حقن الماء (للمحرك)

في محركات الاحتراق الداخلي ، يُستخدم حقن الماء ، المعروف أيضًا باسم حقن مضاد الاحتراق (ADI)، لرش الماء في الهواء الداخل أو خليط الهواء والوقود ، أو مباشرةً في غرفة الاحتراق لتبريد أجزاء معينة من نظام السحب حيث قد تؤدي "النقاط الساخنة" إلى اشتعال مبكر. في المحركات النفاثة - وخاصةً المحركات النفاثة التوربينية القديمة أو المحركات التي لا يُعد فيها استخدام الحارق اللاحق عمليًا أو مرغوبًا - يُمكن استخدام حقن الماء لزيادة قوة دفع المحرك ، لا سيما على الارتفاعات المنخفضة وعند الإقلاع .

استُخدم حقن الماء تاريخيًا لزيادة قدرة محركات الطائرات العسكرية لفترات قصيرة، كما هو الحال أثناء القتال الجوي أو الإقلاع. كما استُخدم أيضًا في رياضة السيارات ، وخاصةً في سباقات السرعة . في محركات دورة أوتو ، يُتيح تأثير التبريد الناتج عن حقن الماء نسب انضغاط أعلى عن طريق تقليل طرق المحرك (الاحتراق غير المنتظم)، مما يسمح بتحقيق مكاسب كبيرة في الأداء عند استخدامه مع شاحن فائق أو شاحن توربيني أو تعديلات مثل توقيت الإشعال المتقدم . اعتمادًا على نوع المحرك، يمكن أيضًا الحصول على تحسينات في القدرة وكفاءة استهلاك الوقود بمجرد حقن الماء. ^{[ 1 ]} كما يُمكن استخدام حقن الماء لتقليل انبعاثات _أكاسيد النيتروجين أو أول أكسيد الكربون . ^{[ 1 ]}

تستخدم العديد من أنظمة حقن الماء مزيجًا من الماء والكحول (غالبًا بنسبة تقارب 50-50)، مع كميات ضئيلة من الزيت القابل للامتزاج بالماء. توفر السعة الحرارية العالية للماء تأثير التبريد الأساسي. الكحول قابل للاشتعال ويعمل أيضًا كمضاد للتجمد للماء. الغرض الرئيسي من الزيت هو منع تآكل مكونات نظام حقن الماء ونظام الوقود. ^{[ 2 ]}

استُخدم حقن الماء في كلٍ من محركات الطائرات الترددية والتوربينية . في المحركات الترددية ، يُستخدم حقن الماء، المعروف أيضًا باسم حقن منع الاحتراق غير الطبيعي (ADI)، لمنع طرق المحرك المعروف أيضًا باسم "الاحتراق غير الطبيعي". ^{[ 3 ]} يُستخدم هذا النظام عادةً في المحركات الشعاعية الكبيرة المزودة بمكربن ​​ضغط ، وهو عبارة عن خليط من الماء والكحول يُحقن في المكربن ​​عند إعدادات الطاقة العالية. عند استخدام خليط غني ، يعمل المحرك بدرجة حرارة أقل ولكنه لا يستطيع الوصول إلى أقصى طاقة، بينما يعني الخليط الفقير احتمالية حدوث الاحتراق غير الطبيعي. مع استخدام حقن الماء، يمتص الماء والكحول المحقونان الحرارة الزائدة لمنع الاحتراق غير الطبيعي مع الحفاظ على خليط أفقر وأكثر قوة. ^{[ 3 ]} من أبرز المحركات التي تستخدم حقن الماء في الوقود: BMW 801 ، و Daimler-Benz DB 605 ، و Junkers Jumo 213 ، و Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp .

عند استخدامها في محرك توربيني، تكون التأثيرات متشابهة، باستثناء أن منع الاحتراق غير المنتظم ليس الهدف الأساسي عادةً. يُحقن الماء عادةً إما عند مدخل الضاغط أو في الموزع قبل غرفة الاحتراق مباشرةً . تزيد إضافة الماء من الكتلة المتسارعة خارج المحرك، مما يزيد من قوة الدفع ؛ كما أنها تُسهم في تبريد التوربينات. وبما أن درجة الحرارة هي عادةً العامل المحدد لأداء المحرك التوربيني على الارتفاعات المنخفضة، فإن تأثير التبريد يسمح للمحرك بالعمل عند عدد دورات أعلى في الدقيقة مع حقن كمية أكبر من الوقود وتوليد قوة دفع أكبر دون ارتفاع درجة الحرارة. ^{[ 4 ]}

قبل الانتشار الواسع لمحركات الاحتراق اللاحق ، استخدمت بعض الطائرات المقاتلة النفاثة من الجيل الأول حقن الماء لتحسين الأداء بشكل معتدل. على سبيل المثال، استخدمت النسخة الأحدث من طائرة لوكهيد إف-80 شوتينغ ستار ، وهي إف-80 سي، حقن الماء في محركها أليسون جيه 33-إيه-35 . وقد زاد حقن الماء قوة الدفع من 20.5 إلى 24.0 كيلو نيوتن (4600 إلى 5400 رطل قوة) ، أي بزيادة قدرها 17% (عند مستوى سطح البحر). ^{[ 5 ]}  

