Wassereinspritzung

[AlzenTurbo]

Hallo,

ich wollte mal fragen, wie das bei so einer Wassereinspritzung eigentlich genau abläuft. Leistungssteigernd soll es ja auch sein.

Was passiert da genau? Wie funktionerts?

Ist es schädlich für den Motor?

Auf der Seite von MTM steht jetz was davon, dass Mr. Meyer und seine Leute da schon länger am rumtüfteln sind um den Spritverbrauch und die Abgase zu verringern.

Vielleicht hat ja schon einer Erfahrungen mit einem solchen System gesammelt.

Ciao

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Hallo AlzenTurbo,

 

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[Lamberko]

WASSEREINSPRITZUNG:

Hierbei wird über ein zusätzliches Ventil im Ansaugweg ein feiner Wassernebel eingespritzt welcher das Benzin-Luftgemisch kühlt. Verwendet werden hierfür Molekularzerstäuberdüsen.

Diese Abkühlung sorgt zum einen für eine Erhöhung der Dichte der Luft, wodurch dem Motor mehr Luft zur Verfügung gestellt werden kann (Prinzip des Ladeluftkühlers). Dies führt zu einer zusätzlichen Leistungssteigerung. Zum anderen wird die Klopffestigkeit des Gemisches erhöht. was einen höheren Ladedruck zulässt. Gesteuert wird die Wassereinspritzung durch einen Druckschalter im Ansaugweg. Die eingespritzte Wassermenge ist entweder fest eingestellt oder wird bei den etwas teureren Modellen elektronisch proportional zum Ladedruck geregelt. Es sollte hierbei ausschließlich destilliertes Wasser verwendet werden um Kalkablagerungen zu verhindern. Der Verbrauch beträgt je nach System zwischen 0,6 und 1 Liter pro 100 KM. Bei normalen Serienmotoren können mit diesem System Mehrleistungen bis zu 40% erzielt werden wobei die Wassereinspritzung auch für Diesel-Motoren geeignet ist.

Die Wassereinspritzung gibt es schon seit dem zweiten Weltkrieg. Diese Technologie wurde bei einer Messerschmidt eingesetzt; die konnten die Leistung von 1700 auf 2400PS erhöhen.

Auch der erste Turbo hatte eine Wassereinspritzung. Sinn dieser Sache ist es hauptsächlich die thermische Belastung und die Emissionen zu verringern.

Ich hatte mir mal vor einiger Zeit einige Infos aus dem Net geangelt:

Die ersten Wassereinspritzsysteme (WAES = Wasser-Alkohol-Einspritz-System) wurden ursprünglich im 2.Weltkrieg u.a. in der Messerschmitt BF-109 verwendet. Durch gezielte Einspritzung von Wasser/Methanol wurde die Leistung dieser Flugzeuge um ca. 550PS erhöht. Ab der Baureihe G6 wurde der DB 605 D Motor installiert, dessen Leistung in einer Volldruckhöhe von 6650m 1140KW betrug. Die installierte MW50 (Wasser/Methanol) Einspritzungsanlage erlaubte dem Flugzeugführer eine Leistungserhöhung von ca. 40% beim Start und im Steigflug.

Als in der Formel 1 in den 80er Jahren die Turbomotoren populär wurden, erkannte man das Potential des WAES von neuem. Renault und Ferrari waren 1983 die ersten Teams die eine Wassereinspritzung einsetzten. Ab einem Ladedruck von etwa 2.5bar wurde Wasser in den Ansaugtrakt eingespritzt.

Wassereinspritzung - WAES - Wasser-Alkohol-Einspritz-System Ein 12-Liter Tank wurde im Seitenkasten des Wagens installiert. Das Mehrgewicht wurdedurch entsprechend höheres Zündpotential mehr als kompensiert. Von diesem Zeitpunkt an war der Einsatz von WAES in Hochleistungsturbomotoren unumgänglich, wenn man an der Spitze mithalten wollte. Aufgrund der enormen Leistungszuwächse und der zwangsläufig dadurch verbundenen höheren Gefahren, wurde die Verwendung der Turbotechnik im Reglement untersagt. So wurde zwangsläufig auch das Ende der Wassereinspritzung innerhalb der Formel 1 besiegelt.

