Vstřikování vody – Síla H2O

S novými možnostmi regulace spalovacích motorů přichází na scénu opět zvyšování účinnosti vstřikováním vody do sání...

Vstřikování vody do spalovacích prostorů není novinkou, v letošním roce ale tento způsob zvýšení účinnosti spalovacího motoru oživila automobilka BMW u přeplňovaného motoru typu M4 Coupé, určeného jako Safety Car pro mistrovství světa silničních motocyklů MotoGP. Dochází tak k testovacímu režimu, nicméně celý systém je navržen pro budoucí aplikaci do sériové výroby. Se vstřikováním vody do spalovacích prostorů se začalo u leteckých motorů, na vývoji se podílel rovněž Sir Harry Ricardo (1885 – 1974), v jehož díle dodnes pokračuje výzkumná a vývojová společnost Ricardo Plc z britského Shoreham-by-Sea, která provozuje pobočku také v Praze.

Tyto letecké motory byly často přeplňovány turbodmychadly a kompresory; při plném zatížení se jako jejich největší omezení jevily vysoké teploty a z nich plynoucí větší sklon k předčasným nekontrolovaným zážehům. Sir Harry Ricardo se tento problém snažil řešit kromě jiného i vstřikováním vody do sacího traktu, jež nasávanou směs ochlazovala. Řízené vstřikování vody do sacího potrubí má přínos zejména při plném zatížení motoru. V tomto režimu motor pracuje s největšími teplotami a je nutné citlivě regulovat jeho činnost, aby nedocházelo k samozápalům (tzv. klepání), které by mohly vést k omezení výkonu a v nejhorším případě až ke zničení motoru. Tento problém se více projevuje u přeplňovaných motorů, v nichž je nasávaný vzduch stlačován, což zvyšuje jeho teplotu. Tu sice v moderních motorech snižují vložené chladiče do sacího traktu, nicméně i ty mají svá omezení. Dodatečné vstřikování vody má největší přínos u motorů s větší hodnotou kompresního poměru. Tyto motory se vyznačují vysokou účinností zejména ve středním pásmu otáček a při částečném zatížení. Právě vysoký kompresní poměr ale při plném zatížení ve vysokých otáčkách vede k samozápalům. Předcházet nechtěným detonacím lze například snížením teploty nasávaného vzduchu, použitím paliva s větším oktanovým číslem, zpožděním okamžiku zážehu, použitím mírně bohatší směsi, případně zmenšením kompresního poměru nebo plnicího tlaku.

S výjimkou prvních dvou přístupů dochází ke snížení výkonu, případně zvýšení spotřeby paliva. Vstřikování vody do sání pracuje v principu tak, že během přeměny na vodní páru absorbuje voda značné množství energie (teploty), a tím dojde k ochlazení nasávaného vzduchu. Menší teplota znamená větší hustotu a větší množství plynu v daném objemu. Tím se do spalovacích prostorů dostane více vzduchu, jenž umožní spálit více paliva, a tím získat větší výkon. Obecně se vstřikováním vody aplikovaným při vysokém zatížení motoru dosahuje zvýšení účinnosti. Konstruktéři mohou volit mezi tím, zda v příslušném režimu požadují více výkonu, anebo menší spotřebu paliva. Kromě zmiňovaného přínosu je nižší teplota nasávaného vzduchu přínosem i pro životnost tepelně namáhaných částí motoru jako jsou písty, výfukové ventily, katalyzátory, případně turbíny turbodmychadla.

Dalším přínosem dodatečného vstřikování vody je eliminace poklesu výkonu, který lze u přeplňovaných motorů zaznamenat při teplotách okolního vzduchu již nad 20 stupňů Celsia, případně při používání paliva 95 o.č. namísto předepsaného 98 o.č. Ve zkušebním zážehovém řadovém šestiválci BMW M4 Coupé pro Safety Car MotoGP je systém dodatečného vstřikování vody vyřešen trojicí trysek, umístěných ve sběrné komoře sání těsně před vstupem do spalovacích prostorů. Každá tryska zásobuje vodou dva válce. Čerpadlo systému vytváří tlak 1 MPa a vstřikované množství je závislé na otáčkách, zatížení a teplotě motoru.

Po vypnutí motoru čerpadlo vrátí vodu zpět do nádrže s objemem pěti litrů, umístěné v zavazadlovém prostoru. Celý systém je navržen tak, aby za nízkých teplot nezamrzl. Zkušební provoz ukazuje, že při intenzivním používání automobilu na závodním okruhu, tedy při plném zatížení motoru, je třeba nádrž plnit při každém tankování paliva. V běžném režimu, a to i při rychlé jízdě po dálnicích, vydrží pět litrů vody zhruba na pět nádrží benzinu. V automobilech se vstřikování vody v minulosti používalo hlavně v motorech závodních, případně ve světě tuningu. Vyspělý systém regulace nejen samotného vstřikování vody, ale i dalších systémů motoru umožňuje jejich použití v běžném provozu. Ostatně automobilka BMW skutečně plánuje využití tohoto řešení pro sériovou výrobu. Měl by se v limitované edici BMW M4 objevit již počátkem příštího roku u přeplňovaného řadového šestiválce naladěného na výkon kolem 346 kW (470 k).

Převzato z časopisu

Fotogalerie