Vstřikování vody do motoru

Budeme moci jezdit konečně pouze na vodu? Objev z počátku minulého století zvyšuje výkon dnešních špičkových motorů. Proč se nedočkal většího rozšíření?

Letadla měla motory také na vodu

Pod článkem o autě na vodu mě jeden čtenář nakopnul k tomu, abych zjistil více informací o vstřikování vody do válce motoru – k čemu slouží a jak přesně funguje. Jedná se o velmi starou technologii zvýšení výkonu spalovacích motorů. První experimenty probíhaly již ve třicátých letech dvacátého století. Jistě proto, že se pomalu objevovaly náznaky blížící se války, objev nezůstal zapomenut, ale dočkal se uplatnění v stíhacích i bombardovacích letounech na obou válčících stranách.

K čemu vstřikování vody slouží?

Hlavní efekt je, že vstřikování vody umožní provozovat daný motor s vyšším výkonem. Dalšími pozitivy jsou snížení spotřeby, škodlivých emisí dusičnanů a provozní teploty motoru. Přidání vody do paliva působí v podstatě tak, jako byste použili benzín s vyšším oktanovým číslem – z motoru stejné konstrukce dostanete více drobnými zásahy, jako je úprava předstihu nebo kompresního poměru.

Jak vstřikování funguje?

Rozhodně se ve válci motoru nespaluje čistá voda. Ve směšovači (dříve karburátoru) se připravuje směs, která se poté nasaje do válce a tam shoří. Běžně se skládá pouze ze vzduchu a paliva. My tam ovšem chceme ještě vodu. Tak ji přidáme. To má několik pozitivních efektů. Voda se po vstříknutí do směsi vypaří. Pro vypaření je nutné velké množství tepla (2,27MJ/kg), takže se směs výrazně ochladí, zmenší se její objem a vejde se jí do válce více (větší hmotnost). Ochlazení nám vyhovuje také v tom, že po stlačení ve válci dosáhne směs nižší teploty, což znamená, že jí můžeme stlačit více, aniž by došlo k nežádoucímu samovznícení. To přináší další zvýšení výkonu. Samozřejmě nižší teplota znamená nižší namáhání válce a vyšší životnost.

Voda ve formě páry ve spalovacím prostoru přináší další pozitiva. Jelikož má vyšší teplenou kapacitu než vzduch (1,84 oproti 1,01 KJ/kg) ani při spalování nedojde k tak velkému nárůstu teploty při stejném dodaném teplu. To by teoreticky mělo vést ke snížení účinnosti, ale pára se za podmínek ve spalovacím prostoru ani zdaleka nechová jako ideální plyn, nedokáži tedy říci, jak se toto ve skutečnosti projeví. Bezvýhradně přínosné je zpomalení hoření nižší teplotou směsi, které nás u benzínového motoru přiblíží účinnějšímu Dieselovému cyklu. Všechny zmíněné faktory dohromady se projeví zvýšením výkonu motoru při stejné nebo nižší spotřebě oproti funkci bez vstřikování vody.

Kde jsou problémy?

Jediné běžné auto se vstřikováním vody do válce - SAAB 99 Turbo S
Credit: SAAB

Když je voda v palivu tak přínosná, tak proč se v motorech nepoužívá běžně? Důvodem jsou zejména náklady, složitost zařízení a nutná údržba. Letadla za Druhé světové války vodu z výfukových plynů recyklovala a ještě využívala k ohřevu zamrzajících náběžných hran křídel. Mechanici po letu nádrž doplnili. Běžnému motoristovi by se asi často lít vodu do auta nechtělo. Saab 99 (model Turbo S) sice touto vymožeností disponoval, ale nepodařilo se mi zjistit, jestli to kromě dvaceti koní navíc s sebou neslo ještě nějaké obtíže. Nevýhodné je, že když palivo nepracuje na hranici svých možností – obvykle při plném výkonu motoru – účinnost a veškeré další výhody se mění na nevýhody. Motor pracuje podchlazený s nízkou účinností a špatným spalováním. U letadel, kde motor po celou dobu letu pracoval blízko oblasti maximálního výkonu to nevadilo, pro běžné motoristy je to zásadní problém.

A tak se vstřikování vody do motoru chopili tunningáři jezdící stále na plný plyn, kteří poměrně úspěšně vymýšlí, jak svým miláčkům přidat pár koníků pod kapotu pomocí vody v motoru.

Využití v současnosti a budoucnost

Nevím o tom, že by se systém vstřikování vody do válce v současnosti masově využíval nebo že by se takové využití plánovalo. Z hlediska ekologie a ekonomie provozu by se ani nejednalo o významný přínos. Jeho místo zůstane ve špičkových závodních vozech, ale běžné pohonné jednotky se vydají jiným směrem. Elektromobily nebo spalování obnovitelných paliv (rostlinných olejů) jsou mnohem perspektivnější směry vývoje. Můžeme říci, že auta na vodu sice jezdit mohou, ale je to na nic.

Další informace

• Water injection wizardy (1979) – Průvodce vstřikováním vody – článek popisující základní přínosy technologie
• How a water injection system works – Článek o základních principech vstřikování
• Vliv vstřikování vody do válce (pdf 985 kB), Ovlivnění klepání motoru (pdf 546 kB) – Vědecké zprávy z roku 1942 a 1944 jsou asi nejlepším zdrojem informací k tomuto tématu na webu. NACA (předchůdce NASA) zkoumá vliv vody přidané do paliva na letecké motory. Dozvíte se, že optimální poměr vody ku palivu je asi 0,2 a paliva ke vzduchu přibližně 0,067. Z dokumentů přímo čiší historie (míněno pozitivně).

Další články speciálu Energetická krize:

• Úsporné žárovky – 9. 1. 2006
• Vstřikování vody do motoru – 7. 1. 2006
• Plastové solární články s vyšší účinností – 17. 10. 2005
• Vodík vyrobíme v autě a budeme tankovat vodu – 13. 9. 2005
• Palivové články pro přenosná zařízení – 30. 8. 2005
• Solární články ze špinavého křemíku – 22. 8. 2005
• Těžba ropy na Aljašce asi projde – 15. 8. 2005
• Kanada je nová ropná velmoc – 3. 8. 2005
• Slunečnicový olej pro výrobu vodíku – 25. 8. 2004