Wasserseinspritzung zur Leistungssteigerung

[Thermikus]

Während des zweiten Weltkrieges wurden in die Zylinder von Hochleistungs-Flugzeugen (z.B. Jäger) Wassereinspritzungen für die Leistungssteigerung beim Start und im Kampfeinsatz vorgenommen. Die Verdampfung des eingespritzten Wasser-Methanol-Gemisches senkte die Verbrennungstemperaturen in den Zylindern ab, so dass mehr Treibstoff zur Leistungssteigerung zugeführt werden konnte.

 

Dieses Verfahren wurde später dann auch bei Düsenverkehrsflugzeugen mit Wassereinspritzungen in die Jet-Triebwerke beim Start übernommen. Durch eine Verwechslung kam es dabei bei der damaligen deutschen Chartergesellschaft Pan International zu einem schweren Unfall. Mechaniker hatten statt des destillierten Wassers Kerosin eingefüllt. Kurz nach dem Start fielen dann bei einer BAC 1-11 nacheinander beide Triebwerke durch Ueberhitzungsschäden aus und die Maschine musste im antriebslosen Gleitflug auf einer Autobahn notlanden. Durch starkes Abbremsen schleuderte der Jet seitlich gegen einen Autobahn- Brückenpfeiler und brach auseinander. Es gab Tote und Verletzte - ein Teil der Passagiere überlebte unverletzt.

 

In jüngerer Zeit habe ich nie mehr davon gehört, ob diese Methode der Leistungssteigerung bei bestimmten Flugzeugtypen bzw. Triebwerken immer noch angewandt wird. Wahrscheinlich ist es so, dass die meisten Triebwerke heute von der Konstruktion her so leistungsstark konzipiert sind, dass die Wassereinspritzung nicht mehr erforderlich ist. Wenn man dagegen wiederum die Startleistung eines vollbeladenen Airbus A 340 bei hohen Tagestemperaturen betrachtet (wir Segelflieger können durch Höhenbegrenzungen um den Flughafen Zürich ein Lied davon singen) könnten sich doch erhebliche Zweifel bezüglich einer genügenden Triebwerkstärke bilden.

 

Wie sieht die Situation heute nun tatsächlich aus?

 

Dietwolf (Thermikus):confused:

[Farinelli]

Die Wassereinspritzung gibts immer noch. Hier in Australien fliegen wir wegen den heissen Temeperaturen im Sommer nur mit Wasser. Das bedeutet, dass die Mietpreise der Flugzeuge im Sommer tiefer sind als im Winter, weil man in den kuehleren Monaten auch noch etwas fuel beimischt.

 

Gruss

Thomas

[cirrus]

Bei Autos wurden auch schon solche Versuche unternommen.

Und zwar wurde nach dem Zündvorgang, nachträglich Wasser eingespritzt. Zeitlich in den Verbrennungsvorgang. Durch die bestehende Hitze wurde das Wasser logischerweise aufgeteilt in Wasserstoff und Sauerstoff. Beides verlieh so dann dem Motor zu einer zusätzlichen Kraftspritze.

 

Warum diese Technologie nicht mehr weiterverfolgt wurde kann ich leider nicht sagen. Vermutlich die technische Machbarkeit, resp. dass man dann Wasser und Benzin tanken müsste.

 

Gruss

Raphael

[Wilko Wiedemann]

Bei Autos wurden auch schon solche Versuche unternommen

Dies hauptsächlich bei Dieselfahrzeugen. Heutige, moderne Motoren kommen aber ohne Wassereinspritzung aus.

 

Wassereinspritzung wird heute hauptsächlich noch bei Gasturbinen und Oelbrenneranlagen eingesetzt. Dabei gehts aber weniger um Leistungssteigerung, sondern um die Abgaswerte positiv zu beeinflussen.

 

Gruss

 

Wilko

[Thermikus]

Bei Autos wurden auch schon solche Versuche unternommen.

