آشنایی با نحوه کارکرد سیستم تزریق آب

آشنایی با نحوه کارکرد سیستم تزریق آب

سیستم تزریق آب یک فناوری قدیمی است که مدت‌ها از آن استفاده نمی‌شد ولی با سخت‌گیری بیشتر قوانین آلایندگی احتمال بازگشت دوباره آن وجود دارد. در ادامه با طرز کار این سیستم آشنا می‌شویم.

احتمالا درباره خودروهایی که مجهز به سیستم تزریق آب هستند یا خودروهایی که برای افزایش شدید قدرت موتور تقویت سنگین شده‌اند شنیده‌اید. سیستم تزریق آب به خاطر اثرات مضر تراکم بسیار بالا درون هر یک از سیلندرها مورد استفاده قرار می‌گیرند. عمدتا موتورهای مجهز به توربوشارژر یا سوپرشارژر نیازمند چنین سیستمی هستند.

اصول کار سیستم‌های تزریق آب تزریق یا افشاندن آب داخل مخلوط سوخت و هوا یا مستقیما داخل سیلندر است. اگر تجربه ورود تصادفی آب داخل قسمت‌هایی از موتور که نباید آب وارد آنها شود را داشته باشید می‌دانید که آب یک سیال تراکم‌ناپذیر است و ورود آن به موتور فاجعه بزرگی ایجاد می‌کند. خوشبختانه مقدار آبی که این سیستم تزریق می‌کند به حدی کم است که به‌هیچ‌وجه در کورس حرکت عمودی پیستون به سمت بالا و پایین تاثیر منفی نمی‌گذارد. مخلوط آبی که این سیستم تزریق می‌کند به شکل جریان سیال نیست بلکه درواقع قطرات بسیار ریز آب هستند، بنابراین در فرآیند احتراق نسبتا سریع تبخیر می‌شوند.

سیتم تزریق-1

دلیل تزریق آب به خاطر خاصیت خنک‌کنندگی آن است. به جای استفاده از آب به عنوان سیال خنک‌کننده برای خنک‌کردن موتور از قسمت بیرون سیلندرها، آب در یک لحظه مشخص و دقیق در زمان‌بندی موتور درون سیستم ورودی هوا تزریق می‌شود تا نقاط داغ داخل سیلندرها را خنک کند که ممکن است منجر به ایجاد پدیده‌ای به نام پیش‌اشتعالی در موتور شوند.

پیش‌اشتعالی به این علت رخ می‌دهد که دمای این نقاط داغ موضعی از دمای جرقه ایجادشده توسط شمع بالاتر است که باعث می‌شود قبل‌ازاینکه جرقه شمع فرصت اشتعال مخلوط سوخت و هوا را داشته باشد، مخلوط خودبه‌خود مشتعل شود. این پدیده باعث می‌شود به مرور زمان پیستون‌ها آسیب ببینند زیرا پیش‌اشتعالی نیرویی در خلاف جهت حرکت عادی هر یک از پیستون‌ها به آنها وارد می‌کند و ممکن است منجر به داغ‌شدن بیش‌ازحد اجزای داخلی موتور شود.

با خنک‌کردن نقاط داغ درون سیلندرها از بروز پیش‌اشتعالی جلوگیری می‌شود و می‌توان با اطمینان نسبت تراکم موتور را افزایش داد. هنگامی‌که آب وارد سیلندر می‌شود حرارت از هوای داغ پس از احتراق درون سیلندر به آب سرد منتقل می‌شود که باعث خنک‌شدن مخلوط سوخت ورودی می‌شود و به دلیل اینکه هوای خنک‌تر چگالی بیشتری دارد در مجموع چگالی سوخت ورودی به سیلندر نیز بیشتر خواهد شد و سوخت بیشتر به معنای قدرت بیشتر است. در واقع با افزایش چگالی هوا، جرم آن افزایش می‌یابد و چون هوای بیشتری وارد موتور می‌شود، می‌توان سوخت بیشتری داخل سیلندرها تزریق کرد.

عموما به خاطر پدیده ناک یا ضربه که یکی از پیامدهای اشتعال زودهنگام سوخت است، زمان‌بندی جرقه را اندکی به تاخیر می‌اندازند یا اصطلاحا ریتارد می‌کنند تا موج فشار حاصل از احتراق، به پیستون در حال بالا آمدن ضربه نزند. ولی با تزریق آب خنک داخل موتور می‌توان زمان‌بندی جرقه را در قسمتی از چرخه کارکرد موتور تنظیم کرد که بیشترین گشتاور ممکن تولید شود. در نتیجه توان کلی موتور افزایش می‌یابد.

آبی که داخل سیلندر تزریق می‌شود فقط آب لوله‌کشی خالص نیست بلکه ترکیب آب و الکل (متانول) با نسبت ۵۰/۵۰ و درصد بسیار کمی روغن است. در این ترکیب آب نقش خنک‌کنندگی را ایفا می‌کند. الکل علاوه براینکه نقش ضدیخ را دارد، کاملا ‌احتراق‌پذیر نیز است و روغن اثرات مخرب ناشی از خوردگی قطعات فلزی موتور توسط آب را کاهش می‌دهد. به خاطر وجود متانول در این ترکیب گاهی اوقات این فرآیند را تزریق آب-متانول می‌نامند و حتی بعضی از تیونرهای حرفه‌ای از تزریق ۱۰۰ درصد متانول استفاده می‌کنند. اما از نظر ایمنی این گزینه خطرات زیادی در پی دارد.

تزریق آب مزایای فراوان دیگری نیز دارد. به دلیل اینکه آب حرارت ناشی از فرآیند احتراق را به خود جذب می‌کند، آلایندگی موتور کاهش می‌یابد. زیرا با کاهش دمای محفظه احتراق مقدار گازهای خروجی آلاینده مانند اکسیدهای نیتروژن نیز کمتر می‌شوند. علاوه‌براین جذب انرژی حرارتی توسط آب باعث افزایش طول عمر موتور خواهد شد زیرا در غیر این ‌صورت حرارت به دیواره سیلندرها نفوذ می‌کند.

سیتم تزریق-3

مسلما زمان‌بندی تزریق آب بسیار اهمیت دارد و فقط باید درحالتی به کار گرفته شود که پیش‌اشتعالی یا پدیده ناک درحال وقوع باشد. اگر تزریق آب در زمان نامناسب صورت گیرد فضای مربوط به ورود سوخت در داخل سیلندر را اشغال می‌کند که باعث کاهش راندمان حجمی و افت قدرت موتور می‌شود.

پیدایش اینترکولر در دهه‌های اخیر قرن بیستم تقریبا فناوری تزریق آب را به خاطر پیچیدگی آن به تاریخ سپرد.  تقویت یک خودرو به‌نحوی‌که بتواند از سیستم تزریق آب استفاده کند بسیار دشوار است مگر اینکه در حالت استاندارد همراه با این سیستم تولید شده باشد.

با این ‌وجود با توجه به سخت‌گیری بیشتر در اجرای قوانین مربوط به آلایندگی خودروها بازگشت دوباره سیستم تزریق آب پیش‌بینی می‌شود زیرا گازهای آلاینده خروجی از اگزوز را کاهش می‌دهد. اما توجه داشته باشید که اگر یک سیستم تزریق آب ابتدایی در خودروی خود نصب کنید مسلما با شکست مواجه خواهید شد و آسیب‌های جبران‌ناپذیری به موتور خودرویتان می‌زنید.