Wasser-Methanol-Einspritzung

Aus 3000GT
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Wasser-Methanol-Einspritzung ("WAES")

Grundlagen

Diese Systeme dienen der Reduzierung der Brennraumtemperatur und damit (bei aufgeladenen Motoren) der Verdichtung der Ladung (mehr Sauerstoffmoleküle pro Volumen, die man verbrennen kann). Die Abkürzung "WAES" kommt von "Wasser-Alkohol-Einspritz-System".

Durch die Zufuhr von Wasser (ggf. angereichert mit Methanol, Ethanol oder Isopropanol), das eine hohe Wärmekapazität hat und ausserdem beim Verdampfen weitere Wärme "verbraucht", reduziert sich die Temperatur der Ansaugluft im Zylinder (!) zusätzlich zur Ladeluftkühlung erheblich weiter. Details zur Wirkungsweise findet man auf den Seiten von Herstellern (Aquamist, Coolingmist, DevilsOwn, Snowperformance, AEM u.a.). Ein interessantes (englisches) Forum gibt es unter waterinjection.info.

Methanol ist nicht einfach zu beschaffen; eine mögliche Quelle sind Modellbau-Geschäfte, die Modellmotoren-Treibstoff führen. Ethanol (aka. Spiritus, wenn's nicht so teuer sein soll) gibt es leicht, und Isopropanol wird in Nagelstudio als Reiniger verwendet, also auch leicht zu beschaffen. Entkalktes Wasser entweder in 5-Liter-Kanistern im Supermarkt / Baumarkt, oder aus dem heimischen Wasserfilter.

Typen

Diese Stufeneinteilung wird von den Herstellern nicht einheitlich benutzt!

Stufe 1

Diese einfachen Systeme bestehen aus einer Hochdruck-Pumpe, einem Tank, Einspritzdüsen, Leitungen und einem z.B. ladedruck-gesteuerten Schalter, der die Pumpe anschaltet. Sie spritzen immer eine konstante Menge Wasser ein, bis der Schalter wieder ausgeht. Solche Systeme sollten wenigstens ein Ventil haben, das Nachlaufen des Wassers bei ausgeschalteter Pumpe verhindert. Sie haben typischerweise keine Störungsüberwachung.

Stufe 1+

Wie Stufe 1, jedoch mit einer 2. Düse, die durch einen 2. Druckschalter mit höherem Auslöse-Wert eingeschaltet wird. Dadurch kann man aber einem bestimmten Boost-Level die Einspritzmenge nochmals um einen festen Bertag erhöhen.

Stufe 2

Auch "progressive" Systeme genannt, messen diese Systeme eine Steuergröße (Ladedruck direkt oder ein elektrisches Signal) und steigern dann zwischen einem Min- und einem Max-Wert (idealerweise) rampenförmig die Einspritzmenge. Sie haben zumeist wenigstens eine Anzeige, ob das System auch ordnungsgemäß funktioniert oder z.B. das Wasser/Methanol-Gemisch verbraucht ist.

Stufe 3

Diese Systeme besitzen zusätzlich zu den eigenschaften der Stufe 2 noch weitere Eingänge, gelegentlich Tuningfunktionen und i.d.R. ausgefeiltere Störungsbehandlung ("Fail Safe"). Sie können z.B. den Duty Cycle eine Einspritzdüse auswerten, um aufgrund der aktuellen Spritmenge die Einspritzmenge für das Kühlgemisch zu dosieren, oder sie können mit einem Frequenz-Signal von einem MAF angesteuert werden.

Anwendung

Stand alone

Für den 3000GT mit MAF und Serien-ECU eignen sich Systeme der Stufe 1 (Motorschonung, keine wesentliche Leistungssteigerung) oder der Stufe 3 mit Frequenz-Ansteuerung vom MAF. Im letzteren Fall wäre auch eine Leistungssteigerung z.B. durch eine Änderung des Sprit-Managements (Piggyback) möglich, aber dann muss der Fahrer strikt darauf achten, ob das WAES auch korrekt funktioniert - Risiko!

Mit Aftermarket-ECU

Wer z.B. ein AEM EMS2 verwendet, kann ein Stufe-3-System benutzen und durch das "Alles-OK" Signal des WAES das Boost-Target erhöhen und auf die Nitro-Maps umschalten lassen. Bei Störung wird wieder auf die Standard-Maps zurückgeschaltet und ggf. auch das Boost-Target wieder reduziert. Durch die korrigierenden Nitro-Maps ist eine aggressivere Benzin- und Zündungs-Abstimmung und damit eine Leistungssteigerung möglich, ohne dass man das Risiko eingeht, bei Ausfall des WAES den Motor zu zerstören.

Weiterführende Informationen

Erste methodische Untersuchungen zu WAES wurden von der NACA, der Vorgänger-Organisation der NASA durchgeführt. Dabei ging es darum, Flugzeug-Triebwerke robuster und performanten zu machen.

Ein brauchbares (englisches) Buch u.a. zu diesem Thema ist "SUPERCHARGING! A guide to superchargers, water injection and a lot more." von Greg Gordon. ASIN: B00FGDKK5Q, gibt es bei "Kindle" als E-Book.

Daraus ein paar interessante Aussagen, die ich für glaubhaft halte:

  • Haupt-Zweck des WAES ist es, Klopfen zu verhindern durch Absenkung der Brennraum-Temperatur.
  • Eine Leistungssteigerung ergibt sich dadurch noch nicht, sondern nur eine Schutzwirkung für den Motor.
  • Leistungssteigerung kommt dadurch zustande, dass man mehr Ladedruck und frühere Zündung einstellen kann, ohne Klopfen befürchten zu müssen.
  • Der Kühlungseffekt entsteht durch Verdampfen im Brennraum, dadurch wird die Luft nicht dichter (enthält also nicht mehr O2 Moleküle).
  • Ein WAES ist daher KEIN Ersatz für Ladeluftkühlung, also kein "chemischer Ladeluftkühler", wie manche Hersteller behaupten.
  • Für Wasser-Einspritzung wird eine Beimischung von +20% Wasser zum Kraftstoff empfohlen.
  • Für Wasser-Methanol-Einspritzung wird ein MV Wasser/Methanol von 50:50 für maximale Leistung empfohlen. Alles bis 75:25 (Anti-Freeze-Mix) ginge aber auch.
  • Wasser plus ggf. Methanol ist optimal, Alkohol oder andere Zusatzstoffe bringen keine Vorteile.
  • Bis zu +60% Beimischung zum Kraftstoff sollen ohne Leistungsverlust möglich sein, jedenfalls laut NACA. Ich würde bei max. +20% bleiben.
  • Stufe 1 / Stufe 1+ Systeme sind zu unflexibel für gute Ergebniss (Stufen siehe oben).
  • Eine Fail-Safe-Funktion ist dringend zu empfehlen.
  • Die Tank-Größe sollte mindestens 5 Liter betragen, und er Tank sollte wegen Wärme nicht im Motorraum setzen.

Alles aus obigem Buch, für Details aber bitte selber das Buch lesen (€9,99). Ich übernehme keine Gewähr.