Und zwar wurde nach dem Zündvorgang, nachträglich Wasser eingespritzt. Zeitlich in den Verbrennungsvorgang. Durch die bestehende Hitze wurde das Wasser logischerweise aufgeteilt in Wasserstoff und Sauerstoff. Beides verlieh so dann dem Motor zu einer zusätzlichen Kraftspritze.

 

Warum diese Technologie nicht mehr weiterverfolgt wurde kann ich leider nicht sagen. Vermutlich die technische Machbarkeit, resp. dass man dann Wasser und Benzin tanken müsste.

 

Gruss

Raphael

 

 

Herzlichen Dank, Raphael. Genau solche Kommentare habe ich eigentlich auf meinen Beitrag erwartet.

 

Schönen Gruss - Dietwolf (Thermikus) :)

[Thermikus]

Dies hauptsächlich bei Dieselfahrzeugen. Heutige, moderne Motoren kommen aber ohne Wassereinspritzung aus.

 

Wassereinspritzung wird heute hauptsächlich noch bei Gasturbinen und Oelbrenneranlagen eingesetzt. Dabei gehts aber weniger um Leistungssteigerung, sondern um die Abgaswerte positiv zu beeinflussen.

 

Gruss

 

Wilko

 

 

Auch Dir, Wilko, meinen speziellen Dank für Deinen tadellosen Kommentar. In diesem Stil habe ich eigentlich Antworten auf meine Beiträge erwartet. Ich halte Dich aufgrund meiner Erfahrungen hier in diesem Forum ohnehin für einen der kompetenten, korrekten und immer anständigen Moderatoren und Forumteilnehmer. So wie sie eben immer sein sollten.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus):)

[Andreas Schmitt]

Bei Autos wurden auch schon solche Versuche unternommen.

Und zwar wurde nach dem Zündvorgang, nachträglich Wasser eingespritzt. Zeitlich in den Verbrennungsvorgang. Durch die bestehende Hitze wurde das Wasser logischerweise aufgeteilt in Wasserstoff und Sauerstoff. Beides verlieh so dann dem Motor zu einer zusätzlichen Kraftspritze.

 

Ich glaube nicht, dass man in einem Ottomotor genügend hohe Temperaturen erreicht, um Wasser thermisch zu spalten. Und selbst wenn, würde die anschließende Knallgasreaktion nur soviel Energie liefern, wie zuvor für die Spaltung des Wassers benötigt wurde. Man hätte also genau NULL gewonnen.

 

Gruß

Andreas

[cirrus]

Ich glaube nicht, dass man in einem Ottomotor genügend hohe Temperaturen erreicht, um Wasser thermisch zu spalten. Und selbst wenn, würde die anschließende Knallgasreaktion nur soviel Energie liefern, wie zuvor für die Spaltung des Wassers benötigt wurde. Man hätte also genau NULL gewonnen.

 

Gruß

Andreas

 

hallo Andreas,

 

danke für deinen Hinweis. Ich habe das mit der Leistung auch nur mal so aufgeschnappt, und wusste noch dass da mal etwas war.

Aber es kann durchaus sein, dass es eher wie bei Wilko's Erläuterungen war, nämlich um die Abgaswerte zu verbessern.

 

Gruss

Raphael

[Styve Nicolet]

Hallo

 

Wasserinspritzung ist immer noch aktuell. Besonders Hobby-Tuner verwenden die Wassereinspritzung bei älteren Turbomotoren ohne Ladeluftkühler. Aber auch bei modernen Motoren kann die Wasserinspritzung bei Ladedruckerhöhung nützlich sein.

 

Dabei ist die Hauptaufgabe des Wassers bei Kolbentriebwerke, die Kompriemierte (und eben dadurch warm gewordene) Luft zu kühlen. Dazu soll es gewisse Ablagerungen entfernen und die Klopftendenz (höhere Verdichtung) senken.

 

Bei Strahltriebwerke nützt(e) man die kühlende Wirkung des Wasser (Verdampfungswärme) um über der eigentlichen maximale Leistung der Triebwerke zu gehen, ohne eine thermische Ueberbelastung zu riskieren.

