다른 차량에 의해 ¼ 마일 세계 기록이 깨졌습니다. 이 디젤 자동차는 흡기 매니 폴드에 물을 공급합니다.
시간이 지남에 따라 자동차는 흡기 매니 폴드로 들어가기 전에 공기 흐름의 온도를 낮추는 인터쿨러를 받기 시작했습니다. 덕분에 엔지니어들은 노킹 위험을 줄일 수 있었고 더 이상 주입 시스템이 필요하지 않았습니다. 아산화 질소 공급 시스템 (공식적으로 2011 년에 등장)의 도입으로 전력의 급격한 증가가 가능해졌습니다.
2015년에 다시 물 주입에 대한 뉴스가 나오기 시작했습니다. 예를 들어, BMW가 개발한 새로운 MotoGP 안전 자동차에는 고전적인 물 스프레이 키트가 있습니다. 한정판 자동차의 공식 발표에서 바이에른 자동차 제조업체의 대표는 앞으로 유사한 시스템을 갖춘 민간 모델 라인을 출시할 계획이라고 밝혔습니다.
물 또는 메탄올 분사는 엔진에 무엇을 제공합니까?
이제 역사에서 실천으로 이동합시다. 모터에 물 주입이 필요한 이유는 무엇입니까? 엄격히 제한된 양의 액체가 흡입 매니 폴드에 들어가면 (0.1mm 이하의 방울이 분사 됨) 뜨거운 매체와 접촉하면 즉시 산소 함량이 높은 기체 상태로 바뀝니다.
냉각 된 BTC는 훨씬 더 쉽게 압축되므로 크랭크 샤프트가 압축 스트로크를 수행하기 위해 약간 더 적은 힘을 사용해야합니다. 따라서 설치를 통해 여러 문제를 한 번에 해결할 수 있습니다.
첫째, 뜨거운 공기는 밀도가 낮습니다 (실험을 위해 빈 플라스틱 병을 따뜻한 집에서 추위로 가져갈 수 있습니다-상당히 줄어들 것입니다). 따라서 실린더에 들어가는 산소가 적어 가솔린이나 디젤을 의미합니다. 연료는 더 심하게 연소됩니다. 이 효과를 제거하기 위해 많은 엔진에 터보 차저가 장착되어 있습니다. 그러나이 경우에도 클래식 터빈은 배기 매니 폴드를 통과하는 뜨거운 배기 장치에 의해 구동되기 때문에 공기 온도가 떨어지지 않습니다. 물을 분사하면 실린더에 더 많은 산소를 공급하여 연소 효율을 높일 수 있습니다. 차례로 이것은 촉매제에 긍정적 인 영향을 미칠 것입니다 (자세한 내용은 별도의 검토에서).
둘째, 물을 주입하면 작업량을 변경하지 않고 설계를 변경하지 않고도 전원 장치의 출력을 높일 수 있습니다. 그 이유는 증기 상태에서 수분이 훨씬 더 많은 부피를 차지하기 때문입니다 (일부 계산에 따르면 부피가 1700 배 증가 함). 밀폐 된 공간에서 물이 증발하면 추가적인 압력이 생성됩니다. 아시다시피, 압축은 토크에 매우 중요합니다. 동력 장치 및 강력한 터빈 설계에 개입하지 않으면이 매개 변수를 늘릴 수 없습니다. 그리고 증기가 급격히 팽창하기 때문에 HTS의 연소에서 더 많은 에너지가 방출됩니다.
셋째, 물 분사로 인해 연료가 과열되지 않고 엔진에서 폭발이 발생하지 않습니다. 이를 통해 옥탄가가 낮은 저렴한 가솔린을 사용할 수 있습니다.
넷째, 위에 나열된 요인으로 인해 운전자는 차를 더 역동적으로 만들기 위해 가속 페달을 적극적으로 밟지 않을 수 있습니다. 이것은 내연 기관에 액체를 분사함으로써 보장됩니다. 전력 증가에도 불구하고 연료 소비는 증가하지 않습니다. 어떤 경우에는 동일한 주행 모드로 모터의 열성도가 20 %로 감소합니다.
사실,이 개발에는 반대자가 있습니다. 물 주입에 대한 가장 일반적인 오해는 다음과 같습니다.
