BMW M4 GTS ทำให้การใช้น้ำในระบบฉีดน้ำลดลงได้อย่างไร

เมื่อไม่นานมานี้ Bosch ได้สร้างคลื่นเมื่อมีแผนที่จะเสนอระบบฉีดน้ำของ M4 GTS ให้กับยานพาหนะอื่น ๆ

ตอนนี้การฉีดน้ำไม่ใช่แนวคิดใหม่ Bruce Crower นำเครื่องยนต์หกจังหวะมาวางไว้ในจุดที่น่าสนใจเมื่อประมาณสิบปีที่แล้ว แต่บทความต่าง ๆ ได้อย่างรวดเร็วเพื่อชี้ให้เห็นว่ามันต้องใช้น้ำสะอาดที่มีความหมาย:

การประเมินเบื้องต้นแนะนำว่าเครื่องยนต์รอบ Crower จะใช้น้ำประมาณแกลลอนเป็นเชื้อเพลิง

สิ่งที่ทำให้คำถามนี้คือคำกล่าวอ้างของ Bosch ว่าต้องเติมถังเก็บน้ำทุก 1800 ไมล์ (ประมาณ 2,900 กม.)

นั่นคือลำดับความสำคัญน้อยกว่าปริมาณการใช้น้ำ มาทำไม

จากวิดีโอในบทความที่เชื่อมโยงดูเหมือนว่าพวกเขากำลังทำการรีไซเคิล / กรองน้ำ

แน่นอนมันอาจเป็นไปได้ว่าปริมาณน้ำที่ต้องการนั้นเล็กมาก ๆ แต่ฉันไม่เห็นว่ามันจะอธิบายความแตกต่างของลำดับความสำคัญระหว่างการออกแบบของบ๊อชนี้กับ Crower หกจังหวะได้อย่างไร

Aha นี่คือสิ่งที่ผมเชื่อว่าเป็นคำตอบที่แท้จริง

ในขณะที่ MotoGP M4 ดึงน้ำออกจากถังที่บรรจุด้วยตนเองในการบู๊ตอย่างไรก็ตามรถต้นแบบระบายความร้อนด้วยน้ำของ BMW ติดตั้งระบบกู้คืนน้ำ

ตลกพี่ชายและฉันกำลังคุยเรื่องการฉีดน้ำและเราแนะนำความคิดในการใช้น้ำจากระบบ AC คิดว่าฉันจะทำการวิจัยเพื่อหาว่ามีใครคิดบ้างไหมและ ... ธาดา!

มีสองความแตกต่างที่สำคัญในสิ่งที่เกิดขึ้นกับเครื่องยนต์ใด

การออกแบบเครื่องยนต์ Crower ใช้หกจังหวะเพื่อบรรลุสิ่งที่กำลังทำอยู่ มันใช้จังหวะสองจังหวะพิเศษในการสร้างจังหวะพลังพิเศษ (ดังนั้นคุณจะมีจังหวะสองจังหวะต่อเพลาข้อเหวี่ยงสามรอบแทนที่จะเป็นจังหวะเดียวของจังหวะพลังงานออตโตสำหรับทุกสองรอบ) ความคิดคือการใช้ประโยชน์พลังงานความร้อนที่มีอยู่แล้วซึ่งอาจจะออกไปทางท่อหางหรือรับ syphoned ออกผ่านหม้อน้ำ มีการใช้น้ำตลอดเวลาเพื่อทำให้สิ่งนี้สำเร็จ

สิ่งที่ BMW ใช้น้ำเป็นแนวคิดทั่วไปของการฉีดน้ำ นั่นคือมันใช้เพื่อควบคุมการระเบิดในกระบอกสูบ ยกเว้นว่าเครื่องยนต์ต้องการมันภายใต้สถานการณ์ที่ตึงเครียดน้ำจะไม่ถูกนำไปใช้ จากนั้นเมื่อมีการใช้ก็จะใช้เพียงเท่าที่จำเป็น ... เพียงพอที่จะให้แน่ใจว่าการระเบิดจะถูกบีบ สิ่งนี้จะช่วยให้กำลังขับสูงขึ้นจากเครื่องยนต์โดยไม่ต้องกลัวว่าจะฆ่าเครื่องยนต์

ด้วยเหตุผลเล็กน้อยว่าทำไมการใช้น้ำจึงดีในทั้งสองสถานการณ์มีหลายเหตุผล:

1. อัตราการขยายตัวของน้ำเมื่อมันกลายเป็นไอน้ำ ที่ 300 ° C น้ำจะขยายตัวในอัตราประมาณ 3300: 1 ความเข้าใจของฉันคือไกลเกินกว่าการขยายตัวของอากาศ / เชื้อเพลิงเมื่อถูกเผา นอกจากนี้ถ้าคุณไปด้วยไอน้ำร้อนก็จะขยายตัวมากขึ้น
2. น้ำที่เปลี่ยนเป็นไอน้ำมีแนวโน้มที่จะทำความสะอาดห้องเผาไหม้และกระบอกสูบ เครื่องยนต์สะอาดเป็นเครื่องยนต์ที่มีความสุข
3. น้ำทำหน้าที่เป็นตัวลดการระเบิด สิ่งนี้ใช้กับแนวทางการทำสิ่งต่างๆของ BMW มากขึ้น แต่ยังคงมีผลบังคับใช้ น้ำที่มีผลสามารถเพิ่มออกเทนออกเทนประมาณ 10 จุดเป็นเชื้อเพลิง (โดยใช้วิธี R + M / 2) แทนที่จะเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงออกเทน 91 คุณก็มีน้ำมันเชื้อเพลิงออกเทน 101 ... สิ่งที่ดี
4. น้ำในระบบเหนี่ยวนำสร้างประจุที่หนาแน่นมากขึ้นเนื่องจากการดูดซับพลังงาน น้ำสามารถดูดได้มาก วิธีนี้ใช้กับวิธีการทำสิ่งต่างๆของ BMW
5. เนื่องจากการฉีดน้ำจะช่วยลดอุณหภูมิการเผาไหม้จึงช่วยลดปริมาณไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซึ่งสร้างขึ้นเมื่อสิ่งต่างๆร้อนเกินไป หนึ่งในสามมลพิษหลักที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปในกระบวนการเผาไหม้ (Hydro-carbons [HC] และ Carbon Monoxide [CO] เป็นอีกสอง) การก่อตัวของ NOx อาจเป็นอันตรายต่อผู้หายใจทางอากาศเช่นคุณหรือฉัน

อาจมีเหตุผลมากกว่านี้ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นข้อดีบางประการ

จากhttp://www.m-power.com/_open/s/varlink2.jsp?id=3301&lang=th :

ตั้งอยู่ในบู๊ตนิรภัยของ BMW M4 MotoGP Safety Car เป็นถังเก็บน้ำที่มีปริมาตรรวมประมาณห้าลิตรซึ่งบรรจุปั๊มน้ำเซ็นเซอร์และวาล์ว ปั๊มและระบบเซ็นเซอร์ที่สมบูรณ์และส่วนประกอบที่ใช้งานจะถูกควบคุมโดยชุดอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องยนต์ซึ่งได้รับการอัพเกรดตามนั้น ในทางปฏิบัติปั๊มจะส่งน้ำไปยังหัวฉีดที่ความดันสิบบาร์โดยปริมาตรที่เหมาะสมจะถูกจัดให้ขึ้นอยู่กับโหลดความเร็วของเครื่องยนต์และอุณหภูมิ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าปริมาณการใช้น้ำจะถูกเก็บไว้ให้น้อยที่สุด ในการดำเนินการอย่างเข้มงวดในสนามแข่งมีความจำเป็นต้องเติมน้ำประปาทุกครั้งที่รถต้องเติมเชื้อเพลิง ในระหว่างการดำเนินการมาตรฐานช่วงเวลาระหว่างการเติมน้ำจะมีความยาวมากขึ้นอยู่กับสไตล์การขับขี่ แม้เมื่อขับเร็วบนมอเตอร์เวย์ จำเป็นต้องเติมน้ำลงในถังบรรจุทุก ๆ ห้าหยุดเพื่อเติมน้ำมัน เพื่อให้แน่ใจว่าระบบมีความเหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวันจึงไม่ต้องการการบำรุงรักษาเพิ่มเติม

กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับการใช้งานปกติบนรถของคุณปริมาณน้ำที่ต้องใช้ในการป้องกันการกระแทกของเครื่องยนต์มีน้อยมากจนถังขนาด 5 ลิตรเพียงพอที่จะทำไมล์สะสมได้

คำถามที่ดี BTW

Musings ของฉัน

ความแตกต่างอย่างสิ้นเชิงระหว่างทั้งสองวิธีจะปรากฏชัดในตัวเอง พวกเขาเป็นคำสั่งที่แยกจากกัน :

• การฉีดน้ำจะต้องเฉลี่ย9 ซีซี / นาที
• Crower หกจังหวะต้องการเฉลี่ย572 cc / นาที

การคำนวณข้อสมมติฐานที่แสดงด้านล่าง

การตั้งค่าของ Bosch

บทความนี้อ้างว่าระบบฉีดน้ำให้ความเย็นเพิ่มขึ้น 80 ° F (44 ° C) :

ขึ้นอยู่กับการออกแบบและขนาดของระบบและอากาศพลศาสตร์ของยานพาหนะมันเป็นไปได้เพียงใช้ intercooler เพื่อลดอุณหภูมิอากาศเข้าโดยมากถึง 160 ° F ก่อนที่จะเข้าสู่ห้อง plenum ซึ่งหมายความว่าการเพิ่มกำลังเครื่องยนต์เพียงเพิ่มแรงดันบูสต์ไม่ใช่ตัวเลือกเนื่องจากมันหมายถึงเกินขีด จำกัด การน็อค

