Wassereinspritzung
Verfasst: Mi 19. Sep 2012, 09:34
Einleitung für Ungläubige.
Seit geraumer Zeit beschäftigte mich die Wassereinspritzung in Verbrennungsmotoren. Bei der Formel 1 vor längerer Zeit mit Turboladern in Gebrauch gewesen, aber auch schon davor gab es dann und wann Meldungen über das eigentlich unmögliche:- Wasser das sich ja zum Löschen eignet, in den Brennraum zum Benzin was verbrannt werden soll, dazu zu mischen um Mehrleistung und/oder Abkühlung zu bringen.
Nur dieses Unmögliche ist schon sehr viel früher praktiziert worden, in den 1920er Jahren, einige Berichte datieren es schon vor dem 1. WK.
Wie dem auch sei, Wassereinspritzung ist also nicht neu. Allerdings schwanken die Mengenangaben von 2 -100% zur Benzinmenge.
Die Frage war Anfangs bis zum heutigen Tage wie man die Kühleigenschaft des Wassers nutzt, wenn es verdampft. Denn kein flüssiger Stoff erreicht nur annähernd die Wärmeenergie, Verdampfungswärme genannt, des Wassers. Dazu ist es ein Stoff der massig auf der Welt vorhanden ist und nicht erst wie Benzin oder Alkohol erschaffen, oder gewonnen werden muss zumal es noch ungiftig ist.
So waren die ersten Kühler Verdampfungskühler, das heißt das Wasser musste immer nachgefüllt werden, aber es stieg nie über 100grad, allerdings auch in den Bergen schon bei 90Grad verdampft zu Problemen führte. Das war die indirekte Kühlung.
Die direkte Kühlung geschieht im Brennraum, also ohne störende, wirkungsabschwächende Metallwände.
Was so zwischendurch mehr ungläubig durchsickerte ist, das man damit auch den Benzinverbrauch senken konnte. Allenthalben tauchten Berichte in einschlägigen Fachzeitschriften darüber auf. Etabliert hat sich das nie so recht.
Was aber immer sicher feststand ist, dass Motoren die mit gewissen Wasseranteilen zum Benzin laufen, sehr saubere Brennräume haben. Berichte, die nach einer 50.000km Revision Kolben und Brennräume im sauberen Einbauzustand vorfanden, sind nicht selten.
Was aber in den letzen Jahren schon Usus bei Turboladern geworden ist, wird man bei Saugmotoren höchstens in Tourenwagen o.ä. aber auch selten finden.
Da taucht die Frage auf ob es überhaupt bei Saugmotoren geht, weil die Ansaugtemperaturen deutlich unter 100Grad liegen, im Gegensatz zu Turbolader- /Kompressormotoren wo Lufttemp.bis 190Grad entstehen, diese dann per Ladeluftkühler auf ‚angenehmere’ 120Grad abgekühlt wird. Mit Wasser geht’s eben noch tiefer und die Leistung steigt aus wohl bekannten Grund..
Einleitung für Gläubige
Die Frage stellt sich nur in der Menge Wasser zur Benzinmenge oder besser, wie viel Wasser kann ich pro Zylinder – hubraumorientiert ist hier unrelevant, eher schon leistungsorientiert, da der Benzinverbrauch das entscheidende Kriterium ist - zudosieren ohne das mir der Motor abnippelt, absäuft oder sonst wie Probleme bereitet. Wie verhindere ich das Wasser ohne mein gewolltes Wissen in die Zylinder läuft und ich anschließend nicht den Motor starten kann? Was ist mit den blowby – Gasen, also Verbrennungsgasen an den Kolbenringen vorbei, hier sogar mit Wasserdampf gemischt? Liegen die kondensiert im Öl als braune Plempe im Ölsumpf? Was ist mit der Korrosion, da ist ja plötzlich Wasser überall?
Und die Frage aller Fragen:- was bringt es?! Lohnt sich der Aufwand?