- 워터 햄머는 어떻습니까? 물이 실린더에 들어가면 모터가 수격 현상을 경험한다는 것은 부정 할 수 없습니다. 피스톤이 압축 행정에있을 때 물은 적절한 밀도를 갖기 때문에 상사 점 (물의 양에 따라 다름)에 도달 할 수 없지만 크랭크 축은 계속 회전합니다. 이 과정은 커넥팅로드를 구부리거나 키를 부러 뜨릴 수 있습니다. 사실, 물의 주입이 너무 작아서 압축 행정이 영향을받지 않습니다.
- 금속은 물과 접촉하면 시간이 지남에 따라 녹슬 게됩니다. 작동중인 엔진 실린더의 온도가 1000도를 초과하기 때문에이 시스템에서는 발생하지 않습니다. 물은 100도에서 증기 상태로 변합니다. 따라서 시스템 작동 중에는 엔진에 물이없고 과열 된 증기 만 있습니다. 그건 그렇고, 연료가 타면 배기 가스에 소량의 증기가 있습니다. 이것의 부분적인 증거는 배기관에서 물이 쏟아져 나오는 것입니다 (그 외모에 대한 다른 이유가 설명되어 있습니다 여기에).
- 오일에 물이 나타나면 그리스가 유화됩니다. 다시 말하지만, 분사되는 물의 양이 너무 적어 크랭크 케이스에 들어갈 수 없습니다. 그것은 즉시 배기와 함께 제거되는 가스가됩니다.
- 뜨거운 증기는 유막을 파괴하여 동력 장치가 쐐기를 잡게합니다. 사실, 증기 나 물은 기름을 녹이지 않습니다. 가장 진짜 솔벤트는 휘발유이지만 동시에 유막은 수십만 킬로미터 동안 남아 있습니다.
모터에 물을 분사하는 장치가 어떻게 작동하는지 봅시다.
물 분사 시스템의 작동 원리
이 시스템이 장착 된 최신 전원 장치에는 다양한 유형의 키트를 설치할 수 있습니다. 한 경우에는 분기 전에 흡기 다기관 입구에 위치한 단일 노즐이 사용됩니다. 또 다른 수정은 유형의 여러 인젝터를 사용합니다. 분산 주입.
이러한 시스템을 장착하는 가장 쉬운 방법은 전기 펌프를 배치 할 별도의 물 탱크를 설치하는 것입니다. 튜브가 연결되어 액체가 분무기에 공급됩니다. 엔진이 원하는 온도에 도달하면 (내연 기관의 작동 온도가 설명 됨) 다른 기사에서), 운전자는 흡입 매니 폴드에 젖은 미스트를 만들기 위해 스프레이를 시작합니다.
가장 간단한 설치는 기화기 엔진에도 설치할 수 있습니다. 그러나 동시에 섭취 지역의 현대화 없이는 할 수 없습니다. 이 경우 시스템은 운전자가 승객 실에서 제어합니다.
자동 튜닝 상점에서 찾을 수있는 고급 버전에서는 스프레이 모드 설정이 별도의 마이크로 프로세서에 의해 제공되거나 그 작동이 ECU에서 오는 신호와 관련됩니다. 이 경우 자동 전기 기사의 서비스를 이용하여 시스템을 설치해야합니다.
최신 스프레이 시스템의 장치에는 다음 요소가 포함됩니다.
- 최대 10 bar의 압력을 제공하는 전기 펌프;
- 물을 분사하기위한 하나 또는 여러 개의 노즐 (그들의 수는 전체 시스템의 장치와 실린더에 대한 습식 흐름의 분포 원리에 따라 다릅니다)
- 컨트롤러는 물 분사의 타이밍과 양을 제어하는 마이크로 프로세서입니다. 펌프가 연결되어 있습니다. 이 요소 덕분에 일정한 고정밀 복용량이 보장됩니다. 일부 마이크로 프로세서에 내장 된 알고리즘을 통해 시스템은 전원 장치의 다양한 작동 모드에 자동으로 적응할 수 있습니다.
- 액체가 매니 폴드에 분사되는 탱크;
- 이 탱크에 위치한 레벨 센서;
- 올바른 길이와 적절한 피팅의 호스.
시스템은이 원칙에 따라 작동합니다. 분사 컨트롤러는 공기 흐름 센서에서 신호를 수신합니다 (작동 및 오작동에 대한 자세한 내용은 여기에). 이 데이터에 따라 적절한 알고리즘을 사용하여 마이크로 프로세서는 분사되는 액체의 시간과 양을 계산합니다. 시스템의 수정에 따라 노즐은 매우 얇은 분무기로 슬리브 형태로 간단하게 만들 수 있습니다.
