Nel riportare notizie su auto più o meno inquinanti, la nostra attenzione è stata destata da un annuncio dell’anno scorso di Bosch su un nuovo sistema per iniettare acqua nei cilindri, il che consente di ridurre i consumi anche del 13%.
Il fatto che il sistema sia stato adottato in anteprima sulla BMW M4 GTS può aver fatto pensare, come prima impressione, a un sistema per auto supersportive, per incrementare le prestazioni. Ma non è così.
Un sistema per evitare il surriscaldamento delle valvole nei motori a benzina
Fondamentalmente è un nuovo sistema per evitare che le valvole si surriscaldino, che è un problema generale dei motori a benzina. La sua adozione, secondo Bosch, produce vantaggi particolarmente su auto normali: “La riduzione dei consumi di carburante offerta da questa tecnologia Bosch emerge particolarmente nei motori a tre e quattro cilindri che troviamo sotto il cofano delle auto di medie dimensioni.”
Un momento: nuovo sistema, vecchio problema? Ma, allora, finora come si faceva a prevenire il surriscaldamento delle valvole nei motori a benzina? È la stessa Bosch a dirlo:
“…a un motore non deve essere consentito di surriscaldarsi. Per impedire che ciò accada, in quasi tutti i motori a benzina di oggi viene iniettato carburante in più, che evapora raffreddando parti del motore. Con l’iniezione ad acqua, gli ingegneri Bosch hanno sfruttato questo principio fisico…”
Molto interessante. Quindi, motori a benzina che grazie alla sonda lambda e all’iniezione elettronica finemente controllata dovrebbero garantire di mantenersi sempre in prossimità del rapporto stechiometrico ideale (cioé il rapporto perfetto tra la massa dell’ossigeno e del combustibile affinché la combustione sia completa), ed eliminare poi nel catalizzatore solo le piccole tracce rimaste di idrocarburi incombusti, in realtà iniettano benzina in eccesso per evitare che le valvole si surriscaldino.
Quindi, di fatto, si allontanano dal rapporto stechiometrico perché intenzionalmente “ingrassano” di benzina la miscela. Questa benzina in eccesso supera la capacità ossidante del catalizzatore e la quota che non riesce a venire ossidata finisce inevitabilmente in aria.
La benzina verde che è tutto tranne che verde
Ricordiamo che la benzina di oggi, la cosiddetta verde, per ottenere gli effetti antidetonanti che nella vecchia super erano assicurati dal velenoso piombo tetraetile si basa su una formulazione che contiene una maggior quantità di idrocarburi aromatici come il benzene, un composto riconosciuto come tossico e cancerogeno.
Fu questo fatto a rendere imperativo adottare il catalizzatore, affinchè la benzina verde venga bruciata completamente prima di arrivare allo scarico, per evitare la dispersione di sostanze tossiche nell’ambiente.
Se così non fosse, tutto il bilancio della pluridecennale operazione normativa e industriale “benzina verde – catalizzatore trivalente – sonda lambda – iniezione elettronica eccetera” si risolverebbe, praticamente, nella semplice sostituzione del piombo tetraetile, velenoso per il sistema nervoso, con il benzene, tossico e cancerogeno.
Bel risultato: oltre 20 anni di tecnologia, costi, incentivi, rottamazioni eccetera solo per passare da un rischio a uno forse maggiore? Ma, certo, le valvole non devono surriscaldarsi, e così “in quasi tutti i motori a benzina di oggi viene iniettato carburante in più, che evapora raffreddando parti del motore“.
Pazienza se poi, in ultima analisi, la gente deve ritrovarsi questo carburante in più nell’aria che respira.
Ma quanta benzina viene iniettata nei motori, e quando?
Per quanto riguarda il “quando” si inietta benzina, lo si deduce dallo stesso comunicato, laddove afferma:
In particolare quando si accelera rapidamente o si guida in autostrada, l’iniezione di acqua consente di ridurre il consumo di carburante fino al 13%.
Se queste sono le condizioni in cui la sostituzione dell’iniezione di benzina con l’iniezione di acqua ha il maggiore impatto positivo sui consumi, evidentemente esse sono anche le condizioni in cui finora erano prevalenti le iniezioni di benzina a scopo di raffreddamento valvole: rapida accelerazione e marcia ad alta velocità.
Siccome nei motori a benzina il punto di funzionamento ottimale è in corrispondenza del rapporto stechiometrico fra aria e carburante, come misurato dalla sonda lambda, iniettare un eccesso di benzina significa permettere consapevolmente al motore di derogare dal vincolo del rapporto stechiometrico.
L’eccesso di benzina, ben un quinto, si perde dunque in aria
L’eccesso di benzina, non potendo nè essere bruciato nel motore nè ossidato nel catalizzatore non può che finire allo scarico, disperdendo in aria, fra gli altri idrocarburi incombusti, anche del benzene.