Die Berechnung:-
Die kann man machen, habe ich auch gemacht, um erstmal überhaupt eine Vorstellung der Menge zu haben, um die Düsen zu bauen; ich will es euch hier ersparen. Dabei kommt man für 10-15grad Abkühlung auf wenige ml/min oder anders, eine Junkiespritze voll Wasser pro Zylinder pro Minute. Da fängt das Problem schon an, die Zudosierung in dieser Menge. Ich brauche hier nicht weitermachen, denn es geht deutlich mehr.
Anfangs baute ich mir deshalb einstellbare Düsen, mittlerweile bin ich davon weg und bei einer 0,6mm Stromdüse aus Kupfer für MIG/MAG Schweißgeräte angelangt. Das entspricht bei meiner Konfiguration (s. Skizze, die eingezeichnete Drossel) mit aktiven, aber eingequetschten Kreislauf (=Drossel) bei ca.20ml/min pro Zylinder. Entspricht 80ml/min Gesamt.
Die Einspritzung:-
s. Skizze
Geschieht sehr einfach direkt über die oder in die Vergaseransaugtrichter ohne das Wasser direkt in den Vergaser oder auf dem Vergaser samt Schwimmerkammer kommt, mit den bekannten negativen Folgen. Es wäre natürlich auch besser hier mit mehr Druck (allerdings dann aber auch feineren Düsen) das Wasser zu zerstäuben, den so- mit meiner Konfiguration – ist es ein dünner Strahl. Noch besser wäre, nicht direkt über die Vergaserröhren, sondern in das Saugrohr einspritzen.
Nur, es sollte ja erstmal ein Versuch sein.
Die Wirkungsweise:-
Mit relativ geringem Druck gelangt also das Wasser zu den 4 Düsen. Die Düsenfunktion lass ich mal als nun bekannt außen vor.
Die Kreislaufleitung hat 3 Funktionen. Die erste ist das sofortige Einstellen des Wassers in die Vergaser/Zylinder, wenn die Pumpe ausgemacht wird, weil der Druck sofort auf 0 geht. So wird selbst geringstes Nachtropfen verhindert.
Der 2. Punkt ist, dass man damit die Düsen nicht so klein machen muss, wohl es für Selbstbauer schwer wird eine zu finden, oder zu bauen. Nachteil ist die mangelnde Versprühung, Verteilung, Zerkleinerung der Wassertropfen. Das übernimmt z.T. zumindest der Vorzerstäuber im Vergaser.
Der 3. Punkt ist der wichtigste. Die Leitung läuft nach dem Abstellen leer(Pkt.1) und kann den Vorratsbehälter auch nicht allein ungewollt abhebern- also durch Stand-/Höhenunterschiede selbstständig in die Zylinder entleeren, selbst bei ungünstigen Verhältnissen. Der Wasserstand pendelt sich mach wenigen Sekunden auf das Niveau des Wasserstandes ein.
Daher auch der rote Strich in der Skizze.
Wichtig:- das oben gesagte und das mit dem niedrigen Druck. Überlegt man sich den Druck drastisch zu erhöhen, erfordert das kleiner Düsen UND ein wirksame Filterung davor! Allein schon das Schlauchaufschieben mit dem Gummiabrieb hatte mir anfangs mit der stark gedrosselten Menge Probleme bereitet. Die Düsen waren teilweise verstopft. Sympathisiert man mit der Saugrohreinspritzung, muss man die Höhendifferenz auch einhalten, was schon etwas schwieriger wird. Es fehlen ja plötzlich 20cm. So muss man sich dann Abschaltventile einbauen.
Meine 0,6mm Düsen funktionieren so mit meinem unbestimmt eingequetschten Kreislauf. Drosselt ihr mehr oder weniger ist die Düse zu gross oder zu klein für die 20ml Menge. Zu klein eher nicht, der ist schon arg gedrosselt.-s.Bild
Mehr als etwa 40ml/min pro Zylinder (zufällig ergab es sich so) da gab es Probs bei mir.
Die Bedenken:- kann ich alle zerstreuen. Wer meint das Wasser ja die Korrosionsgefahr erhöht, muss wissen, dass der normale Verbrennungsverlauf auch Wasserdampf entstehen lässt.
