Motori con iniezione ad acqua: dagli aerei alla BMW M4 Safety Car

In tutti i motori esiste un “raffreddamento interno”, che si ottiene grazie al fatto che il carburante liquido quando vaporizza, cioè passa allo stato gassoso, sottrae calore. La sensazione di freschezza sulla pelle che si ha quando evapora un dopobarba a base alcolica è dovuta proprio a questo.

Sfruttando il calore latente di vaporizzazione del liquido introdotto nei cilindri si può ottenere una apprezzabile refrigerazione della carica, ossia della miscela aria-carburante. Oltre a ridurre in una certa misura le sollecitazioni termiche (a una minore temperatura di compressione corrisponde una minore temperatura massima del ciclo), ciò contribuisce ad ostacolare l’insorgere della detonazione e determina anche un lieve miglioramento del rendimento volumetrico; la carica infatti è a temperatura minore e quindi è più densa.

Non tutti i liquidi hanno lo stesso calore latente di vaporizzazione. Quello del metanolo, ad esempio, è di gran lunga superiore a quello della benzina e questo, unitamente all’elevato numero di ottano, è positivo ai fini delle prestazioni. Se con la benzina è possibile ottenere un abbassamento della temperatura della carica dell’ordine di una ventina di gradi, alimentando il motore con metanolo la riduzione di temperatura può addirittura avvicinarsi a 150 °C!

Naturalmente i motori a iniezione diretta sono avvantaggiati, dato che il carburante viene immesso all’interno del cilindro, e pertanto vaporizza tutto lì e non in larga misura nei condotti di aspirazione, come avviene con l’iniezione indiretta. Si ottiene in tal modo un miglior raffreddamento interno, il che agevola l’adozione di rapporti di compressione particolarmente elevati.

L’idea di immettere acqua nei cilindri per ottenere un raffreddamento della carica particolarmente vigoroso non è nuova. Qualcuno ci aveva già pensato negli anni dieci del secolo scorso. È stato con lo sviluppo di motori d’aviazione sovralimentati di elevata potenza però che, all’inizio degli anni Quaranta, l’idea è stata messa in pratica. L’aggiunta di acqua (che ha un calore latente di vaporizzazione all’incirca doppio rispetto a quello del metanolo!) migliorava notevolmente la resistenza alla detonazione e permetteva di adottare pressioni di sovralimentazione più elevate. A utilizzare al meglio le possibilità offerte da questa soluzione sono stati i tedeschi (che per inciso alimentavano i loro motori impiegando efficienti sistemi di iniezione diretta e non carburatori, come i costruttori delle altre nazioni). Sui loro aerei veniva impiegata una miscela di acqua e metanolo, con quest’ultimo che aveva fondamentalmente la funzione di evitare che il liquido congelasse alle basse temperature che si incontravano in quota.

In tal modo era possibile ottenere incrementi di potenza che potevano anche essere superiori al 10%. Tra i costruttori di motori d’aviazione spiccava la BMW, che produceva gli eccellenti 801 a doppia stella. La casa bavarese ha così potuto mettere insieme già all’epoca un importante know-how anche in questo campo.

I risultati più significativi l’iniezione di acqua può fornirli se impiegata su motori sovralimentati e con un rapporto di compressione elevato. Sono state anche effettuate prove mescolando l’acqua con il carburante prima dell’iniezione, ma la soluzione migliore è quella di immetterla separatamente, con una elevata polverizzazione.