Wassereinspritzung
Wassereinspritzung ist keine neue Idee und keine Wunderlösung. Sie ist ein präzise einsetzbarer Hebel, der eine einzige Sache tut: Sie verschiebt die Klopfgrenze des Ottomotors. Alles, was danach als Gewinn erscheint – höhere Leistung, niedrigerer Verbrauch, geringere Abgastemperatur, weniger Stickoxide –, ist die Folge dessen, was ein Motorentwickler mit dieser verschobenen Grenze macht.
Der Überblick: 80 Jahre, zwei Ausgabeoptionen, eine offene
1944 ging es um Notleistung. Die Luftwaffe spritzte ein Methanol-Wasser-Gemisch vor den Lader (MW 50), die Alliierten dasselbe Prinzip unter dem präziseren Namen Anti-Detonation Injection. Das Ziel war nicht Kühlung als Selbstzweck, sondern Klopfabstand, den die verfügbare Kraftstoffqualität nicht hergab. Das Ergebnis: bis zu 500 PS Zugewinn, aus einem Motor der 1.600-PS-Klasse wurden über 2.000 PS – begrenzt auf zehn Minuten, danach fünf Minuten Pause. Wassereinspritzung war von Anfang an ein Ersatz für Oktanzahl. → Die ganze Geschichte, von MW 50 bis heute
Dasselbe Prinzip liefert heute vergleichbare Zuwächse. Beim BMW M4 GTS, dem ersten modernen Serienstraßenfahrzeug mit Wassereinspritzung, senken fünf Liter destilliertes Wasser die Ansaugtemperatur um rund 25 °C und erlauben eine Ladedruckanhebung um etwa ein Viertel – 16 Prozent mehr Leistung, 10 Prozent mehr Drehmoment. Im Veredlerbereich geht ABT Sportsline mit dem System IWI (Indirect Water/Ethanol Injection) weiter: Der Fünfzylinder des Audi RS 3 steigt von 400 auf 630 PS, die Sondermodelle RS 6 und RS 7 erreichen bis zu 1.000 PS. ABT begründet den Einsatz ausdrücklich mit dauerhafter Leistungsabgabe – ohne dass die Motorsteuerung aus Bauteilschutzgründen zurückregelt. → Warum die Klopfgrenze das alles limitiert
Effizienz und Leistung sind zwei Verwendungen desselben Klopfabstands: am selben Betriebspunkt nicht beides gleichzeitig, über das Kennfeld verteilt schon. Eigene Darstellung.Die Beobachtung, die daraus folgt. Von MW 50 über den Oldsmobile Jetfire und die Formel-1-Turboära bis zu M4 GTS und IWI wurde der gewonnene Klopfabstand fast immer auf dieselbe Weise ausgegeben: in Ladedruck, also in Leistung. Der Klopfabstand ist aber ein Guthaben, und es gibt eine zweite Verwendung – ein früherer Zündzeitpunkt und der Verzicht auf die Kühlanfettung. Diese Option hat 80 Jahre lang niemand systematisch ausgereizt, weil es dafür keinen Grund gab. → Die vier Verwendungen des Klopfabstands
Genau das haben wir vermessen. An einem aufgeladenen Serien-Ottomotor, 36 Betriebspunkte, gleiche Physik, andere Ausgabe: 7,4 Prozent weniger Kraftstoffverbrauch, 69 Prozent weniger Stickoxide, bis zu 92 °C niedrigere Abgastemperatur – jeweils gegenüber dem Serienbetrieb am identischen Betriebspunkt, im Volllastfall angefettet bei λ ≈ 0,91. → Alle Messergebnisse mit Bezugsbasis
Warum der Grund jetzt existiert. Mit der Verordnung (EU) 2024/1257 entfällt die Volllastanfettung als zulässige Kühlstrategie. Damit fällt der Hebel weg, mit dem aufgeladene Ottomotoren ihre thermische und ihre Klopfgrenze jahrzehntelang aufgeweicht haben. → Euro 7 und das Ende der Volllastanfettung
Und die Einschränkung, die dazugehört. Zwei, um genau zu sein. Erstens: Ohne Zugriff auf die Zündwinkel- und Lambdakalibrierung wirkt Wassereinspritzung nicht – in unseren Messungen stieg der Verbrauch ohne Kalibrierungsanpassung um 4 bis 10 Prozent. Zweitens: Effizienz und Leistung sind zwei Verwendungen desselben Guthabens, nicht beides gleichzeitig am selben Betriebspunkt. Und für viele Motoren ist Wassereinspritzung nicht die richtige Maßnahme, weil Miller-Steuerzeiten, gekühlte Abgasrückführung oder Vorkammerzündung dasselbe ohne zweites Betriebsmedium leisten. → Wo Wassereinspritzung nicht ersetzbar ist
Der folgende Teil führt die einzelnen Punkte aus. Wer direkt in ein Thema einsteigen will, findet unten die vollständige Übersicht aller Beiträge.