Viene da pensare che durante queste iniezioni di benzina, se si supera il rapporto stechiometrico, il segnale in arrivo dalla sonda lambda debba essere ignorato: l’ingrassamento della miscela è volontario, non è una svista. La cosa deve evidentemente essere nota al software di controllo del motore, altrimenti esso reagirebbe al feedback della sonda lambda per correggere subito il rapporto aria/benzina.
Per quanto riguarda invece “quanta” benzina si inietta, basta leggere la prima frase del comunicato Bosch: “Lo sapevate che anche i motori a benzina più avanzati sprecano circa un quinto del carburante? Soprattutto ad alti regimi del motore, parte della benzina viene utilizzata per il raffreddamento anziché per la propulsione.”
Non tracce, non modeste quantità, non impercettibili eccessi iniettati eccezionalmente, ma addirittura circa un quinto di tutta la benzina consumata! Qualcuno se la prenderà per l’aumento dei consumi, qualcun altro giustamente si preoccuperà di più per gli idrocarburi incombusti dispersi nell’ambiente.
Nelle norme Euro 6 il limite per le emissioni di HC è di 100 milligrammi/km. Ora, se è vero che, come afferma Bosch nel suo comunicato, un’auto a benzina spreca (come eccesso iniettato per raffreddare le valvole) circa un quinto del carburante che consuma, è facile rendersi conto che con una tale premessa la quantità di benzina incombusta che finisce nell’ambiente è ben superiore ai 100 milligrammi/km concessi dalle norme.
Guarda caso motori perfetti per i cicli di omologazione
Al di là dei numeri precisi, viene da chiedersi come abbiano fatto auto con sistemi simili a passare i cicli di omologazione antiinquinamento. Ah già, l’iniezione di benzina avviene soprattutto in rapida accelerazione e ad alta velocità. Non sarà che tali due circostanze siano, molto opportunamente, assenti nei cicli di omologazione? Guarda caso, sì.
Il ciclo usato per il controllo delle emissioni in sede di omologazione è attualmente lo stesso utilizzato per omologare i consumi dichiarati, ossia il famoso ciclo NEDC,che non solo permette di assicurare consumi surreali per le auto ibride e autonomie lontane dalla realtà per le elettriche, ma fa ben di peggio.
Basta leggere l’analisi del famigerato ciclo NEDC per rendersi conto di quanto siano ridicole e irrealistiche le condizioni di prova, tanto in ambito urbano quanto in ambito extraurbano, con accelerazioni da 0 a 15 km/h in 4 secondi oppure da 0 a 50 km/h in 26 secondi, oppure da 0 a 70 km/h in 41 secondi e usando 4 marce, cambi di marcia in salita che richiedono 2 secondi (ma, “stranamente”, scalate che richiedono 0 secondi), e non si superano mai i 120 km/h che vengono comunque tenuti solo per pochi secondi.
Il ciclo sembra fatto per accarezzare il motore, per dargli tempo di accelerare con minima richiesta di potenza, per dargli il tempo di raffreddarsi un po’ nelle interruzioni di spinta nelle cambiate che opportunamente durano ben 2 secondi (nelle scalate non serve, in quanto si sta già rallentando e il motore è già in regime di cut-off e non sviluppa calore in camera di combustione, quindi le scalate possono essere considerate istantanee.. è bizzarro come uno stesso guidatore virtuale risulti, nel ciclo NEDC, lento e impacciato nei cambi di marcia in salita e più veloce di un campione di F.1 quando deve scalare).
L’utilizzo reale lontanissimo dal ciclo NEDC, così come le emissioni
Nell’utilizzo reale la meccanica viene trattata in modo ben diverso dal guidatore e la richiesta di potenza è ben superiore; di conseguenza è assai più probabile che nella circolazione su strada si producano le condizioni di surriscaldamento delle valvole di cui parla Bosch, per affrontare le quali si inietta benzina.
Ma questo il ciclo di omologazione delle emissioni evidentemente non lo rileverà, perchè nel ciclo NEDC il motore non sta vigorosamente lottando contro l’inerzia e le leggi della fisica al servizio di un guidatore esigente e un po’ stressato. Il motore è come cullato nella bambagia.
A questo punto viene da chiedersi chi ha progettato il ciclo Nedc e con quali fini? Ma ancora più interessante sarebbe sapere chi lo ha poi approvato e ufficialmente adottato come regolamento standard UE…
Il primo utilizzo dell’acqua in camera da scoppio risale agli anni 60… del XIX secolo.
https://it.wikipedia.org/wiki/Motore_ad_iniezione_d%27acqua
Inoltre lavorando con miscela eccessivamente grassa la combustione genera CO invece che CO2.
Non sono un chimico, ma, anche in considerazione delle elevate temperature in camera da scoppio quando il motore lavora a piena potenza, è’ più facile che venga rilasciato CO in eccesso che idrocarburi complessi, che invece dovrebbero frazionarsi con una relativa facilità.