15 Agosto 2022
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Cosa causa la detonazione?

Va sotto diversi nomi – bussare, pinging, detonazione, ecc., e molti dei termini possono far sembrare l’evento piuttosto innocuo. La verità è che, sotto carichi da moderati ad alti, un numero consistente di colpi può causare un guasto catastrofico al motore, di solito sotto forma di cuscinetti di biella schiacciati, anelli incrinati o un buco nel pistone.

Quasi tutti i motori ad accensione a scintilla da moderata ad alta potenza sperimenteranno eventi casuali di knock durante la loro vita di servizio. È una di quelle cose che non può mai essere completamente evitata, ma può essere facilmente controllata e mantenuta entro un limite di sicurezza per mezzo di sensori e una messa a punto responsabile. Per iniziare, aiuta a capire cosa succede all’interno della camera di combustione per causare quel suono distruttivo.

Che cosa è
A seconda del carico del motore e della messa a punto, la candela si accende ovunque tra 45 gradi fino a 5 gradi prima del centro superiore morto (BTDC) della corsa di compressione e accende la miscela di aria e carburante.

Durante un normale ciclo di combustione, il fronte di fiamma si espande dal punto di accensione verso le pareti del cilindro e la corona del pistone, questo processo di combustione può richiedere fino a 90 gradi di rotazione dell’albero motore per bruciare completamente. La detonazione è identificata come qualsiasi combustione spontanea che si verifica dopo che il processo di combustione è già iniziato, ed è indipendente dal fronte di fiamma iniziale. Questo evento incontrollato può provenire da qualsiasi punto all’interno della camera ed è solitamente causato da alte temperature del cilindro e dalla pressione.

Cosa fa
Ora che avete una comprensione di base del knock e delle sue due cause principali (calore e pressione), possiamo parlare degli effetti dannosi associati ad esso. Il danno non è causato dall’energia rilasciata dalla detonazione, ma piuttosto dal tasso di rilascio dell’energia (il potenziale energetico è lo stesso di un normale ciclo di combustione). La detonazione è spesso considerata come l’equivalente di colpire la parte superiore del pistone con un martello esplosivo.

Come rilevarla

A sinistra: un sensore di detonazione che si trova comunemente sui veicoli EFI. A destra: Le lattine elettroniche di det comunemente usate dai tuner.


Quando si verifica un evento di knock, si può sentire un suono udibile di pinging. Sul vostro motore EFI medio, il rilevamento dei colpi si basa sull’uso di uno o più sensori di colpo installati in luoghi specifici sul motore. Questi sensori sono fondamentalmente un tipo di microfono che è calibrato per raccogliere la gamma specifica di frequenze note per essere associate alla detonazione. Quando il sensore rileva un numero abbastanza alto di colpi, l’ECU comincerà a ritardare l’accensione e ad aggiungere più carburante, a seconda della ECU usata.

Queste frequenze di detonazione variano a seconda del design del motore e dovranno anche essere ricalibrate dal vostro tuner dopo pesanti modifiche al motore.
L’azienda australiana di gestione del motore aftermarket Haltech ha creato un grande video che spiega questo processo di calibrazione:

I tuner professionisti spesso si affidano all’uso di lattine di detonazione (det cans) per rilevare gli eventi di knock su motori altamente modificati. Questi det cans possono essere elettronici o meccanici, il primo usando un microfono per trasmettere l’audio attraverso un paio di cuffie, e il secondo solo usando un supporto di rame e tubi per trasmettere il suono raccolto dal rame alle cuffie. Le lattine Det possono anche aiutare ad accelerare il processo di ricalibrazione del sensore di battito.

Come controllarlo
Quando si mette a punto un motore ci sono due fonti primarie di calore e pressione, l’alimentazione e la fasatura dell’accensione.

Fasatura dell’accensione per controllare la pressione
Quando si mette a punto la fasatura dell’accensione, bisogna stare attenti a quanto si anticipa la fasatura – più fasatura non sempre equivale a più potenza. L’idea è di cronometrare la scintilla al momento giusto BTDC per consentire un tempo di combustione sufficiente per il picco di pressione del cilindro per verificarsi al punto ottimale ATDC.

