Come si gestisce la fasatura di un motore?

Prima di parlare di gestione della fasatura del motore bisogna capire cos'è.
Innanzitutto bisogna conoscere i cicli di funzionamento dei motori. Essi sono formati principalmente da 4 fasi.

 Se consideriamo un motore ciclo Otto (benzina), esso è formato dai seguenti quattro tempi:

4 tempi Otto

 

- Aspirazione;

- Compressione;

- Scoppio;

- Scarico.

 

 

Se consideriamo un motore ciclo Diesel (gasolio), esso è formato dai seguenti 4 tempi:

4t Diesel

 

- Aspirazione;

- Compressione;

- Combustione/Espansione;

- Scarico.

 

 

 

La prima fase, comune in entrambi i cicli, permette il riempimento dell'aria (o della miscela) necessaria alla combustione.
La seconda fase, anch'essa in comune, permette una riduzione del volume dei gas.
La terza fase differisce nei due casi:
Nel motore a benzina lo scoppio avviene tramite "l'aiuto" di una candela che scocca una scintilla che permette lo scoppio del carburante. Nel motore Diesel la combustione avviene autonamamente tramite il riscaldamento che avviene per effetto dalla maggior compressione dell'aria.
Infine la fase di scarico è quella in cui i gas esausti vengono espulsi con l'aiuto della spinta verso l'alto del pistone.

GESTIONE DELLE FASATURE

Diagramma fasature

 

aspirazioneParliamo inizialmente della fase di aspirazione.

Il metodo più efficiente per incrementare il riempimento all'interno del cilindro è la sovralimentazione, solitamente effettuata con un sistema turbocompressore o con un compressore volumetrico.

Ma se si vuole aumentare l'immissione di aria in un motore aspirato?
E' possibile ottenere un miglior riempimento effettuando una precisa gestione delle fasature e specialmente degli anticipi. Questa operazione permette anche il miglioramento della sostituzione della carica.

Le fasi di scarico ed aspirazione(anche se con tempistiche diverse) possono considerarsi identiche per entrambi i motori, quindi possiamo fare le stesse considerazioni.

Tramite l'anticipo dell'apertura delle valvole durante la fase di aspirazione (specialmente ai giri più alti) si cerca di compensare il tempo necessario alla loro completa apertura (che non è immediata). Quindi all'aumentare del numero di giri questo fattore deve essere incrementato.

Un eccessivo anticipo potrebbe causare un passaggio dei gas combusti nel condotto di aspirazione, con relativo rischio di rottura, battito in testa e sollecitazioni eccessive alle valvole stesse.

Successivamente è opportuno sfruttare l'inerzia sviluppata dai gas che entrano ad elevata velocità dal cilindro, cercando quindi di ritardare la chiusura della valvola di aspirazione il più possibile.

In questa maniera si ottiene una piccolissima sovralimentazione, in modo tale da poter sfruttare più carburante possibile da bruciare e quindi avere più potenza a disposizione.

 

 

compressione

 

In seconda fase consideriamo la fase della compressione.

Essa avviene nella stessa maniera sia per il motore Diesel che per il motore a ciclo Otto. L'unica differenza è rappresentata dal rapporto di compressione,che indica quanto il gas aspirato viene compresso, il quale risulta essere molto maggiore nel caso dei motori Diesel. Questo permette l'accensione spontanea del gasolio (da qui motore ad accensione spontanea), che brucia in maniera diversa dalla benzina, evitando che avvenga una preventiva detonazione che è un eventuale fattore negativo del motore a benzina.

La compressione dei gas è così tanto importante che determina gran parte del valore del rendimento del motore. Se un motore a benzina avesse lo stesso rapporto di compressione di un motore Diesel, avrebbe un rendimento superiore rispetto al suo rivale!

La fase di compressione inizia con un certo ritardo poichè, come detto prima, si effettua un piccolo ritardo della chiusura della valvola di aspirazione per permettere un miglior riempimento del cilindro.

Questa fase finisce esattamente al raggiungimento del Punto Morto Superiore del pistone.

 

 

 

 

 

scoppio

06 i motori diesel immagine

La terza fase è rappresentata dallo scoppio/combustione.Come già detto essa è l'unica fase positiva dell'intero ciclo.

Qui è possibile effettuare (questo solo per motori
ciclo Otto per ovvi motivi) l'anticipo dello scoppio. Il motivo è esattamente identico al caso dell'anticipo in aspirazione. La candela ha bisogno di una frazione di tempo per scoccare la scintilla, ed un adeguato anticipo permette di poter quindi iniziare la fase di scoppio esattamente nel momento in cui, successivamente, il pistone si trova nel punto morto superiore.

Un'errata calibrazione del fattore può essere molto pericolosa! Uno scoppio che avviene prima del completamento della fase di risalita del pistone crea delle forze e delle contropressioni che nel tempo potrebbero portare al cedimento di pistoni e bielle.

Nel caso di un motore Diesel si può fare una considerazione identica ma tenendo conto del momento in cui si effettua l'iniezione, il carburante iniettato si troverà in una condizione di elevata pressione e temperatura che permetterà la sua combustione quasi immediata.

E' la fase più importante del ciclo, poichè è l'unica da cui si ottiene energia (per effettuare aspirazione compressione e scarico "consumiamo" parte dell'energia sviluppata durante l'espansione) che può essere utilizzata per le altre fasi grazie all'ausilio del volano che distribuisce l'energia cinetica che immagazzina nella fase utile.
Questo è uno dei motivi per cui i motori a combustione interna alternativi hanno un rendimento che difficilmente supera il 30%.

 

 

 

scaricoLa successiva fase di scarico viene anticipata in modo da poter sfruttare la pressione ancora elevata dei gas di scarico per migliorare la loro fuoriuscita.

La chiusura della valvola di scarico viene ritardata rispetto al punto morto superiore in modo da sfruttare l'inerzia dei gas esausti in uscita ed effettuare un piccolo "lavaggio" dai gas residui utilizzando l'incrocio tra la fase finale
del ciclo precedente e la fase iniziale del nuovo ciclo.

La gestione della fasatura è un lavoro di grandissima precisione che ha bisogno di tanti test e tanto lavoro se si vuole ottenere un incremento della potenza mantenendo elevatissima l'affidabilità del motore.

 

 

 

 

 

 

 

 Quindi... mai fidarsi di chi vi fa lavori sbrigativi ed in economia!

 

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Autore: Ing. Fabrizio Loconte