Wassereinspritzung - WAES - Wasser-Alkohol-Einspritz-System Heutzutage wird die WAES-Technologie vor allem in den verschiedenen Turbomotoren der Rallye- und Tourenwagen verwendet. (Bsp. Ford Cosworth, Lancia Delta, Alfa Q4). Im Dragster – Racing und Traktorpulling ist die Verwendung von Wassereinspritzungen in Verbindung mit Turbomotoren fast schon obligatorisch. Gerade auch in extremen Leistungsbereichen spielt das WAES seine Stärken aus. Die gewünschte Kühlung kann stets durch die eingespritzte Flüssigkeits-menge erreicht werden, zudem wird unter Zugabe von Methanol ein magerlaufen des Motors verhindert, so daß ein maximum an Ladedruck bzw. Wirkungsgrad aus dem Turbolader (bzw. G-Lader / Kompressor) erzielt werden kann.

Saab war der erste Massenhersteller, der optional von Werk aus ein Wassereinspritzsystem für seine Turbo-Fahrzeuge anbot. Die Ende der 70er/Anfang der 80er Jahre hergestellten Fahrzeuge sind heute selten und im guten Zustand in Saab Kreisen sehr begehrt.

Der Subaru Impreza WRX 22B STi ist ein handgefertigtes Coupe, basierend auf Collin McRae´s 555 WRC ´98er Rally-Impreza. Die 400 gebauten Wagen wurden hauptsächlich für den japanischen Markt gebaut und waren innerhalb von 48 Stunden ausverkauft. Der 22B Sti besitzt einen 2.2l Turbo Motor, Leistung 280PS mit Ladeluftkühler-Wassereinspritzung, Bilstein Fahrwerk, 17"x 8,5 Felgen mit 235/40 Bereifung.

Prinzipell wird der Boost Cooler hauptsächlich bei aufgeladenen Motoren eingesetzt. Sinn und Zweck ist es nämlich durch gezielte Kühlung der Ladeluft dessen Dichte zu erhöhen und den Motor somit wesentlich mehr Luft anbieten zu können. Eine Temperaturverminderung um ca 10°C der Ladeluft ergibt etwa 3% Leistungssteigerung (Faustregel). Daher wird auch schnell klar welche Bedeutung ein Ladeluftkühler eigentlich hat denn dieser kühlt die Luft gut um die 40-55°C ab. Leider hat die Ladeluftkühlung Ihre physikalischen Grenzen, welche durch die Umgebungstemperatur und der Baugröße bedingt ist. Ist diese erreicht bringt eine weitere Ladedruckerhöhung praktisch keine Mehrleistung mehr und es kommt zu klopfender Verbrennung welche schließlich zum Motorschaden führt.

Neben der Leistungssteigerung ergibt sich auch eine enorme Erhöhung der Klopfzahl der Verbrennung bei aktiver Einspritzung. Diese Tatsache macht es erst recht möglich den Ladedruck des Turbos erheblich zu erhöhen und zwar weit mehr als es ohne den Boost Cooler möglich wäre. Warum ? - Weil bei Erhöhung des Ladedrucks die Verbrennung immer mehr zum Klopfen neigt und damit Grenzen gesetzt sind, die mit dem Boost Cooler erheblich überschritten werden können, ohne daß Klopfen auftritt. Somit kann man also ohne weiteres 1,5bar und mehr mit SUPER Benzin gefahren werden.

Das Prinzip ist relativ simpel. Aus einem Vorratsbehälter wird mit einer Pumpe das Wasser Alkohol Gemisch angesaugt. Die Pumpe fördert direkt in das druckseitige Sammelrohr der Ladeluft. Die Molekularzerstäuberdüse wird idealerweise nach einen vorhandenen LLK plaziert. Die Pumpe wird aber nur ab einem bestimmten Ladedruck gestartet, sonst verschluckt sich der Motor.

FRAGE: Welche Vorteile bietet das WAE-System "Boost Cooler" ?

MEHRLEISTUNG:

Der Boost Cooler erlaubt Ihnen durch aktive Kühlung der Verbrennung auf sichere Weise den Ladedruck bzw. Zündzeitpunkt zu erhöhen, ohne den Motor höherer thermischen Belastung auszusetzen.

