Dall’aeronautica della Seconda Guerra Mondiale a oggi: vantaggi e svantaggi dell’iniezione di acqua nei motori

Le normative ambientali, in Europa e nel mondo, pongono limiti sempre più stringenti ai consumi e alle emissioni delle automobili, portando i costruttori a cercare metodi per migliorare le prestazioni delle nostre auto. A volte questi metodi sono vere innovazioni, ma talvolta le soluzioni possono essere trovate guardando al passato, in settori diversi. Una tecnologia, già usata da alcuni produttori, è l'iniezione di acqua nel motore: l'idea, già usata durante la Seconda Guerra Mondiale in diversi motori per aeroplani, permette di abbassare la temperatura della camera di combustione, soprattutto durante l'uso più gravoso, quando cioè il motore viene sforzato di più, evitando l'accensione incontrollata del carburante e permettendo di raggiungere pressioni e regimi maggiori, ottenendo quindi più potenza. L'iniezione di acqua permette anche, grazie alle minori temperature, di ridurre la quantità di emissioni nocive, come il monossido di carbonio e gli ossidi di azoto (NO_x), tra i maggiori inquinanti presenti nelle aree urbane e industriali italiane ed europee: anche per questo motivo, questa tecnologia desta forte interesse. Ciò nonostante, la maggiore complessità e i costi correlati, insieme a risultati non brillanti nell'utilizzo ad andature più normali e "da strada" a differenza delle velocità raggiunte negli aerei, frenano lo sviluppo di sistemi nelle auto destinate al grande pubblico.

Storia dei primi sviluppi nei cieli dell’Europa in guerra

I primi utilizzi in serie di sistemi di iniezione di acqua, o più spesso miscele acqua/metanolo (l'alcool più semplice, CH₃OH), sono apparsi in campo aeronautico, specialmente nei motori di veloci caccia, già durante la seconda guerra mondiale. Sia la Germania nazista che gli Alleati cominciarono a impiegare questa soluzione per guadagnare potenza massima e migliorare, in generale, prestazioni e affidabilità dei loro motori.

Soprattutto in quota, dove l'aria più rarefatta scambia meno calore con le parti più calde del mezzo, che quindi tendono a surriscaldarsi, è importante abbassare la temperatura interna del motore. Nei mezzi a quattro tempi come i motori a benzina, il carburante è normalmente incendiato da una scintilla generata dalla candela: nel caso il motore sia troppo caldo, però, la miscela aria/carburante può prendere fuoco prima del previsto e in aree diverse della camera di combustione, provocando seri danni ai vari componenti interni (si parla in questi casi di "battito in testa").

Introducendo acqua nella camera di combustione, quest'ultima evapora rapidamente assorbendo una grande quantità di energia (calore) e raffreddando quindi l'interno del motore: una volta evaporata, l'espansione del gas vapore aggiunge pressione ai gas combusti. Caccia come il tedesco Focke FW190 o il Thunderbolt P47D americano, superavano già, negli anni '40, i 2000 cavalli grazie alle iniezioni di miscela acqua/metanolo: un aumento di potenza che poteva risultare fondamentale, durante i combattimenti ad alta quota.

La riscoperta dell'iniezione di acqua e i suoi svantaggi

Negli ultimi decenni, alcuni produttori automobilistici hanno ripreso l'idea dell'iniezione di acqua o miscele acquose all'interno del motore: alcuni di questi esperimenti sono diventati prodotti disponibili sul mercato, come nel caso del sistema sviluppato da Bosch nel 2016 e montato per la prima volta per una vettura sportiva da strada: la BMW M4 GTS.

Grazie all'acqua iniettata, la centralina del veicolo può evitare di inviare carburante in eccesso normalmente usato per il raffreddamento del motore: il produttore dichiara un risparmio di carburante fino al 13% durante l'uso più "sportivo" della vettura.

Le minori temperature aiutano a ottenere una combustione più "pulita": diversi studi indicano una diminuzione del monossido di carbonio del 40% e degli ossidi di azoto (monossido, NO e biossido di azoto, NO₂, generalmente indicati come NO_x) tra il 40 e il 50% nei motori a benzina, e addirittura fino all'85% rispetto a motori diesel (se usata in abbinamento ai sistemi di ricircolo dei gas combusti, detti EGR).

Nonostante questo, i sistemi ad iniezione sono ancora una rarità destinata ad automobili di fascia alta: a fermarne la diffusione è sicuramente la complessità e il costo dei sistemi, ma anche l'aumento del rischio di corrosione negli impianti e negli scarichi dovuti alla maggior presenza di acqua e vapore.

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