Lachgaseinspritzung
Lachgaseinspritzung ist eine Methode zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren mit Hilfe des Sauerstoffträgers Distickstoffmonoxid (Lachgas).
Geschichte
Die Lachgaseinspritzung zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren wurde bereits vom Physikochemiker Walther Nernst um 1900 an seinem Privatauto untersucht. Auf beiden Seiten des Zweiten Weltkriegs wurde Lachgas-Einspritzung genutzt, um die Höhenleistung von Flugmotoren zu steigern (siehe GM-1).<ref name=":0">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:HOT ROD StaffWriter|HOT ROD StaffWriter: }}{{#if:|{{#if:Nitrous Oxide Systems Facts - The ABC's Of Nitrous|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Nitrous Oxide Systems Facts - The ABC's Of Nitrous}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.motortrend.com/how-to/sucp-0303-nitrous-oxide-systems-facts/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Nitrous Oxide Systems Facts - The ABC's Of Nitrous}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.motortrend.com/how-to/sucp-0303-nitrous-oxide-systems-facts/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Nitrous Oxide Systems Facts - The ABC's Of Nitrous}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Motortrend.comMotortrend.com2003-03-01{{#if: 2024-11-13 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Die Technik wurde dabei sowohl bei Benzin-Direkteinspritzermotoren als auch bei Dieselmotoren angewendet. Ursprünglich wurde druckverflüssigtes Lachgas in den Ansaugtrakt des Laders gespritzt, später wurde kälteverflüssigtes Lachgas verwendet, da man dafür keine schweren Druckbehälter benötigte. Neben der sauerstoff-liefernden Wirkung hatte die Ladeluftkühlung ebenfalls einen nennenswerten Anteil an der Leistungssteigerung.
Technik
Für die Leistungssteigerung eines Motors bei gleicher Drehzahl sind u. a. mehr Sauerstoff und mehr Brennstoff notwendig. Während die Versorgung des Motors mit Brennstoff in der Regel weniger Probleme macht, da Kraftstoffpumpen relativ viel Treibstoff pro Sekunde liefern können,<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:driving 4 answers|driving 4 answers: }}{{#if:|{{#if:NA to Turbo - The Ultimate Guide that Covers Everything + Cost Breakdown|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=NA to Turbo - The Ultimate Guide that Covers Everything + Cost Breakdown}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.youtube.com/watch?t=1312&v=gskkfFZXwzI&feature=youtu.be%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=NA to Turbo - The Ultimate Guide that Covers Everything + Cost Breakdown}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.youtube.com/watch?t=1312&v=gskkfFZXwzI&feature=youtu.be}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=NA to Turbo - The Ultimate Guide that Covers Everything + Cost Breakdown}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:2023-01-22{{#if: 2024-11-13 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Lachgas zerfällt ab ca. 600 °C in die Elemente Stickstoff und Sauerstoff.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Bei den hohen Temperaturen der Brennkammer kann so mehr Sauerstoff im Gasvolumen für die Verbrennung zur Verfügung gestellt werden, was zusammen mit einer Erhöhung der Brennstoffmenge zu einer höheren Leistung führt.
Das optimale Massenverhältnis von Lachgas zu Benzin beträgt 9,65-zu-1 und ist damit viel kleiner als das von Luft zu Benzin, das 14,7-zu-1 beträgt. Die Benzinmenge muss daher erheblich vergrößert werden.<ref name=":0" /> Das genaue Verhältnis ist dabei abhängig von der Art des Brennstoffes (Benzin, Kerosin, Heizeröl, Ethanol, Methan, Biogas, LNG, Propan, Holzgas).
Die zugrunde liegende exotherme Reaktionsgleichung lautet: <math>\mathrm{3 \ C_8H_{18} + 25 \ O_2 + 25 \ N_2O \rightarrow 24 \ CO_2 + 27\ H_2O + 25 \ N_2 \!}</math>
Der Reaktionsgleichung liegen zwei chemische Reaktionen zugrunde: einerseits die Spaltung des Lachgases zu Stickstoff und Sauerstoff; andererseits die Verbrennung des n-Oktans mit Sauerstoff. Beide Reaktionen verlaufen exotherm.