대부분의 최신 시스템은 단순히 펌프를 켜고 끄는 신호를 제공합니다. 더 비싼 키트에는 복용량을 변경하는 특수 밸브가 있지만 대부분의 경우 올바르게 작동하지 않습니다. 기본적으로 컨트롤러는 모터가 3000rpm에 도달하면 트리거됩니다. 그리고 더. 이러한 설치를 자동차에 설치하기 전에 대부분의 제조업체가 일부 자동차에서 시스템의 잘못된 작동에 대해 경고한다는 점을 고려해야합니다. 모든 것이 전원 장치의 개별 매개 변수에 따라 다르기 때문에 아무도 자세한 목록을 제공하지 않습니다.
물 분사의 주요 기능은 엔진 출력을 높이는 것이지만 주로 열풍 터빈에서 나오는 공기 흐름을 냉각하기위한 인터쿨러로만 사용됩니다.
엔진 출력을 높이는 것 외에도 많은 사람들이 분사가 실린더와 배기로의 작업 공간을 청소한다고 확신합니다. 일부는 배기 가스에 증기가 존재하면 일부 독성 물질을 중화시키는 화학 반응이 발생한다고 생각하지만이 경우 자동차에는 자동차 촉매제 나 복잡한 AdBlue 시스템과 같은 요소가 필요하지 않습니다. . 여기에.
물을 펌핑하는 것은 높은 엔진 속도에서만 효과가 있습니다 (물은 충분히 예열되어야하며 공기 흐름이 빨라야 수분이 즉시 실린더로 유입 될 수 있습니다). 이 프로세스는 추가적인 토크와 약간의 전력 증가를 제공합니다.
엔진이 자연적으로 흡인되면 훨씬 더 강력 해지지는 않지만 폭발로 고통받지는 않습니다. 터보 차저 내연 기관에서 과급기 앞에 설치된 물 분사는 들어오는 공기의 온도를 낮춤으로써 효율성을 증가시킵니다. 그리고 더 큰 효과를 위해 이러한 시스템은 앞서 언급 한 물과 메탄올의 혼합물을 50x50 비율로 사용합니다.
장점과 단점
따라서 물 분사 시스템은 다음을 허용합니다.
- 입구 공기 온도;
- 연소실 요소의 추가 냉각을 제공하십시오.
- 저질 (저 옥탄) 가솔린을 사용하는 경우 물을 분사하면 엔진의 폭발 저항이 증가합니다.
- 동일한 주행 모드를 사용하면 연료 소비가 줄어 듭니다. 이것은 동일한 역학으로 자동차가 더 적은 오염 물질을 방출한다는 것을 의미합니다 (물론 이것은 자동차가 독성 가스를 중화하기위한 촉매 및 기타 시스템 없이는 할 수있을만큼 효율적이지 않습니다.)
- 전력을 증가시킬뿐만 아니라 25-30 % 증가 된 토크로 모터를 회전시킵니다.
- 엔진의 흡기 및 배기 시스템 요소를 어느 정도 청소하십시오.
- 스로틀 응답 및 페달 응답 개선
- 낮은 엔진 속도에서 터빈을 작동 압력으로 가져옵니다.
많은 유용한 기능에도 불구하고 물 분사는 기존 차량에는 바람직하지 않으며 자동차 제조업체가 생산 차량에이를 구현하지 않는 데에는 몇 가지 좋은 이유가 있습니다. 그들 대부분은 시스템이 스포츠 기원을 가지고 있다는 사실 때문입니다. 모터 스포츠 세계에서 연비는 대체로 간과됩니다. 때로는 연료 소비량이 20 분의 XNUMX 리터에 이릅니다. 이것은 엔진이 종종 최대 회전 수에 도달하고 운전자가 멈출 때까지 거의 지속적으로 가스를 누르기 때문입니다. 이 모드에서만 주사 효과가 눈에.니다.
따라서 다음은 시스템의 주요 단점입니다.
- 설치는 주로 스포츠카의 성능을 향상시키기위한 것이기 때문에이 개발은 최대 출력에서만 효과적입니다. 모터가이 수준에 도달하면 컨트롤러는이 순간을 고정하고 물을 주입합니다. 이러한 이유로 설치가 효과적으로 작동하려면 차량을 스포츠 모드로 작동해야합니다. 낮은 회전 수에서는 엔진이 더 "부드러울"수 있습니다.