LADELUFT-KÜHLUNG:

Reduziert die Ladelufttemperatur um bis zu 55°C. Hierdurch wird eine dichtere/kraftvollere Füllung erreicht => Mehrleistung

MINDERUNG THERMISCHER BELASTUNG:

Inbesondere bei bereits getunten Fahrzeugen (z.B. mittels Chip, Ladedruckerhöhung, NOS) wird die thermische Belastung erheblich reduziert und die Lebensdauer des Motors so erhöht.

KEIN LADEDRUCKVERLUST:

im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ladeluftkühler

KEINE ÖLKOHLEBILDUNG:

im Brennraum des Motors, er bleibt ablagerungsfrei und metallisch sauber !

MEHRLEISTUNG BEIM TDI:

Der Boost Cooler funktioniert beim TDI gleichermaßen. Im Gegensatz zum Benziner steht die Kraftstoffzufuhr im unmittelbaren Verhältnis zur Leistung. Durch die Einspritzung von Wasser/Alkohol wird eine Steigerung der Leistung im Bereich von 15-25% erzielt, wobei bei gleicher Fahrweise der Dieselverbrauch sinken kann.

TDI ABGAS-REDUZIERUNG:

Bei Dieselfahrzeugen wird Ruß- und NOx-Bildung stark gemindert. Die Abgastemperatur wird um bis zu 100°C gesenkt.

FRAGE: Wieso erreicht ein Turbomotor mit dem Boost Cooler eine höhere Leistung ?

Das Hauptproblem eines jeden Verbrennungsmotors ist die thermische Belastung. Bei praktisch allen Motoren ist die Leistung durch die Temperatur im Verbrennungsraum begrenzt. Wird eine gewisse Temperatur überschritten, so treten unkontrollierte Verbrennungen (Klopfen) auf. Diese unkontrollierten Verbrennungen führen zu einem massiven Leistungsverlust und schlussendlich zu Motorschäden. Bei einem Turbomotor verstärkt sich dieses Problem sogar noch. Die Ansaugluft des Turbomotors wird in der Turbine stark erwärmt (durch Kompression und Wärmeübertragung der Abgase) und die thermische Obergrenze ist schnell erreicht. In konventionellen Turbomotoren versucht man dieses Problem mit der Hilfe von Ladeluftkühlern in den Griff zu bekommen. Die Leistung eines Turbomotors ist also direkt von der Effizienz des Ladeluftkühlers, also von der Abkühlung der Ansaugluft abhängig. Der Wirksamkeit von Ladeluftkühlern sind aber durch die Umgebungstemperatur und die maximale Grösse enge physikalische Grenzen gesetzt. Eine Erhöhung des Ladedrucks erbringt in dieser Situation keine Mehrleistung mehr und ein Motorschaden ist praktisch vorprogrammiert. In diese Problematik greift nun das Konzept eines WAES ein. Durch die Einspritzung eines Wasser/Alkohol Gemisches erreicht man eine zusätzliche Abkühlung der erwärmten Ansaugluft. Der grosse Vorteil eines WAES ist, dass die Abkühlung physikalisch praktisch nicht begrenzt ist. D.h. wenn die Ansaugluft zu stark erwärmt wird, erhöht man einfach die Einspritzmenge und erreicht somit die angestrebte Abkühlung. Durch diesen einmaligen Vorteil kann man die Kapazität des Turbos voll ausnutzen und die erreichbare Motorleistung ist nicht durch die thermischen Grenzen eingeschränkt.

FRAGE: Welche Vorteile bietet das WAE-System "Boost Cooler" ?

MEHRLEISTUNG:

Der Boost Cooler erlaubt Ihnen durch aktive Kühlung der Verbrennung auf sichere Weise den Ladedruck bzw. Zündzeitpunkt zu erhöhen, ohne den Motor höherer thermischen Belastung auszusetzen.

LADELUFT-KÜHLUNG:

Reduziert die Ladelufttemperatur um bis zu 55°C. Hierdurch wird eine dichtere/kraftvollere Füllung erreicht => Mehrleistung

MINDERUNG THERMISCHER BELASTUNG:

Inbesondere bei bereits getunten Fahrzeugen (z.B. mittels Chip, Ladedruckerhöhung, NOS) wird die thermische Belastung erheblich reduziert und die Lebensdauer des Motors so erhöht.

