Вода й двигун внутрішнього згоряння здаються поганим поєднанням, але BMW навмисно впорскував воду у впуск M4 GTS. У результаті трилітрова турбована «шістка» отримала 500 к.с. і 600 Нм — суттєво більше, ніж звичайний M4 того часу.
Секрет полягав у тому, що вода не потрапляла в мотор як рідина у великій кількості. Система створювала дуже дрібний туман у впускному колекторі.
Випаровування забирає тепло
Щоб вода перетворилася на пару, їй потрібна енергія. Цю енергію вона забирає у гарячого стисненого повітря після турбокомпресора.
Температура впускного заряду знижується, а холодніше повітря має більшу щільність. У циліндр можна подати більше кисню й, відповідно, більше пального.
Одночасно нижча температура зменшує термічне навантаження на камеру згоряння.
Головний ворог турбомотора — детонація
При високому тиску наддуву й температурі паливна суміш може почати самовільно займатися раніше потрібного моменту. Це явище називають детонацією, і воно створює небезпечні ударні навантаження.
Охолоджуючи впуск водою, BMW отримав більший запас до детонації. Інженери змогли використовувати вищий тиск наддуву та агресивніші налаштування запалювання.
Саме звідси й взялася додаткова потужність без збільшення робочого об’єму.
Звідки бралася вода
M4 GTS мав окремий резервуар для системи водяного впорскування. Насос подавав воду до форсунок у впускному колекторі, коли двигун працював під великим навантаженням.
У спокійному міському режимі система практично не була потрібна. Вода витрачалася головним чином тоді, коли мотор вимагав максимальної продуктивності.
Якщо резервуар порожнів, електроніка просто переходила на безпечніші налаштування з меншою віддачею.
Чому водяне впорскування не стало масовим
Технологія ефективна, але додає резервуар, насос, форсунки, трубки, датчики та необхідність доливати ще одну рідину. Для звичайного сімейного автомобіля це зайва складність.
Крім того, сучасні турбомотори отримали кращі інтеркулери, точніше керування запалюванням і ефективніші системи охолодження.
Але M4 GTS залишився чудовим прикладом старої інженерної ідеї в сучасному виконанні: іноді найкращий спосіб отримати більше потужності — не додати ще пального, а спочатку впорснути трохи води.
Ідея водяного впорскування значно старша за M4 GTS. Її застосовували в авіаційних поршневих двигунах і в автоспорті, де короткочасне збільшення потужності виправдовувало додаткову складність. BMW фактично переніс стару фізичну ідею в сучасний серійний автомобіль із точним електронним дозуванням.
Ключовим є саме контроль кількості води. Надлишок рідини в циліндрі небезпечний, але правильно дозований туман випаровується ще до згоряння. Електроніка враховує температуру, навантаження та рівень у резервуарі, тому водій не керує впорскуванням вручну — він просто отримує додаткову потужність, коли система має для цього умови.
У холодному кліматі система також повинна була захищати воду від замерзання. Резервуар і магістралі продумували так, щоб після стоянки при низькій температурі автомобіль не отримував пошкоджень, а після прогрівання міг знову використовувати водяне впорскування.