Autobahn tech-corner: zo werkt waterinjectie

Allereerst: waterinjectie is geen Ei van Columbus. De technologie zelf gaat al bijna een eeuw terug, zo leerden onze reaguurders ons, en ook zijn er al jaren aftermarket-kitjes voor autoklussers verkrijgbaar, die de prestaties dankzij een water/methanol-injectie verbeteren. Precies hetzelfde principe als wat industriegigant Bosch nu heeft uitgedacht, ware het niet dat het nu een al direct in de motor geïntegreerd concept is, en er dus niet na levering nog onder de kap geschroefd hoeft te worden.

1-2'tjes tussen de auto-industrie en hun toeleveranciers zijn niet ongebruikelijk, dus toen Bosch een pilot partner zocht voor hun nieuw ontwikkelde waterinjectiesysteem wierp BMW zich maar wat graag op. In mei van ieder jaar vindt in Wenen het bekende en onder Duitse ingenieurs met liefst veel academische titels vermaarde Weense motorensymposium plaats, waar we dit jaar leerden over BMW's quad-turbo, en Porsche (letterlijk) laatste 4.0 V8 biturbo-motor. Bosch presenteerde er in 2015 zijn waterinjectiesysteem, destijds heette het nog 'in close cooperation with a pilot customer, Bosch is developing a WI system for series production', want niemand kende de heerlijk extreme M4 GTS, die kwam pas in oktober van dat jaar.

Bij een motor met directe inspuiting zit de traditionele injector tussen de kleppen van de cilinder, in directe verbinding met de verbrandingskamer. De waterinjector bevindt zich in het inlaattraject, voor de kleppen. Per slag sproeit deze indirect een waternevel in de kamer. Bij gemiddeld gebruik zou je ongeveer om de 3.000 km watermengsel (we gaan ervan uit dat het systeem geen kraanwater lust, maar een mix van water met o.a. smeermiddel voor de cilinderwanden en misschien wel wat methanol)  moeten bijvullen. Mits de fabrikant het zo bouwt dat je ook daadwerkelijk tegelijkertijd je injectiesysteem met je ruitenwisservloeistof en je AdBlue-systeem (voor wie er een diesel naast heeft) kunt aftoppen.

Waterinjectie bereikt zijn sweet spot bij een mengsel met een water-tot-brandstof verhouding van 35%. Een testmotor waarbij het water onder een druk van 20 bar en op 5.000 toeren de verbrandingskamers ingesquirt werd, noteerde onder andere door de lagere temperaturen 13% minder verbruik en 4% minder emissies volgens de nieuwe WLTC-testcyclus. Ook kon het ontstekingsmoment naar voren gehaald worden, waarbij de zuiger op een hogere positie bevindt, en je dus de facto een hogere compressieverhouding hebt. Als fabrikant moet je er dus wel even rekening mee houden dat deze niet tegen de limiet aan zit. Uit Bosch' documentatie wordt overigens niet duidelijk of er ook een rijker mengsel de cilinders in gaat, of dat er dankzij de watertoevoeging beknibbeld wordt op het brandstofmengsel. Ook zijn we benieuwd hoeveel water er verloren gaat tussen injector en kamer, maar dat zullen de labratten ongetwijfeld zeer nauwkeurig gemeten hebben.

Wie bovenstaande leest krijgt de indruk dat er met een vrij geringe investering een vrij groot resultaat wordt behaald, en dat klopt ook. Wel is het zo dat het nut van waterinjectie zich vooral bewijst bij grotere motoren, wegens de wet van de grote getallen. Op een 1.0 driecilinder is de absolute winst klein, en de investering relatief hoog. Bijkomend voordeel van waterinjectie is dat het de kans op pingelen van de motor (voortijdige ontbranding in de kamers) verder beperkt. Maar goed, moderne auto's hebben sowieso al anti-klopsensoren.

Om het systeem werkend te krijgen zijn er een aantal nieuwe onderdelen nodig: naast de injectoren zelf is er per cilinderbank een rail nodig die ze verbindt en van druk voorziet, een reservoir voor het water, en een een waterpomp tussen deze twee laatste onderdelen. Ook is er voor de timing een elektronische aanstuur-unit nodig. Een hoop extra onderdelen dus, maar gelukkig zijn onze motorruimtes de laatste jaren dankzij downsizing een stuk minder vol geworden. 

Daarnaast is waterinjectie qua onderdelen kinderspel vergeleken met een brandstofrail: we hebben het hier immers over inspuitdrukken van 20 bar, een modern brandstofinjectiesysteem haalt makkelijk 2000-3000 bar, waarbij je de nokkenas en cilinderkoppen sterker moet uitvoeren. Scheelt weer in hoe sterk en duur(zaam) je je onderdelen moet maken. Vanaf 2019 moet waterinjectie mainstream gaan, nadat BMW de primeur kreeg. De autobakkers uit München zullen er ongetwijfeld flink op leunen, als ze tegen die tijd nog auto's met (grote) verbrandingsmotoren maken, maar ook de concurrentie kan toeslaan. Dat wordt één groot nat Songkran-festijn onder de motorkapjes.