Autoforum

/

Foto: Archiv Autoforum.cz

Jde o objev již z minulého století, přesto se do dnešních dnů používá spíše výjimečně. Proč?

Auta přímo na vodu pravděpodobně nikdy jezdit nebudou, neboť tato tekutina skýtá příliš malé množství energie na to, aby stroj podobného typu byla v rozumném množství schopna rozpohybovat. Někteří mohou namítnout, že vodu lze přeměnit přeměnit na vodík a ten už auto různými způsoby pohánět svede, skutečným zdrojem energie bude ale v takovém případě bude třeba elektřina, ne voda sama. Přesto vodu ve prospěch zvýšení výkonu motoru využít lze.

Ačkoli se to některým může zdát jako fantastická novinka, objev pochází již z období před druhou světovou válkou. Tehdy probíhaly experimenty s vodou, jakožto tekutinou schopnou zvyšovat krátkodobě výkon letadlového motoru a nakonec tato technologie našla faktické uplatnění v některých stíhacích letounech a bombardérech. O desítky let později se objevilo vstřikování vody v motorsportu, konkrétně ve speciálech pro šampionát WRC. Jak se ukázalo, voda není dobrá jen k samotnému zvýšení výkonu, ale dokáže také snižovat spotřebu paliva a emise motorem produkovaných zplodin. Zajímavé to jistě je, jak to ale funguje? To se dozvíte na následujících řádcích.

Přidávání vody do paliva funguje v principu tak, jako byste použili benzin s vyšším oktanovým číslem. Z motoru stejné konstrukce jste pak schopni jen lehkými zásahy získat mnohem více, stejně jako kdyby jste si hráli s předstihem nebo s kompresním poměrem. My se budeme bavit o zvyšování výkonu přeplňovaných spalovacích motorů. Zní to možná jako fantastický vynález, ale faktem zůstává, že vozům pro běžné silniční použití ještě bude trvat dlouho než budou na takovou aplikaci spolehlivě připravené, pokud se to vůbec kdy stane. Dosud se jedná o výdobytek doporučovaný leda závodním vozů, kde spolehlivost stojí na žebříčku hodnot trošku níže než u těch na každodenní přepravu.

Jak už jsme se zmínili, klíč k nejúčinnějšímu spalováním v motoru tkví v co možná nejvyšším kompresním poměru. Efektivní kompresní poměr přeplňovaného motoru ve válci je kombinací komprese dosažené přeplňováním (tedy turbodmychadlem) a zdvihem pístu. Zvyšováním komprese se dosahuje vyšších hodnot výkonu a točivého momentu, avšak zvyšovat kompresi je potřeba opatrně, aby pak nedocházelo k samovzněcování směsi benzinu a vzduchu ještě před dosažením ideální fáze zážehu, což by znamenalo fatální poškození motoru. Nekontrolovatelné spalování vede k vypalování dna pístů, zlomeným ventilovým tyčkám, ohnutým ojnicím a k nedokonalému využitá energie paliva, kromě toho způsobuje nepravidelný chod motoru. Z těchto důvodů se při různých kompresích musí vždy nastavovat také časování zážehu zapalovacích svíček a to tak, aby ke vznícení došlo přesně v ideálním čase. V tomto procesu však dochází ke ztrátám efektivity a zde začíná teprve to zajímavé. Schema zapojení naleznete níže.

Pro mnohé možná známější použití v letectví tentokrát necháme být a pozornost zaměříme na techniky společnosti M-Sport, kteří se spojili se světoznámým Cosworthem při vývoji motoru pro Focus WRC. Ty napadlo oprášit staré nápady a vstřikovat vodu do sacího potrubí. Čeho je ale takovým vstřikem dosaženo? Klíčovým efektem je, že odpařování vody ochladí spalovací směs. Ta jednak sníží svůj objem, a tak ji do válců může doputovat více, za následek má ale též nižší pracovní teplotu uvnitř válce, možnost zvýšení komprese a ve výsledku vyšší efektivitu spalování i logicky vyšší výstupní výkon.

Máme-li se na celý proces zaměřit podrobněji, pak lze říci, že jakmile probíhá kompresní zdvih, část tepelné energie se spotřebuje na změnu skupenství vody z kapaliny na plyn. Jde o stejný efekt, jako když se do válců vstřikuje dodatečné palivo, zásadní rozdíl ale je v tom, že pro odpaření vody je potřeba daleko více energie a její cena je ve srovnání s benzínem zanedbatelná. Odpařením vody ve válci tedy dochází ke snížení teploty směsi, což snižuje pravděpodobnost, že dojde k nežádoucímu a nekontrolovatelnému detonačnímu spalování. Zvýšením kontroly zážehu je možné odložit bod zážehu až o šest stupňů pootočení klikového hřídele.

