Iniezioni d'acqua nell'aspirazione (BMW M4 MotoGP Safety Car)

[Beckervdo]

Le prestazioni ottenibili da un motore a combustione sono limitate da diversi fattori, tra cui la temperatura di processo nella camera di combustione. Se si supera questa temperatura, il risultato è combustione incontrollata (knocking) e quindi una perdita di prestazioni e, nel caso peggiore, costosi danni al motore. Ciò è particolarmente importante quando il motore è sovralimentato, quando l’aria di aspirazione è già riscaldata intensamente dal compressore del turbocompressore.

Un intercooler fa in modo di abbattere le temperature se necessario, ma anche questo ha dei limiti fisici. A seconda del design e delle dimensioni del sistema di raffreddamento e dell’aerodinamica della vettura, l’aria di aspirazione raggiunge temperature che sono appena al di sotto delle temperature massime consentite. Aumentare la pressione di sovralimentazione supererebbe il limite di battito in test e non è quindi uno strumento efficace per aumentare le prestazioni.

BMW M Division ha una soluzione: iniettare acqua nebulizzata nel collettore di aspirazione in modo da ridurre nuovamente e significativamente la temperatura dell’aria di combustione.

La temperatura dell’aria che arriva così dall’intercooler è maggiormente raffreddata riducendo così la possibilità di battito in testa, rendendo possibile portare il punto di innesco della scintilla più avanti e quindi più vicino al valore ottimale. Ciò rende il processo di combustione più efficace ed allo stesso tempo riduce la temperatura di combustione. D’altra parte, l’aria fresca ha una densità maggiore che aumenta il contenuto di ossigeno nella camera di combustione. Ciò si traduce in una pressione media superiore durante il processo di combustione ed a sua volta ottimizza le prestazioni e la coppia. Infine, il raffreddamento interno efficace della camera di combustione riduce la deformazione termica su numerosi componenti. Questo non solo impedisce danni a pistoni, valvole di scarico e catalizzatori, ma riduce anche la tensione sul turbocompressore, sottoposto ad abbassare le temperature di scarico. Le temperature di processo inferiori riducono anche la formazione di sostanze pericolose, in particolare l’ossido di azoto (NOx) . Iniezione dell’acqua migliora, di conseguenza, notevolmente l’efficacia del motore. Usando l’iniezione di acqua per aumentare il limite di battito in testa, aiuta anche a risolvere sostanzialmente un conflitto nella progettazione motori ad alte prestazioni: coadiuvare prestazioni e consumo che non sono determinate solamente dal rapporto di compressione. Questo vale anche, in particolare, per i motori turbo come il 6 cilindri in linea BMW M TwinPower Turbo.

Grazie ad un elevato rapporto di compressione, questo motore è altamente efficiente e vanta bassi consumi, specialmente nel campo di carico parziale. Tuttavia, il rapporto di compressione massimo è limitato dalla tendenza al battito in testa quando utilizzato ad alti carichi.

L’iniezione d’acqua è anche estremamente vantaggioso qui, in quanto riduce la tendenza per il motore a battere, mentre allo stesso tempo consente di aumentare il rapporto di compressione.

In questo modo, il motore turbo può raggiungere prestazioni ottimali in una vasta gamma di punti operativi.

Gli ingegneri della BMW M Division hanno optato per un layout con tre valvole di iniezione nel plenum della camera di aspirazione, ogni iniettore serve due di sei cilindri del motore.

Questa soluzione garantisce una distribuzione molto equa e consente inoltre al sistema di essere progettato in modo compatto. Situato nel bagagliaio della BMW M4 MotoGP Safety Car è un serbatoio di acqua con un volume lordo di circa cinque litri, che ospita la pompa dell’acqua, sensori e valvole.

Il sistema di pompa è completa di sensori ed elementi attuatori, sono controllati dall’elettronica del motore, che sono stati aggiornati di conseguenza. In pratica, la pompa alimenta gli iniettori ad una pressione di dieci bar, il cui volume di iniezione è fornito in funzione del carico, della velocità del motore e della temperatura. Questo assicura che il consumo di acqua sia ridotto al minimo.