Nicht in der jetzt zugeführten Menge, klar, aber Wasser ist immer im Motor. Möglich ist sogar ein besseres Mitreißen saurer Verbrennungsprodukte mit der erhöhten Wassermenge, als ohne; ein Spüleffekt. Zudem hat man von Turbo+Wassereinspritzung in diesem Bereich nichts negatives gehört. Man hört eigentlich im Gegenteil nur positives darüber.
Eine sichtbare Veränderung im Vergaser sah ich auch nicht.
Wasser im Motoröl konnte ich bei meinen Fahrten nicht erkennen. Dazu sollte man das Wasser auch erst oberhalb von 60Grad C Öltemp. einspritzen. Vorher ist es auch relativ nutzlos zum gewünschten Effekt der Abkühlung.
Das Ergebnis:-
Etwa 30 Grad C Abkühlung im Zylinderkopf bei ca. 30% Benzinersparniss wenn man etwa 1/3 des Fahrweges mit Wassereinspritzung von 20ml/min x 4 = 4,8L/h fährt. So sollte man diese Menge auch nicht unter 2500U/min einspritzen und rechtzeitig vor dem zu erwartenden Leerlauf abschalten. Man hat aber noch etwa 10s Zeit im Leerlaufbetrieb, bevor der heiße Motor merklich zu sterben droht. Unkritisch, aber man muss aufpassen. Ein mit mehr als 20ml Wasser/Zylinder voll stehenden Motor bekommt man nicht mehr so schnell an!
Eine (auch erhoffte) Mehrleistung trat aber nicht ein.
Verbesserungen:- sind immer möglich. Zum Beispiel die drehzahlabhängige oder per Unterdruck gesteuerte Mengeneinspritzung. Dazu die automatische Abschaltung bei Drehzahlen unter 1500U/min, oder zusätzlich per Öldruckschalter gesteuerte Abschaltung. Kein Öldruck = Annahme der Motor steht = Abschaltung.
Seit geraumer Zeit beschäftigte mich die Wassereinspritzung in Verbrennungsmotoren. Bei der Formel 1 vor längerer Zeit mit Turboladern in Gebrauch gewesen, aber auch schon davor gab es dann und wann Meldungen über das eigentlich unmögliche:- Wasser das sich ja zum Löschen eignet, in den Brennraum zum Benzin was verbrannt werden soll, dazu zu mischen um Mehrleistung und/oder Abkühlung zu bringen.
Nur dieses Unmögliche ist schon sehr viel früher praktiziert worden, in den 1920er Jahren, einige Berichte datieren es schon vor dem 1. WK.
Wie dem auch sei, Wassereinspritzung ist also nicht neu. Allerdings schwanken die Mengenangaben von 2 -100% zur Benzinmenge.
Die Frage war Anfangs bis zum heutigen Tage wie man die Kühleigenschaft des Wassers nutzt, wenn es verdampft. Denn kein flüssiger Stoff erreicht nur annähernd die Wärmeenergie, Verdampfungswärme genannt, des Wassers. Dazu ist es ein Stoff der massig auf der Welt vorhanden ist und nicht erst wie Benzin oder Alkohol erschaffen, oder gewonnen werden muss zumal es noch ungiftig ist.
So waren die ersten Kühler Verdampfungskühler, das heißt das Wasser musste immer nachgefüllt werden, aber es stieg nie über 100grad, allerdings auch in den Bergen schon bei 90Grad verdampft zu Problemen führte. Das war die indirekte Kühlung.
Die direkte Kühlung geschieht im Brennraum, also ohne störende, wirkungsabschwächende Metallwände.
Was so zwischendurch mehr ungläubig durchsickerte ist, das man damit auch den Benzinverbrauch senken konnte. Allenthalben tauchten Berichte in einschlägigen Fachzeitschriften darüber auf. Etabliert hat sich das nie so recht.