Warum das Thema gerade jetzt relevant ist
Jahrzehntelang hatten Entwickler von aufgeladenen Ottomotoren einen einfachen Hebel gegen Klopfen und thermische Bauteilbelastung im oberen Lastbereich: Anfettung. Mehr Kraftstoff als stöchiometrisch nötig kühlt das Gemisch und den Abgastrakt. Der Preis war hoher Verbrauch und hohe CO-Rohemission – akzeptabel, weil dieser Betriebsbereich in den Zertifizierungszyklen kaum vorkam.
Mit der Verordnung (EU) 2024/1257 (Euro 7) fällt dieser Hebel weg. Der gesamte Lastbereich muss stöchiometrisch betrieben werden. Damit entsteht eine Lücke, die auf einem von drei Wegen geschlossen werden muss: durch Verzicht auf spezifische Leistung, durch zusätzliche Hardware wie gekühlte Abgasrückführung oder Vorkammerzündung – oder durch ein zweites Betriebsmedium, das die Kühl- und Klopfschutzfunktion der Anfettung übernimmt.
Wassereinspritzung ist die dritte Option. Ob sie die richtige ist, hängt vom Anwendungsfall ab, und die Antwort lautet für den PKW-Massenmarkt oft nein.
EU7 und das Ende der Volllastanfettung
Was Wasser im Brennraum physikalisch tut
Drei Effekte wirken gleichzeitig:
Verdampfungskühlung. Wasser hat eine spezifische Verdampfungsenthalpie von etwa 2.257 kJ/kg – rund das Fünf- bis Sechsfache von Benzin. Jedes eingebrachte Gramm entzieht der Ladung entsprechend Wärme, bevor die Verbrennung beginnt.
Verdünnung und Wärmekapazität. Wasserdampf im Brennraum erhöht die Wärmekapazität des Arbeitsgases und verlangsamt den Druck- und Temperaturanstieg während der Verbrennung.
Erhöhte Klopffestigkeit des Endgases. Beide Effekte zusammen halten das noch unverbrannte Gemisch in der Randzone unterhalb seiner Selbstzündungsgrenze – auch bei Zündzeitpunkten und Ladedrücken, bei denen es sonst klopfen würde.
Die Wirkungskette endet damit aber nicht, sie beginnt dort. Der gewonnene Klopfabstand wird in einen früheren Zündzeitpunkt umgesetzt, die Verbrennungsschwerpunktlage rückt näher an das thermodynamische Optimum, und daraus entsteht der Wirkungsgradgewinn. Ohne diesen zweiten Schritt bleibt nur die Verdünnung – und die kostet Wirkungsgrad.
