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MOTORI AD INIEZIONE D'ACQUA


In un motore a combustione interna, il sistema di iniezione d’acqua (chiamato anche anti-detonation injection, ADI) consiste nell’immissione di acqua nel motore tramite il condotto di aspirazione, sotto forma di spray, oppure miscelata al combustibile, o direttamente in camera di combustione, al fine di raffreddare certi “punti caldi” nel motore che potrebbero causare la detonazione della miscela aria/benzina. Storicamente, è stato usato per aumentare la potenza dei motori aerei durante la seconda guerra mondiale, poi usata anche nelle competizioni sportive. Nei motori a ciclo Otto, l’iniezione di acqua permetteva di ridurre il rischio di detonazione, il quale se associato all’adozione di un compressore (turbo o volumetrico) permetteva di aumentare molto le prestazioni del motore. E’ poi possibile adottare anticipi di accensione più spinti, nei moderni motori infatti è presente un sensore di detonazione nel cilindro, che se rileva problemi anticipa l’accensione in modo da evitare la detonazione. Tramite l’iniezione di acqua, si risolve il problema della detonazione alla radice, ed è quindi possibile adottare gli anticipi all’accensione per ottenere la massima coppia. Inoltre, l’iniezione di acqua permetteva anche di ridurre le emissioni di NOx e monossido di carbonio. E' usata anche in certi motori a reazione, per aumentare momentaneamente la spinta.
Spesso, non viene iniettata solo acqua, ma una miscela di acqua e alcol (generalmente nelle dosi 50/50 o simili). L’alcol serve per non far congelare l’acqua, inoltre è un combustibile con un potere antidetonante superiore a quello della benzina, quindi crea ulteriore energia durante la combustione.
I motivi di questi miglioramenti sono presto detti, l’acqua presenta un elevato calore latente di vaporizzazione, in altre parole richiede molta energia per passare dallo stato liquido a quello gassoso. Quando acqua a temperatura ambiente è iniettata nel condotto di aspirazione, questa assorbe calore dall’aria in ingresso e dalle pareti metalliche, evaporando, e raffreddando quindi la carica in ingresso. Il motore aspira dunque aria più fresca, in altre parole più densa, viene migliorato il rendimento volumetrico e viene ridotta la possibilità di detonazione, inoltre è possibile iniettare più combustibile. Durante la compressione, l’acqua presente in minuscole gocce assorbe calore dall’aria che si sta comprimendo, raffreddandola e abbassandone la pressione, quindi viene ridotto il lavoro di compressione. Successivamente alla compressione avviene la combustione, e qui si ha un ulteriore effetto benefico. Durante la combustione si sviluppa molto calore, che viene assorbito dall’acqua ancora allo stato liquido, che quindi evapora, riducendo la temperatura di picco del ciclo e riducendo di conseguenza la formazione di NOx e il calore che deve assorbire le pareti del motore. Questa evaporazione inoltre converte parte del calore del motore (che sarebbe altrimenti andata sprecata) in pressione, data appunto dal vapore formatosi, aumentando la spinta sul pistone.
Molti motori moderni hanno delle percentuali pre-programmate di miscele aria/benzina, quindi inserire un sistema di iniezione di acqua senza prima riprogrammare la centralina potrebbe non portare alcun vantaggio, o addirittura danneggiare il motore. Questo perché le centraline non tengono conto del fatto che potrebbe essere iniettata acqua nel motore, quindi se questa è iniettata crea delle modifiche all’aria in ingresso che non si sa come possono essere viste dalla centralina. Sicuramente, il motore subirà dei danni se viene iniettata troppa acqua, sia per errori di calcolo sia per eventuali rotture dell’iniettore. L’acqua è, infatti, un fluido incomprimibile, e se all’interno del cilindro ce n’è troppa la pressione potrebbe aumentare a livelli critici.
L’iniezione di acqua viene normalmente usata nell’aviazione, e non in normali veicoli, tranne in casi in cui si hanno elevati gradi di sovralimentazione e quindi una elevata produzione di calore. In questi casi, piuttosto che utilizzare circuiti separati, l’acqua può essere direttamente miscelata col combustibile. Si può comandare l’iniezione di acqua in modo che entri in funzione solamente nei casi critici, ovvero quando si utilizza il motore a pieno carico, oppure quando vengono raggiunte temperature critiche.

MW 50


L’MW50 è una miscela metanolo/acqua al 50% utilizzata nei motori degli aerei durante la seconda guerra mondiale, nato per diminuire il rischio di detonazione, ha poi permesso anche di aumentare i rapporti di sovralimentazione. In realtà, l’MW50 è una miscela di tre fluidi, 50% metanolo utilizzato per il suo elevato potere antidetonante e, secondariamente, come anti congelamento, 49.5% acqua, e 0.5% un olio additivo anti corrosione. Una miscela simile, l’MW30, è composta dal 69.5% di acqua e dal 30% di metanolo, la maggior quantità di acqua migliora le proprietà di raffreddamento, ma peggiora quelle di anti congelamento, veniva dunque utilizzata nelle missioni a bassa quota. Esistono anche le miscele EW50 ed EW30, dove veniva sostituito l’etanolo al metanolo, e in caso di emergenza poteva essere utilizzata anche acqua pura.
L’effetto di queste miscele era enorme, nei motori BMW 801 e DB 605 semplicemente attivando il sistema si potevano guadagnare circa 100 cavalli, tuttavia l’elevato effetto antidetonante permetteva di aumentare contemporaneamente la pressione di sovralimentazione, per un incremento di 500 cavalli. Questo significa che questi motori che, al livello del mare avevano una potenza di circa 1600 cavalli, potevano superare i 2000 cavalli. Oltre i 6000 metri di altitudine, la miscela permetteva un aumento di prestazioni del solo 4%, dovuto in gran parte al maggior raffreddamento piuttosto che dall’aumento della pressione.