 

Oft mischt man Alkohol (z.B Methnol) zum Wasser. Dies hat aber keine leistungssteigernde Rolle, sondern soll den Schmelzpunkt dews Gemisches senken

 

Gruss Styve

[Brufi]

Nebst dem Kühleffekt hat Wassereinspritzung noch ganz andere aber wesentliche Effekte:

 

Wasser ist als Flüssigkeit ja inkompressibel. Dadurch braucht es wenig Energie (Pumpenleistung) um das Wasser auf den notwenigen Einspritzdruck zu bringen.

In der Flamme bzw im Heissgas drin verdampft nun das Wasser und wird weiter auf die Heissgastemperatur erhitzt. Dies braucht selbstverständlich Wärmeenergie die durch zusätzlichen Brennstoff aufgebracht werden muss.

Am Ende des Verbrennungs- bzw. Verdampfungsprozesses steht nun einfach zusätzliches Heissgas (genau genommen "Heissdampf") für die Expansion in der Turbine bzw. im Zylinder (beim Kolbenmotor) zur Verfügung. Dieses Heissgas wurde ohne Verdichtungsarbeit gewonnen und deshalb entsteht eine erhebliche Mehrleistung.

Es ist sehr wichtig sich vor Augen zu halten, dass sowohl Gasturbine als auch Kolbenmotor eine Nutzleistung abgeben, welche der Differenz von Expansionsarbeit - Verdichtungsarbeit entspricht. Gewinnt man Expansionsarbeit ohne zusätzliche Verdichtungsarbeit leisten zu müssen, dann steigt die Nutzarbeit massiv an. D.h. die Motorleistung oder der Triebwerksschub wird erheblich steigen.

 

Nicht so der Wirkungsgrad, das muss klar sein. Die zusätzliche Expansionsarbeit wird mit ziemlich viel Wärmeenergie (d.h. Brennstoff) erkauft und ein Grossteil dieser Wärme geht mit dem Abgas wieder zum Exhaust raus.

 

Dann gibt es noch einen zweiten Effekt, jenen der Kühlung während dem Verdichtungsvorgang (siehe Styve's Beitrag obendran) bzw. Kühlung vor der Verdichtung.

Durch sog. "wet cooling" (auch "fogging" oder "wet compression"), sprich Wassereindüsung in den Lufteinlass und/oder auch unterwegs im Verdichter wird die Ansaugluft gekühlt. Dadurch steigt die Dichte der angesaugten Luft und der Massenstrom steigt an und damit die Leistung. Dies kenne ich zumindest von den Kraftwerksgasturbinen, aber Wassereinspritzung beim Otto- bzw. Dieselmotor nach dem Turbolader ist ähnlich (wie Ladeluftkühlung). Ich glaube aber zu wissen, dass es auch bei älteren Triebwerken (z.B. der ersten Generation RB-211 auf dem 747) angewendet wurde bei hohen ambient Temperaturen. Es ist auch möglich die bereits teilweise verdichtete Luft nach ein paar Verdichterstufen mit Wassereindüsung zu kühlen. Dadurch spart man etwas Verdichterarbeit (kältere Luft verdichten braucht weniger Energie) und dadurch gewinnt man Leistung. Auch das wurde gemacht bei Flugtriebwerken.

 

Nach meinem Wissen sind die heutigen Triebwerke nicht mehr mit solchen Features ausgerüstet, der Aufwand ist zu gross (zusätzliches System, Gewicht, Kosten, Maintenaceaufwand, Ausfall-/Fehlerwahrscheinlichkeit). Die Triebwerke sind inzwischen so gross bzw. leistungsfähig, dass es auch ohne geht. Das war in den "golden 60ies" noch nicht ganz der Fall.

 

Gruss

 

Philipp

[Thermikus]

Hallo

 

Wasserinspritzung ist immer noch aktuell. Besonders Hobby-Tuner verwenden die Wassereinspritzung bei älteren Turbomotoren ohne Ladeluftkühler. Aber auch bei modernen Motoren kann die Wasserinspritzung bei Ladedruckerhöhung nützlich sein.

