Su/Metanol Enjeksiyon Sistemi Nedir? – Su ile Gelen Güç

Su enjeksiyon sistemi, yani yanma işlemine su ilavesi yapılarak yanma sıcaklıklarını düşüren sistem güncel bir teknoloji değil. Tuning alanındaki yüksek boost’lu benzinli motorlarda ve büyük dizel motorlarda uzun süredir kullanılmaktadır. Yeni olan, fabrika seri üretim araçları üzerinde giderek daha fazla çalışma yürütülüyor olması. Son yıllarda, farklı motor tipleri için su enjeksiyonunun daha da geliştirilmesi için çaba sarf edilmiştir. Motor tipine bağlı olarak, açıkçası farklı hedefler takip edilebilir. Bir su enjeksiyon kiti ile yapılan modifikasyon, yüzde 20 ila 40 ek performans vaat ediyor ve aynı zamanda tüketim ve emisyonları azaltmayı amaçlıyor. Yani, performansı artırmak, emisyonları ve yakıt tüketimini azaltmak için kullanılabilir.

Peki motora zarar vermeden tüm bunları nasıl yapıyor? Bu yazıda tüm bu soruların cevaplarını fazlasıyla bulabileceksiniz.

Su/metanol enjeksiyon sisteminin kısa tarihçesi

Su/metanol enjeksiyon (water/methanol injection) sisteminin nasıl çalıştığına ve bize sunduğu avantajların neler olduğuna geçmeden önce, nasıl ortaya çıktığına kısaca bir göz atalım. Su/metanol enjeksiyonu 1920’lerden beri var, ancak 2. Dünya Savaşı’na kadar pratik bir kullanımı yoktu. Yöntem ilk olarak 2. Dünya Savaşı’nda aşırı beslemeli avcı uçakları olan Amerikan Mustang P-51’de ve Alman Messerschmitt BF-109’da kullanıldı. Daha sonra, turbo motorlar 80’lerde Formula 1’de popüler olduğunda Formula 1’in Ferrari ve Renault takımlarında kullanılarak yeniden keşfedildi ve hala günümüzde NHRA, WRC, Traktor Pulling ve diğer motor sporlarında kullanılıyor. Otomobil üreticileri arasında bu yöntemi turbo araçlarında ilk kullananlar, 1962 Oldsmobile Jetfire – “Turbo Rocket Fluid”, Saab 99 turbo, Subaru Impreza WRX 22B STi, Porsche 911 GT2 RS, BMW M4 GTS şeklindedir.

Su enjeksiyon sistemi nasıl çalışır?

Hemen hemen tüm benzinli motorlarda yüksek devirlere çıkıldığında, motoru aşırı ısıdan korumak için yanma odalarına fazladan yakıt ilave edilerek (yakıt zenginleştirilir) motorun parçaları soğutulur. Yani değerli enerji soğutucu olarak gereksiz yere kullanılır. Su, bu işi çok daha iyi yapabilir, çünkü benzinden 6 kat daha fazla enerji emebilir.

Çalışma şekli nispeten basittir. Ortalama 5000 dev/dk gibi devirlere gelindiğinde veya belli bir basınç artışından itibaren, aracın motor bölmesine ya da bagajına konumlandırılan bir su tankından, 300 psi veya 20 bar basınç oluşturan bir pompa yardımı ile su veya su/alkol (metanol, etanol) karışımı çekilir ve daha sonra bir enjektör (nozzle) vasıtasıyla yüksek basınçta sprey gibi çok ince bir şekilde atomize edilerek, ateşleme öncesi emme portuna su veya su/alkol karışımı enjekte edilir. Bu sayede silindirin içerisine emilecek olan hava suyla birlikte soğutulmuş olur.

Basit su enjeksiyon sistemleri (stage 1) ile enjeksiyon miktarı sabittir; daha karmaşık sistemler (stage 2, 3) bunu otomatik olarak boost basıncına orantılı olarak düzenler, böylece optimum miktar her zaman sağlanır.

Hedef, intercooler’a benzer şekilde, havanın yoğunluğunu ve sonuçta oksijen içeriğini artırmak için yanma odasındaki benzin-hava karışımını soğutmaktır. İntercooler’dan geçirilerek soğutulan hava ayrıca su enjeksiyon sistemi vasıtasıyla 60°C ye kadar soğur ve yanma odası sıcaklığını önemli ölçüde azaltır. Bu, motorun daha fazla güç üretmesini sağlayan daha fazla yakıtın verimli bir şekilde yakılmasını sağlar.

Yanma odasında su buharlaştığında, termal enerjinin büyük bir bölümünü emerek, supapları, pistonları ve yanma odalarını korur ve temizlenmesini sağlayarak kurumlanmasını da önler. Bu, özellikle direkt enjeksiyon sistemlerinde önem arz eder.

Burada, su enjeksiyonunun silindirdeki basıncı (gücü) iki şekilde etkilediğine dikkat edilmelidir; bir yandan sıcaklığı düşürerek, diğer yandan üretilen su buharı ile arttırır; ikinci etki genellikle geçerlidir. Bu yüzden su, yakıtın istenen etkisini yok etmez.

Sadece su yeterliyse neden birde metanol ekliyoruz?

Su enjeksiyon sisteminin diğer bir avantajı, motorun vuruntu eğilimini önemli ölçüde azaltmasıdır. Bu da bize motorun zaman (avans) ayarıyla hatta turbo ve supercharger’ın basınç (boost) ayarlarıyla oynamamıza imkan tanımasıdır. Çok değerli olan bu ayarlamalar, performansı daha da (ekstra) artırır.

Peki tek başına sadece su harika çalışıyorsa neden birde metanol ekliyoruz? Çünkü, metanol tipik olarak daha yüksek oktanlı bir yakıt olduğundan, vuruntu (detonation) mukavemetini sadece arttırmakla kalmaz, aynı zamanda alternatif bir yakıt görevi de görür. 95 oktanlı benzinle birleştirilmiş bir su/metanol karışımı, etki olarak, yüksek fiyatlı 116 oktanlı yarış yakıtı ile karşılaştırılabilir. Dolayısıyla, motorunuzdan maksimum verimi almak istiyorsanız, suya metanol de eklemelisiniz.

Su enjeksiyon sistemi hangi bileşenleri içerir?

Su enjeksiyon sistemi aşağıdaki bileşenleri içerir:

• Su enjektörü (nozzle)
• Su püskürtme hattı
• Su Pompası
• elektronik pompa kontrol ünitesi
• elektronik motor kontrol ünitesi
• Su tankı

Su enjeksiyon sistemi hangi motor tiplerinde kullanılır?

Esas olarak, su veya su/metanol enjeksiyon sistemi, NOS, turbocharger ve supercharger gibi güç artırıcı motorlarda ekstra güç sağlamak için uygulanırken, atmosferik motorlara da uygulanabilmektedir. Benzinli motorlara ek olarak, dizel motorlarda su enjeksiyonu kullanılabilir. Ayrıca, LPG sistemleri içinde uygundur.

Özellikle dizel motorlarda, su enjeksiyonu azot oksit, CO2 emisyonlarında ve yakıt tüketiminde bir azalmaya izin verir.

Fabrika çıkışlı su enjeksiyon sisteminde BOSCH – WaterBoost markası bu işi üstlenmiş olsa da, satış sonrası (aftermarket) aksesuar alanında, bu konuda en iyi bilinen sağlayıcı olan, Snow Performance ve AEM Electronics önerilir.

Turbo motorlar su enjeksiyon sistemi ile nasıl daha yüksek güç sağlıyor?

Herhangi bir içten yanmalı motordaki ana problem aşırı ısıdır. Pratik olarak tüm motorlarda, güç, yanma odasındaki sıcaklıkla sınırlıdır. Belli bir sıcaklık aşılırsa kontrolsüz yanmalar (vuruntu) meydana gelir. Bu kontrolsüz yanmalar büyük bir performans kaybına ve nihayetinde motor hasarına yol açar. Turbo motorda bu sorun daha da ciddidir. Turbo motorlar havayı sıkıştırırken çok fazla ısınır ve termal ısı üst sınıra hızla ulaşılır. Geleneksel turbo motorlarda, intercooler’ların yardımıyla bu sorunu kontrol altına almaya çalışılmaktadır.

Bu nedenle bir turbo motorun performansı doğrudan intercooler’ın verimliliğine, yani emme havasının soğutulmasına bağlıdır. Bununla birlikte, ara soğutucularının etkinliği, ortam sıcaklığı ve maksimum boyut nedeniyle dar fiziksel sınırlara tabidir. Bu durumda, boost‘un arttırılması ilave güç ile sonuçlanmaz ve motor hasar açmaya meyilli olur. Su enjeksiyon sistemi bu soruna müdahale ediyor. Bir su/alkol karışımı enjekte edilerek ısıtılan giriş havasının ilave bir soğutması elde edilir. Gelişmiş su/metanol enjeksiyon sisteminin en büyük avantajı, fiziksel soğutmanın pratik olarak sınırsız olmasıdır. Yani emme havası çok fazla ısınırsa, enjeksiyon miktarını arttırır ve böylece ısıyı daha fazla absorbe ederek istenen soğutmayı elde edersiniz. Bu eşsiz avantaj, turbo kapasitesinin tam olarak kullanılabileceği ve ulaşılabilir motor gücünün termal sınırlarla sınırlı olmadığı anlamına gelir. Bazı sistemler o kadar etkilidir ki bazı turbo motorlar intercooler olmadan bile yapabilir.

