Entwicklung BMW: Wassereinspritzung senkt Volllastverbrauch

BMW nutzt Prototypentechnik für künftige Serienmodelle im Motorsport: Mittels Wassereinspritzung sollen Leistung und Drehmoment steigen – Verbrauch und Emissionen sollen sinken.

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BMW AG

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Kein Aprilscherz! BMW hat eine Prototypenentwicklung vorgestellt, die man in einem Safety Car in der MotoGP Motorrad-Weltmeisterschaft erstmals zum Einsatz bringt. Verbaut in einem BMW M4 soll eine neue Wassereinspritzung thermisch bedingte Leistungsgrenzen nach oben verschieben. Neben einer Leistungs- und Drehmomentsteigerung sollen auch der Volllastverbrauch und die Abgas-Emission gesenkt werden können.

Neben dem Hauptkühler sollen zusätzliche Kühler für den Hoch- und Niedertemperaturkreislauf sowie für Getriebe und Turbolader für einen ausgeglichenen Temperaturhaushalt sorgen. Die Kühlung der Turbolader erfolgt über eine indirekte Ladeluftkühlung und wird von einer zusätzlichen elektrischen Wasserpumpe unterstützt. Nach einer Prototypenphase im Safety Car soll die Technik in zukünftigen Serienmodellen eingesetzt werden.

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Kühleffekt soll Wirkungsgrad erhöhen

Um die Leistung zu steigern und gleichzeitig Verbrauch und Emissionen zu senken, nutzen die Ingenieure den physikalischen Effekt des Wassers, beim Verdampfen die hierfür erforderliche Energie aus dem Umgebungsmedium zu ziehen. Indem Wasser als feiner Sprühnebel in den Sammler des Saugmoduls eingespritzt wird, soll es beim Verdampfen für eine signifikante Abkühlung der Ansaugluft sorgen. In der Folge sinke die Verdichtungsendtemperatur im Brennraum und damit die Klopfneigung, so dass der Turbomotor mit einem höheren Ladedruck und einem früheren Zündzeitpunkt betrieben werden könnte.

Die geringeren Prozesstemperaturen reduzierten zudem die Entstehung von Schadstoffen, insbesondere die von Stickoxiden (NO_X). Im Ergebnis soll die Wassereinspritzung den Wirkungsgrad des Motors optimieren. Die Technologie sorgt laut BMW für ein Leistungs- und Drehmomentplus bei gleichzeitig besseren Verbrauchs- und Emissionswerten. Trotz der Leistungssteigerung soll die thermische Belastung von performancerelevanten Bauteilen reduziert werden, was insbesondere für die Standfestigkeit und Dauerhaltbarkeit des Turbomotors von Vorteil wäre.

Acht Prozent mehr Leistung und weniger Verbrauch

So liesse sich bei einem Turbomotor, dessen Turbolader bei Nennleistung seine Maximaldrehzahl erreicht, durch zusätzliche Wassereinspritzung eine Leistungssteigerung und Verbrauchsreduzierung bei Volllast von jeweils rund acht Prozent erzielen. Zugleich sollen Leistungsverluste infolge steigender Umgebungstemperaturen (> 20 °C) durch Erhöhung der Wasser-Einspritzmenge kompensiert werden können. Statt mehr Leistung kann die Wassereinspritzung auch gezielt auf Verbrauchsreduzierung ausgelegt werden, was im Volllastbereich weitere Einsparungen ermöglicht.

Im Kofferraum des BMW M4 MotoGP Safety Car ist ein Wassertank mit rund fünf Liter Bruttovolumen untergebracht, der Wasserpumpe, Sensoren und Ventile beherbergt. Die Ansteuerung der Pumpe und der kompletten Sensorik und Aktuatorik erfolgt durch eine erweiterte Motor-Elektronik. In der Praxis befördert die Pumpe das Wasser mit einem Druck von zehn Bar an die Injektoren, wobei die Mengenzuteilung bedarfsgerecht in Abhängigkeit von Last, Drehzahl und Temperatur erfolgt. So sei sichergestellt, dass der Wasserverbrauch auf das erforderliche Minimum beschränkt bliebe. Im Rennstreckeneinsatz muss der Wasserbehälter bei Nachtankvorgang des Kraftstoffes aufgefüllt werden, auf der Straße aktuell bei jedem fünften Tankvorgang. Ein zusätzlicher Wartungsaufwand soll nicht entfallen.

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