חברת ב.מ.וו. מפתחת מערכת להזרקת מים ישירה למנועי בנזין מוגדשים. המערכת, שמהווה שיפור של שיטה שבה נעשה עד היום שימוש במירוצי מכוניות, בעיקר בראלי, נמצאת בפיתוח מזה כשלוש שנים, והכנסתה לשימוש מסחרי עשויה לארוך כשלוש שנים נוספות.
הבעיה שאיתה מתמודדת הזרקת מים לצילינדרים היא שכאשר החום והלחץ בתוך הצילינדרים של מנועי בנזין גבוהים מידי – נוצרות נקישות אשר פוגעות במנוע ועלולות להרוס אותו.
הפתרון הנוכחי, של כל יצרני המנועים, הוא תכנון מנועים שעובדים ביחס דחיסה נמוך יחסית ו/או התקנת חיישן נקישות שמפחית את העומס באמצעות הקטנת ההספק שלו.
הבעיה חמורה במיוחד במנועים מוגדשים אשר פועלים בעומס מלא, ולכן היא הופכת להיות משמעותית במיוחד בימינו, כאשר יצרני הרכב מפתחים מנועים קטני נפח ומוגדשי טורבו כדי להתגבר על דרישות מחמירות והולכות לצמצום בזיהום האוויר ותצרוכת הדלק.
הזרקת מים לתוך הצילינדרים במהלך תהליך הבעירה אינה חדשה, היא נמצאת בשימוש בצורות כאלה ואחרות מזה עשרות שנים, והייתה אחד הפתרונות היחידים (בעיקר במנועי מטוסים) לפני המצאת חיישן הנקישות. הוספת מים במהלך הבעירה מאדה אותם וכך מפחיתה את הטמפרטורה בחלל הצילינדר.
דרך אידאלית לבצע פעולה כזאת היא לערבב את המים עם תערובת המים-אוויר בתוך תא השריפה, אולם עד היום לא נמצא פתרון מושלם לעשות את זה, לכן החדרת המים מבוצעת דרך סעפת היניקה.
כאמור, בב.מ.וו. שוקדים על פיתוח מערכת הזרקת מים ישירה מזה כשלוש שנים, ולפני כשנה הוצג אחד השלבים בפיתוח שלה במנוע השישה צילינדרי של M4 אשר משמשת כ"מכונית הבטיחות" הרשמית של סדרת מירוצי האופנועים MotoGP.
בנזין יעיל כמו דיזל
אתמול, על מסלול הניסויים של ב.מ.וו. במיראמאס (MIRAMAS) שליד העיר מארסיי שבצרפת, חשפה ב.מ.וו. את המערכת באופן רשמי בפני קבוצת עיתונאי רכב מכל העולם – באירוע שאליו הוזמנתי כאורח החברה.
מאהרל וורנר (Mahrle Werner), מנהל הפרויקטים היישומיים למנועי בנזין בב.מ.וו, אשר הציג את הפיתוח, הסביר שהמערכת מבוססת על הזרקת מים ישירה באמצעות מזרק שדומה בפעולתו למזרק דלק, ואשר מרסס את המים בתזמון מדויק ובהתאם לצורך.
"באמצעות הזרקת מים ישירה למנועי בנזין מוגדשים", הסביר וורנר, "אנחנו מקווים להגיע לרמת יעילות תרמו-דינמית קרובה מאד לזו של מנועי דיזל, ולהשיג חסכון אמיתי בדלק, בשימוש שגרתי יום-יומי, של בין 3-8% – בהתאם לאופי הנהיגה, ולשיפור של כ-10% בהספק ובכח המנוע. החסכון בדלק גדול יותר ככל שהנהיגה ספורטיבית ו"חזקה" יותר, מכיוון שהזרקת מים מבוצעת רק כאשר יש בה צורך – כלומר כאשר המנוע מתקרב לעומס המירבי שלו".
וורנר מסביר שהזרקת המים הישירה מפחיתה את החום בצילינדרים בכ-25 מעלות, ומכיוון שהיא איפשרה להעלות את יחס הדחיסה מ-1:9.5 ל- 1:11 היא משפרת את הנצילות, ההספק, המומנט ופליטת המזהמים גם בסל"ד נמוך ובינוני.
אחד הפתרונות האלגנטיים ביותר במערכת הזאת הוא שהיא לא דורשת שום סוג של התעסקות מצידו של הנהג, וזה לא דבר מובן מאליו במערכת שצריכה – ברגעי השיא שלה – להזריק מים ביחס של 30% מכמות הדלק שבה נעשה שימוש.
בשונה ממכוניות מירוץ, שבהן מותקן מיכל מים מיוחד והמכונאים מקפידים למלא אותו כחלק מהכנת המכונית, השאיפה של מהנדסי ב.מ.וו. הייתה לייצר מערכת סגורה, לכן הם פנו אל מערכת מיזוג האוויר ש"מייצרת" מים כתוצאה מעיבוי אדי המים שבאוויר.
"ערכנו סקר כלל עולמי כדי לבחון היכן משתמשים במכוניות שלנו ומה אופי השימוש בהן", מסביר וורנר, "והגענו למסקנה שאצל כ-80% מן הלקוחות מייצרת מערכת מיזוג האוויר כמות מספקת של מים לצרכי מערכת ההזרקה".
המערכת שב.מ.וו. בנתה, בינתיים כאב-טיפוס, אוספת מים ממיזוג האוויר למיכל בנפח 5 ליטרים, משם הם נשאבים באמצעות משאבת מים מיוחדת, שמסוגלת להתמודד עם מצבי קיפאון, אל מערכת הזרקת המים למנוע.
אב-הטיפוס של המערכת הותקן על מנוע ה-1.5 ליטר התלת צילינדרי ומוגדש הטורבו שמניע את ב.מ.וו. סדרה 1, ולנו ניתנה האפשרות לנהוג בה על אחד מבין המסלולים הרבים במתקן הניסויים של ב.מ.וו.
למעט מסך המגע שמוצב מימין לעמדת הנהג – ועליו מוצגים נתוני המערכת, אין כמעט אף הבדל בולט לעין בין המכונית שמצוידת במערכת לבין ה-1 הסדרתית.
בתוך כדי נהיגה מגלה התצוגה הגרפית מתי מקבלים שלושת הצילינדרים את הזרקת המים – וניכר שזה קורה רק כאשר מופעל לחץ על המנוע – ותצוגות נוספות מראות את החסכון בדלק, את השיפור בהספק המנוע, את תצרוכת המים ואת תוספת המים שמתקבלת ממיזוג האוויר.
בתום שלוש הקפות של המסלול צרכה המכונית בה נהגתי מעט יותר מרבע ליטר מים, אבל בגלל (או בזכות) תנאי מזג האוויר ששררו בצרפת – חום ולחות ברמות המוכרות לנו מקייץ ישראלי טיפוסי – אגרה המערכת באותו פרק זמן קרוב לליטר מים.
תצרוכת הדלק צנחה, כך על-פי נתוני המערכת ב-19% (!), כלומר קרוב מאד לחסכון המירבי שהושג באמצעותה עד היום, של כ-23%, ובסך הכל נחסכו כחמישה ליטרים של דלק – נתון מדהים ביחס למרחק וזמן הנסיעה על אף שמדובר בנהיגת מסלול מהירה.
בדרך לייצור סדרתי
באופן טבעי נאסר על וורנר לשתף אותנו בתוכניות העתידיות של ב.מ.וו. ולכן גם אם הוא יודע מה הן הוא לא יכול לגלות לנו.
ובכל זאת, בתשובה לשאלה הוא אמר ש"הפיתוח שלנו הושלם והוכיח את עצמו, ומכאן הוא עובר לידיהם של מחלקות אחרות בחברה, אשר בין השאר צריכות לפתח את הדרכים לייצור התעשייתי שלו, לקבל החלטות בנושאי עלויות, ולקבוע אם ומתי ייעשה שימוש בטכנולוגיה תוך כדי בחינת שיקולים שונים. בעולם אידאלי, אם יוחלט לאמץ את הטכנולוגיה, היא יכולה להגיע לשוק בתוך כשלוש שנים".
