BMW M4 GTS는 물 분사 시스템에서 어떻게 낮은 물 소비량을 달성합니까?

보쉬는 최근 M4 GTS의 물 분사 시스템을 다른 대량 생산 차량에 제공 하겠다는 계획 을 발표 하면서 파동을 일으켰다.

이제 물 주입은 새로운 개념이 아닙니다. 브루스 크로우 어 (Bruce Crower)는 약 10 년 전에 6 행정 엔진을 각광 받았지만 , 많은 양의 깨끗한 물이 필요할 것이라고 기사는 빨리 지적했다 .

예비 견적에 따르면 크로우 어 사이클 엔진은 연료만큼 많은 갤런의 물을 사용할 것입니다.

이 질문을 일으킨 것은 1800 마일 (약 2900km) 마다 물 탱크를 보충해야한다는 보쉬의 주장입니다 .

이는 물 소비량을 크게 줄입니다. 어떻게 오세요?

연결된 기사의 비디오에서 물을 재활용 / 여과하는 것처럼 보이지 않습니다.

물론, 필요한 물의 양은 십대들 사이 일 수 있지만 Bosch 디자인과 Crower 6 스트로크의 크기 차를 어떻게 설명하는지 알 수 없습니다.

아하, 여기에 내가 정답 이라고 믿는 것이 있습니다.

그러나 MotoGP M4는 부팅시 수동으로 채워진 탱크에서 물을 끌어 오는 반면 BMW의 최신 수냉식 프로토 타입에는 공조 시스템의 응축수를 지속적으로 보충하는 물 회수 시스템이 장착되어 있습니다.

재미 있고, 형제와 나는 물 주입에 대해 이야기하고 있었고, 우리는 AC 시스템에서 물을 사용하는 아이디어를 제안했습니다. 누군가 생각하고 있는지 알아 내기 위해 연구하고 싶다고 생각했습니다.

어느 엔진에서든 두 가지 주요 차이점이 있습니다.

Crower 엔진 설계는 6 행정을 사용하여 수행중인 작업을 수행합니다. 추가 2 스트로크를 사용하여 추가 파워 스트로크를 만듭니다 (따라서 매 2 턴마다 오토 사이클의 단일 파워 스트로크 대신 크랭크 샤프트의 3 회전마다 2 회의 파워 스트로크가 발생합니다). 아이디어는 이미 존재하는 열 에너지를 활용하는 것이며, 그렇지 않으면 테일 파이프로 나가거나 라디에이터를 통해 syphoned가 발생합니다. 이것을 달성하기 위해 항상 물이 사용되고있다.

BMW가 물을 사용하는 것은 물 분사의 전형적인 아이디어입니다. 실린더에서 폭발을 제어하기 위해 사용하고 있습니다. 스트레스가 많은 상황에서 엔진이 필요하지 않으면 물은 사용되지 않습니다. 그런 다음 사용하면 폭발이 막힐 정도로 충분하지 않습니다. 엔진을 죽일 염려없이 엔진에서 더 높은 출력을 얻을 수 있습니다.

두 상황 모두에서 물을 사용하는 것이 왜 좋은지에 대한 약간의 배경을 위해 몇 가지 이유가 있습니다.

1. 증기로 변하는 물의 팽창 속도. 300 ℃에서 물은 약 3300 : 1의 속도로 팽창 할 것이다. 내 이해는 이것이 태워 질 때 공기 / 연료의 팽창을 훨씬 능가한다는 것입니다. 또한 증기로 더워지면 더 팽창합니다.
2. 증기로 변하는 물은 연소실과 실린더를 청소하는 경향이 있습니다. 깨끗한 엔진은 행복한 엔진입니다.
3. 물은 폭발 감소 제 역할을합니다. 이것은 BMW의 일 방식에 더 적용되지만 여전히 적용 가능합니다. 실제로 물은 연료에 약 10 포인트의 옥탄을 추가 할 수 있습니다 (R + M / 2 방법 사용). 91 옥탄 연료 대신, 이제 101 옥탄 연료가 있습니다 ... 좋은 것들.
4. 유도 시스템의 물은 에너지 흡수로 인해 더 밀집된 흡입 전하를 생성합니다. 물이 많이 빨아 들일 수 있습니다. 이것은 다시 BMW의 일 방식에 더 적용됩니다.
5. 물 분사는 연소 온도를 낮추기 때문에 너무 뜨거워 질 때 생성되는 질소 산화물 (NOx)의 양을 크게 줄입니다. 연소 과정에서 일반적으로 생성되는 세 가지 주요 오염 물질 (수소-탄소 [HC] 및 일산화탄소 (CO)]이 다른 두 가지 중 NOx 형성은 아마도 당신이나 나 같은 공기 호흡기에 가장 해 롭습니다.

더 많은 이유가있을 수 있지만 이것들은 좋은 이유 중 일부입니다.

