BMW-Modellreihe: F20

02.07.2015
Geringerer Praxisverbrauch bei gesteigerter Leistung: Direkte Wassereinspritzung verbessert Wirkungsgrad.
 

Mit der direkten Wassereinspritzung für Ottomotoren mit Turboaufladung entwickelt die BMW Group sukzessive konventionelle Antriebe weiter. Dabei wird durch die präzise dosierte Einbringung von Wasser in die Brennräume des Motors eine Kühlwirkung erzielt. Insbesondere bei hoher Lastanforderung ermöglicht diese eine Steigerung von Leistung und Drehmoment bei gleichzeitiger Reduzierung des Verbrauchs und Optimierung des Emissionsverhaltens.

Im BMW M4 MotoGP Safety Car wird die Wassereinspritzung erstmals bei modernen Motoren der BMW Group eingesetzt. Die von der BMW M GmbH als Führungsfahrzeug für die Rennen in der "Königsklasse" des Motorrad- Rennsports konzipierte Variante des Hochleistungssportwagens wird von einem Reihensechszylinder-Motor mit M TwinPower Turbo Technologie und Hochdrehzahl-Konzept angetrieben, der bereits im serienmäßigen BMW M4 eine Leistung von 317 kW/431 PS und ein maximales Drehmoment von 550 Nm erzeugt (Kraftstoffverbrauch kombiniert: 8,8–8,3 l/100 km; CO2- Emissionen kombiniert: 204–194 g/km). Mit Wassereinspritzung gewinnt das BMW M4 MotoGP Safety Car beim Einsatz auf der Rennstrecke nochmals an Leistung, Drehmoment und Effizienz.

Im Rahmen der BMW Group Innovationstage 2015 wird die innovative Technologie erstmals im Prototyp eines Modells der Kernmarke BMW mit Dreizylinder-Ottomotor der jüngsten Generation präsentiert. Hier wird das Wasser nicht nur in das Saugrohr, sondern hauptsächlich direkt in den Brennraum injiziert. Die direkte Wassereinspritzung verhilft diesem Antrieb, der in einem Prototyp auf Basis des BMW 1er 5-Türer vorgestellt wird, zu einer im Sinne von Efficient Dynamics optimierten Relation zwischen Fahrfreude und Verbrauch.

Kühlwirkung für mehr Effizienz: Leistung steigt um bis zu zehn, Praxisverbrauch sinkt um bis zu acht Prozent.

Mit der direkten Wassereinspritzung lässt sich das Potenzial der Turboaufladung noch intensiver nutzen. Weil das als feiner Sprühnebel in den Sammler des Saugmoduls eingespritzte Wasser seiner Umgebung beim Verdampfen Energie entzieht, wird die Verbrennungstemperatur im Motor um rund 25° Celsius gesenkt.

Dieser Kühleffekt führt vor allem bei Volllast zu einem deutlich gesteigerten Wirkungsgrad sowie zu weiteren positiven Auswirkungen auf den Verbrennungsprozess:

• Effizienz: Kühlung mittels Wassereinspritzung ermöglicht Verzicht auf zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zur Temperaturabsenkung in hohen Lastbereichen; homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch und gesteigerter Wirkungsgrad bei Volllast ermöglicht Verbrauchsreduzierung im Alltagsverkehr um bis zu acht Prozent.
   
• Emissionsverhalten: geringere Prozesstemperaturen reduzieren die Entstehung von Schadstoffen.
   
• Reduzierte Klopfneigung: Gefahr einer unkontrollierten Verbrennung (sogenanntes Klopfen) wird durch Temperaturabsenkung reduziert.
   
• Höhere Verdichtung: geringere Klopfneigung ermöglicht die Anhebung der Verdichtung des Dreizylinder-Motors im vorgestellten Prototyp von 9,5 : 1 auf 11,0 : 1; dadurch auch im Teillastbereich optimierter Wirkungsgrad.
   
• Dynamik: Früherer Zündzeitpunkt und höherer Ladedruck steigern Motorleistung und Drehmoment um bis zu 10 Prozent; zusätzliches Leistungsplus durch höheren Sauerstoffanteil in kühler Ansaugluft.
   
• Kraftstoffverträglichkeit: Optimierte Leistungsausbeute auch bei Verwendung von Kraftstoff mit geringerer Oktanzahl (ROZ 95); Turbomotoren mit direkter Wassereinspritzung daher weltweit einsetzbar.
   
• Thermische Belastung: Kühlwirkung reduziert Temperatureinflüsse auf Kolben, Ventile, Katalysator und Turbolader.

Die günstigen Effekte der Kühlung mittels direkter Wassereinspritzung können auf unterschiedliche Weise genutzt werden. Je nach Fahrzeugkonzept und Motorisierung können daher wahlweise die Leistung oder der Verbrauch optimiert werden.

Hohe Alltagstauglichkeit dank On-Board-Wassergewinnung.

Zur Versorgung des Wassereinspritzsystems verfügt das BMW M4 MotoGP Safety Car über einen im Gepäckraum untergebrachten, fünf Liter fassenden Tank. Im harten Rennstreckeneinsatz mit häufigen Volllastphasen wird dieser immer dann aufgefüllt, wenn auch Kraftstoff getankt werden muss.

Bei der hier vorgestellten, direkten Wassereinspritzung für ein späteres Serienautomobil muss der Kunde im Alltagsbetrieb gar kein Wasser nachfüllen. Von klimatischen Ausnahmefällen abgesehen, reicht die On- Board-Wassergewinnung aus, um ein autarkes System sicherzustellen. Dabei wird Wasser, das durch Verdunstung in der Klimaanlage anfällt, gesammelt und für die kühlende Einspritzung in den Motor genutzt.

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 untergebracht.

BMW 1er mit Direkt Wassereinspritzung Technologie, Prototyp
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Quelle: BMW Presse Mappe vom 02.07.2015

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