Il battito in testa in un motore a combustione interna è un fenomeno anomalo di combustione in cui la miscela aria-carburante detona in modo irregolare prima o dopo l’accensione della candela. Questo provoca rumori metallici simili a un battito o tintinnio proveniente dal motore.
Quale benzina per la tua auto? Abbiamo visto che, nei motori ad accensione comandata, il battito in testa – o, più propriamente, la detonazione – è un fenomeno da scongiurare con decisione.
Perché determina un aumento esponenziale delle sollecitazioni meccaniche (e anche di quelle termiche) con possibili effetti nefasti sul motore. Nonché un contestuale crollo delle prestazioni.
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Gli effetti sul motore della detonazione
Non ci dilungheremo molto, in questa sede, su quelli che sono gli effetti nefasti della detonazione ai danni del motore. Per avere una idea basta dare un’occhiata a questo pistone lesionato.
In pratica, nella fotografia in alto è chiaramente visibile il cedimento strutturale del collare su cui insiste la prima fascia di compressione. La rottura è dovuta ad un eccessivo sovraccarico meccanico per le altissime pressioni raggiunte all’interno della camera di combustione. In estrema sintesi, è come se la fascia ed il collare avessero subìto una lunga serie di vere e proprie martellate.
Nella fotografia in basso il processo di detonazione, che si manifesta solitamente nella regione della camera di combustione più calda e più lontana dalla candela, ha piano piano eroso l’alluminio di cui è costituito il pistone, creando locali deformazioni plastiche del materiale.
L’erosione e la deformazione del pistone hanno promosso la formazione di un punto caldo sul pistone. Che, a sua volta, in un circolo vizioso, ha favorito l’innescarsi del processo di detonazione.
Il risultato è il surriscaldamento più forte di zone sempre più ampie del pistone. Fino alla completa fusione e al contestuale sfondamento del cielo, delle fasce elastiche e addirittura del mantello.
Oltre ai danni al pistone possono verificarsi abrasione della superficie dei cilindri e delle bronzine nonché la rottura della guarnizione della testata: insomma, non c’è da augurarselo!
Perché crollano le prestazioni?
La conversione dell’energia disponibile in forza motrice è massima quando la combustione avviene in maniera graduale ossia quando il suo inizio viene innescato dallo scoccare della scintilla e dal passaggio del fronte di fiamma che parte dalla candela e spazza il volume che contiene la miscela.
Il crollo delle prestazioni è dovuto al fatto che, in presenza di detonazione, la carica all’interno della camera di combustione brucia in maniera spontanea velocemente. E quasi del tutto quando il pistone è ancora nella fase di compressione e non riesce a trasferire la spinta sull’albero motore.
La carica dovrebbe bruciare più lentamente ed in maniera controllata mentre il pistone percorre la fase di espansione e non quella di compressione della miscela di salita. L’aumento improvviso di pressione dovuto alla detonazione durante la fase di compressione frena, invece, la rotazione dell’albero motore. Ne consegue, a parità di strada percorsa, un aumento esponenziale dei consumi.
Come evitare il battito in testa del motore
Ma cosa si fa per evitare la detonazione oltre all’uso di benzine con un certo numero di ottano? Quali sono gli accorgimenti tecnici e pratici per scongiurare il battito in testa del motore?
In fase di progetto
Poiché alti rapporti di compressione favoriscono la detonazione, non si superano valori di 10:1. È il limite dei motori ad accensione comandata: se si potesse alzare il rapporto di compressione oltre questi valori aumenterebbe l’efficienza del ciclo termodinamico. In altre parole si abbasserebbero i consumi.
Per quanto riguarda la geometria della camera di combustione, vengono predilette le soluzioni con camera il più possibile compatta con candela centrale in modo che il fronte di fiamma investa più carica possibile nel minor tempo possibile. Alcune soluzioni prevedono due candele per cilindro.
La compattezza della camera di combustione non va d’accordo con la potenza massima. Che, a parità di cilindrata, richiede alesaggi i più grandi e camere di combustione le più piatte possibili.
La forma della camera di combustione è modellata per favorire una forte turbolenza della miscela al suo interno. Ad alti valori di turbolenza corrispondono alte velocità di propagazione del fronte di fiamma e, quindi, una combustione regolare. Il fronte di fiamma, che garantisce una combustione della carica regolare, deve raggiungere il più velocemente le zone lontane dalla candela.
Battito in testa del motore e manutenzione
In un motore sottoposto a manutenzione regolare il rischio che si creino le condizioni per il manifestarsi della detonazione si abbassa per vari motivi. Quali sono? Ecco alcune riflessioni.
La sostituzione delle candele e il monitoraggio del funzionamento del sistema di accensione nel corso delle procedure di ispezione garantiscono la presenza di una scintilla che scocca nei tempi prestabiliti con la adeguata potenza e ciò vuol dire un innesco del processo di combustione.
C’è poi da considerare che la sostituzione dell’olio lubrificante in conformità alle prescrizioni del costruttore rallenta i processi di usura e di malfunzionamento delle tenute del lubrificante evitando che vapori di olio, che favoriscono la detonazione, siano presenti all’interno delle camere.
Il sensore di detonazione
L’onda di altissima pressione che si genera per effetto della detonazione, si sposta all’interno della camera di combustione alla velocità del suono (340 m/s circa) e rimbalza da una parte all’altra delle pareti del cilindro con frequenze che sono udibili dall’orecchio umano. È il battito in testa, lo scampanellio tanto temuto dagli elaboratori e dai preparatori di motori da competizione.
Nei motori moderni è presente un sensore, montato sul monoblocco, preposto alla rilevazione di queste particolari frequenze: il sensore di detonazione. Il segnale rilevato dal sensore di detonazione viene poi elaborato dalla centralina di gestione del motore, che modifica una serie di parametri di funzionamento del motore per evitare che si creino le condizioni per la detonazione.
Battito in testa del motore e garanzia auto
In caso di compravendita di un usato, la manifestazione di un guasto al motore per detonazione è chiaramente un difetto di conformità ai sensi degli artt. 128 e segg. del Codice del Consumo.