Was aber immer sicher feststand ist, dass Motoren die mit gewissen Wasseranteilen zum Benzin laufen, sehr saubere Brennräume haben. Berichte, die nach einer 50.000km Revision Kolben und Brennräume im sauberen Einbauzustand vorfanden, sind nicht selten.
Was aber in den letzen Jahren schon Usus bei Turboladern geworden ist, wird man bei Saugmotoren höchstens in Tourenwagen o.ä. aber auch selten finden.
Da taucht die Frage auf ob es überhaupt bei Saugmotoren geht, weil die Ansaugtemperaturen deutlich unter 100Grad liegen, im Gegensatz zu Turbolader- /Kompressormotoren wo Lufttemp.bis 190Grad entstehen, diese dann per Ladeluftkühler auf ‚angenehmere’ 120Grad abgekühlt wird. Mit Wasser geht’s eben noch tiefer und die Leistung steigt aus wohl bekannten Grund..
Einleitung für Gläubige
Die Frage stellt sich nur in der Menge Wasser zur Benzinmenge oder besser, wie viel Wasser kann ich pro Zylinder – hubraumorientiert ist hier unrelevant, eher schon leistungsorientiert, da der Benzinverbrauch das entscheidende Kriterium ist - zudosieren ohne das mir der Motor abnippelt, absäuft oder sonst wie Probleme bereitet. Wie verhindere ich das Wasser ohne mein gewolltes Wissen in die Zylinder läuft und ich anschließend nicht den Motor starten kann? Was ist mit den blowby – Gasen, also Verbrennungsgasen an den Kolbenringen vorbei, hier sogar mit Wasserdampf gemischt? Liegen die kondensiert im Öl als braune Plempe im Ölsumpf? Was ist mit der Korrosion, da ist ja plötzlich Wasser überall?
Und die Frage aller Fragen:- was bringt es?! Lohnt sich der Aufwand?
Die Berechnung:-
Die kann man machen, habe ich auch gemacht, um erstmal überhaupt eine Vorstellung der Menge zu haben, um die Düsen zu bauen; ich will es euch hier ersparen. Dabei kommt man für 10-15grad Abkühlung auf wenige ml/min oder anders, eine Junkiespritze voll Wasser pro Zylinder pro Minute. Da fängt das Problem schon an, die Zudosierung in dieser Menge. Ich brauche hier nicht weitermachen, denn es geht deutlich mehr.
Anfangs baute ich mir deshalb einstellbare Düsen, mittlerweile bin ich davon weg und bei einer 0,6mm Stromdüse aus Kupfer für MIG/MAG Schweißgeräte angelangt. Das entspricht bei meiner Konfiguration (s. Skizze, die eingezeichnete Drossel) mit aktiven, aber eingequetschten Kreislauf (=Drossel) bei ca.20ml/min pro Zylinder. Entspricht 80ml/min Gesamt.
Die Einspritzung:-
s. Skizze
- Wassereinspritzung1.JPG (29.16 KiB) 12242 mal betrachtet
Nur, es sollte ja erstmal ein Versuch sein.
Die Wirkungsweise:-
Mit relativ geringem Druck gelangt also das Wasser zu den 4 Düsen. Die Düsenfunktion lass ich mal als nun bekannt außen vor.
Die Kreislaufleitung hat 3 Funktionen. Die erste ist das sofortige Einstellen des Wassers in die Vergaser/Zylinder, wenn die Pumpe ausgemacht wird, weil der Druck sofort auf 0 geht. So wird selbst geringstes Nachtropfen verhindert.
Der 2. Punkt ist, dass man damit die Düsen nicht so klein machen muss, wohl es für Selbstbauer schwer wird eine zu finden, oder zu bauen. Nachteil ist die mangelnde Versprühung, Verteilung, Zerkleinerung der Wassertropfen. Das übernimmt z.T. zumindest der Vorzerstäuber im Vergaser.
Der 3. Punkt ist der wichtigste. Die Leitung läuft nach dem Abstellen leer(Pkt.1) und kann den Vorratsbehälter auch nicht allein ungewollt abhebern- also durch Stand-/Höhenunterschiede selbstständig in die Zylinder entleeren, selbst bei ungünstigen Verhältnissen. Der Wasserstand pendelt sich mach wenigen Sekunden auf das Niveau des Wasserstandes ein.
