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Die Wassereinspritzung ist ein Verfahren zur Leistungssteigerung von Verbrennungskraftmaschinen.
Dabei wird in den Ansaugtrakt eines aufgeladenen Kolbenmotors oder nach dem Verdichter einer Gasturbine Wasser oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch in die Verbrennungsluft eingespritzt. Das Verfahren ist wieder in der Untersuchung, da es den Schadstoffausstoß, insbesondere von Stickoxiden von Strahltriebwerken, senken und deren Lebensdauer erhöhen kann.
Die eingespritzten Flüssigkeiten dienen dabei durch die aufzubringende Verdampfungswärme einer effektiven Innenkühlung der Maschine und als Ladeluftkühlung. Durch die höhere Dichte der Verbrennungsluft ergibt sich eine Leistungssteigerung. Des Weiteren kann der Zündwinkel weiter in Richtung Frühzündung eingestellt werden, da die kühlere Brennluft weniger zum Klopfen neigt.
Wassereinspritzung wurde vornehmlich im Zweiten Weltkrieg und in den 1950er Jahren zur Leistungssteigerung von Maschinen in der Luftfahrt eingesetzt. In den 1980er Jahren entdeckte die Formel 1, als noch Turbomotoren von der FIA erlaubt waren, die Vorzüge von Wassereinspritzungen neu. Aktuell werden Wassereinspritzungen im Motorsport, beispielsweise in der Rallye-Weltmeisterschaft (WRC), eingesetzt. Die Technologie ist seitdem weiterentwickelt und verfeinert worden. Moderne Wassereinspritzanlagen regeln die Einspritzmenge mittels der Daten des Luftmassenmessers oder über den anliegenden Ladedruck.
Auch bei Zweitakt-Motoren fand die Wassereinspritzung Anwendung. Durch Eindüsen von flüssigem Wasser in den Auspuff wurde die Schallgeschwindigkeit im unteren Drehzahlbereich maßgeblich vermindert. Dadurch konnte der Resonanzeffekt des Auspuffs auch nach unten verschoben werden. Dadurch wurde die Drehmomentkurve und damit die Leistungscharakteristik deutlich flacher und das nutzbare Drehzahlband wesentlich erhöht. Vor allem Honda setzte diese Technik in den 1980er-Jahren im Rennbereich ein.
Die Technik kommt heute beim Fahrzeugtuning zum Einsatz. Darüber hinaus erfolgt der Einsatz im Versuch zur Beeinflussung des Abgasverhaltens von Dieselmotoren.
Auch im Bereich der Diesel-Blockheizkraftwerke wird Wassereinspritzung seit kurzem angewendet.
KC-135 beim Start mit Wassereinspritzung. Die Rauchschwaden sind gut zu erkennen
Besonders nach der Entwicklung der ersten strahlgetriebenen Passagierflugzeuge wurde die Wassereinspritzung zur Schuberhöhung beim Start verwendet. Man sprach in solchen Fällen von einem "Naßstart". Hierzu wurde destilliertes Wasser oder ein Wasser-Methanol-Gemisch in die Triebwerke eingespritzt, um deren Leistung für Volllaststarts zu erhöhen. Diese Schuberhöhung kommt durch zwei Faktoren zustande: Zum Einen erzeugt die Verdampfung des Wassers zusätzliches Gas und damit zusätzlichen Schub (Umsetzung von Wärmeenergie in Volumenarbeit). Aus einem Liter Wasser entstehen bei 25°C und 1013 hPa Druck so 135 Liter Wasserdampf. Zum Zweiten wird das Triebwerk durch die Verdampfungsenthalpie des Wassers gekühlt, so dass dort mehr Treibstoff verbrannt werden kann, ohne die zulässige Betriebstemperatur des Triebwerks zu überschreiten. Ein Nachteil des Verfahrens waren teilweise starke Rauchschwaden, die Flugzeugtriebwerke beim Naßstart entwickeln konnten, wenn Wasser- und Treibstoffzufuhr nicht aufeinander abgestimmt waren. Naßstarts werden zur Zeit nur selten durchgeführt.[1]
Ein Grund hierfür ist darin zu suchen, dass heutzutage in hohem Maße zweistrahlige Flugzeuge zum Einsatz kommen. Diese müssen für den Fall eines Triebwerksausfalls hohe Leistungsreserven vorhalten, weshalb sie meist stark genug motorisiert sind, um auch ohne Wassereinspritzung problemlos starten zu können. Ein weiterer Grund liegt in verstärktem Materialverschleiß: Beim Start wurde das Wasser in die bereits laufenden und dementsprechend heißen Triebwerke eingespritzt, die dadurch schlagartig abgekühlt wurden, was zu Verschleiß durch plötzliches Zusammenziehen des Materials führte. Aus diesen Gründen wurden Naßstarts nur relativ selten angewandt.
Wichtige Flugzeugtypen, bei denen Wassereinspritzung zum Einsatz kam, waren die Boeing 707, die Douglas DC-9, und die Sud Aviation Caravelle und das bekannte Bombenflugzeug Boeing B-52 der US Air Force. Auch die ersten Baureihen der Boeing 747 nutzten diese Technik, insbesondere in Triebwerken vom Typ Pratt & Whitney JT9D. Die entsprechenden Anlagen wurden jedoch später aus den meisten Flugzeugen entfernt.[2]
Ein missglückter Naßstart war die Ursache für die spektakuläre Landung einer BAC 1-11 auf der A7 nördlich von Hamburg am 6. September 1971. Ein Techniker hatte anstelle von Wasser Kerosin in die entsprechenden Tanks gefüllt, so dass beide Triebwerke wegen Überhitzung ausfielen.
Wasserdiesel
- ↑ http://www.luftpiraten.de/glos_w00.html Luftfahrtglossar auf luftpiraten.de
- ↑ http://books.google.de/books?id=2yrCF9-XE7YC&pg=PA179&lpg=PA179&dq=wassereinspritzung+flugzeug&source=bl&ots=4FdgH8zvdc&sig=qJ87AbKsjcueBG-x9oWPdURuArY&hl=de&ei=vJ59SvydHoqC_AbKysXnBw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=8#v=onepage&q=wassereinspritzung%20flugzeug&f=false Buchausschnitt auf google-books, abgerufen am 8. August 2009