KEIN LADEDRUCKVERLUST:

im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ladeluftkühler

KEINE ÖLKOHLEBILDUNG:

im Brennraum des Motors, er bleibt ablagerungsfrei und metallisch sauber !

MEHRLEISTUNG BEIM TDI:

Der Boost Cooler funktioniert beim TDI gleichermaßen. Im Gegensatz zum Benziner steht die Kraftstoffzufuhr im unmittelbaren Verhältnis zur Leistung. Durch die Einspritzung von Wasser/Alkohol wird eine Steigerung der Leistung im Bereich von 15-25% erzielt, wobei bei gleicher Fahrweise der Dieselverbrauch sinken kann.

TDI ABGAS-REDUZIERUNG:

Bei Dieselfahrzeugen wird Ruß- und NOx-Bildung stark gemindert. Die Abgastemperatur wird um bis zu 100°C gesenkt.

FRAGE: Wieso erreicht ein Turbomotor mit dem Boost Cooler eine höhere Leistung ?

Das Hauptproblem eines jeden Verbrennungsmotors ist die thermische Belastung. Bei praktisch allen Motoren ist die Leistung durch die Temperatur im Verbrennungsraum begrenzt. Wird eine gewisse Temperatur überschritten, so treten unkontrollierte Verbrennungen (Klopfen) auf. Diese unkontrollierten Verbrennungen führen zu einem massiven Leistungsverlust und schlussendlich zu Motorschäden. Bei einem Turbomotor verstärkt sich dieses Problem sogar noch. Die Ansaugluft des Turbomotors wird in der Turbine stark erwärmt (durch Kompression und Wärmeübertragung der Abgase) und die thermische Obergrenze ist schnell erreicht. In konventionellen Turbomotoren versucht man dieses Problem mit der Hilfe von Ladeluftkühlern in den Griff zu bekommen. Die Leistung eines Turbomotors ist also direkt von der Effizienz des Ladeluftkühlers, also von der Abkühlung der Ansaugluft abhängig. Der Wirksamkeit von Ladeluftkühlern sind aber durch die Umgebungstemperatur und die maximale Grösse enge physikalische Grenzen gesetzt. Eine Erhöhung des Ladedrucks erbringt in dieser Situation keine Mehrleistung mehr und ein Motorschaden ist praktisch vorprogrammiert. In diese Problematik greift nun das Konzept eines WAES ein. Durch die Einspritzung eines Wasser/Alkohol Gemisches erreicht man eine zusätzliche Abkühlung der erwärmten Ansaugluft. Der grosse Vorteil eines WAES ist, dass die Abkühlung physikalisch praktisch nicht begrenzt ist. D.h. wenn die Ansaugluft zu stark erwärmt wird, erhöht man einfach die Einspritzmenge und erreicht somit die angestrebte Abkühlung. Durch diesen einmaligen Vorteil kann man die Kapazität des Turbos voll ausnutzen und die erreichbare Motorleistung ist nicht durch die thermischen Grenzen eingeschränkt.

FRAGE: Wieviel Mehrleistung kann ich erwarten ?

Die erreichbare Mehrleistung ist abhängig von der Leistung der Turbine. Bei einer qualitativen hochwertigen Turbine ist eine Mehrleistung von bis zu 40 Prozent möglich. In aller Regel bewegt sich der Leistungszuwachs zwischen 20-30%. Bei mechanischen Ladern sollte die Laderdrehzahl (Ladedruck) etwas erhöht werden um vernünftige Ergebnisse zu erzielen, oder gleich einen größeren Lader einbauen, wenn man hohe Leistungen erreichen will.

FRAGE: Von wo bezieht der Boost Cooler das Wasser/Alkohol Gemisch ?

Das Wasser/Alkohol Gemisch wird in einem kleinem mitgeliefertem Behälter (1,9 Liter) im Motorraum mitgeführt oder es wird der bestehende Wischwassertank genutzt. Ein zusätzliches Schott für die Nutzung eines anderen Behälters kann ohne weiteres mitgeliefert werden.

FRAGE: Wieviel Wasser/Alkohol Gemisch wird verbraucht ?