Daher auch der rote Strich in der Skizze.
Wichtig:- das oben gesagte und das mit dem niedrigen Druck. Überlegt man sich den Druck drastisch zu erhöhen, erfordert das kleiner Düsen UND ein wirksame Filterung davor! Allein schon das Schlauchaufschieben mit dem Gummiabrieb hatte mir anfangs mit der stark gedrosselten Menge Probleme bereitet. Die Düsen waren teilweise verstopft. Sympathisiert man mit der Saugrohreinspritzung, muss man die Höhendifferenz auch einhalten, was schon etwas schwieriger wird. Es fehlen ja plötzlich 20cm. So muss man sich dann Abschaltventile einbauen.
- Wassereinsp (3).JPG (59.25 KiB) 12242 mal betrachtet
Mehr als etwa 40ml/min pro Zylinder (zufällig ergab es sich so) da gab es Probs bei mir.
Die Bedenken:- kann ich alle zerstreuen. Wer meint das Wasser ja die Korrosionsgefahr erhöht, muss wissen, dass der normale Verbrennungsverlauf auch Wasserdampf entstehen lässt.
Nicht in der jetzt zugeführten Menge, klar, aber Wasser ist immer im Motor. Möglich ist sogar ein besseres Mitreißen saurer Verbrennungsprodukte mit der erhöhten Wassermenge, als ohne; ein Spüleffekt. Zudem hat man von Turbo+Wassereinspritzung in diesem Bereich nichts negatives gehört. Man hört eigentlich im Gegenteil nur positives darüber.
Eine sichtbare Veränderung im Vergaser sah ich auch nicht.
Wasser im Motoröl konnte ich bei meinen Fahrten nicht erkennen. Dazu sollte man das Wasser auch erst oberhalb von 60Grad C Öltemp. einspritzen. Vorher ist es auch relativ nutzlos zum gewünschten Effekt der Abkühlung.
- Wassereinsp (1).JPG (55.77 KiB) 12242 mal betrachtet
Etwa 30 Grad C Abkühlung im Zylinderkopf bei ca. 30% Benzinersparniss wenn man etwa 1/3 des Fahrweges mit Wassereinspritzung von 20ml/min x 4 = 4,8L/h fährt. So sollte man diese Menge auch nicht unter 2500U/min einspritzen und rechtzeitig vor dem zu erwartenden Leerlauf abschalten. Man hat aber noch etwa 10s Zeit im Leerlaufbetrieb, bevor der heiße Motor merklich zu sterben droht. Unkritisch, aber man muss aufpassen. Ein mit mehr als 20ml Wasser/Zylinder voll stehenden Motor bekommt man nicht mehr so schnell an!
Eine (auch erhoffte) Mehrleistung trat aber nicht ein.
Verbesserungen:- sind immer möglich. Zum Beispiel die drehzahlabhängige oder per Unterdruck gesteuerte Mengeneinspritzung. Dazu die automatische Abschaltung bei Drehzahlen unter 1500U/min, oder zusätzlich per Öldruckschalter gesteuerte Abschaltung. Kein Öldruck = Annahme der Motor steht = Abschaltung.
- PICT1188.JPG (84.72 KiB) 12242 mal betrachtet
) zu befestigen. Hier- bei den Stromdüsen - ist ein M6 Gewinde schon dran.
)
. Meine gefahrenen 400km sind problemlos abgelaufen.
Da bringts dann auch nichts mit Zündung aus, der löppt wie ne eins sehr kräftig mit leicht erhöhtem Standgas von so ca. 2000-4000 Touren.
: So vor ca. 3 Jahrzenten, wollten mein Bruder und ich einer Jawa Mofa Beine machen, also guten Modellsprit (Methanol von Graupner) in den Tank, und ab ging die Lucy. Dat Dingens lief wie Sau, glühte zum Schluß und ging eben halt nicht mehr aus 
