Wassereinspritzung selbst bauen

Ich moechte ein Thema diskutieren, welches oft angesprochen, aber scheinbar in der Praxis von niemandem (zumindest hier im Forum) umgesetzt wird: Wassereinspritzung.

Ich will das mit an meinem Spassauto, ein Ibiza 1.9 TDI (ASV) ausprobieren. Und ich will das Ganze selbst bauen.
Bitte keine Diskussionen hier um die Sinnhaftigkeit dieses Vorhabens, insbesondere nicht im Zusammenhang mit dem momentan ausgereizten Leistungspotential des Motors. Hier soll es nur um die Durchfuehrbarkeit der Wassereinspritzung und die damit verbundenen physikalischen Effekte gehen.

Zur Theorie: Durch Verdampfung entzieht das eingespritzte Wasser der heissen, verdichteten Ladeluft Energie. Damit sinkt die Temperatur, und dementsprechend auch der Druck. Da das MSG auf konstanten Druck regelt, verbessert sich die Zylinderfuellung mit Sauerstoff.

Wieviel genau, habe ich mit simpler Thermodynamik berechnet. Naeheres Details zur Rechnung hierzu gibt das angehaengte PDF (waes.pdf), eine Uebersicht der zu erwartenden Temperaturabsenkung gibt das Schaubild. Als grober Anhaltspunkt fuer diejenigen welche das nicht anschauen und durchlesen wollen: Bei 1 bar Ueberdruck, 2000 rpm, und einem Wassereinspritzfluss von 100 g / min wird eine Ladeluft-Temperatur von 373 K um 60 K abgesenkt. Bitte beachtet, dass diese Berechnung von idealen Bedingungen ausgeht und beispielsweise eine perfekte Zylinderfuellung (ohne Stroemungsverluste) voraussetzt.

Mit dieser Berechnung hat man also eine Hausnummer um sich den Selbts-Aufbau einer W-Einspritzung zu ueberlegen. Die kommerziellen Kits sind mir im Euro-Raum naemlich viel zu teuer. Nach intensiver Recherche im Internet hat sich herausgestellt, dass die groesste Schwierigkeit das Beschaffen einer wasserfesten Pumpe mit ausreichend Druck (> 10 bar) bei 12 V Eingangsspannung ist. Ich habe vor, eine Vibrationspumpe aus einem alten Espressoautomaten (Bild s.u.), welche ca. 15 bar bei einem Fluss von 100 g / min, bei einer Leistungsaufnahme von 48 W liefert. Die Pumpe muss aber leider mit 230 V betrieben werden, das loese ich ueber einen 300 W Spannungswandler im Auto.

Eingeschaltet werden soll das Ganze ueber eine einfache Schwellenschaltung, in Abhaengigkeit des Ladedrucks. z.B. ab 0.8 bar Ueberdruck. Aufgrund des einfachen Aufbaus, ohne Regelung des Wasser-Massenstroms, wird natuerlich pr Kolbenhub bei wenig Drehzahl mehr Wasser im Zylinder landen als bei hoher Drehzahl. Das ist ein durch meine Pumpe limitiertes Problem.

Destilliertes Wasser wollte ich direkt aus dem Scheibenwischwasserbehaelter entnehmen. Eine Kontrolle fuer das Leerlaufen des Behaelters soll erst einmal entfallen.

Als Einspritzort scheint mir die Position direkt nach dem LLK, vor dem Ladelufttemperatursensor, ideal. So kann man sofort den Effekt der Temperaturreduktion vie OBD sehen.

Meine groesste Frage ist jetzt:
Wo bekomme ich eine geeignete Duese her, welche passed zum Druck der Pumpe (15 bar) circa 100 g Wasser pro Minute durchlaesst? Und dabei fein zerstaeubt? Wie fein muss es sein?


Also, immer raus mit Vorschlaegen, Infos und Ideen. Der grosse Vorteil fuer Euch ist ja, dass hierbei nur mein Motor geschrottet wird


LG Georg

Wie heiss wird denn der ASV-Umluftofen (die Ladeluft) eigentlich ?

Mein 1Z im G3 (ich weiss nicht mehr ob mit den org. 0,9 oder den späteren 1,1 bar) bot recht schnell 30K über "Aussen".

