Ho studiato un po' questo fenomeno sui vari testi che ho trovato qui in biblioteca a ingegneria, proverò quindi a spiegare questo fenomeno, scusate anticipatamente se sarà poco chiaro...
Come tutti sapete, durante il processo di combustione, il combustibile viene ossidato all'interno del cilindro tramite l'ossigeno contenuto nell'aria aspirata. Occorre introdurre un parametro, detto
rapporto di miscela α, definito come
massa d'aria/massa combustibile. Il suo valore ottimale dipende innanzi tutto dalla composizione del combustibile, ma non è questo ciò che ci interessa in questa sede.
Si definisce
αs, la
dosatura stechiometrica, come quella dosatura che contiene l'esatta quantià di ossigeno necessaria all'ossidazione di tutti gli elementi che costituiscono il combustibile.
Il rapporto α effettivamente usato in un motore può essere maggiore, minore o uguale ad α
s, in funzione di diversi fattori che non sto qui ad elencare. Nel nostro caso comunque sarà maggiore, in quanto ci interessa sapere cosa succede quando si ha una miscela magra.
Si definisce il
rapporrto di equivalenza Φ come
αs/α, che precisa il grado di
ricchezza in combustibile della miscela effettiva: nel nostro caso avremo quindi un valore di Φ < 1, a cui corrispondono appunto miscele povere. A volte comunque è comodo anche dare questa valutazione in base all'eccesso d'aria λ, definito come 1/Φ, o, se preferite, α/α
s. Nel nostro caso quindi sarà λ>1, essendo in condizioni di eccesso d'aria.
I motori ad accensione comandata utilizzano dei combustibili abbastanza volatili da poter essere premiscelati con l'aria, prima che la combustione sia avviata dallo scoccare della scintilla della candela. Il compito del sistema di alimentazione è quello di dosare la qiuantità dicombustibile opportuna per ottenere, con l'aria aspirata, una miscela di ricchezza opportuna sull'intero campo d'impiego del motore. Il rapporto di miscela ottimale varia in parte con le condizioni di utilizzo del motore. A parità di regime di rotazione e di apertura della valvola del carburatore, si avrà un valore di miscela leggermente ricca per la quale si avrà massima potenza, ed un valore diverso di miscela abbastanza povera per il quale si ha massimo rendimento (minimo consumo specifico).
L'autoaccensione di una miscela che sia allo
stato gassoso e perfettamente omogenea, è controllata da temperatura, pressione, composizione (α) e tempo (di induzione). Quest'ultimo, τ
a, chiamato comunemente
ritardo d'accensione, è definito come il tempo che passa tra l'istante in cui la miscela è portata a determinati valori di pressione e temperatura ed il momento in cui la combustione si avvia in modo apprezzabile. Se la miscela non è omogenea s'introduce anche il fattore ddel moto dei fluidi, ma qui è un casino e cerco di stringere il più possibile.
Dal punto di vista della composizione della miscela, quando viene diluita con un eccesso d'aria, ottenendo quindi la nostra cara miscela magra, si ha una diminuzione della velocità di reazione a causa della minor concentrazione del combustibile ed una parte del calore sviluppato dalla combustione va perso per il riscaldamento dell'aria in eccesso.
C'è poi da introdurre la velocità del fronte di fiamma (ovvero il "bordo" della fiamma che si propaga), il cui valore dipende dalla composizione della miscela (dal rapporto di equivalenza Φ), la quale, con miscela magra, tende a diminuire proporzionalmente all'impoverimento della miscela. Valori tipici di questa velocità sono 0,5-1,5 m/s, passando da miscele magre a ricche (questo come informazione gratutita
). In realtà succede un po' diversamente all'interno del motore a causa delle turbolenze, ma non voglio dilungarmi.
Iniziando a tagliar corto, si ha che per miscele magre, la durata del processo di combustione aumenta esponenzialmente. Detto questo, le teorie sul fenomeno della
detonazione sono ancora incerte, ma la più accreditata è quella che suppone che il fenomeno sia dovuto all'autoaccensione di una o più parti di miscela che brucia per ultima, prima che venga raggiunta dal fronte di fiamma. Il fronte di fiamma, con il suo avanzare, comprime e riscalda la miscela fresca che trova davanti a sé, creando le condizioni per cui sia probabile che avvenga l'autoaccensione in uno o più punti della carica residua. Si libera allora a livello locale una grande quantità di energia che produce un brusco picco di pressione. Questa reazione si propaga e riaccende le parti di carica per le quali le reazioni di prefiamma erano quasi terminate. Le onde di pressione così generate si riflettono ripetutamente sulle pareti metalliche, producendo vibrazioni nel materiale, che all'esterno viene tradotto come il tipico rumore metallico.
Comunque tranquilli, i battiti che si accusano in accelerazione, essendo di breve durata e non costanti, non rappresentano motivo di preoccupazione, in quanto non incidono sulla durata delle parti meccaniche
Ora mi picchierete...
Il fatto infine che la miscela magra favorisca il fenomeno della detonazione è dovuto praticamente ai fattori che, in questa condizione, ritardano il propagarsi del fronte di fiamma in modo che l'accensione della carica non venga completata, prima che alcune sue parti abbiano il tempo di autoaccendersi.
Probabilmente bastavano le ultime 3 righe, mi son fatto prendere un po' la mano...!!!
Ing.
Ste!
P.S.: il fenomeno della detonazione può essere attenuato con l'utilizzo di carburanti ad elevato numero di ottani, caratteristica che aumenta la "resistenza" all'autoaccensione del carburante.