Si è soliti attendere un paio di minuti prima di metterci in marcia con il nostro veicolo: ma siamo sicuri che ne valga davvero la pena? Cerchiamo di capire il principio fisico che sta alla base di questa pratica di uso comune.

riscaldamento motore
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Diciamoci la verità: tutti abbiamo, almeno una volta, atteso anche dieci minuti abbondanti prima di avviarci, alcuni lo fanno tutt’ora. Perché lo facciamo? Cosa crediamo di ottenere?

Alcuni pensano che attendere e lasciar riscaldare il motore sia una pratica utile al fine di migliorare le prestazioni del veicolo ed aiutarlo a lavorare al meglio. Nulla di più sbagliato!

In questo modo viene a mancare una componente fondamentale per i motori endotermici a combustione interna: Il corretto raggiungimento della temperatura ideale d’esercizio degli organi meccanici.

Cosa accade nei motori durante questa fase?

Dopo aver avviato il motore, le pareti metalliche del propulsore iniziano ad assorbire grosse quantità di calore, non a caso sono detti motori “endotermici“. La causa del sostanzioso assorbimento di calore è dovuta all’elevata differenza di temperatura tra gas di scarico e superfici.

In “trasmissione di calore” si studia la potenza termica fluente (assorbita o ceduta da un corpo) e per una nota relazione possiamo affermare che: maggiore è la differenza di temperatura tra corpi, maggiore sarà la potenza termica scambiata. Adesso risulta facile comprendere quanto calore venga assorbito nella fase iniziale di accensione a freddo.

Il calore si diffonde nella struttura metallica in modo disomogeneo: ecco il perché dell’articolo di oggi.

Le parti che si scalderanno più rapidamente sono le parti a contatto diretto con i gas esausti. Infatti, le valvole di scarico subiranno un riscaldamento molto più repentino della testata del motore, la quale richiede di una maggior quantità di calore e di conseguenza tempo per entrare in temperatura.

testa motore
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La causa? La diversa composizione di materiale metallico presente.

Valvole di scarico:

Le valvole sono piccole e strette, con una composizione di materiale di lega bassa.

Il calore spinge i metalli (e leghe comprese) a dilatarsi e questo porta le valvole stesse a dilatarsi, facendo diminuire il gioco, ancora prima che il veicolo sia in moto.

carico termico valvole
Scala di carico termico di una valvola di scarico, ralph-dte.net

Le valvole di scarico sono progettate con materiali a basso coefficiente di dilatazione termica, rispetto ad altri componenti come la testata.
Esse sono soggette a temperature elevatissime di funzionamento; all’incirca le più alte nell’intero “circuito” di un motore a combustione interna.

Pistoni:

Analogamente, i pistoni subiscono un carico termico variabile creando una vera e propria criticità nella fase di “transitorio termico”, ossia la fase di riscaldamento del motore.

carico_termico_pistone
ralph-dte.net

Testata:

La testata consta invece di una massa metallica elevata e quindi, come ovvio che sia, impiegherà più tempo a riscaldarsi.

Sorge spontaneo domandarsi allora: Cosa accade non appena si è raggiunta una temperatura di regime?
La testata, generalmente in lega d’alluminio, tende a dilatarsi in maniera proporzionata; tuttavia l’assorbimento omogeneo di calore è ostacolato dalle viti di fissaggio della testata stessa.

carico_termico_cilindro
ralph-dte.net

La distribuzione delle temperature per questi tre componenti è differente e bisogna considerare il numerosissimo quantitativo di componenti soggetti a scambio termico. Non possiamo che concludere che la distribuzione è disomogenea e questo comporta tensioni (negative) all’interno delle strutture cristalline dei materiali.

Una volta messo in moto il veicolo, mediante i sistemi di raffreddamento e l’aria che riceve dall’esterno, le temperature tendono ad una condizione “stazionaria” d’equilibrio. I cambiamenti dimensionali interni dei componenti porteranno tuttavia accoppiamenti di gioco e interferenza, i quali sono misurati e calcolati accuratamente in fase di progettazione.

