BMW sorgt mit Wasser für mehr Feuer

Brände löscht man mit Wasser und in einem Autotank hat Wasser nichts zu suchen. Scheinbar eherne Regeln wie diese müssen wahrscheinlich auf die Probe gestellt werden, wenn das in Serie geht, was BMW gegenwärtig auf seinem Versuchsgelände in Südfrankreich erprobt: Autofahren mit Wassereinspritzung.


Dass ein Bestandteil des Wassers durchaus als Treibstoff taugt, ist nicht neu, gänzlich unglaubhaft klingt aber zunächst die Idee, mit reinem H2O für eine effizientere Funktion von Verbrennungsmotoren zu sorgen. Ausgehend von der Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen zur Leistungssteigerung wie Erhöhung von Verdichtung oder Ladedruck zu unkontrollierten Zündungen (,,Klopfen") führen können, sannen die BMW-Ingenieure auf Abhilfe. Ihre Erkenntnis: Je besser es gelingt, die Temperaturen im Zylinder abzusenken, desto geringer ist die Klopf-Neigung des Motors. Normaler Weise wird das Klopfen durch eine Verschiebung des Zündzeitpunkts verhindert, dies verschlechtert jedoch den Wirkungsgrad des Ottomotors.

Das, was ein Aggregat von außen kühlt, soll künftig nach dem DWI-Prinzip auch von innen helfen. DWI steht für ,,Direct Water Injection" und erklärt dosierte Wasser-Zerstäubung im Ansaugtrakt des Motors und/oder eine direkte Zuführung in den Brennraum. Die eingebrachte geringe Menge der Flüssigkeit verdampft in Sekundenbruchteilen, hat aber den Effekt, dass die dort herrschenden Temperaturen signifikant abgesenkt werden. Nach Erkenntnis der BMW-Entwickler führt die Einspritzung ins Saugrohr zu einer Verringerung um etwa 20 Grad Celsius, die Injektion in den Zylinder noch einmal um etwa 70 Grad. Weniger Hitze bedeutet geringere Gefahr unkontrollierter Zündungen, die Klopf-Neigung des Motors ist im Griff.

Damit kein zusätzlicher Wassertank mitgeführt und aufgefüllt werden muss, stellen sich die Experten vor, bordeigenes H2O zu verwenden. Die Klimaanlage sondert bei normalem Betrieb kontinuierlich Kondenswasser ab, das zur Brennraumkühlung verwendet werden kann. Für BMW-Entwicklungschef Klaus Fröhlich ist die Wassereinspritzung keine spleenige Idee im Rennen um den originellsten Spar-Vorschlag. Er ist überzeugt von der Sinnhaftigkeit der Entwicklung. ,,Das ist für uns kein Hype-Thema", sagt er, ,,wir werden das durchziehen". Im Klartext: Wassereinspritzung soll bei BMW eine Standard-Anwendung werden, so wie die variable Ventilsteuerung oder die Twinturbo-Technologie.

Als Versuchsobjekt dient ein 1,5 Liter großer Dreizylinder, wie er gegenwärtig zum Beispiel im 2er Active Tourer angeboten wird. Trägerfahrzeug ist ein 1er-Modell und sein Einsatz stellt eine besondere Form des BMW-Recyclings dar: Exakt jener rote Fünftürer diente schon im September 2012 zur Vorführung der neuen Turbomotoren-Generation auf dem Ex-Fliegerhost in Fürstenfeldbruck. Kurz nach deren Präsentation begann der Aufbau der neuen DWI-Forschungsfahrzeuge. Die Standard-Verdichtung des Dreizylinders wurde von 9,5:1 auf 11:1 angehoben. Früherer Zündzeitpunkt und höherer Ladedruck steigern Motorleistung und Drehmoment um bis zu zehn Prozent, sagt BMW, mit genaueren Angaben sind die Techniker noch zurückhaltend. Es ist davon auszugehen, dass der Antrieb des Versuchsträgers etwa 170 kW / 231 PS leistet. Der Ladedruck dürfte bei 2,5 bar und das Drehmoment bei 320 Newtonmetern liegen.

Wie ein Serien-Einser sieht das Testfahrzeug aus und es deutet nichts darauf hin, dass unterm Blech komplizierte Zusatzaggregate und Sensorik ihre Zuverlässigkeit unter Beweis stellen sollen. Um die Wirkung von DWI zu veranschaulichen, haben die Test-Ingenieure einen zusätzlichen Computerbildschirm installiert, der in verschiedenen Grafiken Dauer und Intensität der Wasser-Zerstäubung anzeigt sowie die Leistungsabgabe des Motors und das Einspar-Potenzial für Kraftstoff gegenüber einem herkömmlichen Dreizylinder.

Eine besondere Eigenheit der DWI-Technik ist, dass sie ihre größte Wirkung im Hochlast-Bereich entfaltet. Dann also, wenn der Fahrer oder die Fahrerin kräftig aufs Gas treten, der Motor mit hoher Drehzahl und deshalb heiß läuft, ist der Effekt der internen Bewässerung am größten. Während Gasannahme, Leistungsentwicklung Geräuschniveau während der Testfahrt im erwarteten Bereich lagen, zeigte die Verbrauchskurve auf dem Kontrollmonitor Verblüffendes: Gerade bei den energischen Beschleunigungsfahrten und hohem Tempo ist der errechnete Minderverbrauch besonders hoch. Auch wenn die Gleichung ,,wer viel Gas gibt, spart am meisten" nicht wirklich aufgeht, so ist am Ende der auf die Normdistanz hochgerechnete Spritspar-Effekt enorm: 2,89 Liter weniger auf 100 Kilometer wären es gegenüber einem baugleichen Motor ohne Wassereinspritzung gewesen. Im in der Praxis, so heißt es von den BMW-Entwicklern, sei ein Effizienzgewinn von fünf bis zehn Prozent realistisch.

Unabhängig vom Testbetrieb auf dem Oval in Miramas ist seit dieser Saison ein Versuchsauto im öffentlichen Einsatz. Als Safety-Car im Moto-GP, der ,,Königsklasse" des Motorrad-Sports, dreht ein modifizierter BMW M4 seine Runden. Er führt seinen Wasservorrat in einem im Gepäckraum untergebrachten Fünf-Liter-Behälter mit, der bei jedem Tankstopp aufgefüllt wird, denn eine Klimaanlage hat das Safety-Car nicht.

Bei mehr als 30 Grad Außentemperatur auf dem Testgelände ist ein anderer Aspekt der Wassereinspritzung vollkommen ausgeblendet: Wie verhält sich das System im Winter? Auch daran ist natürlich gedacht: Nach jedem Abschalten des Motors wird das Wasser aus dem Leitungssystem zurück in den Tank gefördert, um ein Vereisen der Systemkomponenten bei Minusgraden und Motorkorrosion zu verhindern. Der Wassertank selbst ist ebenfalls frostsicher verpackt. (ampnet/afb)