A jaký to má účinek? Číselným vyjádřením se jedná o zisk 10 koní výkonu, nebo jinak tří procent celkového výkonu dvoulitrového motoru Focusu WRC, který měl tehdy zhruba 300 koní. Tento vynález měl však také půvab ve zvýšení efektivity přeplňování napříč celým pásmem otáček a zisku lepšího průběhu výkonu. Podle výpočtů bylo ideální vstřikovat do sání na každých 0,7 litru benzinu 0,2 litru vody, proto se také při konstrukci nádrží muselo s tímto poměrem kalkulovat.

Zní to jako jednoduše geniální řešení, které bychom všichni měli ve svých autech mít, celý systém má ale samozřejmě i svá slabá místa. V závodech šampionátu WRC bylo vstřikování vody do sání motoru povoleno, protože ho FIA vyhodnotila jako akceptovatelnou modifikaci, avšak pro silniční použití má několik základních problémů. Předně je nutné si uvědomit, že vstřik vody musí probíhat dokonale, což znamená zcela ideální poměr paliva a vody, která navíc musí být perfektně rozprášena na mikoskopické kapičky. Elektronická řídicí jednotka standardních spalovacích motorů (ECU) nemá dostatečný výpočetní výkon, takže je potřeba přidat další chytrý elektronický mozek pro práci s vodními vstřikovači, které ještě navíc musejí pracovat se stupňovitým vstřikováním paliva. Motor ani neumí kalkulovat se zpožděním bodu zapalování, takže výhod vstříknuté vody není možné dosahovat okamžitě.

Jisté návody implementace přesto existují a vycházejí předně z přeprogramování ECU, určené pro práci se vstřikem vody. Problém je v tom, že právě voda dodává „čtvrtý rozměr“ namapování motoru. Je nutné si pohrát s parametry bodu zapalování a učinit nelehké rozhodnutí o tom, kolik vody a paliva vstřikovat do válců. S největší pravděpodobností proto bude nutné přidat další řidicí jednotku (Motec) nebo kompletně přeprogramovávat tu současnou, což bude velmi drahé a navíc to může „rozhasit” veškeré ostatní systémy (ESP, ABS, řízení katalyzátoru a zkrátka tisíc dalších věcí), což bude nezákonný a nehomologovaný zásah pro vozy na běžné silnice. I kdyby se vše zmíněné podařilo na výbornou, je tu ještě jeden faktor v podobě možného selhání vodních vstřikovačů.

To představuje zásadní riziko, které, jak známo z rozmanitých testů v motorsportu, není zanedbatelné. Stejný problém představuje prázdná vodní nádrž, motor zažije šok z náhlých změn komprese a otáček, což ho dozajista zničí. Abyste této situaci zabránili, musel by systém dostat neomylný snímač hladiny a ECU, které bude schopné přizpůsobit vstřikování, jakmile by voda docházela. A regulovat tlak turbodmychadla při takových změnách také nebude vůbec snadné. Jaké z toho plyne ponaučení? Důvodem, proč do toho nejít, jsou v souhrnu zejména náklady, složitost zařízení a nutná údržba.

V oblasti motorsportu je to vynikající vynález, který umožní pracovat s optimálním výkonem navzdory enormním tlakům ve spalovacích prostorech. Pro výrobce automobilů je to jistě možný směr budoucího vývoje, ale pro běžné silniční použití není vstřik vody do sání zatím doporučen. Fandové tuningu daleko častěji vyžívají methanol či koncentrovanější nitromethan (známý jako nitro). Uvidíme, zda se k vodě ve válcích některá automobilka v budoucnu ještě vrátí. Jako nápad se nám to líbí více než všechny ostatní alternativní paliva a nejrůznější hybridní soustavy.

Pokud byste ale přece jen nechtěli čekat, než se automobilky rozhoupají, na internetu jsou nabízeny aplikační kity i pro soukromé účely. Zmíním například systém Aquamist HFS3-PWM, který je navržen tak, aby umožnil dávkování vody, popřípadě i methanolu pro moderní vysocevýkonné motory. Celý kit obsahuje kromě vstřikovacího systému také manometr do kabiny či snímač průtoku. Instalace se nezdá být tak složitá. Tento systém snímá průtok paliva a tlak v sacím potrubí signály z řídicí jednotky a dokáže průtok vody regulovat. To má zajistit dokonalou rovnováhu toku vody a paliva údajně při všech zatíženích. Konstatní tlak čerpadla Aquatec připojeného na by-passu dosahuje hodnoty 160 psi a ventil s přesně definovatelným otevíráním údajně zaručí široký dynamický rozsah. Pokud byste se podobné řešení rozhodli vyzkoušet, určitě vám budeme držet palce...

Vstřikováním vody můžete na jednu stranu získat nějaký výkon navíc, na tu druhou ale také kompletně odpravit motor. Konkrétní aplikace lze najít u speciálů WRC a u tunerů, kteří ho používají i pro vstřik methanolu

Zdroj: Autoblog, Howertonengineering

Adam Šrámek