Mappa della fasatura di fabbrica di una Mitsubishi Evo X JDM del 2008 (gradi BTDC). Notate come il carico e il numero di giri aumentano, l’anticipo della fasatura diminuisce. Le applicazioni potenziate tendono a eseguire una fasatura di picco inferiore a causa della maggiore pressione del cilindro associata all’induzione forzata.

Una fasatura troppo avanzata causerà la scintilla troppo presto, costringendo la pressione all’interno del cilindro a crescere più velocemente di quanto il fronte della fiamma possa diffondersi. Questo creerà due fonti di pressione del cilindro che lavorano allo stesso tempo (corsa del pistone e combustione), facendo sì che la pressione e la temperatura del cilindro superino il punto di autoaccensione del carburante incombusto ancora rimasto nel cilindro, bruciandolo all’istante. Questa combustione spontanea è l’evento della detonazione ed è una delle cause più comuni dei guasti di pistoni, bielle e cuscinetti.

Esempi di guasti ai cuscinetti causati dalla detonazione. A sinistra: Fatica del rivestimento intermedio a base di rame che si trova nei cuscinetti trimetallici. A destra: Usura eccessiva localizzata dovuta alla distorsione della biella a causa della detonazione.

Alimentazione per controllare la temperatura
Quando si mette a punto un motore, il carburante viene usato come forma di controllo della temperatura. Aggiungendo più carburante si crea una miscela più ricca e si raffredda la camera, togliendo carburante si allenta la miscela e si aggiunge più calore.

Haltech fornisce una grande analogia per aiutarvi a capire questo processo. “Pensate che sia come cuocere una torta. Quando hai finito di cuocere, apri il forno e tiri fuori la torta per farla raffreddare. L’aria all’interno del forno è di 180 gradi C, quindi la torta e la tortiera d’acciaio sono entrambe a 180 gradi, eppure mettendo le mani nell’aria a 180 gradi non ci si brucia. La tortiera di metallo, invece, certamente brucia le mani, così come la torta stessa dopo un paio di secondi”.

Quello che si vuole trarre da questo è che l’aria è un terribile conduttore termico, perché l’aria a 180 gradi nel forno non ti brucia come farebbe la tortiera alla stessa temperatura. Il carburante è un conduttore di calore molto migliore – quindi, in termini generali, più carburante si aggiunge, più calore sarà tirato via dalle pareti del cilindro, dai pistoni, dalle valvole, ecc.

Mappa del carburante di fabbrica da una Mitsubishi Evo X 2008 EDM (in scala per AFR). Notate come il carico e il numero di giri aumentano, il carburante aumenta (più ricco). I motori potenziati richiedono generalmente almeno un 10% di miscela più ricca per combattere la detonazione causata dall’aumento della temperatura dei cilindri creato dall’induzione forzata.

È possibile però aggiungere troppo carburante, specialmente in aree di basso carico come il minimo o la crociera, e si può causare la detonazione o addirittura fondere un pistone se si è troppo magri a carichi più alti. È compito dei preparatori calibrare diversi componenti del motore (MAF, VE, VVT, boost, alimentazione, fasatura dell’accensione, ecc.) per ottenere gli obiettivi di alimentazione e fasatura dell’accensione più efficienti per il motore e le sue modifiche specifiche.

Conclusione
La detonazione può causare guasti catastrofici al motore se non controllata. Ecco perché la maggior parte dei motori moderni incorporano un sistema di sicurezza nella messa a punto di fabbrica per ritardare la fasatura di accensione o aggiungere carburante quando un sensore di detonazione rileva un numero troppo alto di colpi. Per prevenire i colpi sui motori modificati, è necessaria una messa a punto per regolare le calibrazioni di fabbrica e portare il tuo motore in equilibrio con le tue nuove modifiche.

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