Na pierwszy rzut oka wtryskiwanie wody do pracującego silnika spalinowego wydaje się przedziwnym pomysłem. Tymczasem, jak pokazuje BMW w najnowszym M4 GTS, takie rozwiązanie znacząco poprawia sprawność jednostki napędowej. Wyjaśniamy, jak to możliwe.
BMW M4 z przydomkiem GTS jest limitowaną do 700 sztuk, zaawansowaną technicznie wersją M-ki bazującej na Serii 4. Podwójnie doładowany trzylitrowy sześciocylindrowy benzynowy silnik zapewnia przyspieszenie od 0 do 100 km/h w 3,8 sekundy i prędkość maksymalną na poziomie 305 km/h. M4 GTS wprost naszpikowane jest ciekawymi rozwiązaniami zaczerpniętymi ze sportów motorowych (wystarczy wspomnieć układ wydechowy z tytanowym tłumikiem), jednak najciekawszym z nich jest wtrysk wody do silnika. Tak – to nie pomyłka, chodzi o wodę! To między innymi dzięki niej udało się podnieść moc jednostki napędowej z i tak sporych 431 KM do wręcz monstrualnych 500 KM.
Choć traktowany jako nowinka technologiczna, system wtrysku wody nie jest wcale nowym rozwiązaniem. Stosowano go już dawno temu, tyle tylko, że w nieco innej formie niż obecnie. Pomijając przemysł lotniczy, który już w latach 40-tych wykorzystywał wspomnianą technologię w samolotach bojowych, warto wspomnieć, że od wielu lat także w samochodach rajdowych i wyścigowych montuje się układ wtrysku wody. Na rynku akcesoriów tuningowych dostępne są zestawy do odpowiedniej modyfikacji silników cywilnych aut (wtrysk mieszanki alkoholu z wodą), ale to jeszcze nic. Sięgając głębiej do historii motoryzacji znajdziemy bowiem ciekawsze fakty.
Otóż Saab w latach 70-tych i 80-tych proponował do modeli 99/900 Turbo dość prosty układ wtrysku wody do kolektora ssącego. Pozwalał on na podniesienie mocy silnika (np. ze 145 do 160 KM). Przeróbka samochodu umożliwiała wzrost ciśnienia doładowania z 0,7 do 1,2 bara. W trakcie zimowej eksploatacji zalecano mieszanie wody z alkoholem. Czy zatem wtrysk wody to skuteczna i nieco zapomniana metoda na polepszenie osiągów silnika? Wiele na to wskazuje. Ale jak to możliwe, że zwykła woda pozwala zwiększyć moc samochodu?
Silnik spalinowy jak wiadomo żywi się mieszanką paliwowo-powietrzną. Kluczowe dla uzyskania optymalnych osiągów jest zachowanie niskiej temperatury dostarczanego motorowi powietrza. Niestety w turbodoładowanych jednostkach nie jest to wcale takie proste. Pamiętajmy, że wirniki turbosprężarek napędzane są gorącymi spalinami z układu wydechowego. Temperatura sprężanego przez turbo powietrza może zatem osiągać nawet 160 stopni Celsjusza. Jak ją zmniejszyć? W tym celu najczęściej stosuje się intercoolery, czyli chłodnice powietrza doładowującego. Niestety, powodują one spadek ciśnienia w układzie dolotowym i mają ograniczoną skuteczność. Tu właśnie pojawia się miejsce dla wtrysku wody, czyli rozwiązania, którym obdarzono nowe BMW M4 GTS.
Wtryskiwacze umieszczone w układzie dolotowym rozpylają ciecz obniżając temperaturę dostarczanego silnikowi powietrza. Zmniejsza się ryzyko powstania tzw. spalania stukowego, maleje obciążenie tłoków, zaworów, turbosprężarki i katalizatora. Chłodniejsze powietrze dostarczane silnikowi jest też gęstsze (zawiera więcej tlenu), co mówiąc w dużym uproszczeniu wpływa na wzrost osiągów jednostki napędowej.
W przypadku BMW M4 GTS system wtrysku wody wykorzystuje 5-litowy, odporny na niskie temperatury, zbiornik zamontowany w bagażniku. Inne elementy układu to pompa cieczy, zawory, przewody i wtryskiwacze (po jednym na dwa cylindry) umieszczone w zbiorczej komorze kolektora dolotowego. Poziom wody w zasobniku trzeba uzupełniać w zależności od stylu jazdy (torowa eksploatacja – przy każdym tankowaniu paliwa, intensywna drogowa eksploatacja – co piąte tankowanie). Dla ochrony przed zamarznięciem układu, po unieruchomieniu samochodu cała woda z przewodów jest odprowadzana do zbiornika.
System wtrysku wody w opisanej postaci funkcjonuje w seryjnie produkowanym M4 GTS, ale BMW dalej pracuje nad jego rozwojem. Dzięki odzyskowi cieczy skraplanej w klimatyzacji w przyszłości będzie możliwe wyeliminowanie uzupełniania poziomu wody w zbiorniku. Oprócz tego wtrysk ma być realizowany bezpośrednio do komór spalania silnika przy pomocy benzynowego układu paliwowego. Do kolektora trafi mniejsza, dodatkowa dawka wody. BMW przeprowadza testy na 3-cylindrowych jednostkach napędowych, co może zwiastować, że niebawem wtrysk wody będzie naprawdę szeroko stosowany.
Tekst: Adam Kołodziejczyk, zdjęcia: BMW