Motore ad iniezione d'acqua

Aereo KC-135, dove all'inizio dell'iniezione di acqua il fumo generato è ben visibile

L'iniezione d'acqua in un motore è un metodo di tuning consistente nell'iniettare acqua come inerte allo stato nebulizzato nel condotto di aspirazione dei motori a combustione interna. Può quindi essere considerata una via di mezzo tra motore a combustione interna e motore a vapore.

Storia

Il primo ad avere l'idea di iniettare acqua nel motore a combustione interna fu Pierre Hugon nel 1865 sul suo motore a gas. Egli si accorse come ciò ne eliminasse i difetti di accensione e mantenimento costante del moto. Sperimentò poi il sistema anche su motori ad olio leggero e ad olio pesante, riscontrando i medesimi miglioramenti oltre ad una maggior pulizia da depositi catramosi. Notò anche un'evidente diminuzione dell'usura nei componenti meccanici.

Questa tecnologia fu però poi ignorata per molto tempo.

Gli unici motori prodotti in serie ad utilizzare questo sistema furono motori per aerei a elica della seconda guerra mondiale tra cui:

• il BMW 801
• il Daimler-Benz DB 605 dotati di impianto MW 50
• il Pratt & Whitney R-2800.

Teoria

Nei motori a combustione interna, contrariamente a quanto si suol credere, non è il calore prodotto dalla combustione del carburante a creare potenza, bensì la differenza di pressione dei gas in entrata rispetto a quelli prodotti nella camera di combustione.

Secondo questo principio, quindi, i normali motori sono sottoutilizzati nel loro funzionamento con la sola combustione di benzina e aria. La conferma di ciò è che i gas di scarico escono ancora molto caldi, cioè dotati di ulteriore potenziale termodinamico/cinetico.

Pratica e risultati

In un motore ad iniezione d'acqua i gas escono a una temperatura notevolmente inferiore, essendo essa stata sottratta dall'acqua per evaporare, difatti l'acqua è un composto che evaporando aumenta notevolmente di volume e questo ne fa il mezzo ideale per creare in camera di combustione una pressione più elevata a parità di volume di gas in ingresso, e quindi ne aumenta la potenza e diminuisce i consumi (a parità di km percorsi, in quanto impegna spazio ai gas in entrata, la cui riduzione dei consumi è quindi proporzionale). Tale qualità, la maggior pressione, unitamente al migliorato raffreddamento dei gas entranti, ne fanno un metodo ancor più motivato nei motori dotati di turbocompressore.

Essa essendo un liquido incomprimibile provoca di per sé un aumento di rapporto di compressione. Inoltre assorbendo il calore prodotto dalla combustione permette una migliore efficienza del motore e ne allunga la vita diminuendo l'usura e allungando la durata dell'olio motore e delle candele. Grazie alle minori temperature gli ossidi di azoto risultano notevolmente abbattuti.

Impianto

Esistono in commercio diversi sistemi tutti molto costosi, ragion per cui è uso degli appassionati impiantare artigianalmente i sistemi creati da sè. Ciò è facilitato in quanto la regolazione della quantità è automatica, ovvero una volta trovata la proporzione ideale questa è indipendente dal regime del motore in quanto a bassi giri può utilizzare più acqua mentre ad alti giri deve utilizzare meno acqua (inteso per ogni giro) e questo fa sì che la quantità di acqua immessa sia regolare temporalmente. L'acqua viene immessa immediatamente dopo la valvola a farfalla tramite un nebulizzatore tipo aerosol.

Nelle auto dotate di tale elaborazione è usuale eliminare dal circuito di raffreddamento il radiatore, oramai superfluo e se sprovvisto di valvola termostatica è addirittura deleterio in quanto sottrae calore utile al motore.

Utilizzando questo sistema è possibile montare turbocompressori molto più spinti. Alcuni, solo con lo scopo di aumentare la potenza a parità di cilindrata in auto da corsa, utilizzano una miscela di acqua e metanolo. Negli Stati uniti questo metodo è noto come "anti-detonant injection", o ADI. D'inverno è comunque utile aggiungerne un po' come antigelo.

Un'elaborazione molto più estrema consiste nel sostituire i pistoni normali con pistoni a testa bombata (definiti anche rialzati o a tetto), in modo da aumentare il rapporto di compressione allo scopo di aumentare la potenza specifica, operazione possibile in quanto grazie alle temperature di lavoro più basse e all'assenza di depositi carboniosi è praticamente eliminato il pericolo di detonazione.

Difetti

Questa soluzione ha come difetti:

• Maggiore fumosità, un mezzo dotato di questo sistema emette molto fumo bianco allo scarico soprattutto all'avvio, consistente nella maggiore quantità di vapore acqueo.
• Acqua distillata, non è possibile utilizzare acqua normale, perché contiene sali
• Inefficacia degli attuali sistemi catalizzanti, la marmitta catalitica, la quale necessita di alte temperature per svolgere il suo scopo, rimane sempre a temperature eccessivamente basse.
  Tuttavia in un'auto dotata di iniezione ad acqua, il motore produce pochi gas inquinanti, inferiori ad un'auto normale con marmitta catalitica nuova, soprattutto per gli ossidi di azoto, che sono quasi azzerati.
• Applicazione su veicoli datati, nelle auto più vecchie un problema consisteva nella regolazione dell'anticipo e della carburazione; oggi questi problemi non esistono più in quanto tutto è regolato dall'ECU tramite la sonda lambda dal debimetro e altri sensori.

Gasolio bianco

Per approfondire, vedi la voce Gasolio bianco.

Una tecnologia simile è utilizzata nei motori Diesel miscelando (grazie ad un solvente) gasolio e acqua. Il processo di miscelazione è stato applicabile grazie ad una maggiore affinità del gasolio verso l'acqua. Ciò non è praticabile nei motori a benzina dato che la sua idrofobia è troppo elevata per riuscire a miscelarle stabilmente.

Bibliografia

• (EN) Kroes, M and Wild, T: "Aircraft Powerplants" 7th edition, Glencoe, 1995

Collegamenti esterni

• NACA Wartime Memorandum Report E5H12 08/1945
• MOTHER EARTH NEWS- WATER INJECTION WIZARDRY
• FAQ iniezione d'acqua

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