Jezdíme na vodu 2015 style

Jedna z nejvíce kontroverzních věcí, které jsem kdy udělal, bylo to, že jsem se začal navážet do příznivců alternativních pohonných systémů na elektrolýzu vody. Na první pohled je to nudné a pro většinu lidí bezvýznamné téma, ale flaškomrdi se mohou posrat, když se do nich někdy strefím. Ve svých reakcích jsou ještě choleričtější než cykloaktivisté, kteří se omezují na stereotypní výhrůžky zavedením sedlovky do análu.

V posledních měsících to vypadá, že komunita bublinářů nalezla ultimátní zbraň na agenta ropné lobby. Stalo se tak v okamžiku, kdy BMW demonstrovalo svůj záměr dovybavit své motory vstřikováním vody. Jeden z argumentů, které jsem používal byl ten, že kdyby to fungovalo, tak by to už každej montoval sériově. Při současném honu za emisemi CO2 by něco takového byl dar z nebes a kdyby někdo tu technologii rozchodil, tak by na tom vydělal megabalík prachů. A najednou BMW přijde s vodním systémem v autě. Bublináři začali pociťovat satisfakci. Marně.

Teď se na to mrknem. Na konci zjistíme, že tohle nemá s HHO společného nic kromě toho, že je v autě nádrž na vodu.

HHO je systém směsného spalování původního paliva, tedy benzínu nebo nafty, které dodává ropná lobby, společně s oxyhydrogenem, který se produkuje elektrolytickým rozkladem vody. Spalování obou složek najednou prý přináší výrazný nárůst efektivity motoru. Elektřina pro rozklad vody se získává jak jinak než spalováním paliva a HHO, čímž je proces perpetua mobile završen.

První systém, který BMW ukázalo veřejnosti, byl nainstalovaný v BMW M4, která fungovala jako zahajovací vozidlo v Moto GP v loňském roce. Vypadalo to poměrně triviálně a také to takové bylo. Na sacím potrubí byly umístěny čtyři injektory. Podle fotek to byly běžné benzínové injektory pro nepřímé vstřikování, které si můžete koupit v krámě. Dá se tedy předpokládat, že čerpadlo a další součástky byly také převzaty z palivového systému. Účelem tohoto zařízení, jak ostatně sami jeho autoři sdělili, bylo ochlazovat vzduch před nasátím do motoru, protože voda se bude ve styku s horkým vzduchem měnit na páru a tím odebere vzduchu teplo. Tím se do motoru dodá méně tepla a potlačí se tendence ke klepání. Také se vytvoří prostor pro zvyšování výkonu, například zvýšením kompresního poměru, předstihu nebo plnícího tlaku turba. Současně se také změní objem nasávaného vzduchu, takže při stálém zdvihovém objemu lze do válce dostat více kyslíku. K tomu nadávkovat více paliva a máme tady více power. Jasný jak facka.

Otázka, která by mohla zaznít, zní, proč ochlazovat vzduch takto složitě, když mají mezichladič stlačeného vzduchu. Jenže to nejde dělat neomezeně. Účinnost IC jde při velkém výkonu a velkém průtoku rapidně dolů. Plocha IC je daná rozměry a aerodynamikou vozidla a jeho účinnost pro velké průtoky a velké teplotní spády výrazně klesá. Vstřikování vody do sání by tento problém mohlo řešit, stejně jako se kdysi řešil vstřikováním většího množství paliva, které pak vyletělo za různých světelných a zvukových efektů ven výfukem, což u vozidel se současnými emisními specifikacemi už moc nejde. Ne že by nějaké směrnice přímo zakazovaly plameny z výfuku, ale vypadá to málo ekologicky uvědoměle, protože auto uvědomělého řidiče v druhé oteplovací desetiletce nejen nekouří, ale také nevrčí a nejede. Také si můžeme vzpomenout na Subaru WRX a tlačítko I/C splash, které vyvolalo polití IC vodou (celá generace motoristických novinářů si myslela, že se tím polévají kotouče brzd) nebo pytlíky s ledem populární ve světě WRC. To je to samé jen praktikované nepřímo. Dá se tedy očekávat, ohledně řídící strategie, že při malé zátěži chladil vzduch IC a při vyšších se k tomu vstřikovala do motoru voda.

U tohoto nepřímého vstřikování vody vidím hned několik problémů. Ten největší se jmenuje koroze. V motoru to má všechno trochu jiný grády než na povrchu samopalu vz. 58, protože v motoru je pár set stupňů teploučko a oxidy dusíku, které rády vytvářejí kyselinky. Voda a tyhle svinstva se dostanou kolem pístních kroužků do oleje. Korodovat budou nejen všechna možná ložiska, ale také stěny válců, ze kterých se vytratí speciální povrch, kterého se dociluje honováním a který umožňuje mazání a odvod tepla takový, jaký je v moderních motorech třeba. Kromě toho nízkotlaké vstřikování vody do sání bude mít za následek, že se voda do spalovacího prostoru dostane více nebo méně dokonale rozprášena, spíš tam tak nějak chrstne. To uspíší jednak uvedenou korozi, ale bude to generovat další problémy, například nehomogenní rozložení směsi ve válci, a zhoršení emisí. Nakonec nelze ani zajistit, že voda vstříknutá do kanálu jednoho válce neskončí ve válci úplně jiném a vůbec je to velmi nepřesné. Myslím si, že nepřímé vstřikování vody je s to motor velmi rychle zničit. Garantovat přiměřenou životnost vozidla s něčím takovým pravděpodobně není možné, ale u safety caru je to koneckonců buřt.