Bununla birlikte, elde edilebilir ek performans büyük ölçüde turbonun performansına bağlıdır. Yani, su enjeksiyonu yüksek kaliteli bir turbo ile birlikte kullanılırsa, teorik olarak yüzde 40’a kadar ek performans mümkündür. “Normal” turbolarda bu oranlar yüzde 20 ila 30 arasındadır. Maksimum performans elde etmek istiyorsanız, su enjeksiyonuna ek olarak daha büyük bir turbo ile güçlendirmelisiniz.

Su enjeksiyon sisteminin avantajları nelerdir?

İçten yanmalı bir motorda düşündüğünüzden daha fazla potansiyel vardır. Bu potansiyeli ortaya çıkarmak için aşırı ısıyı azaltmak gerekir (farklı bir açıdan ısı yönetimi hakkında buradan detaylı bilgiye ulaşabilirsiniz). Yanma odasını bir motorda aktif olarak soğutmak suretiyle, motoru termal olarak zorlamadan su (alkol) enjeksiyonuyla daha fazla tork ve güç üretilebilir. Motordaki aşırı ısının yükselmesi, özellikle modifiyeli araçlar için bir sorundur. Çünkü artan termal yük ile bileşenlerin mekanik yük limiti önemli ölçüde azalır. Su enjeksiyonu sadece motoru korumakla kalmaz, aynı zamanda emme portunu ve yanma odasını temiz tutar. Bir alkol (metanol/etanol) eklenmesi, daha fazla imkan sunar. Bir su (alkol) enjeksiyon sisteminin temel avantajları aşağıdaki gibidir:

• optimum motor koruması (termal yük önemli ölçüde azalır)
• diğer tuning işlemlerine en uygun ekleme ( chip tuning , NOS, vb.)
• boost basıncı kaybı yok (intercooler’ın aksine)
• erken ateşleme mümkündür (avans)
• düşük kirletici emisyonlar (dizellerde özellikle kurum ve azot oksitler)
• düşük tüketim (dizellerde yüzde 15’e kadar daha az)
• motorun yanma odası temiz kalır (kurum oluşumu olmaz)

Su enjeksiyon sisteminde nelere dikkat edilmelidir?

Doğru soğutucu ve karışım oranı

Sisteme saf su veya su-alkol karışımı enjekte edilir. Sadece su kullanılıyorsa, yanma odasında ve supaplarda kireç birikmesini önlemek için damıtılmış veya en azından minerali giderilmiş olduğundan emin olun. Öte yandan, su alkolle karıştırılırsa, bunun için öncelikle metanol kullanılır, çünkü yüksek oktanlı olmasından dolayı su/meth karışımı performans için en iyisidir ayrıca ucuz ve elde edilmesi kolaydır. Buradaki karıştırma oranı genellikle yüzde 50:50 karışım oranında çalıştırılır. Ancak bazı sistemler yüzde 70 su ve yüzde 30 metanolden oluşur.

Metanol’ün olmadığı yerlerde yardımcı olarak kısa süreliğine etanol veya isopropanol kullanılabilir. Bunlar kullanılabilir, ancak daha az uygundur ve metanol kadar iyi değildir. Çünkü, daha düşük bir enerji içeriğine ve metanole kıyasla daha düşük bir oktan derecesine sahiptirler. Etanol veya isopropanol için karıştırma oranı da genellikle yüzde 50:50 şeklindedir.

Soğutma suyu tüketimi

Soğutma sıvısının tüketimi büyük ölçüde sistem tipine ve motor tipine bağlıdır. Turbo dizel motorlar, benzinli motorlardan daha düşük motor devirlerinde tam turbo basıncına ulaşır. Sistem daha erken ve daha sık enjekte ettiği için dizel motorlardaki soğutma suyu tüketimi biraz daha yüksektir. Kabaca 100 kilometrede 0,6 ila 1,0 litre tüketim olduğu varsayılabilir.