Mein Front-LLK im 3C ist da bei 1,5 bar doch etwas effektiver

Hintergrundinfo: Selbst auf 165PS aufgeblasen ist bei dem Motor die Ladelufttemperatur im grünen Bereich.

Lass den Quatsch. Feuchtigkeit mag der Sensor nicht. Andere Maßnahmen sind effektiver.
Der relativ kleine LLK fahrerseitig links ist zwar nicht optimal, ich würde es trotzdem nur bei einer Reinigung und optischer Dichtheitskontrolle belassen.

Der Ibiza hat nen recht kleinen Seiten-LLK.

Ist zwar lange her, aber ich glaube schon das ich im Hochsommer Temperaturen ueber 80 Grad Celsius hatte.

Leut, Ihr seid mir doch Spassbremsen :/

Da will ich noch was basteln ueber den Winter und Ihr erzaehlt mir alle, dass es keinen Sinn hat. Das glaub ich euch sogar, und wer waere ich denn wenn ich Leute mit echter Praxiserfahrung anzweifeln wuerde

Trotzdem find ich's interessant und moechte es einfach probieren. Ich verspreche auch nacher nicht das Forum zum heulen zu missbrauchen

Zitat:

Hochsommer Temperaturen ueber 80 Grad Celsius hatte.

Dann stimmt da was nicht, der für diesen Motor verbaute LLK ist normalerweise ok.

Fallgruben sind Unfallreparaturen wo vergessen wird die Belüftungsöffnung in der Stossstange anzupassen oder simpler Schmutz.

Siehe auch:
http://community.dieselschrauber.de/viewtopic.php?t=3054

Viele Grüsse, Rainer

@Rainer ,

Ah ja, deine Ladelufttemperatur-Messung aus den grauen Anfangszeiten dieses Forums. Ja, die zeigen sehr schoen dass eine Wassereinspritzung bei 1 bar nicht noetig ist.

Meine Ladeluft-Temperatur von ca. 80 Grad Celsius, bei ca. 30 Grad Celsius Aussentemperatur, kam mit ca. 1.2 bar zustande. Das passt Pi mal Daumen recht gut ueberein mit deinen ca. 55 Grad Celsius bei 19 Grad Aussentemperatur und 1 bar Ladedruck.

Ok, ich geb mich geschlagen und erklaere die vollkommene Sinnfreiheit dieses Bastelprojektes. Es ist jetzt Samstag um halb drei, und ich gehe jetzt erst mal runter in die Garage um den (ZK-) Kopf abzunehmen. Der Wechsel der ZKD ist momentan ein draengenderes Problem.


LG, Georg

weißte was das 2/1min auf der ULKA bedeutet? 2min laufen, 1min abkühlen Die EP5 ist vielleicht nicht die beste Wahl, eine Invensys wäre eventl. besser. Ich habe noch ein 90° Stück mit Außengewinde und Nippel falls Dir das was nutzt, das kann bei Bedarf an die Ulka dran da kannste das hintere Überdruckventil galant durch das 90° Stück ersetzen.

Besser wäre noch einen Membrandruckregler von SAECO zu verbauen, der macht den Volumenstrom viel gleichmäßiger, denn die ULKA fördert sonst schubweise und weniger konstant. Der Abgang ist dann allerdings für eine Teflonleitung mit Splint.



Für Düsen guckst Du hier: http://www.ps-motorentechnik-shop.de/index.php/cat/c89_Zerstaeuberduesen.html

Haha Deus, irgendwie konnte ich mir aufgrund deiner Beitraege hier im Forum gut vorstellen, dass Du Dich mit sowas schon auseinandegesetzt hast.

Das mit dem 2/1 min war mir nicht klar. Duerfte in der Praxis aber hinkommen, weil ich ohnehin nicht so der Dauervollastfahrer bin (und das ein weiterer Grund ist, warum ich Wassereinspritzung eigentlich nicht brauche).

Die von dir verlinkten Duesen sind mir irgendwie zu teuer. Nicht absolut, aber fuer ne einfache Duese find ich es teuer. Ist halt der Premiumpreis fuer ein Tuningprodukt. Aber wenn's sein muss dann muss es.

