Il ritorno dell'iniezione d'acqua: dalla pista alla strada

BMW rispolvera una soluzione tecnica sperimentata con successo nei motori aeronautici della II guerra Mondiale e in F1 dalla Ferrari. Come funziona?

15 luglio 2015 - 15:50

E' di questi giorni la notizia che BMW ha testato sui nuovi motori 3 cilindri 1.5 turbo a benzina della Serie 1, l'iniezione diretta d'acqua. Il sistema e i relativi benefici sono ben noti da oltre 70 anni. L'acqua nebulizzata iniettata direttamente nella camera di combustione o nel collettore di aspirazione (o nel compressore nel caso di motori sovralimentati), durante la combustione della miscela aria-benzina, evapora assorbendo calore, abbassando in tal modo la temperatura all'interno della camera di combustione. Tale benefico effetto refrigerante consente di aumentare la pressione di alimentazione e nel contempo  allontana il rischio del pericoloso fenomeno della detonazione. Infatti l'acqua presenta eccellenti caratteristiche antidetonanti e il suo Numero di Ottano è praticamente infinito. BMW afferma che con l'iniezione d'acqua si ottiene una diminuzione di 25°C della temperatura di combustione con un aumento della potenza del 10% ed una diminuzione del consumo fino all'8%. Ovviamente, l'acqua necessaria è contenuta in apposito serbatoio e, nel caso della BMW, si sfrutta quella prodotta dalla condensa del climatizzatore.

SOLUZIONE AERONAUTICA – L'iniezione d'acqua è stata ampiamente utilizzata nei motori aeronautici di elevata potenza di cui disponevano i migliori caccia della 2^ Guerra Mondiale (1939-45). Per i non esperti del settore aeronautico, è opportuno precisare che, dato il periodo storico, si tratta di motori endotermici a pistoni con propulsione ad elica. Con la successiva introduzione dei turboreattori aeronautici, ritroviamo l'iniezione d'acqua su alcuni tipi di motori a getto. Le prime realizzazioni vennero effettuate in Germania e furono conseguenti alla necessità di migliorare le scadenti caratteristiche dei carburanti dell'epoca, quasi tutti a basso numero di ottano, soprattutto se di origine sintetica come quelli usati in Germania per esigenze autarchiche, durante il conflitto. Inizialmente il sistema era stato concepito per ottenere spunti di sovrapotenza in fase di decollo. ma ben presto l'iniezione d'acqua venne utilizzata vantaggiosamente durante i combattimenti in quota.

IL MIX VITAMINICO A BASE D'ACQUA – In questi casi l'acqua era additivata con metanolo (alcol metilico), carburante con alto potere antidetonante e refrigerante, ed un prodotto anticongelante e anticorrosivo (Schutzol 39). Questa miscela era denominata MW50 (Methanol Wasser 50%)  poiché composta dal 49,5% di acqua, 50% di metanolo e 0,5% di anticorrosivo. Considerando che l'aumento della pressione di sovralimentazione in combattimento (questi motori era tutti dotati di compressore centrifugo), talvolta superiore a 2 bar, provocava un surriscaldamento dell'aria, risultava preziosa la presenza della miscela acqua-metanolo. Questa veniva iniettata nella camera del compressore nel rapporto di circa il 30%  con picchi del 70% rispetto al carburante di base, per tempi molto ridotti onde evitare eccessive sollecitazioni meccaniche. Gli incrementi di potenza erano dell'ordine del 15-20%  con punte del 35%. Il celebre Daimler Benz V12 DB606DC che equipaggiava l'altrettanto famoso caccia Me 109, con l'iniezione MW50 (immagine in alto) passava dai 1475 CV standard a 2000 CV!

LA FERRARI F1 TURBO – Nei primi anni '80 inizia l'epoca dei motori turbo in F1. Il regolamento tecnico prevede propulsori 1500 cc, come quello dell'immagine a destra, con pressione di sovralimentazione libera. In gara erano normali valori di 2,3-2,5 bar ma in qualifica spesso si raggiungevano i 4 bar.  Ne consegue che i problemi di detonazione (con rotture di pistoni clamorose) erano molto frequenti, nonostante l'uso di benzine molto speciali. Da qui l'esigenza di raffreddare la miscela nella camera di combustione. L'ing. Forghieri, responsabile tecnico del reparto corse Ferrari, ispirandosi alle precedenti esperienze sui citati motori aeronautici Daimler Benz, sviluppò in collaborazione con AGIP un sistema di iniezione d'acqua con lo scopo di migliorare la combustione, raffreddare le pareti della camera di scoppio e scongiurare la detonazione. Con tale sistema, aumentando la pressione di sovralimentazione per pochi secondi, si otteneva un aumento di potenza del 10% senza rischi di rotture. Fa piacere ai cultori della tecnologia motoristica che un sistema non nuovo ma comunque valido come l'iniezione d'acqua venga ora riscoperto dalla BMW per essere applicato su un propulsore di serie. Confidiamo nell'onestà intellettuale degli esperti della comunicazione della Casa bavarese, sperando che non tentino di attribuirsi la paternità della interessante soluzione tecnica.

2 commenti

Amedeo
8:54, 19 luglio 2017

Buongiorno Ing. Pellegrini,
complimenti per il suo blog che ho scoperto da poco tempo.
Quando ero studente a La Sapienza a Roma seguii due seminari dell'Ing. Forghieri, in cui trattava ed illustrava con particolari dettagliati le proprie esperienze in F1.
Nel parlare dell'Emulsion System Ferrari, così lo chiamò, attribuì la paternità dell'idea al collega ed amico Ing. Carmelo Caputo; idea che poi fu sviluppata da loro due con la collaborazione dell'Ing. Nicastro (Agip).

Bruno
16:14, 19 luglio 2017

Gent.mo Ing. Amedeo,
La ringrazio per la sua testimonianza e per i cortesi apprezzamenti. L'ing. Forghieri nel suo libro, a proposito dell'Emulsystem, menziona in effetti la stretta collaborazione con AGIP (inizialmente scettica) e con l'ing. Caruso, responsabile dell'ufficio esperienze della Ferrari. Sicuramente anche l'ing. Caputo, docente di macchine alla Sapienza, avrà dato il suo contributo.
Un cordiale saluto
B. Pellegrini

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