Combustione | Miscela aria-benzina

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Un motore usato in campo automobilistico è tipicamente un motore endotermico capace di trasformare energia termochimica di un combustibile, tipicamente benzina o gasolio, in energia meccanica. Il tutto avviene tramite una combustione interna che provoca il movimento alternato di stantuffi che, collegati tramite la trasmissione, viene assicurato alle ruote motrici.



Il punto focale di questo articolo è proprio la combustione, erroneamente detto a volte "scoppio", che avviene nei cilindri.

La combustione può avvenire di solito in due modalità

comandata da un dispositivo di accensione nei motori a ciclo Otto (o a scoppio), la candela di accensione, che possiamo impropriamente paragonare a una pietra focaia di un accendino
spontanea a causa delle altre pressioni/temperature che si raggiungono nei motori a ciclo Diesel.
Affinché la combustione possa avvenire servono tre elementi:

1.un combustibile
2.un comburente
3.una temperatura sufficientemente alta, propria di ogni miscela.

Pertanto è necessaria, affinché un motore possa funzionare, la presenza contemporanea di un combustibile (benzina, gasolio, metano etc) e un comburente (l'ossigeno presente nell'aria).

Ma affinché la combustione possa davvero avvenire è fondamentale che questi siano in un rapporto di massa preciso. Per fare un esempio non posso inviare 200 kg di aria e un grammo di benzina: il motore non funzionerà mai.

Il rapporto tra comburente e combustibile è chiamato rapporto di miscela: il valore ottimale, perfetto, viene definito come "rapporto stechiometrico", e si ha, nel caso della benzina quando si mescolano 14,7 parti in peso di aria con 1 parte di benzina.

In tal caso il rapporto di miscela, λ, assume valore 1.

Una miscela con più aria di quella stechiometrica è detta "magra": in tal caso λ assume valori maggiori di 1, viceversa per λ < 1 si si usa definire la miscela "grassa".

Tale valore, λ, assume sempre più importanza, perché è direttamente responsabile del rendimento del motore e soprattutto dell'emissione dei gas di scarico, regolarizzati dalle normative EURO per l'inquinamento ambientali, che regolano tra l'altro la quantità di inquinanti immessi in atmosfera, e in particolare degli ossidi di azoto (NOx), del monossido di carbonio (CO), degli idrocarburi incombusti (HC), una serie di particelle di vario tipo che non hanno subito combustione e pertanto rilasciati in varie forme nell'atmosfera, e del particolato.

In effetti i motori attuali, per poter rientrare nelle specifiche della norma devono "girare" il più possibile con una miscela stechiometrica o al limite magra (cioè λ > 1, più aria che benzina).

Il problema è che tale valore deve esser il più possibile stabile sia al variare del carico, che del numero di giri, che della temperatura, interna e/o esterna e di innumerevoli altri parametri.


Miscele troppo magre in effetti causano un eccesso di aria, con conseguente aumento degli NOx, a causa dell'azoto presente nell'aria, viceversa miscele troppo grasse son causa diretta di un aumento dell'emissione di CO e HC, per ma maggior presenza di combustibile, e quindi di carbonio nella miscela.

Tutto ciò ha portato alla fine alla scomparsa dai motori di un glorioso componente: il carburatore, che ha la caratteristica di essere un ottimo miscelatore ma che non riesce a mantenere costante il rapporto di miscela.

Al suo posto ha preso piede l'impianto di iniezione elettronico, regolato da una centralina che riceve informazioni da una sonda presente nell'impianto di scarico. Tale sonda è conosciuta con la stessa lettera greca che indica il rapporto di miscela: sonda Lambda.

Come funziona? La sonda Lambda è posta a valle del motore e controlla la quantità di ossigeno presente nello scarico: in tal modo riesce a individuare quando la miscela è troppo magra(eccesso di ossigeno) o troppo grassa. Tali informazioni sono gestite da una centralina che in tempo reale modifica il rapporto di miscela nell'alimentazione.

Tutto ciò sempre in linea teorica, infatti la sonda Lambda non riesce a funzionare per temperature inferiori a 300 gradi, nel tempo tende a disallinearsi e per tal motivo dovrebbe essere tarata con frequenza, senza poi contare chi modifica il software della centralina, andando spesso a bypassarla.

Alla fine, per le case automobilistiche è importante, per superare le normative EuroX che tale sonda sia ben tarata al momento del collaudo, fatto oltretutto in un circuito ben definitivo, chiuso e pertanto ben lontano dalle reali condizioni. Discorso lungo che andremo a sviscerare in futuro, che ha molti punti di contatto con il consumo dichiarato e la quantità di CO2 immessa nell'aria.