Bezueglich der 90 Grad Umlenkung melde ich mich eventuell bei Dir, muss nach Zusammbau meines Motors schauen wo ich die Pumpe am besten platziere (schreibt man das mit tz oder z nach der neuen dt. Rechtschreibung?).

Das gibt es schon seit ca. 5 Jahren,
ist von führenden Herstellern erprobt und für gut befunden,
aber leider in den Schubladen verschwunden.

@Georg: Nene, ich habe (jetzt ohne Spaß!) meine Espressomaschine umgebaut und mich daher mit diesen Pumpen, Rückschlagventilen und Membranreglern ausführlich beschäftigt.
Da ich auch zuvor die EP5 verbaut hatte war das quasi ein dezenter deja-vu-Effekt

Georg_G hat folgendes geschrieben:

Als Einspritzort scheint mir die Position direkt nach dem LLK, vor dem Ladelufttemperatursensor, ideal. So kann man sofort den Effekt der Temperaturreduktion vie OBD sehen.

Moin,

da hast Du ein prima Winterprojekt angedacht und Du wirst positive überrascht sein wenn´s umgesetzt ist.

Ein Tipp zum Einbauort der Zerstäuberdüse:
Möglichst nahe am/im Ansaugtrakteingang verbauen, dadurch erreichst Du eine bessere Verbrennungsraum/Kolbenkühlung und es erfolgt keine Kondensation des Wassernebels, die zwangsläufig eintritt wenn der Wassernebel "weite" Wege zurück legen muss.
Ein Nebeneffekt ist zudem das das Verkoken deutlich reduziert wird.
Die von Deus Violentia vorgeschlagenen Düsen mit Gehäusegewinde sind perfekt, da diese sowohl im Ladedruckschlauch als auch auch im Alugehäuse verschraubt werden können.
Und Du brauchst nur EINE Düse.
Ich hatte allerdings 2 verbaut 1. Düse für den Normalbetrieb, 2. Düse Zuschaltung bei Hängerbetrieb.

Dann musst Du noch ein Rückschlagventil zwischen Düse und Pumpe verbauen, ansonsten drückt es das Wasser aus Leitungen und Pumpe.
Am Wasserentnahmeort sollte ein möglichst feiner Filter Verunreinigungen rausfiltern, ich verwende einen Sinterfilter
[img]www.mccoi.de/neushop/images/artikel/24.jpg[/img]

Nur die Wahl der jetzigen Pumpe würde ich bei längerem Einsatz überdenken.
Beachte das die Pumpe unterhalb der Wasserlinie/Vorratsbehälter montiert werden sollte.
Und unterschätze nie die Betriebsdauer der Pumpe. Wenn wir z. B. mit 4 Personen und 4 Bikes auf dem Hänger in die Dolos reiten leistet die Pumpe mehr als 30 Minuten Dauerbetrieb auf dem Weg von Kufstein bis Italien. Der Motor muss dann mehr als 3 Tonnen die Alpen hoch schleppen.

Die Minderung der Ladelufttemp. ist ein Effekt der reinen Wassereinspritzung, der Haupteffekt/Leistungszuwachs erfolgt erst im Verbrennungsraum wenn dann ein Wasser/Menthanolgemisch explosionsartig "verdampft".

Zudem reduziert Du den Stickoxid und Russanteil.

Hi,
ich verstehe die Aussagen nicht ganz.
a)

Zitat:

...und es erfolgt keine Kondensation des Wassernebels, die zwangsläufig eintritt wenn der Wassernebel "weite" Wege zurück legen muss

Warum muß zwangsläufig Kondensation eintreten? Woher soll nach der Verdampfung die weitere Abkühlung der Ladeluft unter den Taupunkt ausgelöst werden?
b)

Zitat:

...der Haupteffekt/Leistungszuwachs erfolgt erst im Verbrennungsraum wenn dann ein Wasser/Menthanolgemisch explosionsartig "verdampft".