นี่คือที่การแก้ปัญหาส่วน BMW M มาใน: ถ้าน้ำจะถูกฉีดในหมอกละอองเข้าไปในห้องบริโภค Plenum, มันเป็นไปได้ที่จะลดอุณหภูมิของอากาศโดยเพิ่มอีก 80 ° F

ยิ่งใหญ่ มากระทืบตัวเลขกันบ้าง:

• สมมติว่าเครื่องยนต์ M4 เฉลี่ย1500 RPMในระหว่างการทำงานปกติ

  อัตราปริมาณอากาศที่เครื่องยนต์ติดเครื่องด้วยความเร็วนี้คือ:

  = 2979 cc * 1500 RPM / 2    # divide by 2 because four-stroke
  = 2,234,250 cc / min
  = 37 liters / second
  = 0.037 m3/s
  

• Twin turbos พัฒนา18.1 psi ที่ boost สูงสุดดังนั้นลองเดาว่าจะเพิ่ม 4-5 psi โดยเฉลี่ย

  Absolute pressure at intake valve = 14.7 + 4 = 18.7 psi
  

  สมมติว่าอุณหภูมิอากาศเข้าที่ดี

  Air density at 18.7 psi, 50 °C = 1.39 kg/m3
  

  (โชคดีสำหรับเรานี่คือการตั้งค่าการฉีดโดยตรงดังนั้นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของ WolframAlpha สำหรับอากาศจึงมีประโยชน์)

• เมื่อรวมสองและสองเข้าด้วยกันอัตราการไหลของอากาศโดยเฉลี่ย (ที่ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรที่ 100%) คือ:

  Mass air flow rate = 1.39 kg/m3 * 0.037 m3/s
                     = 0.0514 kg/s
  

  (สิ่งนี้จะถามคำถาม: ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรที่สมเหตุสมผลที่จะสรุปได้ที่นี่คืออะไรเพิ่มเติมในภายหลัง)

• พลังงานเท่าไหร่ทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอากาศภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้?

  เห็นได้ชัด719.5 J / (กก-K)

• และพลังงานเท่าไหร่ในการแปลงน้ำเป็นไอ?

  ความร้อนแฝงของการระเหยของน้ำ = 2,230,000 J / kg

  นั่นคือปริมาณพลังงานที่ยิ่งใหญ่ มันแคระความร้อนเฉพาะของน้ำซึ่งก็คือ 4200 J / (kg- ° C)

• ดังนั้นอัตราการไหลของน้ำเฉลี่ยที่ต้องการคืออะไร?

  @ 100% VE พลังงานต่อวินาทีที่ต้องการเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิอากาศ 44 ˚Cคือ:

  = m • Cv • ( T1 - T2 )
  = 0.0514 • 719.5 • 44
  = 1630 J
  

  ไม่แปลว่าน้ำมาก

  ต้องการอัตราการไหลของน้ำต่อวินาที:

  = Energy ÷ ( latent heat of vaporization )
  = 1630 J / 2,230,000 J/kg
  = 0.00073 kg
  = 0.73 g
  

  ในคำอื่น ๆ ประมาณ44 ซีซี / นาที @ 100% VE

  ถ้าโลกแห่งความจริง VE คือ 20% ซึ่งเป็นที่คาดหวังในส่วนเค้นว่าตัวเลข plummets ประมาณ9 ซีซี / นาที

• ต่อคำตอบ anonymous2 ของถังน้ำเป็น 5000 ซีซี

  ดังนั้นวันที่ 9 ซีซี / นาที, ถังเก็บน้ำควรมีอายุรอบ9.25 ชั่วโมง

  ถ้าความเร็วของรถโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 1,500 รอบต่อนาทีเป็นสิ่งที่ต้องการ 45 ไมล์ต่อชั่วโมงถังควรมีอายุรอบ40 ชั่วโมง

  ความคลาดเคลื่อน 4x อาจลดลงจนถึงหนึ่งในหลาย ๆ สมมติฐานที่ทำ อย่างน้อยค่าที่คำนวณได้จะอยู่ใน ballpark ที่ถูกต้อง

Crower หกจังหวะ

(อันนี้ตรงไปตรงมาสวย)

• ปริมาณน้ำขั้นต่ำที่ต้องใช้ในการตีกระแสไฟฟ้าสำรองที่สมเหตุสมผล

  จะเป็นหนึ่งในไอน้ำตรงบริเวณกระบอกสูบ:

  Steam required = displacement * RPM / 3  # once per three crank revs
                 = 2979 cc * 1500 RPM / 3
                 = 1,489,500 cc / min
  

  นั่นคือประมาณ 1,500 ลิตร / นาทีหรือ 0.25 m3 / s

• ต้องใช้น้ำเท่าไหร่?

  ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่หัวถัง แต่สมมติ0.8 บาร์และ 350 ° F อัตราส่วนการขยายตัวเป็นประมาณ 2,600: 1

  ดังนั้นอัตราการไหลของน้ำทั้งหมดที่ต้องการ:

  = 1,489,500 cc / min ÷ 2600
  = 572 cc / min