استخدمت النسخ الأولى من طائرة بوينغ 707 المزودة بمحركات برات آند ويتني JT3C النفاثة حقن الماء لزيادة قوة الإقلاع، كما هو الحال في طائرات بوينغ 747-100 و200 المزودة بمحركات برات آند ويتني JT9D -3AW و-7AW التوربينية المروحية؛ ^{[ 6 ]} ولم يُدرج هذا النظام في النسخ اللاحقة المزودة بمحركات أكثر قوة. واستخدمت طائرة BAC One-Eleven حقن الماء لمحركاتها التوربينية المروحية من طراز رولز رويس سبي . وأدى ملء الخزانات بوقود الطائرات بدلاً من الماء إلى تحطم رحلة بان إنترناشونال رقم 112 عام 1971. ^{[ 7 ]} وفي عام 1978، اضطرت رحلة الخطوط الجوية الأولمبية رقم 411 إلى إلغاء رحلتها والعودة إلى مطار الإقلاع بسبب عطل في نظام حقن الماء أو في عملياته. ^{[ 8 ]}

تم تزويد عدد محدود من المركبات البرية المزودة بمحركات ذات شحن توربيني من شركات مصنعة مثل كرايسلر بنظام حقن الماء. وقد تم تسليم سيارة أولدزموبيل جيتفاير موديل 1962 مزودة بمحرك توربو جيتفاير . ^{[ 9 ]}

بي ام دبليو

في عام ٢٠١٥، طرحت بي إم دبليو نسخةً من سيارتها الكوبيه عالية الأداء، بي إم دبليو M4 GTS، مزودةً بمحرك بي إم دبليو S55 سداسي الأسطوانات سعة ٢٩٧٩ سم مكعب مع شاحن توربيني، والذي يجمع بين حقن الماء والتبريد البيني. وبفضل هذا النظام، صرّحت بي إم دبليو أن GTS حصلت على زيادة قدرها ٣٧ كيلوواط (٥٠ حصانًا) ، لتصل قوتها إلى ٣٦٨ كيلوواط (٤٩٣ حصانًا) وعزم دورانها إلى ٦٠٠ نيوتن متر (٤٤٣ رطل قدم) . استُخدمت ثلاثة حاقنات ماء لزيادة ضغط الشحن التوربيني من ١٧.٢ إلى ٢١.٦ رطل لكل بوصة مربعة (١.١٩ إلى ١.٤٩ بار) مقارنةً بمحرك N55 الذي استُند إليه في تصميمها.        

سبق لشركة BMW أن استخدمت حقن الماء في محرك طائراتها BMW 801 باستخدام نظام MW-50 الميثانول-الماء لتعزيز الأداء على الارتفاعات المنخفضة، مع إضافة نظام GM-1 أكسيد النيتروز لتحسين الأداء على الارتفاعات العالية. ظهرت سيارة BMW M4 GTS في موسم 2015 من بطولة MotoGP كسيارة الأمان الرسمية للبطولة، وطُرحت في الأسواق التجارية عام 2016. ^{[ 10 ]} وبحلول منتصف العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين، تحوّل تركيز تطوير المحركات ليشمل تحسين استهلاك الوقود ، وذلك بسبب الضغط المتزايد لخفض انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون واللوائح ذات الصلة. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

جمعت دراسة أجريت عام 2016 بين حقن الماء وإعادة تدوير غاز العادم . حُقن الماء في مشعب عادم محرك ديزل ، وبفتح صمام العادم أثناء شوط السحب، سُحب الماء المحقون وجزء من غاز العادم إلى داخل الأسطوانة. وقد أدى ذلك إلى انخفاض انبعاثات أكاسيد النيتروجين _بنسبة تصل إلى 85%، بالإضافة إلى انخفاض ملحوظ في انبعاثات السخام. ^{[ 17 ]}

• ست ضربات من كروير

• داجيت، ديفيد ل.؛ فوك، لارس؛ هندريكس، روبرت س.؛ إيمز، ديفيد جيه إتش (2010). "حقن الماء في الطائرات التجارية لتقليل أكاسيد النيتروجين في المطارات" (ملف PDF) . ناسا .
• داجيت، ديفيد ل.؛ أورتانديرل، سيلفيو؛ إيمز، ديفيد؛ سنايدر، كريس؛ بيرتون، جيف (2004). "حقن الماء: تقنية ثورية لخفض انبعاثات الطائرات وتكاليف صيانتها" . مجلة جمعية مهندسي السيارات . 113 : 1547-1556 . ISSN 0096-736X . JSTOR 44738026 .  
• غانستون، بيل (1952). "تعزيز التوربينات الغازية" . مجلة فلايت . مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 2018.
• هاينيك، أورفيل هـ.؛ فانديمان، جاك إي. (أغسطس 1945). "تأثير حقن الماء والكحول والتقدم الأمثل لشرارة الإشعال على الأداء المحدود بالخبط واستهلاك الوقود لأسطوانة كبيرة مبردة بالهواء" . تقرير مذكرة زمن الحرب E5H12 الصادر عن اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) . وكالة ناسا.
• كرويس، م؛ وايلد، ت (1995). محركات الطائرات (  الطبعة السابعة). جلينكو. ص  143.
• رو، إم آر؛ لاد، جي تي (1946). "حقن الماء لمحركات الطائرات" . معاملات جمعية مهندسي السيارات . 54 : 26-37 ، 44. JSTOR 44548241. تم الاطلاع عليه في 12 أكتوبر 2021 . 

• فنيو الطائرات (12 مارس 2021). حقن الماء في محركات الطائرات (فيديو) – عبر يوتيوب.