Comment fonctionne le système d'injection d'eau dans la BMW M4 GTS

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La La BMW M4 GTS est une voiture incroyable ! Non seulement rapide, mais légitimement rapide et le S55 est juste beaucoup plus agressif dans le GTS que le M4 'normal'. Cela est dû en partie à l'utilisation d'une injection d'eau à haute pression dans le collecteur d'admission sous une charge et un régime élevés. Il permet d'augmenter le boost à onze (de 17,2 psi à 21,6 psi - une augmentation d'environ 26% de la pression de suralimentation maximale).

Avantages de l'injection d'eau (ou, No Knock - Knock)

  01 Injection directe d

Mais pourquoi injecter de l'eau ? L'eau n'est pas compressible (elle l'est - cependant, pas par un moteur automobile). La clé pour comprendre pourquoi l'eau est bonne, il est utile de savoir ce qui se passe à l'intérieur d'un cylindre lors de l'allumage du mélange air/carburant. Idéalement, l'air et le carburant sont combinés à l'intérieur du cylindre pendant la course d'admission (vers le bas). Le rapport air/carburant dans un moteur à essence devrait, dans des conditions idéales, être de 14,7 parties d'air pour une partie de carburant, appelé « stoechiométrique ». Au fur et à mesure que la charge et le régime augmentent, le mélange devrait devenir plus riche, plus de carburant dans l'air que stœchiométrique. Et la raison pour laquelle il s'enrichit est d'aider à prévenir les «cognements».



Alors, qu'est-ce que 'toquer' ? Le cognement est l'allumage incontrôlé/indésiré du mélange air/carburant avant le bon moment. Dans des conditions normales, l'électrode de la bougie d'allumage recevra une charge haute tension programmée pour se produire légèrement avant que le piston n'atteigne le point mort haut (PMH) dans la course de compression (mouvement du piston vers le haut).

Comment ça marche?

  03 Conception schématique de l

Si tout se passe comme prévu, « l'étincelle » électrique entre l'électrode et la masse provoque l'inflammation du mélange air/carburant. Fait correctement, l'allumage permet au mélange air-carburant de créer des 'fronts de flammes' qui consomment le carburant. Les gaz produits par la combustion du mélange air-carburant se dilatent et poussent le piston vers le bas - la course motrice (après que le piston a atteint le PMH).

Lorsque les choses ne se passent pas comme prévu, la pression (et la température) de la chambre de combustion permettent au mélange air/carburant de s'enflammer de manière incontrôlable. Cela peut se produire avant que le mélange air-carburant ne s'enflamme, ou en opposition au front de flamme d'allumage prévu, auquel cas les composants (lire les roulements) du cylindre sont soumis à des contraintes significativement néfastes.

Cela signifie également que moins de travail est effectué et que, par conséquent, l'efficacité est dégradée. Ces événements hors de la normale se produisent lorsque les pressions et les températures dépassent la capacité des systèmes à les contrôler efficacement. Le taux de compression, la température de charge et l'indice d'octane du carburant utilisé sont des facteurs contributifs.

Et à mesure que les RPM augmentent, la nécessité d'avancer le calage de l'allumage augmente (l'étincelle doit se produire beaucoup plus tôt avant le PMH) et l'indice d'octane requis du carburant augmente. Tout cela complique l'allumage correct du mélange air/carburant, puis lorsque vous ajoutez une turbo/supercharge du mélange de combustion, vous piquez vraiment la bête.

Histoire de l'injection d'eau

Au début des années 1930, Harry Ricardo a cherché à contrôler le « cognement » dans une chambre de combustion suralimentée. Dans Le livre de Hugh MacInnes, Turbocompresseurs , (H. P. Books - 1978), les recherches de Ricardo sont présentées pour déterminer la limite supérieure d'enrichissement du mélange (ajout de carburant supplémentaire) au-delà de laquelle le cognement était certain de se produire. Cependant, l'injection d'un fin brouillard d'eau s'est avérée absorber la chaleur et permettre des pressions plus élevées dans la chambre de combustion. D'où l'utilité de l'injection d'eau. (Et l'injection d'eau / méthanol a été utilisée dans des variantes du moteur d'avion radial 801 de BMW pendant la Seconde Guerre mondiale.)

Qu'est-ce que le BMEP ?

Il existe une mesure de l'efficacité du moteur appelée Brake Mean Effective Pressure ou BMEP (prononcé BEE-mep), qui est un indicateur de l'efficacité d'un moteur. C'est une chose de produire des moteurs puissants, mais c'est bien mieux si le moteur est puissant ET efficace.

Le BMEP est calculé en multipliant le couple moteur par une constante, 150,8 pour les moteurs à quatre temps (ce qui représente un couple de sortie de 1 lb-pi par pouce cube), qui est ensuite divisé par la cylindrée du moteur en pouces cubes. Bien sûr, cette formule peut être exprimée à l'aide d'équivalents métriques.

BMEP représente la pression moyenne de chaque course motrice produisant la puissance de sortie observée ; plus le nombre est élevé, plus le moteur est efficace. Par exemple, un petit bloc LT1 GM à aspiration naturelle, utilisé dans la génération actuelle de Camaros, produit un couple de 455 lb-pi avec une cylindrée de 376 pouces cubes. Son BMEP équivaut à environ 186,5 psi.

La BMW N55 variante qui a produit 322 lb-pi de couple et déplacé 183 pouces cubes a un BMEP d'environ 273,6 psi, le S55 produisant 406 lb-pi de couple a un BMEP d'environ 334,6 psi. Le S55 réglé pour le M4 GTS produit un couple de 442 lb-pi et a un BMEP d'environ 364,2 psi!

Le S55 du M4 GTS a un BMEP 33% supérieur à celui du N55 - en augmentant le boost total par rapport aux N55 et S55 normaux. D'où la nécessité d'une injection d'eau sur la M4 GTS. Ce sont tous des moteurs très puissants et efficaces, mais surtout le S55 utilisé dans le M4 GTS. (Et, pour référence, le GM LT1 n'est pas en reste non plus - pour un moteur NA, le BMEP du LT1 est assez bon.)

Mise en œuvre de l'injection d'eau par BMW

BMW a ajouté trois sites d'injection d'eau sur le collecteur d'admission et un réservoir à l'arrière de la voiture qui doit être rempli afin d'utiliser tout le potentiel de la voiture. En plus d'éviter les problèmes, la voiture n'est pas autorisée à développer un boost maximal lorsque la température extérieure tombe en dessous de 41 degrés Fahrenheit. De plus la pompe pour l'injection d'eau est réversible afin de vidanger complètement les lignes vers les injecteurs après utilisation.

Alors que l'injection d'eau (et l'injection d'eau / méthanol) était utilisée sur le marché secondaire du tuner depuis des décennies, il était agréable de voir les ingénieurs de BMW fournir une utilisation vraiment professionnelle de cette vieille astuce de hot rodder.

[Images : BMW]