Dieses Gemisch wurde wohl eher bei Benzinmotoren eingesetzt, um die Klopffestigkeit zu erhöhen und damit höhere Kompressionswerte zu erlauben. Daher und durch den zusätzlichen Kraftstoff kommt der Leistungszuwachs. Dabei muß eingespritzte Wassermenge auf jeweilige Last des Motors abgestimmt sein.
Die Einspritzung von Wasser in die Ladeluft zur Verdunstung und LL-Kühlung und die Beimischung von Wasser in flüssiger Form in den Verbrennungsprozess zu dessen Kühlung sind zwei unterschiedliche Dinge.
hg
Herbert

Moin Herbert,

zu A) Stichwort Kontaktkondensation. Jede Art von zerstäubter/vernebelter Flüssigkeit/Nassdampf schlägt sich nieder wenn er mit einer Kontaktfläche (Feinpartikel in der Luft oder z. B. Ansaugschlauchwandung) in Berührung kommt. Dann bilden sich erst Tröpfchen, dann Tropfen bis hin zum "Rinnsal" und dieser Effekt tritt verstärkt auf je länger die zurückzulegende Strecke ist und jeder Winkel/Durchschnittsänderung verstärkt den Effekt.
Das hat weniger mit dem Taupunkt (Sättigung) zu tun sondern mit Strömungslehre.
Im ungünstigsten Fall kann es sogar zu einer "Wasseransammlung" kommen z. B. bei Wassereinspritzung vor einem (tief liegenden) LLK. Wenn dann grössere Mengen davon angesaugt und verdichtet werden kommt der Kolben nicht mehr bis OT und das Pleuel verbiegt/bricht.

zu B) Ja, die Klopffestigkeit bei Benzinern wird bei Wasser/Menthol-Gemisch deutlich verbessert aber es handelt sich bei dieser Anwendung um einen Diesel und ist somit vernachlässigbar.
Sowohl bei der reinen Wassereinspritzung als auch beim Wasser/Menthol-Gemisch erfolgt eine Leistungssteigerung beim Diesel, die beim Wasser/Menthol-Gemisch aber höher ausfällt.

Die Leistungssteigerung bei der hier behandelten Wassereinspritzung wird zum Einen durch die Abkühlung der Ladeluft erreicht (verbesserte Füllung da Luftdichte besser) als auch der Aggregatzustandesänderung des Wassers beim Verdichtungsprozess/Verbrennung.
Wenn die Ladelufttemperatur durch die Wassereinspritzung um beispielsweise 30 Grad herabgesetzt wird so ist die Abgastemp. ein vielfaches dessen niedriger, bedingt durch die Aggregatszustandsänderung/Verpuffung.

Herbert hat folgendes geschrieben:

.. und die Beimischung von Wasser in flüssiger Form in den Verbrennungsprozess .....

Wenn ich dich recht verstehe handelt es sich hierbei um ein anderes Verfahren das nix mit dem hier behandelten Thema zu tun hat. Bei diesem Verfahren wird Wasser direkt mittels Einspritzdüse in den Verbrennungsraum eingespritzt. Meist im Schichtverfahren bei dem bei jedem Einspritzzyklus erst Diesel dann Wasser u.s.w. über eine Einspritzdüse eingespritzt wird. Ein anderes Verfahren mit Emulsionen hat sich nicht so recht durchsetzen können.

Hi Jürgen,
eine "Kontaktkondensation" gibt es, wenn die Oberfläche der Wandung zu kalt ist (das hat dann nichts mit Strömungslehre zu tun). Weiter kann im Wandbereich Kondensation auftreten, wenn durch die Strömung an den Wandflächen Unterdruck entsteht (dann sind wir aber wieder beim Taupunkt). Ich setze voraus, daß eine Wassereinspritzung so ausgelegt wird, daß beides nicht auftritt. Sonst ist das Design unbrauchbar. Insbesondere spritzt man deswegen nicht vor einem LLK Wasser ein, und man regelt den Zusatz nach Luftmasse und Temperatur.
Was du mit dem Methanolzusatz beim Diesel willst, ist nicht nachvollziehbar. (Methanol, nicht Menthol ). Leistungssteigerung auf Grund der Methanolverbrennung? Dazu spritzt man mehr Diesel ein, deswegen wird ja die LL abgekühlt und die LM erhöht.
BTW, mit einem richtig ausgelegten Ladeluftkühler ist der ganze Aufwand überflüssig.
Den Begriff "Verpuffung" verwendest Du falsch.
hg
Herbert