에서 http://www.m-power.com/_open/s/varlink2.jsp?id=3301&lang=en :

BMW M4 모토 GP 세이프티 카의 시동에 위치한 물 탱크는 약 5 리터의 물 탱크로, 워터 펌프, 센서 및 밸브를 수용합니다. 펌프와 센서 및 작동 요소의 완전한 시스템은 엔진 전자 장치에 의해 제어되며 그에 따라 업그레이드됩니다. 실제로, 펌프는 10 bar의 압력으로 물을 인젝터에 공급하며, 이에 따라 부하, 엔진 속도 및 온도에 따라 적절한 양이 공급됩니다. 이를 통해 물 소비가 절대적으로 최소화됩니다. 경마장에서 엄격한 조치를 취하면 자동차가 연료를 보급해야 할 때마다 항상 물을 보충해야합니다. 표준 작동 중에는 운전 스타일에 따라 물 보충 간격이 상당히 길어집니다. 고속도로에서 더 빨리 운전할 때도 급유를 위해 대략 5 정지마다 물통을 보충하기 만하면됩니다. 시스템을 매일 사용하기에 적합한 지 확인하기 위해 추가 유지 보수가 필요하지 않습니다.

다시 말해, 자동차의 정상적인 사용 을 위해 엔진 노킹을 방지하는 데 필요한 물의 양 이 매우 적어 5 리터 탱크로 상당한 양의 주행 거리를 수행 할 수 있습니다.

좋은 질문입니다, BTW.

내 머싱

두 접근법 사이의 뚜렷한 차이는 자명 해집니다. 그들은 실제로 몇 배나 떨어져 있습니다 .

• 물 주입에는 평균 9cc / 분이 필요합니다
• 크루 어 6 행정에는 평균 572 cc / 분이 필요합니다

계산, 가정은 아래에 나열되어 있습니다.

보쉬 설정

이 기사는 물 분사 시스템 이 추가로 44 ° C의 80 ° F (냉각)를 제공한다고 주장합니다 .

시스템의 디자인과 크기 및 차량의 공기 역학에 따라, 인터쿨러를 사용하여 플레 넘 챔버로 들어가기 전에 흡기 온도를 160 ° F까지 낮추는 것이 가능합니다. 즉, 부스트 압력을 증가시켜 단순히 엔진 출력을 높이는 것은 노크 임계 값을 초과한다는 의미이므로 옵션이 아닙니다.

BMW M 사업부의 해결책은 바로 여기입니다. 미세 분무 미스트에 물을 흡기 플레 넘 챔버로 주입하면 흡기 온도를 추가로 80 ° F 줄일 수 있습니다.

큰. 몇 가지 숫자를 크런치하자 :

• 정규 작동 중에 M4 엔진의 평균 속도 가 1500RPM이라고 가정합니다 .

  이 속도에서 엔진이 흡입하는 공기량은 다음과 같습니다.

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

• 트윈 터보 는 최대 부스트에서 18.1 psi를 발생 시키므로 평균적으로 4-5 psi 부스트를 추측 해 봅시다.

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

  적절한 흡입 공기 온도 가정

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

  (다행히 우리에게 이것은 직접 분사 설정이므로 공기에 대한 WolframAlpha의 열역학적 특성이 유용합니다)

• 2 개와 2 개를 합치면 평균 질량 공기 유량 (@ 100 % 체적 효율)은 다음과 같습니다.

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

  (이것은 의문을 제기합니다 : 여기에서 가정하는 합리적인 체적 효율은 무엇입니까? 나중에 더 자세히 설명하십시오)

• 이 조건에서 공기가 얼마나 많은 에너지를 변화 시키는가?

  분명히 719.5 J / (kg-K) .

• 물을 증기로 변환하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요합니까?

  물의 기화 잠열 = 2,230,000 J / kg

  그것은 엄청난 양의 에너지입니다. 비열은 4200 J / (kg- ° C)입니다.

• 그렇다면 필요한 평균 물 유량은 얼마입니까?

  @ 100 % VE, 공기 온도를 44 ° C로 변경하는 데 필요한 초당 에너지는 다음과 같습니다.

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

  그것은 많은 물로 해석되지 않습니다.

  초당 물 유량 필요 :

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

  즉, 100 % VE 에서 약 44cc / 분 입니다.

  실제 VE가 20 %이며, 일부 스로틀에서 예상되는 경우 해당 수치는 약 9cc / 분으로 급감합니다 .

• 당 anonymous2의 대답은 물 탱크는 5000 CC입니다

  따라서 9cc / 분에서 물 탱크는 약 9.25 시간 지속되어야합니다 .

  1500RPM의 평균 차량 속도가 45mph와 같으면 탱크는 약 40 시간 지속되어야합니다 .

  4 배 불일치는 많은 가정 중 하나에 해당 할 수 있습니다. 적어도 계산 된 값은 오른쪽 야구장에 있습니다.

크로우 어 6 스트로크

(이것은 매우 간단합니다)

• 합리적인 2 차 파워 스트로크를 실행하는 데 필요한 최소량의 물 ...

  증기가 실린더의 변위를 차지하는 것입니다.

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

  대략 1500 l / min 또는 0.25 m3 / s입니다.

• 이를 위해 얼마나 많은 물이 필요합니까?

  실린더 헤드 온도에 따라 다르지만 0.8 bar 및 350 ° F를 가정하면 팽창비는 약 2600 : 1 입니다.

  따라서 총 물 유량이 필요합니다.

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