Ein Turbofahrzeug, dass von 200 auf 260 PS getunt wurde, verbraucht ca. 0.17 Liter pro Minute Vollgas. Bei normaler Fahrweise reicht der mitgelieferte Tank ca. 300-400 km. Dieser Wert kann von Fahrzeug zu Fahrzeug bzw. je nach Fahrweise schwanken. Turbodiesel verbrauchen in aller Regel mehr Flüssigkeit, da der volle Ladedruck in niedrigen Drehzahlen anliegt und dementsprechend öfter der Boost Cooler einspritzt.

FRAGE: Wo erhält man die Alkoholzusätze ?

Es kann zum einen Ethanol (Brennspiritus) oder noch besser Methanol genutzt werden. Spiritus lässt sich bekanntlich in jedem Baumarkt etc. beziehen, Methanol finden Sie in aller Regel kostengünstig (ca. 1.30€/Liter) in Modellbauläden, da es für RC-Modellbau als Treibstoff verwandt wird.

FRAGE: Muss ich den Boost Cooler irgendwie aktivieren ?

Nein, der BoostCooler aktiviert sich selbst wenn es nötig ist. Sie stellen beim Stage I System mit dem beigefügten Ladedruckschalter ein, zu welchem Zeitpunkt (bei welchem Ladedruck) die Flüssigkeit in den Ansaugtrakt eingespritzt wird.

Beim Stage 2 Kit reguliert das variable Steuergerät die einzuspritzende Menge. Bei den variablen Steuergeräten gibt es 2 Einstellparameter, den Anfangszeitpunkt der Einspritzung (bspw. 0.5bar) und den Endzeitpunkt (bspw. 1.0bar). Innerhalb dieser beiden Ladedruckbereiche variiert das Steuergerät linear zum Ladedruck die einzuspritzende Flüssigkeitsmenge mit einer Reaktionszeit von 1.5ms. Somit kann das System früher aktiviert werden, zudem wird unterm Strich Flüssigkeit gespart.

FRAGE: Verträgt sich der Boost Cooler mit schon bestehendem Tuning (Chip, Nockenwelle, NOS, etc.) ?

Ja! Bei einen bestehendem Tuning ist der BoostCooler sogar noch mehr zu empfehlen, da es die schädliche zusätzliche thermische Belastung des Motors stark mindert. Dies gilt auch in Verbindung mit bspw. Lachgaseinspritzung/NOS. Die Vebrennung wird gekühlt und das magerlaufen des Motors wird verhindert. In diesem Zusammenhang kann man wirklich von einem Motorschutz reden.

FRAGE: Welches Mischungsverhältnis wird verwendet und was für Wasser ?

Grundsätzlich sollte nur destilliertes oder zumindest demineralisiertes Wasser verwendet werden um Kalkrückstände im Brennraum u.Ventilen zu vermeiden. Es sollte nur Wasser oder Wasser und Methanol verwendet werden. Andere Alkohole sind weniger geeignet, zur Not kann aber Ethanol (Brennspiritus) oder Isopropanol verwandt werden. Diese Alkohole sind in der Regel einfacher erhältich als Methanol. Mischungsverhältnis für Ethanol oder Isopropanol sollte entsprechend höher (bis 50:50) sein. Mit Wasser/Methanol ist die Leistungssteigerung am größten. Sinnvolle Mischungsverhältnisse sind min. 30% Methanol und 70% Wasser. Viele Systeme werden auch in einem Mischungsverhältnis von 50:50 betrieben.

FRAGE: Was passiert wenn der Flüssigkeitstank leer ist ?

Falls der Flüssigkeitsbehälter leer ist und keine Möglichkeit besteht mit einem etaigen Gemisch aufzufüllen, so kann ohne weiteres normales, sauberes Wasser verwendet werden. Grundsätzlich empfiehlt es sich einen handelsüblichen Schalter im Innenraum zu verbauen um ein längeres trockenlaufen der Hochdruckpumpe zu vermeiden. Als zusätzlichen Schutz empfehlen wir das Tank-Upgrade - mit ihm wird mittels LED im Innenraum angezeigt, wenn sich die Flüssigkeit dem Ende zuneigt.

[AlzenTurbo]

@Lamberko

Vielen Dank:-))! für den äußerst ausführlichen Bericht über das Thema.

Jetz weiß ich Bescheid.

Ciao