Ο ρόλος του νερού στην αύξηση της ισχύος του κινητήρα

Μια λύση που όπως φαίνεται θα δημιουργήσει νέα δεδομένα στη διαχείριση των κινητήρων είναι η χρήση του φθηνού και άφθονου σε ποσότητα νερού.

Οι μηχανικοί που εργάζονται στην BMW διαπίστωσαν ότι ο άμεσος ψεκασμός νερού αυξάνει την απόδοση στους υπερτροφοδοτούμενους βενζινοκινητήρες. Ο ελεγχόμενος με ακρίβεια ψεκασμός νερού στους κυλίνδρους του κινητήρα παράγει ψύξη που αυξάνει την ισχύ και τη ροπή, κυρίως όταν λειτουργεί με (ή σχεδόν με) πλήρες γκάζι, μειώνοντας ταυτόχρονα την κατανάλωση και τους ρύπους. Ο ψεκασμός νερού έκανε το ντεμπούτο του σε ένα σύγχρονο κινητήρα της BMW M4 MotoGP Safety Car, η οποία χρησιμοποιείται στο παγκόσμιο πρωτάθλημα μοτοσικλετών. Η τροποποιημένη έκδοση του εξακύλινδρου εν σειρά κινητήρα M TwinPower Turbo αποδίδει μέγιστη ισχύ 431 ίππων και μέγιστη ροπή 55,8 χλγμ. Κατανάλωση μικτού κύκλου, 8,8–8,3λιτρα/100χλμ. Εκπομπές CO2 στο μικτό κύκλο 204–194 γραμ./χλμ/. Ο ψεκασμός νερού παρέχει στη BMW M4 MotoGP Safety Car πρόσθετη ισχύ, ροπή και απόδοση για τις απαιτήσεις της αγωνιστικής πίστας.
Η BMW παρουσίασε αυτή την καινοτόμο τεχνολογίας στην πρωτότυπη έκδοση της BMW Σειράς 1, με τρικύλινδρο κινητήρα τελευταίας γενιάς. Σε αυτή την έκδοση, το περισσότερο νερό ψεκάζεται απευθείας στο θάλαμο καύσης, και όχι μόνο στην πολλαπλή εισαγωγής. Η ψύξη αυξάνει μέχρι 10% την ισχύ και μέχρι 8% την οικονομία σε καυσιμο σε πραγματικές συνθήκες. Ο άμεσος ψεκασμός νερού επιτρέπει καλύτερη αξιοποίηση της υπερσυμπίεσης. Το νερό ψεκάζεται σε θάλαμο της πολλαπλής εισαγωγής όπου εξατμίζεται απορροφώντας ενέργεια από τα γειτονικά εξαρτήματα και μειώνοντας τις θερμοκρασίες καύσης στον κινητήρα κατά περίπου 25° Κελσίου.

Ειδικότερα με τέρμα γκάζι, αυτό το είδος ψύξης βελτιώνει σημαντικά την απόδοση καθώς και τη διαδικασία καύσης με ποικίλους τρόπους:
- Απόδοση: η ψύξη σαν αποτέλεσμα του ψεκασμού νερού μειώνει τις θερμοκρασίες επαρκώς ώστε να μην χρειάζεται ψεκασμός πρόσθετου καυσίμου στη λειτουργία με τέρμα (ή σχεδόν τέρμα) γκάζι.
- Ρύποι: οι μειωμένες θερμοκρασίες καύσης μεταφράζονται σε μειωμένους ρύπους.
- Μειωμένη κρουστική καύση: οι χαμηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν την κίνδυνο ανεξέλεγκτης καύσης (πειράκια).
- Υψηλότερη αναλογία συμπίεσης: ο μειωμένος κίνδυνος κρουστικής καύσης επιτρέπει την αύξηση της αναλογίας συμπίεσης του τρικύλινδρου κινητήρα του πρωτοτύπου από 9.5:1 σε 11.0:1, βελτιστοποιώντας την απόδοση στα χαμηλά και μεσαία φορτία.
- Επιδόσεις: Η μεγαλύτερη προπορεία ανάφλεξης και η υψηλότερη πίεση υπερπλήρωσης αυξάνουν την ισχύ και τη ροπή του κινητήρα μέχρι 10%. Η αυξημένη περιεκτικότητα οξυγόνου του ψυχρού αέρα εισαγωγής αυξάνει επίσης την ισχύ.
- Συμβατότητα καυσίμου: η κινητήρια ισχύς βελτιστοποιείται ακόμα και όταν χρησιμοποιείται βενζίνη χαμηλών οκτανίων (RON 95). Επομένως, οι υπερτροφοδοτούμενοι κινητήρες με άμεσο ψεκασμό μπορούν να χρησιμοποιούνται οπουδήποτε στον κόσμο.
- Μείωση θερμικού φορτίου: η ψύξη μειώνει το θερμικό φορτίο σε έμβολα, βαλβίδες, καταλυτικό μετατροπέα και υπερσυμπιεστή.

Τα οφέλη της ψύξης του άμεσου ψεκασμού νερού μπορούν να αξιοποιούνται ποικιλοτρόπως. Ανάλογα με τον τύπο του αυτοκινήτου και τον κινητήρα, μπορεί να δοθεί προτεραιότητα είτε στην αυξημένη ισχύ, ή στην αυξημένη οικονομία.