Wirkprinzip der Wassereinspritzung im Detail → Klopfen und die Klopfgrenze verstehen
Was messbar erreichbar ist
In einer Messkampagne an einem aufgeladenen Serien-Ottomotor (Audi EA888 evo4, 36 Betriebspunkte, Februar 2026) am Motorprüfstand ergaben sich mit angepasstem Zündwinkel und angehobenem Lambda die folgenden Größenordnungen. Alle Werte sind Änderungen gegenüber dem jeweils gemessenen Basispunkt derselben Betriebsbedingung:
| Kenngröße | Änderung | Bezugsbasis |
|---|---|---|
| Spezifischer Kraftstoffverbrauch | −1,8 % bis −7,4 % | Serienbetrieb am selben Betriebspunkt, im Volllastfall angefettet (λ ≈ 0,91) |
| NOx-Rohemission | bis −69 % | derselbe Volllastpunkt, ohne Wassereinspritzung |
| CO-Rohemission | bis −40 % | derselbe Volllastpunkt, ohne Wassereinspritzung |
| Abgastemperatur vor Katalysator | −43 bis −92 °C | Betriebspunkte 3.000–4.250 min⁻¹ |
| Unverbrannte Kohlenwasserstoffe | +63 % bis +89 % | derselbe Volllastpunkt, ohne Wassereinspritzung |
Die letzte Zeile gehört hierher. Der Anstieg der HC-Rohemission ist die physikalisch zwangsläufige Kehrseite der niedrigeren Verbrennungstemperatur und wird in dieser Größenordnung vom Dreiwegekatalysator umgesetzt – aber er gehört in jede ehrliche Darstellung.
Prüfstandsergebnisse im Detail
Wo Wassereinspritzung nicht die Antwort ist
Wassereinspritzung konkurriert mit Maßnahmen, die dieselben Wirkmechanismen bedienen, ohne ein zweites Betriebsmedium zu erfordern: stärkere Miller-Steuerzeiten, hohe Verdichtungsverhältnisse, gekühlte Abgasrückführung, Vorkammerzündung, hohe Einspritzdrücke. Wo diese Maßnahmen ausreichen, gibt es kein Argument für einen zweiten Tank, eine zweite Medienstrecke, eine Frostschutzstrategie und die zugehörige Diagnose.
Volle Fläche: wirksamer Bereich, blasse Fläche: Wirkung nimmt ab. Die Maßnahmen ergänzen sich; bei hoher Leistungsdichte bleibt Wassereinspritzung als einziger Hebel mit vollem Betrag. Qualitative Einordnung, eigene Darstellung.Alle drei Alternativen haben dieselbe Grenze: Ihre Wirkung nimmt mit steigender Last ab, genau dort, wo die thermische Belastung am größten ist. Wassereinspritzung verhält sich umgekehrt.
Premium-Hersteller haben diese Abwägung öffentlich getroffen und Wassereinspritzung im Ottomotor bewusst abgewählt. Das ist kein Argument gegen die Physik, sondern ein Hinweis darauf, wo die Anwendungsgrenze verläuft: Wassereinspritzung wird dort interessant, wo die Alternativen technisch nicht ausreichen oder wirtschaftlich nicht darstellbar sind – bei hoher Leistungsdichte, bei Dauerhochlastprofilen, bei Bestandsmotoren ohne Zugriff auf die Brennverfahrensauslegung, und im Wasserstoff- und Gasmotor, wo Wasser einen echten Konzepthebel darstellt.
Wo Wassereinspritzung nicht ersetzbar ist
Alle Beiträge dieses Themenbereichs
- Wirkprinzip: Verdampfungskühlung, Verdünnung, Klopffestigkeit
- Klopfen und die Klopfgrenze im aufgeladenen Ottomotor
- EU7 und das Ende der Volllastanfettung
- Wo Wassereinspritzung nicht ersetzbar ist
- Prüfstandsergebnisse am aufgeladenen Serien-Ottomotor
- Die Geschichte der Wassereinspritzung
- Glossar und häufige Fragen
Wie ein Wassereinspritzsystem aufgebaut ist
Prinzipschaltbild ohne Angaben zu Drücken, Dosiermengen oder Bauteiltypen. Eigene Darstellung.Die Systemkette ist der eigentliche Aufwand der Technologie: Tank, Medienstrecke, Filterung, Dosierung, Diagnose und eine Entleerungsstrategie für den Frostfall. Genau diese Kette unterscheidet Wassereinspritzung von Maßnahmen ohne zweites Betriebsmedium – und genau sie ist das Arbeitsgebiet von TESONA.
Wasserqualität: ISO 31120-1
Ein Punkt, der in der Systemauslegung regelmäßig unterschätzt wird, ist inzwischen normiert. ISO 31120-1:2022 legt die Anforderungen an demineralisiertes Wasser für Wassereinspritzsysteme in Straßenfahrzeugen fest – Qualitätsanforderungen an das Einspritzwasser, Vorgaben zu Lagerung und Behältermaterialien, zur Herstellung sowie die zugehörigen Prüfverfahren.
