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Injecção de água em motores sobrealimentados

Como temos estado em alta ultimamente com o volume de postos técnicos, não vamos desistir deste bom hábito e vamos explicar hoje como estes sistemas funcionam e que segredos estão escondidos por detrás desta possível melhoria de desempenho.

A Ford, através da M-Sport e da Cosworth, foi pioneira nesta tecnologia no Focus WRC.

Como lhe dissemos no outro dia, a chave para qualquer motor de combustão interna é trabalhar com a maior taxa de compressão possível. A compressão efectiva num motor sobrealimentado é a combinação da compressão obtida pelo turbo mais a compressão fornecida pelo pistão no curso de compressão... curso de compressão, redundância pretendida.


O aumento da compressão dá-lhe mais potência, mais binário e melhor economia de combustível. Mas a compressão crescente também tem os seus riscos, e como explicámos no outro dia, quando se atingem números muito elevados, a mistura ar-combustível aquece tanto que pode entrar em ignição por si só antes de se atingir o ponto ideal de ignição da vela de ignição, o que é fatal para o motor. Sendo uma combustão descontrolada, esta não é manuseada uniformemente, pode causar furos no pistão, barras de ligação quebradas, não aproveita toda a energia do combustível e produz um funcionamento errático do propulsor.

Por estas razões, quando se trabalha com certos graus de compressão, o ponto de ignição da vela deve estar avançado. Em outras palavras, a mistura deve ser inflamada voluntariamente antes do ponto "ideal", para evitar a detonação.

Neste processo de avanço da ignição, a energia é perdida e a eficiência é perdida.

Mas os rapazes da M-Sport, aliados à Cosworth no desenvolvimento dos motores Focus WRC, tiveram uma ideia: injectar água no colector de admissão.


Esquema do sistema de injecção de água utilizado pela Cosworth

O que se consegue com a pulverização de água no colector de admissão? Reduz a temperatura efectiva de trabalho dentro do cilindro. Desta forma, quando ocorre o curso de compressão, parte da energia que está sendo acumulada é dispersa em vaporização dessa água, reduzindo a energia disponível para aquecer a mistura total dentro do cilindro. Isto torna a detonação descontrolada muito menos provável.

Sem probabilidade de detonação descontrolada, o ponto de ignição pode ser retardado em até seis graus. Resultado direto? Um ganho de até 10 cavalos de potência, ou cerca de 3% da potência total de um motor WRC de dois litros da era Focus (outro dia falaremos sobre a potência real dos carros WRC daqueles anos, que estavam bem acima do regulamento de 300 hp...). E não só isso, você também pode trabalhar com uma pressão efetiva mais alta no turboalimentador em toda a faixa de rotação sem medo do corte "iminente", o que permite "preencher melhor" a curva de torque.

A relação entre a injecção de água e a injecção de gasolina era de 0,2 litros de água para cada 0,7 litros de combustível consumido, pelo que os depósitos de água tinham de ser tidos em conta no desenho do carro, uma vez que não desperdiçava muito pouco.

Mas e o problema com o sistema?

No Campeonato Mundial de Rali, o sistema de injecção de água já não era utilizado pela simples razão de que a FIA o proibiu para evitar que os motores ficassem mais caros.


Mas aplicá-lo a carros de estrada como uma opção de pós-venda? Bem, aqui podemos falar de dois problemas fundamentais.

Como lhe dissemos, injectar água "é bom" para o motor, desde que seja em quantidade adequada, e com um injector adequado, que o atomize perfeitamente, criando gotas quase microscópicas. Mas tirar proveito dos benefícios da injeção de água não é tão simples.

A ECU, o cérebro electrónico do seu motor, não foi concebido para funcionar com a injecção de água. Portanto, você tem que criar um "cérebro externo e auxiliar" para trabalhar com o injetor de água de forma sincronizada com a injeção de gasolina. Além disso, como a sua unidade de controlo desconhece completamente que a água está a ser injectada, não pode "compreender" que pode atrasar o ponto de ignição, pelo que não obterá imediatamente as vantagens da injecção de água.

Assim, não lhe restará outra alternativa senão ter uma reprogramação completa da ECU, destinada a trabalhar com a injecção de água. O problema é que isto acrescenta "uma quarta dimensão" ao mapeamento do motor, uma vez que tem de jogar com mais um parâmetro para decidir o ponto de ignição e a quantidade de combustível a injectar para a ECU. Esta quarta dimensão é a operação da injeção de água. Muito provavelmente, por causa disso, você teria que dispensar a ECU convencional do seu motor, e adicionar um Motec ou similar programável, que por sua vez, além de ser estratosfalmente caro, irá remover as funções de segurança do seu carro (ESP, ABS, sistema de catalisador controlado, e mil outras coisas), e se tornará ilegal e não aprovável para um carro de rua "convencional".


E depois há o outro factor problemático. Mesmo que você seja capaz de instalar e programar um sistema completo, um dos momentos mais críticos é quando esses injetores de água falham. E muitas vezes fazem-no no mundo das corridas, onde são testados de novo. A falha principal é quando não há mais água no tanque, ou quando o abastecimento é acidentalmente cortado. Isto quase imediatamente envia o motor para um mergulho, que, trabalhando com taxas de compressão muito altas, destrói os pistões e as bielas dentro de algumas rotações.

Para proteger contra isso você tem que ter um sistema de injeção de água "sem falhas possíveis", com um sensor de nível que modifica a programação da ECU em termos de ignição e pressão do turboalimentador assim que você perceber que vai ficar sem água ou que o sistema teve uma falha na injeção.

O ideal seria que o fabricante trabalhasse num sistema standard, com um ECU parametrizado para o efeito, e com um sensor de nível de água no tanque do sistema para, em caso de falha na injecção do mesmo, quer por falha no injector, quer por falta de líquido no tanque, reduzir instantaneamente a pressão de alimentação para evitar o fenómeno de corte.

A moral da história?

Embora para corridas e competições o sistema de injeção de água seja uma grande invenção que permite trabalhar com pontos de ignição ideais apesar das enormes pressões na câmara de combustão, ele não é, até hoje, um sistema recomendado para carros de "uso civil".

Curiosamente, nos anos sessenta, e ainda hoje, em certos motores de grande deslocamento para uso industrial, o sistema de injeção de água atomizada foi introduzido "como padrão". Do mesmo modo, do outro lado da lagoa é uma tendência nas preparações para encaixar sistemas que injetam uma mistura de metanol e água com o mesmo objetivo da injeção de água "pura", incorporando um sistema "à prova de falhas" para proteger o motor de possíveis catástrofes. Mas introduzir metanol na equação é complicar demais o sistema para um carro de estrada, especialmente sabendo que na velha Europa estes sistemas não podem ser homologados para uso civil, nem podem ser usados em competições regulamentadas.

E com a FIA a proibir a ideia, não é como se a fossemos ver em motores de corridas em breve...

Artigo originalmente publicado em 2013, recuperado para Pistonudos
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