Lubrificazione:

Altro parametro fondamentale nell’avviamento a freddo è la lubrificazione. Non appena avviato il motore, le temperature sono ancora basse e di conseguenza l’olio nel motore è molto viscoso. La viscosità e la temperatura sono proporzionalmente legate. Questo porta l’olio a scorrere meno agevolmente a motore freddo e di conseguenza tempi maggiori per il riscaldamento.

motore riscaldamento
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Maggiore viscosità implica maggiore resistenza allo scorrimento delle componenti e di conseguenza aumenta la pressione all’interno del circuito idraulico. In quest’ultimo vi è una valvola regolatrice, la cui funzione è proprio quella di regolare la pressione evitando valori esagerati.
A freddo la valvola è sollecitata e aprendosi, spinge una notevole quantità di lubrificante a defluire. Il lubrificante espulso verrà poi rimesso in circolo mediante un’apposita pompa.

In passato l’avviamento a freddo era difficoltoso..

Quanti di voi hanno provato ad avviare una vecchia automobile o la vespa special del nonno?
La ricordate come una pratica facileimmediata o anche voi riscontravate difficoltà?

Con i vecchi veicoli occorreva l’utilizzo dello starter, un iniettore che andava ad arricchire la miscela aria-carburante al fine di una accensione immediata. Il motore funzionava irregolarmente (scoppietti dalla marmitta, vuoti di erogazione, fumo) fino a quando non veniva raggiunta la temperatura di equilibrio.

carburatore
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Col passaggio dal carburatore agli iniettori, l’accensione è migliorata. Il carburante infatti viene polverizzato finemente mediante alte pressione sviluppate dalla pompa di pressione d’iniezione. Gli iniettori svolgono la stessa funzione che starter e carburatore svolgevano prima assieme. Il sistema è più compatto ed è regolabile a seconda delle condizioni atmosferiche esterne: Alcuni di voi ricorderanno sicuramente i “fastidi” causati dal cambio di stagione e delle temperature con conseguente ri-carburazione del motore.

temperatura-testa-diesel
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Quindi cosa fare?

Attendere minuti e minuti non facilita, quindi, il raggiungimento della temperatura ideale di funzionamento, anzi è controproducente e persino vietato in alcuni paesi, come quelli nord-europei. Il riscaldamento dovrebbe essere rapido proprio per evitare tutte le disomogeneità che vengono a crearsi (maggiormente) quando attendiamo da fermi.

Basta seguire questo utile ragionamento.

Se lasciassimo l’auto accesa ferma con i giri motore al minimo (generalmente sotto i 1000 al minuto), avremmo un’apertura minore della valvola del gas, rispetto allo stesso regime di rotazione, ma con l’auto in movimento.
Pertanto, in movimento con una maggior apertura della valvola, si avrebbe maggior carburante consumato e quindi minor tempo per il riscaldamento. La fase stessa di transitorio termico risulterebbe più omogenea.

Bmw thermal scan
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NON SOLO! L’avviamento a freddo in questo modo ottimizza il contenimento delle emissioni di scarico. Il catalizzatore deve lavorare ad una certa temperatura ideale per funzionare al meglio e più rapidamente la raggiunge, meglio è.

Non esagerate..

Questo non significa che bisogna sgommare in partenza e aumentare velocemente i giri, al contrario, bisogna seguire un certo stile. Una dilatazione termica troppo rapida porta maggior fatica nei materiali, con conseguenti cricche che a lungo andare possono facilitare la rottura dei componenti.

L’ideale sarebbe attendere circa 15-20 secondi; il tempo di mettersi la cintura e accendere le luci o, per esempio, mandare un messaggio alla propria morosa avvisandola di essere appena partiti.
Mantenere una velocità costante a giri molto bassi e dopo qualche minuto spingere maggiormente l’acceleratore, nei limiti della legalità.