In azione sulla pista, è sempre necessario riempire il serbatoio di acqua ogni volta che la macchina deve fare rifornimento. Durante il funzionamento normale, gli intervalli tra le ricariche acqua sono notevolmente più lungo, a seconda dello stile di guida. Anche quando si guida veloce in autostrada, è solo necessario riempire il contenitore dell’acqua all’incirca ogni cinque soste per rifornimento. Per assicurare che il sistema sia adatto per uso quotidiano, non richiede alcuna manutenzione aggiuntiva. Per motivi di sicurezza, l’acqua BMW M, iniezione lavora con un sofisticato sistema di diagnosi automatica.

Se il serbatoio dell’acqua è vuoto o parti del sistema hanno dato problemi, saranno prese misure adeguate per proteggere il propulsore. La pressione di sovralimentazione ed il punto di accensione raggiunte con l’iniezione d’acqua vengono annullate, permettendo così continuità di funzionamento del motore, senza alcuna restrizione sulle prestazioni. Tuttavia, una vasta gamma di misure garantisce anche la funzionalità del sistema durante il normale funzionamento. Dopo che il motore è stato spento, l’acqua viene trasportata indietro dalla tubazione al serbatoio, in modo da evitare che i componenti del sistema di congelino a temperature al di sotto dello zero.

Il serbatoio d’acqua stesso è schermato contro il gelo.

Via http://www.bmwnews.it/bmw-m4-moto-gp-safety-car-la-novita-e-nellacqua/

[TonyH]

Che supercazzola. Direttamente dall'ufficio comunicazioni della Democrazia Cristiana.

[Cibus]

Allacciandomi al discorso del moderatore scalzo, oserei dire che BMW sta vendendo la scoperta dell'acqua calda, ma qualche accordo con la stampa mi sa che l'han preso.

Le due veline mi sembrano più contenute nei toni.

Tornando alla soluzione tecnica (a parte che nella mia ignoranza tecnica nel leggere di acqua nei cilindri son trasalito, salvo capire poi leggendo) mi pare che non sia la prima volta che i tedeschi mettono in produzioni soluzioni usate dagli italiani nelle corse. In questo caso oltretutto leggo che è già usata in diversi altri campi..

Che supercazzola. Direttamente dall'ufficio comunicazioni della Democrazia Cristiana.

Pensa che nello sciagurato periodo in cui frequentavo scienze delle pagnocch.. della comunicazione, l'idea era di finire a lavorare per le aziende facendo cose del genere..

[Guest EC2277]

A questo punto alzo una polemica di natura "politica".

L'articolo iniziale recitava:

Quelle due paroline evidenziate sono la chiave per cui l'intera esposizione cambia, agli occhi di buona parte del pubblico ignorante (me compreso), da "Toh, rispolverano un buon sistema" a "Figo, guarda cosa si sono inventati".

Siccome è abitudine della Triade (ma vedi anche Ford e VW) dichiarare al mondo di avere inventato per primi anche la ruota, vorrei capire qual'è stato il ruolo di Quattroruote nell'avvallare questo metodo anche in questo caso:

…

Anche in codesto seguono l'esempio degli italiani: la famosa accensione Twin Spark venne adottata per risolvere dei problemi di combustione che affliggevano le ultime versioni del bialbero Busso. Però ai clienti venne presentata come un'innovazione tecnica e da lì nacque la leggenda del motore Twin Spark.

Tra l'altro alcuni credono che fosse un'esclusività dell'Alfa, quando (se non erro) anch'essa era una tecnologia nata per ovviare ai problemi di detonazione che affliggevano i caccia a pistoni; stavolta della 1ª Guerra Mondiale.

Insomma un tempo eravamo noi a fare le stesse cose.

[AleRPM]

A questo punto alzo una polemica di natura "politica".

L'articolo iniziale recitava:

Quelle due paroline evidenziate sono la chiave per cui l'intera esposizione cambia, agli occhi di buona parte del pubblico ignorante (me compreso), da "Toh, rispolverano un buon sistema" a "Figo, guarda cosa si sono inventati".