 

Dabei ist die Hauptaufgabe des Wassers bei Kolbentriebwerke, die Kompriemierte (und eben dadurch warm gewordene) Luft zu kühlen. Dazu soll es gewisse Ablagerungen entfernen und die Klopftendenz (höhere Verdichtung) senken.

 

Bei Strahltriebwerke nützt(e) man die kühlende Wirkung des Wasser (Verdampfungswärme) um über der eigentlichen maximale Leistung der Triebwerke zu gehen, ohne eine thermische Ueberbelastung zu riskieren.

 

Oft mischt man Alkohol (z.B Methnol) zum Wasser. Dies hat aber keine leistungssteigernde Rolle, sondern soll den Schmelzpunkt dews Gemisches senken

 

Gruss Styve

 

 

Ich bedanke mich für diesen fachlich kompetenten Kommentar.

 

Dietwolf (Thermikus):008:

 

 

 

Editiert für mehr Neutralität.

[Manfred Schmieder]

Hier noch eine andere Methode der Ladeluftkühlung, allerdings über Lachgas:

 

http://de.wikipedia.org/wiki/Lachgas-Einspritzung

 

"Durch die starke Expansion des Lachgases an der Mischdüse entsteht Kälte, die das Gasgemisch auf ca. -40 Grad Celsius herunterkühlt. Dies ist eine essentielle Eigenschaft der Lachgaseinspritzung, da dieser kalte Gasstrom die Brennräume kühlt und so eine thermische Überlastung des Motors verhindert. Durch diese Abkühlung wird ebenfalls die Menge der Brenn- und Sauerstoffmoleküle pro Volumeneinheit deutlich gesteigert, so dass eine höhere Energiemenge pro Volumeneinheit zur Verfügung steht und so die Leistung des Motors um bis zu 55% gesteigert werden kann."

[Tomy]

Wassereinspritzung wird heute hauptsächlich noch bei Gasturbinen und Oelbrenneranlagen eingesetzt. Dabei gehts aber weniger um Leistungssteigerung, sondern um die Abgaswerte positiv zu beeinflussen.

 

.... und ausserdem spielt bei diesen Anwendungen das Gewicht keine Rolle, da die Anlagen nicht fliegen müssen....

 

Kleine Bemerkung am Rande, hört dieser Spruch mit der ach so schlechten Steigleistung des A340 eigentlich nie auf? Bloss weil das BAZL Lufträume verschiebt und den A340 als Grund angibt (hat jemand von euch schon einen Jumbolino an einem heissen Sommertag abfliegen sehen?), heisst das noch lange nicht, dass die Leistung der Triebwerke gesteigert werden müsste. Die "neuen" A340 Varianten mit RR Trent 500 steigen nämlich nicht schneller. Sind die also auch nicht genügend motorisiert? Gibt es weltweit andere Beispiele für Luftraumanpassungen "verursacht" durch den A340? :001:

[Thermikus]

.... und ausserdem spielt bei diesen Anwendungen das Gewicht keine Rolle, da die Anlagen nicht fliegen müssen....

 

Kleine Bemerkung am Rande, hört dieser Spruch mit der ach so schlechten Steigleistung des A340 eigentlich nie auf? Bloss weil das BAZL Lufträume verschiebt und den A340 als Grund angibt (hat jemand von euch schon einen Jumbolino an einem heissen Sommertag abfliegen sehen?), heisst das noch lange nicht, dass die Leistung der Triebwerke gesteigert werden müsste. Die "neuen" A340 Varianten mit RR Trent 500 steigen nämlich nicht schneller. Sind die also auch nicht genügend motorisiert? Gibt es weltweit andere Beispiele für Luftraumanpassungen "verursacht" durch den A340? :001:

 

 

Mit der mageren Steigleistung des "Jumbolinos" (BA 146?) an heissen Tagen hast Du absolut recht. Das habe ich auch schon sehr oft beobachtet (und erlebt). Bei der damaligen englischen "Trident" war das noch viel ausgeprägter. Auch bei einer vollbeladenen BAC 1-11 sah der Start unter diesen Gegebenheiten nie gut aus.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus)

 

 

 

Editiert wegen Provokation.