Die Norm ist der praktische Beleg dafür, dass Wasserqualität keine Randbedingung ist, sondern eine Auslegungsgröße mit eigenem Nachweisbedarf. Wer ein Wassereinspritzsystem spezifiziert, spezifiziert damit zwangsläufig auch eine Medienstrecke, eine Filterung und eine Aussage zur Kontaminationsbeständigkeit.
Eine Übersicht zur Norm findet sich beim ISO. TESONA ist für den Inhalt externer Seiten nicht verantwortlich.
Was TESONA in diesem Feld macht
TESONA entwickelt Sensorik und Fluid-Management-Komponenten für Verbrennungsmotoren, unter anderem Dosiermodule für Wasser und Harnstofflösung. Die auf diesen Seiten dargestellten Messdaten stammen aus eigenen Prüfstandskampagnen und sind Eigentum der TESONA GmbH & Co. KG.
Unsere Arbeitsschwerpunkte bei der Wassereinspritzung:
- Design, Konstruktion und Auslegung von Einzelkomponenten für WI-Systeme
- Systemkonstruktion und Systemintegration
- Systemheizung (Smart Heating System, SHS)
- Prototypenbau
- Test und Validierung
- Materialanalyse und Filteranalyse
- Untersuchung der Kontamination, insbesondere zur Vermeidung von Algenbildung bei Verwendung demineralisierten Wassers
Die Anwendbarkeit ist nicht auf Ottomotoren beschränkt. Untersuchungen zeigen, dass sich die Technologie auch am Dieselmotor wirkungsvoll einsetzen lässt – dort mit anderem Zielbild, nämlich Ruß- und NOx-Reduktion statt Klopfabstand.
Für fachliche Rückfragen zu Auslegung, Dosierstrategie oder Systemintegration: Kontakt
Hinweis zu den Messwerten. Alle mit Bezug auf eigene Messungen angegebenen Werte sind Ergebnisse von Einzelmessungen an spezifischen Aggregaten unter definierten Prüfstandsbedingungen. Sie sind keine Zusicherung von Eigenschaften und nicht ohne eigene Validierung auf andere Motoren übertragbar.
Hinweis zu Angaben Dritter. Leistungs- und Systemangaben zu Fahrzeugen und Produkten anderer Hersteller stammen aus deren öffentlichen Veröffentlichungen und sind als Marktbeispiel zitiert. Sie sind von TESONA nicht nachgemessen. Aus der Nennung ergibt sich keine Geschäftsbeziehung und keine Aussage über die Herkunft der dort verbauten Komponenten. Genannte Marken sind Eigentum der jeweiligen Rechteinhaber.
Quellen
- Verordnung (EU) 2024/1257 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 24. April 2024 (Euro 7). ABl. L 2024/1257, 8.5.2024.
- TESONA GmbH & Co. KG: Wassereinspritzung am aufgeladenen Ottomotor – Experimenteller Nachweis der Wirkungsgradverbesserung über den Lastbereich. Eigener Messbericht zur Prüfstandskampagne vom 04.02.2026, Mai 2026.
- Pauer, T. et al.: Optimization of Gasoline Engines by Water Injection. 37th International Vienna Motor Symposium, 2016.
- Durst, B. et al.: BMW Water Injection: Initial Experience and Future Potentials. 38th International Vienna Motor Symposium, 2017.
- Heywood, J. B.: Internal Combustion Engine Fundamentals. 2. Auflage, McGraw-Hill.
- ISO 31120-1:2022 – Road vehicles – Water for water injection systems – Part 1.
- BMW Group Presse: Pressemappe Der neue BMW M4 GTS; BMW M: Darstellung des BMW M Wassereinspritzsystems.
- ABT Sportsline: 130 Jahre ABT – Der RS3 630 schreibt das zweite Kapitel der Jubiläumstrilogie, Juli 2026, sowie Innovative Technologie von ABT Sportsline für noch mehr Leistung: Bis zu 1000 PS für die Sondermodelle Audi RS 6- und RS 7 Legacy Edition.