Siccome è abitudine della Triade (ma vedi anche Ford e VW) dichiarare al mondo di avere inventato per primi anche la ruota, vorrei capire qual'è stato il ruolo di Quattroruote nell'avvallare questo metodo anche in questo caso:

a) 4R ha pubblicato la velina dell'ufficio stampa BMW senza controllarla (buffonata)

4R ha controllato ma nessuno sapeva dell'esistenza di quel sistema (pochezza editoriale)

c) 4R sapeva ma ha pubblicato la marchetta coscientemente (grave)

d) 4R ha scritto apposta la marchetta per esaltare il carattere di innovatività (più grave)

Già mi girano abbastanza per questo atteggiamento di marketing fuffa che li premia pure, ma mi girano ancora di più per chi gli permette di mantenerlo (testate di settore e authority che ammette pubblicità sibilline).

Di sicuro tutto questo non fa bene alla credibilità del giornale...

PS: simpatica anche la formulazione della chiusura...

Magari sono io che voglio vedere il male nei dettagli, ma a scrivere "mentre su strada, anche nell'uso intenso, sarà necessario fare il "pieno" ogni cinque rifornimenti di benzina" magari puzzava un po' meno di marchetta...

Considerando come e a che ritmo si lavora a 4R propendo per a con una spruzzatina di d...

[stev66]

Esatto . Tutti i motori a pistoni aeronautici, siano essi a V o radiali, avevano la doppia accensione, sia per i motivi da te citati, sia perché i due circuiti d'accensione a magnete indipendenti offrivano una doppia ridondanza estremamente utile per tornare a casa in caso di failures

[Ario_]

In pratica evaporando dapprima raffredda l'aria in ingresso nel motore, migliorando così il riempimento del cilindro e poi evita che si raggiungano temperature tali da avere la detonazione durante la combustione. Detto ciò occorre precisare una cosa: è vero che l'acqua evaporando si espande, ma è anche vero che raffreddando in gas questi si contraggono e quindi è da valutare quanto riesca ad incrementare il rapporto di compressione.

P.S. Non esiste la camera di scoppio: i motori hanno la camera di combustione.

Capito.

Fermo restando quanto detto da Wilhem, va riconosciuta a BMW l'aver ritirato fuori un sistema vecchio ma potenzialmente efficace sotto molti aspetti.

I miei dubbi sono fondamentalmente 2. Il primo riguarda il dover andare in giro con un serbatoio in più. Non so quanta acqua consumi questo sistema, ma implica comunque maggior peso e necessità di rifornimento.

Il secondo è se non vale a questo punto la pena di passare ad un intercooler ad acqua.

[Guest EC2277]

L'interrefrigeratore è utile solo durante la fase di aspirazione, mentre questo sistema consente di avere dei benefici anche durante la combustione.

[Scott]

Anche in codesto seguono l'esempio degli italiani: la famosa accensione Twin Spark venne adottata per risolvere dei problemi di combustione che affliggevano le ultime versioni del bialbero Busso. Però ai clienti venne presentata come un'innovazione tecnica e da lì nacque la leggenda del motore Twin Spark.

Tra l'altro alcuni credono che fosse un'esclusività dell'Alfa, quando (se non erro) anch'essa era una tecnologia nata per ovviare ai problemi di detonazione che affliggevano i caccia a pistoni; stavolta della 1ª Guerra Mondiale.

Insomma un tempo eravamo noi a fare le stesse cose.

Però pare che in ambito automobilistico fosse comunque stata introdotta da Alfa con la GP del 1914

[jeby]

Allacciandomi al discorso del moderatore scalzo, oserei dire che BMW sta vendendo la scoperta dell'acqua calda, ma qualche accordo con la stampa mi sa che l'han preso.

E io che ho detto?

Prevista per domani una nuova conferenza stampa BMW. Sembra che abbiano inventato un rivoluzionario composto chimico inodore e incolore, ma la cosa ancora più rivoluzionaria è che sarà possibile produrlo anche a temperature maggiori di quella ambiente, è stato chiamato "monossido di diidrogeno ad alto fattore cinetico molecolare" o anche HMKF DHMO! Una vera rivoluzione!!!!