Auflade- Technische Konferenz, kurz ATK, Dresden 2025
Effizienzsteigerung durch Wassereinspritzung bei aufgeladenen Ottomotoren
Basis für den Untersuchung am 4 Zylinder bildet ein Projekt der Firma Abt zur signifikanten Leistungssteigerung eines 4,0l V8 Bi-Turbo Ottomotors aus einem Audi RS7, mit dem Ziel, eine Leistung von 1.000 PS bei voller Alltagstauglichkeit und Langlebigkeit zu realisieren.
Die zentrale Herausforderung bei derart hohen Ladedrücken ist die erhöhte thermische Belastung, die zu einer starken Klopfneigung des Motors führt und dessen Potenzial limitiert. Als Lösung für diese Problematik wurde ein speziell entwickeltes, geregeltes indirektes Wasser-Ethanol-Einspritzsystem (IWI-System) implementiert.
Dieses System spritzt ein Wasser-Ethanol-Gemisch vor den Drosselklappen in die Ansaugluft ein. Durch die hohe Verdampfungsenthalpie des Wassers wird die Ladelufttemperatur unter Volllast um bis zu 25 % gesenkt. Diese Kühlung verschiebt die Klopfgrenze erheblich, was wiederum höhere Ladedrücke und eine optimierte Zündstrategie ermöglicht. Ergänzt wurde dieser Ansatz durch weitere Modifikationen wie optimierte Turbolader mit spezieller Kugellagerung, verstärkte Kolben und Pleuel sowie eine verbesserte Ladeluftkühlung. Trotz dieser Maßnahmen war das Erreichen des Leistungsziels von 1.000 PS erst durch den Einsatz des IWI-Systems möglich, da es die thermischen Probleme und die damit verbundene Klopfneigung entscheidend unter Kontrolle brachte.
Der Fokus in der Zusammenarbeit ABT & TESONA liegt auf der Validierung der Erkenntnisse vom V8 Biturbo durch eine Messung auf einem Motorenprüfstand mit einem VAG 4-Zylinder-Otto-Turbomotor.
Bei diesem Versuch wurde ebenfalls eine einzelne Einspritzdüse vor der Drosselklappe platziert. Der Motor wurde in einem stationären Betriebspunkt bei 3000 U/min und 75% Last betrieben, wobei die Ladelufttemperatur künstlich erhöht wurde, um reale Fahrbedingungen zu simulieren. Ohne Anpassung der Motorsteuerung führte die reine Einspritzung von Wasser zu bemerkenswerten Reaktionen: Die Motorsteuerung regelte den Zündzeitpunkt sofort in Richtung „früh“ und stellte das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von „fett“ auf „mager“ um. Gleichzeitig konnte die Ansauglufttemperatur um 15 % und die Abgastemperatur um 5 % gesenkt werden. Besonders eindrucksvoll war, dass eine unter bestimmten Lastpunkten mit 95-Oktan-Kraftstoff auftretende klopfende Verbrennung durch die Wasserapplikation vollständig eliminiert werden konnte.
Das Projekt zeigt das Potenzial der Wassereinspritzung zur Leistungs- und Effizienzsteigerung. Die Technologie ermöglicht nicht nur höhere Leistungen, sondern schont auch thermisch hochbelastete Bauteile und erhöht die Dauerhaltbarkeit.
Basierend auf dieser Messungen wird nun gemeinsam eine Wassereinspritzanlage validiert, um das Volle Potential am VAG 4 Zylinder aufzuzeigen um auch bei diesen Fahrzeugen ( Downsizing ) eine hohe Leistung zu realisieren und den Kraftstoffverbrauch durch den möglichen Verzicht auf eine Volllastanfettung zu senken.