Soudruzi z Bavorska přišli ještě z něčím jiným, a to asi rok poté, co představili tento první a podle mě improvizovaný systém, na kterém si ověřili, že to funguje a odladili si matematické modely pro další fázi vývoje. Systém známý pod zkratkou DWI je duální přímé vstřikování a BMW ho představilo médiím v červenci v Miramasu. Přímo do válce se vstřikuje jak palivo, tak voda. Architektura systému mi není známa, vypadá to, že před vysokotlakými injektory jsou zařazeny ještě další ventily, které v případě potřeby otevřou přívod vody a dojde ke smíchání benzínu s vodou. Vzniklá směs je následně vstříknuta do válce společně. Dost bizarní záležitost. Výsledné parametry vypadají však víc než zajímavě. Účinnost při maximálním zatížení měla narůst o 8%, kompresní poměr bylo možné zvýšit z 9,5 na 11, snížení teploty spalování o 700°C, tříválcový motor 1,5l dosáhl maximálního výkonu 215 koní . Při zkušební jízdě spotřebovalo BMW řady 1 na čtyřkilometrový úsek 0,04 litru vody. Automobilka se také zamyslela nad tím, kde brát vodu (z klimatizace) a jak to pořešit, když mrzne (samočinné vypuštění zhruba sedmilitrové vodní nádrže).

Takové provedení by mohlo alespoň z větší části eliminovat problémy s korozí (nesprchujeme stěny válců). Nevýhodou kromě zrušení vrstvení směsi (které beztak není přiliš perspektivní z emisního hlediska) je nepochybně cena, protože je třeba do auta zamontovat celkem hodně drahých součástek, kterým vévodí vysokotlaká vodní pumpa, což by úsporu paliva pravděpodobně nebylo s to vyvážit. Pokud se voda vstřikuje jen v plné zátěži, nebude to v NEDC cyklu poznat a tím pádem se to neprojeví v emisích CO2 a nebude tak vykazovat zjistitelný přínos v evropské emisní Potěmkinově vesnici. Nepříjemné jsou energetické ztráty (vodní pumpa bude nejspíš poháněná od motoru a poběží, i když spotřeba vody bude nulová) i nárůst hmotnosti, ohledně které je BMW tradičně velmi cimprlich. Jakou šanci má tento systém na sériové uplatnění, to si netroufám tvrdit.

Jak jsem se tedy pokusil objasnit, ačkoli je výchozí surovina stejná, funkční princip HHO a zařízení, které demonstrovalo BMW, je zcela odlišný. No, ale přesto, kdyby tam vrazili ještě HHO booster a pořádnou flašku od okurek, tak by jim to urvalo kola.

Celá inovace není ve svém principu ničím novým, nový prvek je kombinace s moderním řízením a přímým vstřikováním. Poznatek, že za mlhy mívají spalovací motory větší výkon nedává hodně lidem spát a s něčím podobným si hrají různí zlepšovatelé už někdy od 60. let. Většinou se jednalo o různé ejektory, které přisávaly vodu do sání nebo adaptace čerpadla od ostřikovačů skla. Celou řadu water injection kitů můžete najít na internetu doteď, obsahují většinou elektrickou pumpu, nádrž, hadičky a k jejich úspěšné implementaci je třeba hodně štěstí. Dokud neexistovaly použitelné mezichladiče vzduchu, nabízely vstřikování vody samy automobilky, například Saab 99 v modelu Turbo S, kde vstřikování vody přidávalo asi 15 koní k výkonu a v těch několika málo dochovaných prý dosud funguje.

Ohledně lití vody do motoru dominuje spíše letecký průmysl. I zde hrálo BMW roli průkopníka, protože vsstřikování vody vyzkoušeli během války na motoru BMW 801 ještě dříve, než jej Messerschmitt zavedl do série. Směs vody a metanolu se vstřikovala do sání za kompresor. Bohužel u vzduchem chlazeného radiálního motoru docházelo k prasklání hlav válců. Systém byl později upraven tak, aby vstřikoval do sání dodatečné palivo, což zvyšilo výkon motoru také a nebylo třeba dodatečných rozvodů vody a vzduchu. Systém použitý ve stíhačce Me-109 verzí G a K se sériově montoval zhruba od roku 1944. Směs tvořilo 50% vody, 49,5% methanolu a 0,5% antikorozního přípravku označkovaného jako Schutzöl 39. Jelikož v tehdejší EU na flotilových emisích koncernu Daimler ani Luftwaffe ještě tolik nezáleželo jako dnes, účelem celého zařízení bylo ochladit vzduch za kompresorem a dostat tak z motoru větší výkon především v malých výškách. Systém neměl čerpadlo, kapalinu z nádrže vyhnáněl stlačený vzduch, který se odebíral za kompresorem. Při přesunutí plynové páky na 100% se otevřel ventil a MW50 začalo být aktivní. Podle dobových svědectví byl efekt dramatický, stíhači pronásledující messerschmitty popisují změnu barvy kouře z výfuku a protivníkovu zjevnou akceleraci. Na motorech DB-605 se také provádělo zkoumání, zda je výhodnější vodu vstřikovat před nebo za kompresor. Prý to z hlediska výkonu vycházelo nastejno. FW-190 Combi známý jako Ta-152 kombinoval dokonce vstřikování vody a nitro, známé jako GM-1. Motory s životností v desítkách hodin snesly kdeco.

Další zajímavou story o lití vody do motoru, tentokrát do tryskového, si můžete přečíst zde.

Uvidíme tedy, zda BMW nakonec dotáhne uvedený systém do sériové výroby, přičemž problematiku životnostních testů vidím jako zásadní. Aby se v tom neutopila dobrá pověst automobilky, do které už stejně na několika místech solidně zatéká.

13.09.2015 D-FENS

Související články: