Detonazione: Cos’è e cosa implica?

Un fenomeno legato ai motori a combustione interna a ciclo Otto è sicuramente la detonazione.

Tale fenomeno è chiamato “knocking” (in italiano “battito in testa“), facendo riferimento anche al relativo rumore prodotto come conseguenza del mancato scocco della scintilla dalla candela.
Andiamo a scoprire cos’è e cosa implica.

•Cos’è la “detonazione”?

La “detonazione” è un processo di combustione anomalo in cui la miscela aria-carburante si auto-accende prematuramente per via dell’esposizione ad alta temperatura e pressione in camera di combustione.

Tutto ciò crea una sorta di “forzatura” al moto naturale del pistone, rumori ad alte frequenze di regime di lavoro, nonché una bassa “risonanza” del sistema meccanico. Questa combustione preventiva deriva dal fatto che ogni carburante/miscela possiede una sua temperatura di autoaccensione: raggiunta tale temperatura avviene lo scoppio, indipendentemente dalla posizione del pistone.
Per una risonanza meccanica perfetta ed un consumo limitato di carburante, lo scoppio della carica fresca avviene ad una posizione fissa del pistone: il PMS (punto morto superiore).
Come abbiamo già spiegato in un altro articolo tecnico, in merito alla variabilità del rapporto di compressione: Un rapporto di compressione elevato nei motori benzina, implica un PMS più alto ed una diminuzione della camera di combustione. A questo corrisponde un rapporto di compressione quindi, elevato: ciò comporta il raggiungimento di alte temperature e di conseguenza aumenta la probabilità di detonazione.

I danni provocati? Lascio a voi intuirli con queste immagini:

• Cause e conseguenze:

• Eccesso di “depositi carboniosi” depositati sul cielo del pistone e della testata, provocati dalla combustione;
• Come abbiamo detto precedentemente, il raggiungimento di una temperatura superiore a quella di autoaccensione della carica fresca;
• Tali temperature elevate non vengono raggiunte dal fronte di fiamma (superficie ideale che separa ciò che è combusto da ciò che deve ancora bruciare) prima dell’estinguersi del tempo di incubazione di autoaccensione. La miscela in prossimità di tale zona brucia tutta assieme;
• Un’errata altezza dell’anello di squish, ossia un’area, detta di squish (turbolenza), la quale indirizza la miscela vicino alla candela, migliorandone lo scoppio. Il pistone non riuscendosi a fermare prima d’andare a sbattere sul cielo della testata, favorisce la detonazione.
• Elevata usura di componenti meccanici (rulli del cuscinetto, bronzina di testa e di piede della biella, supporti di “banco“). L’usura implica maggior “gioco” delle componenti andando ad aumentare la corsa del pistone, incentivando la detonazione;
• Errata progettazione della fasatura d’accensione, ossia la posizione ottimale in cui è il pistone durante l’accensione della carica fresca. Un’impostazione troppo anticipata provoca una combustione eccessivamente rapida e prematura della carica;
• L’errata carburazione, per esempio miscela povera di benzina, facilita il fenomeno della detonazione. A meno che non si usi la tecnica della carica stratificata sul cielo del pistone.
• Utilizzo di carburanti scadenti, cioè dotati di lunghe catene di alcani che riducono notevolmente gli ottani della benzina;
• Nel caso dei motori turbo-benzina sovralimentati, dannoso può essere un valore di pressione di sovralimentazione eccessiva;
• Rapporto di compressione eccessivo.

•Cosa possiamo fare per ridurre al minimo il fenomeno?

La condizione maggiormente dannosa per un motore ciclo Otto è un alto carico ad un basso numero di giri.

Infatti accelerando bruscamente ad un regime di rotazione del motore molto basso si raggiungono le condizione più favorevoli alla detonazione. Si ottiene in camera di combustione, alte pressioni e bassa intensità di turbolenza dei gas. Viene raggiunta una velocità di combustione molto lenta rispetto alla velocità di rotazione. Le conseguenze di questo squilibrio di risonanza della fase di combustione favorisce l’insorgere della detonazione.
Il consiglio è: dosare l’accelerazione, evitare sforzi di carico, far aumentare numero di giri del motore ad un rapporto di velocità più alto possibile ed evitare tutte le cause precedentemente citate.