- 물 주입은 약간의 지연으로 수행됩니다. 먼저 모터가 전원 모드로 들어가고 해당 알고리즘이 마이크로 프로세서에서 활성화되고 신호가 펌프로 보내져 켜집니다. 전기 펌프는 라인에 액체를 펌핑하기 시작하고 그 후에야 노즐이 분사를 시작합니다. 시스템 수정에 따라이 모든 작업은 약 XNUMX 밀리 초가 소요될 수 있습니다. 자동차가 조용한 모드로 운전하는 경우 분사는 전혀 효과가 없습니다.
- 하나의 노즐이있는 버전에서는 특정 실린더에 들어가는 수분의 양을 제어 할 수 없습니다. 이러한 이유로 좋은 이론에도 불구하고 연습은 스로틀을 완전히 열어도 모터 작동이 불안정한 경우가 많습니다. 이것은 개별 "냄비"의 다른 온도 조건 때문입니다.
- 겨울철에는 물뿐만 아니라 메탄올로도 연료를 보급해야합니다. 이 경우에만 추운 날씨에도 액체가 수집기에 자유롭게 공급됩니다.
- 모터의 안전을 위해 주입 된 물을 증류해야하며 이는 추가 낭비입니다. 일반 수돗물을 사용하면 곧 석회 침전물이 접촉면의 벽에 축적됩니다 (예 : 주전자의 스케일). 모터에 외부 고체 입자가 있으면 장치가 조기에 고장납니다. 이러한 이유로 증류 액을 사용해야합니다. 미미한 연비와 비교하면 (일반 자동차는 스포츠 모드에서 지속적으로 작동하도록 설계되지 않았으며 법규에 따라 공공 도로에서이를 금지합니다), 설치 자체, 유지 관리 및 증류 액 사용 (및 겨울철-물의 혼합물) 메탄올)은 경제적으로 정당하지 않습니다 ...
사실 몇 가지 결함을 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 동력 장치가 높은 rpm에서 안정적으로 작동하거나 낮은 rpm에서 최대 부하로 작동하기 위해 분산 형 물 분사 시스템을 설치할 수 있습니다. 이 경우 인젝터는 동일한 연료 시스템에서와 같이 각 흡기 매니 폴드에 하나씩 설치됩니다.
그러나 이러한 설치의 가격은 추가 요소 때문뿐만 아니라 크게 증가합니다. 사실 수분 주입은 움직이는 기류의 경우에만 의미가 있습니다. 흡기 밸브 (또는 일부 엔진 개조의 경우 여러 개)가 닫히고 이것은 XNUMX주기 동안 발생하면 파이프의 공기가 움직이지 않습니다.
물이 수집기로 헛수고로 유입되는 것을 방지하기 위해 (시스템은 수집기 벽에 축적 된 과도한 수분을 제거하지 않음) 컨트롤러는 어떤 순간에 어떤 특정 노즐이 작동해야하는지 결정해야합니다. 이 복잡한 설정에는 값 비싼 하드웨어가 필요합니다. 일반 차량의 전력이 미미한 증가에 비해 그러한 비용은 정당하지 않습니다.
물론 이러한 시스템을 자동차에 설치하거나 설치하지 않는 것은 모든 사람의 업무입니다. 우리는 그러한 디자인의 장점과 단점을 모두 고려했습니다. 또한 물 분사 작동 원리에 대한 자세한 비디오 강의를 시청하는 것이 좋습니다.
질의 응답 :
메탄올 주입이란 무엇입니까? 이것은 가동 중인 엔진에 소량의 물이나 메탄올을 주입하는 것입니다. 이것은 열악한 연료의 폭발 저항을 증가시키고 유해 물질의 방출을 줄이며 내연 기관의 토크와 출력을 증가시킵니다.
메탄올 물 주입이란 무엇입니까? 메탄올 분사는 엔진에 의해 흡입된 공기를 냉각시키고 엔진 노킹의 가능성을 줄입니다. 이것은 물의 높은 열용량으로 인해 모터의 효율을 증가시킵니다.
Vodomethanol 시스템은 어떻게 작동합니까? 시스템 수정에 따라 다릅니다. 가장 효율적인 것은 연료 인젝터와 동기화됩니다. 부하에 따라 물 메탄올이 주입됩니다.
Vodomethanol은 무엇에 사용됩니까? 이 물질은 제트 엔진이 출현하기 전에 소련에서 항공기 엔진에 사용되었습니다. 물 메탄올은 내연 기관의 폭발을 감소시키고 HTS의 연소를 원활하게 했습니다.
