Wassereinspritzung
Englisch: water injection
Verfahren zum Einspritzen feiner Wassertropfen in das Luft-Kraft-Gemisch eines Benzinmotors, um die Zylinder zu kühlen und damit Klopfen oder Detonation bei hochverdichteten Hochleistungsmotoren zu verringern.
Wassereinspritzung: Ladeluftkühlung für hochaufgeladene Motoren
Die Wassereinspritzung zerstäubt feines Wasser direkt in den Ansaugkrümmer oder Brennraum eines Benzinmotors, um Wärme aus der angesaugten Luft und den expandierenden Gasen aufzunehmen. Eine kleine, üblicherweise elektrische Pumpe, gesteuert durch die Motormanagement-Software, führt entmineralisiertes oder destilliertes Wasser durch präzise Düsen zum richtigen Zeitpunkt des Motorzyklus zu. Das Wasser verdampft schnell und kühlt die Ladung um 20 bis 40 Grad Celsius vor der Verbrennung, was höhere Ladedruck und Zündwinkel ohne Detonation ermöglicht.
Das System verhindert Klopfen durch Senkung der maximalen Zylindertemperatur. Wenn ein Motor mit hohem Ladedruck (Turbo oder Kompressor), hohem Verdichtungsverhältnis oder minderwertigem Kraftstoff läuft, kann sich die Verbrennung unkontrolliert vor dem Zündfunken entzünden. Das Wasser mit seiner hohen Verdampfungsenthalpie nimmt Energie auf, ohne den Verbrennungsdruck zu erhöhen, und unterdrückt diese Selbstzündung. Die Kühlung erhöht auch die Dichte der Ladung, verbessert den volumetrischen Wirkungsgrad und die Leistungsabgabe.
Ausführung und Steuerung
Wassereinspritzsysteme sind sehr unterschiedlich aufgebaut. Die direkte Einspritzung in den Zylinder nahe dem oberen Totpunkt kühlt die heißeste Zone am wirkungsvollsten, erfordert aber präzise Steuerung und höheren Systemdruck. Die Einspritzung in den Ansaugkrümmer ist einfacher und kostengünstiger, allerdings bei sehr hohem Ladedruck weniger wirksam. Die Tankkapazität liegt zwischen 0,5 und 2 Litern, der Verbrauch unter Volllast bei 1 bis 3 Litern pro Stunde, je nach Ladedruck und Kalibrierung. Die Wasserqualität ist wichtig: Mineralablagerungen verschmutzen die Düsen, daher sind destilliertes Wasser oder Glykol-Wasser-Mischungen erforderlich.
Die Motor-Steuergeräte regeln Einspritzdauer und Durchsatz nach Drosselklappenstellung, Motordrehzahl, Ansauglufttemperatur und Kraftstoff-Oktanzahl, soweit verfügbar. Bei manchen Systemen kann der Fahrer die Aggressivität über ein Menü oder einen Armaturenbrettschalter einstellen. Fehlerszenarien sind Düsenverschmutzung, Pumpenhöhlung bei leerem Tank und Ausfallen der Kühlwirkung bei Unterbrechung der Wasserzufuhr, was Klopfverzögerung oder Leistungsbegrenzung auslösen kann.
Die Wassereinspritzung existiert seit den 1930er Jahren in Flugzeugen mit Hubkolbenmotoren und wurde ab den 1950ern in Renn- und High-Performance-Straßenfahrzeugen eingesetzt. Moderne Systeme sind in Serienfahrzeugen zurückgekehrt, besonders in aufgeladenen Motoren mit engen Abgasvorschriften, bei denen Klopfgrenzen die Leistung begrenzen. Der Begriff spiegelt seinen wörtlichen Mechanismus wider: Wasser wird eingespritzt, nicht einfach zerstäubt, weil die Einspritzung präzise Steuerung und Positionierung betont, statt nur die Luft zu vernebeln.