I motori endotermici alternativi che equipaggiano le nostre moto, sono macchine termiche motrici in grado di convertire l’energia chimica, contenuta nella miscela aria-combustibile, in energia termica e, successivamente, in lavoro meccanico.
L’energia termica si sviluppa con la combustione della miscela, ovvero l'insieme di reazioni chimiche di ossidazione tra l’aria e il combustibile che, nel caso specifico, è la benzina. La combustione innalza repentinamente la temperatura e la pressione del gas, che espandendosi spinge il pistone verso il punto morto inferiore, producendo dunque il lavoro meccanico.
Affinché il motore funzioni in modo corretto, la miscela aria-combustibile deve essere opportunamente dosata. Il compito è affidato ai sistemi di alimentazione, che, nel caso specifico, sono essenzialmente di due tipi: a carburatore o ad iniezione elettronica. I secondi sono di gral lunga più diffusi e precisi dei primi, poichè permettono grazie all'integrazione dell'elettronica, un dosaggio molto più accurato della miscela, il chè si traduce in consumi ed emissioni ridotte e prestazioni maggiori. Tuttavia il parco di veicoli circolanti alimentati a carburatore è ancora molto ampio, si tratta perlopiù di veicoli datati, ma anche di mezzi economici di piccola cilindrata.
IL RAPPORTO COMBURENTE-COMBUSTIBILE
In ambito motoristico il termine "dosatura" indica il rapporto (α) fra la massa d'aria e la massa di carburante introdotte nel cilindro con l'aspirazione. Tale rapporto deve rientrare entro un certo intervallo di valori.
A tal proposito è importante definire cos'è il rapporto stechiometrico (αr): si tratta di quel valore di dosatura, che da luogo alla combustione completa della miscela. Esso è pressoché costante per i numerosi tipi di idrocarburi presenti nelle benzine e vale 14,7 ÷ 14,8, ciò significa che per bruciare 1 kg di benzina ne occorrono quasi quindici di aria, corrispondenti ad un volume di circa 12 m³ alle normali condizioni ambientali.
Salta subito all’occhio come la quantità di aria sia molto elevata rispetto a quella del combustibile, questo perché l’unica sostanza comburente contenuta in essa - l’ossigeno - è presente solo nella misura del 21%. Il restante 79% è invece costituito da azoto (78%) – gas che in
prima approssimazione si comporta da inerte – e biossido di carbonio, idrogeno e gas rari come argo, neon ed elio (1%).
Dividendo il valore di dosatura (α) con il rapporto stechiometrico (αr), si ottiene il rapporto relativo aria-combustibile (λ), che definisce la cosiddetta “carburazione” del motore. Quando λ > 1, la miscela si dice povera, viceversa quando λ < 1, la miscela si dice ricca. Si intuisce facilmente dunque come il valore stechiometrico, espresso da un rapporto relativo aria-combustibile λ = 1, rappresenti invece un valore ottimale o di compromesso.
POTENZA VS EFFICIENZA
Il campo dei rapporti di miscela con il quale è possibile far funzionare correttamente un motore ad accensione comandata, è compreso tra 12 e 19. Il consumo specifico tende a ridursi per miscele povere mentre la potenza tende ad aumentare per miscele ricche. Tuttavia un eccesso di combustibile rispetto al comburente genera sostanze incombuste, mentre invece un eccesso di comburente da luogo alla presenza di idrocarburi incombusti nei gas di scarico.
I moderni sistemi di alimentazione, sono in grado di fornire al motore il rapporto aria-carburante più adatto alle esigenze di funzionamento del motore, dunque alle condizioni di marcia (avviamento, marcia a freddo o a pieno carico, forte accelerazione, ecc.), in funzione anche della mappa carburante selezionata. Questo è possibile grazie all’impiego di appositi sensori e trasduttori, come ad esempio le sonde lambda - che rilevano la concentrazione di ossigeno all'interno dei gas di scarico - ma anche dei sensori di posizione delle valvole a farfalla, di pressione atmosferica, di pressione e temperatura dell’aria di aspirazione, di temperatura del liquido refrigerante, ecc. Essi trasmettono le informazioni, sotto forma di segnali elettrici, alla centralina elettronica ECU (Engine Control Unit), che regola, di conseguenza, l'immissione di carburante e, con l’introduzione dei sistemi di gestione elettronica delle farfalle (ride by wire), anche dell’aria all'interno dei cilindri.
Tali sistemi sono quindi in grado di ottimizzare consumi, emissioni e prestazioni in termini di potenza e coppia erogate, in ogni condizione di funzionamento del motore.
I REQUISITI DELLE BENZINE PER I MOTORI A CICLO OTTO
Affinché la miscela sia omogenea, le benzine devono avere una buona volatilità, ovvero una certa tendenza a evaporare anche a basse temperature, caratteristica che favorisce anche l'avviamento del motore. Indicativamente, in presenza di una temperatura atmosferica di 40°, la percentuale ottimale di benzina evaporata è del 10%, mentre per una temperatura di 100° tale percentuale è del 50%.
Un’altra caratteristica richiesta alle benzine è di possedere un adeguato potere antidetonante, ovvero la capacità di resistere alla detonazione, anche quando nella camera di scoppio si instaurano alti valori di pressione e di temperatura che rendono possibile il suo innesco.
Ma cos’è la detonazione ?
Per il funzionamento regolare di tutti i motori ad accensione comandata, è assolutamente indispensabile che lo scoppio avvenga solo in seguito allo scoccare della scintilla in candela, e mai in modo spontaneo come invece avviene nei motori diesel.
In condizioni gravose, e soprattutto nei motori fortemente compressi e anticipati, si rischia tuttavia di incorrere nel cosiddetto battito (o detonazione), un fenomeno estremamente dannoso per testata e pistone. Si tratta di una serie si microesplosioni spontanee e incontrollate, concentrate generalmente in un piccolo volume di miscela, che si verificano prima ancora dell’arrivo del fronte di fiamma generato dalla scintilla.
Il potere antidetonante delle benzine viene valutato sperimentalmente in laboratorio, mediante la misura del numero di ottano.
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Un saluto e...alla prossima !
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