Lachgas hat einen Atmosphärendruck von 101,325 kPa und die Siedetemperatur −88,48 °C. Deshalb sinkt die Ansauglufttemperatur um etwa 20 °C. Das ist eine essentielle Eigenschaft der Lachgaseinspritzung, weil durch diesen gekühlten Gasstrom (im Gegensatz zu Nitromethan- oder reiner Sauerstoff-Einspritzung) die thermische Belastung des Motors reduziert wird. Durch diese Abkühlung wird ebenfalls die Menge der Brennstoff- und Sauerstoffmoleküle pro Volumen deutlich gesteigert, da kühle Gase bei gleichem Druck und Volumen mehr Moleküle beinhalten. So steht eine höhere Energiemenge pro Volumen zur Verfügung und die Leistung des Motors kann um bis zu 55 % und, bei entsprechenden (starken) Veränderungen, sogar um mehrere 100 % gesteigert werden kann.<ref name=":1">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Einspritzsystem für Distickstoffmonoxid|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Einspritzsystem für Distickstoffmonoxid}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.motointegrator.de/produkte/einspritzsystem-fuer-distickstoffmonoxid-710/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Einspritzsystem für Distickstoffmonoxid}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.motointegrator.de/produkte/einspritzsystem-fuer-distickstoffmonoxid-710/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Einspritzsystem für Distickstoffmonoxid}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:{{#if: 2024-11-13 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Grundlegende Varianten der Lachgaseinspritzung
- „Dry System“ (trockenes System)
Hierbei wird nur Lachgas eingespritzt; der erforderliche zusätzliche Kraftstoff muss von der Kraftstoffeinspritzanlage bzw. von dem/den Vergaser(n) des Motors geliefert werden. Diese Variante ist unsicherer als die anderen, da kein einheitliches Gemisch für jeden Zylinder entsteht und die maximale Leistungsfähigkeit von serienmäßigen Einspritzdüsen / Vergasern schnell erreicht ist. Von diesem Punkt an reicht der Kraftstoff nicht mehr für das zugeführte Lachgas, der Motor magert ab: Er bekommt zu wenig Kraftstoff und zu viel Sauerstoff, wodurch eine sogenannte klopfende Verbrennung entstehen kann, die wiederum Schäden am Motor verursachen kann (abgebrannte Zündkerzen, Ventile, Kolben).<ref name=":1" />
- „Wet System“ (nasses System)
Hierbei wird Lachgas zusammen mit Benzin über eine oder mehrere Mischdüsen, die Bestandteil des Systems sind, eingespritzt. Der Vorteil besteht darin, dass ein fertiges Gemisch eingespritzt wird und alle Zylinder das gleiche Mischungsverhältnis haben. Auch die maximale Durchlassmenge ist bei solchen Düsen weit höher, d. h. man kann mehr Kraftstoff einspritzen. Moderne Mischdüsen liegen bei einem Durchlass für max. ca. 20 PS (15 kW) pro Düse. Spezielle Düsen entwickeln ein Potential von bis zu 40 PS (30 kW) pro Düse.<ref name=":1" />
Beide Systeme können grundsätzlich über eine Einspritzdüse für den ganzen Motor oder über mindestens eine Einspritzdüse pro Zylinder betrieben werden. Letztere Variante wird als Direct Port System bezeichnet. Da eine Einspritzdüse max. 20 PS (15 kW) Mehrleistung erbringen kann, sind bei einem Achtzylindermotor dann theoretisch bis zu 160 PS (120 kW) Mehrleistung möglich. Diese Systeme sind aber manchmal auch dann erforderlich, wenn eine relativ geringe Leistung angestrebt wird, beispielsweise bei offenen Einzeldrosselklappenanlagen.
Risiken
- Ein hochkomprimierter Motor mit frühem Zündzeitpunkt neigt bei Lachgaseinspritzung zu Überhitzung und Klopfen, was zu Motorschäden führen kann. Gerade bei diesen Motoren muss ein Brennstoff höherer Oktanzahl benutzt werden, um die Klopfanfälligkeit zu reduzieren.
- Bei jeder Leistungssteigerung steigen die mechanischen Belastungen im Motor; bei Lachgaseinspritzung erhöht sich der Zylinderdruck, was Kolben, Pleuel und andere Bauteile mechanisch gefährden kann.
- Lachgas gilt als brandfördernd, siehe Glimmspanprobe.
