chimica-online.it

Detonazione

Detonazione nei motori a scoppio

Per capire al meglio il fenomeno della detonazione nei motori a scoppio bisogna prima comprendere come avviene la combustione di specie gassose.

Affinchè nelle opportune condizioni, avvenga la combustione di una miscela gassosa è necessario che si raggiunga, almeno in un punto della massa gassosa, la temperatura di ignizione (ovvero la temperatura di autoaccensione) oppure che si abbia accensione esterna.

In questo punto inizia la combustione con repentina produzione di calore e conseguente rapida dilatazione locale della massa gassosa, che a sua volta riscalda la massa gassosa circostante provocandone la combustione.

Nelle combustioni in sistemi aperti si genera un'onda di combustione, costituita da un'onda di pressione (che si propaga con la velocità del suono), seguita dalla più lenta onda termica che la genera.

La combustione si propaga così attraverso la massa con un fronte di fiamma che la percorre ad elevata velocità (con velocità dell'ordine di 1 m/s).

Durante la propagazione del fronte della fiamma possono generarsi pressioni così elevate da portare, in condizioni sufficientemente adiabatiche (tali cioè da non consentire un rapido smaltimento del calore), al raggiungimento della temperatura di ignizione di tutta la massa gassosa ancora non combusta, che brucia così tutta istantaneamente provocando la detonazione della miscela gassosa.

I problemi riguardanti la combustione di miscele gassose sono ovviamente di grande importanza per i loro stretti rapporti con il funzionamento dei motori a combustione interna.

Come avviene la detonazione nei motori a scoppio

Il fenomeno della detonazione nei motori a scoppio consiste in un ben determinato tipo di irregolarità nella combustione della miscela carburante gassosa (aria + vapori di benzina).

Nel funzionamento regolare del motore a scoppio la combustione della miscela inizia nel punto ove avviene la scintilla e si propaga poi in modo regolare, e omogeneamente, in tutta la massa gassosa.

Nella detonazione, al propagarsi del fronte della fiamma in detta massa gassosa, la parte di questa non ancora combusta, fortemente riscaldata e compressa, brucia tutta insieme istantaneamente (detona).

Il pistone che in assenza di detonazione si muove regolarmente sotto la spinta della progressiva combustione della miscela gassosa, in presenza di tale fenomeno riceve una forte spinta improvvisa alla quale non può tener dietro perché frenato dal collegamento, attraverso l'albero a gomito, con i pistoni degli altri cilindri, che si trovano nelle diverse fasi del ciclo del motore.

detonazione

Schema riassuntivo di una combustione normale (a sinistra) e di una detonazione (a destra).

La produzione istantanea di energia dovuta alla detonazione causa, entro il cilindro, oscillazioni di pressione ad alta frequenza che producono il caratteristico ticchettio metallico del motore che "picchia".

Pistone fortemente danneggiato dalla detonazione del motore

Pistone fortemente danneggiato dalla detonazione del motore.

La parte di energia prodotta dalla detonazione e non utilizzata come lavoro meccanico viene dissipata come calore e provoca un surriscaldamento del motore che, se prolungato, porta alla preignizione della miscela combustibile durante la fase di compressione (cioè prima dello scoccare della scintilla), fatto questo che genera sollecitazioni meccaniche dannosissime per il motore.

Ti lasciamo infine alcuni link che ti potrebbero interessare:

Qual è la differenza tra deflagrazione e detonazione

Come funziona il meccanismo biella-manovella?

Studia con noi