Neben der Lachgas-Einspritzung gibt es auch die Nitro-Einspritzung, bei der zusätzlich noch Nitromethan eingespritzt wird. Dadurch fällt die Leistungsausbeute zwar noch höher aus, was aber wiederum den Motor thermisch und mechanisch stärker beansprucht. Zudem ist Nitromethan teurer. Ebenso denkbar ist die Einspritzung von fast reinem Sauerstoff (<math>O_2</math>), welche zu noch höherer Leistung, aber noch stärkeren Überhitzungs- und Klopfproblemen führt.<ref name=":0" /><ref name=":1" />
Betriebsdauer und Betriebskosten
Als Faustformel gilt: eine 8-lb(=Pfund)-Flasche kann eine 100-PS-Mehrleistung für 10 Sekunden etwa 6–8 Mal bereitstellen.<ref name=":2">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Nitrous Oxide Supplies|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Nitrous Oxide Supplies}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.serckmotorsport.co.uk/expertise/nitrous/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Nitrous Oxide Supplies}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.serckmotorsport.co.uk/expertise/nitrous/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Nitrous Oxide Supplies}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:Serck Motorsport{{#if: 2024-11-13 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Der Kraftstoffverbrauch steigt während der Benutzung ebenfalls an, was wegen der relativ kurzen Einsatzdauer nicht sonderlich ins Gewicht fällt.
Ein Lachgaskit kostet etwa mindestens 350 € für Dry-Systeme und mindestens 1000 € für Wet-Systeme. Passende Flaschen gibt es ab 200 €, Nachfüllungen der Flaschen kosten 5 bis 8 Euro pro Pfund.<ref name=":2" /><ref name=":3">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Arnold Kleitsch|Arnold Kleitsch: }}{{#if:|{{#if:Wie funktioniert eine Lachgaseinspritzung?|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Wie funktioniert eine Lachgaseinspritzung?}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.autotuning.de/wie-funktioniert-eine-lachgaseinspritzung/%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Wie funktioniert eine Lachgaseinspritzung?}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.autotuning.de/wie-funktioniert-eine-lachgaseinspritzung/}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Wie funktioniert eine Lachgaseinspritzung?}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:AUTOTUNING.DE2019-04-20{{#if: 2024-11-13 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Betriebserlaubnis in Deutschland
Lachgaskits sind in Deutschland grundsätzlich nicht im Straßenverkehr zulässig, eine Betriebserlaubnis mit Lachgas-Kit ist grundsätzlich ausgeschlossen.<ref name=":1" /> Sondergenehmigungen sind selten und nur mit hohem Aufwand realisierbar.<ref name=":3" />
Eine Genehmigung für den Betrieb (außerhalb des Straßenverkehrs) kann nur durch zugelassene Prüfer erteilt werden. Die wesentliche Einschränkung liegt hier, ähnlich wie bei Turbo- oder Kompressorumbauten, in der maximalen Motorleistung, die häufig durch bestimmte sicherheitsrelevante Bauteile wie z. B. die Bremsanlage, die deutlich stärker als der Motor sein muss, letztendlich aber durch die Karosseriebelastbarkeit, beschränkt wird. Somit wird die maximal mögliche Mehrleistung oft weit unterschritten.
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Legalität von Lachgas
Wegen des zunehmenden Missbrauchs von Lachgas als Partydroge ist Lachgas u. a. in Großbritannien verboten. Im November 2025 wurden auch für Deutschland Einschränkungen beschlossen.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:Hype um Lachgas: Legaler Drogenrausch mit Nebenwirkungen|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=Hype um Lachgas: Legaler Drogenrausch mit Nebenwirkungen}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.zdf.de/nachrichten/ratgeber/gesundheit/lachgas-droge-deutschland-grossbritannien-100.html%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=Hype um Lachgas: Legaler Drogenrausch mit Nebenwirkungen}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.zdf.de/nachrichten/ratgeber/gesundheit/lachgas-droge-deutschland-grossbritannien-100.html}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=Hype um Lachgas: Legaler Drogenrausch mit Nebenwirkungen}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:2023-11-16{{#if: 2024-11-13 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Einzelnachweise
<references />
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:URL
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:Linktext
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:Datum
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:"
- Wikipedia:Weblink offline fix-attempted
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Toter Link
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Toter Link/URL fehlt
- Leistungssteigerung (Verbrennungsmotor)
- Fahrzeugtuning