Capire cosa sta succedendo all'interno della camera di combustione e cosa esce dalla valvola di scarico è fondamentale per risolvere le emissioni o la guidabilità i problemi. E la diagnosi di accensioni irregolari e problemi di emissioni sta diventando sempre più difficile sui motori moderni. Devi capire cosa è successo e cosa accadrà nel momento in cui la candela accenderà il carburante. Devi anche sapere cosa stavano pensando gli ingegneri quando stavano cercando di creare l'evento di combustione perfetto.
Il motore a scoppio non sarà mai perfetto, ma ci stiamo avvicinando molto. Negli ultimi 25 anni, i motori sono avanzati non solo in termini di emissioni, ma potenza. I motori realizzati meno di un decennio fa sarebbero stati distrutti dagli eventi di combustione più magra che stiamo vedendo oggi. Ciò è stato possibile spostando la luce dell'iniettore di carburante nel cilindro e perfezionando l'evento di combustione.
Alcuni motori aspirati per il 2016 avranno un rapporto di compressione di 12:1. Nel 1964, la 426 Chrysler HEMI aveva solo un rapporto di compressione di 10,25:1. Un costruttore di motori degli anni '60 poteva costruire un HEMI con un motore con rapporto di compressione 12:1, ma avrebbe richiesto "gas da corsa" e c'era sempre la possibilità che un malfunzionamento del carburatore, del gruppo valvole o del sistema di accensione potesse distruggere il motore in un batter d'occhio se era troppo magro e aveva un problema di detonazione. In un motore moderno, è possibile ottenere 12:1 con gas della pompa e pistoni fusi, il tutto con emissioni molto basse e una garanzia sulle emissioni di 80.000 miglia.
Cosa è cambiato? Gli ingegneri sanno di più su ciò che accade all'interno della camera di combustione che mai grazie alle telecamere ad alta velocità e ai modelli di computer. Inoltre, la velocità di calcolo dei microprocessori è molto più veloce rispetto a 15 anni fa. Il modulo può apportare modifiche alla scintilla e al carburante più velocemente mentre elabora più input del sensore che mai. Questo ha reso l'evento di combustione quasi perfetto.
Il perfetto veicolo a combustione interna sarebbe in grado di immettere la quantità esatta di carburante e aria nella camera di combustione. Il nocciolo della scintilla avrebbe raggiunto il suo apice quando la miscela fosse stata adeguatamente agitata e il pistone fosse nella giusta posizione. Il fronte di fiamma si diffonderebbe in modo uniforme e non dovrebbe combattere le turbolenze.
Se si verificasse l'evento di combustione perfetto, non otterresti nient'altro che acqua e anidride carbonica come sottoprodotto. Non ci sarebbe carburante incombusto o ossigeno. Si verificherebbe anche alla giusta temperatura in modo che gli ossidi (ossigeno “iperattivo” attivato da temperature più elevate) non si combinino con azoto e carbonio per formare ossidi di azoto (NOx) e monossido di carbonio (CO). Questa vettura perfetta non avrebbe bisogno di alcun dispositivo di controllo delle emissioni.
Dal momento che non ci siamo ancora, abbiamo sistemi di ricircolo dei gas di scarico (EGR), iniezione d'aria secondaria e convertitori catalitici.
In teoria, le candele non sono cambiate in 100 anni. In pratica sono uno dei componenti più evoluti di un motore. Con i motori moderni di oggi, l'area in cui si crea la scintilla è molto più piccola e più fine dell'elettrodo, mentre le distanze tra le candele sono più o meno le stesse.
Ma il cambiamento più grande è il posizionamento e il diametro della moderna candela poiché i motori sono di dimensioni ridotte ma hanno il doppio della complessità di 25 anni fa.
Tutti si lamentano delle candele della Ford 5.4 Triton V8 perché sono difficili da rimuovere, eppure pochissime persone chiedono perché sono state messe lì in primo luogo. Le candele del Triton sono lunghe e strette, quindi gli elettrodi sono perfettamente posizionati vicino alle valvole di scarico e aspirazione e sono posizionati in modo da non intralciare gli alberi a camme, le valvole e le luci di aspirazione. Ford ha utilizzato una spina da 12 mm con un ditale che incorpora un cinturino per elettrodi. Il posizionamento è stato determinato con modellazione al computer per assicurarsi che il fronte della fiamma si diffondesse uniformemente attraverso la camera di combustione e bruciasse tutto il carburante. Ciò significa che il convertitore catalitico non deve gestire gli idrocarburi incombusti.
I sistemi EGR immettono una piccola quantità di gas inerte nella camera di combustione per controllare le temperature. Poiché i gas di scarico in genere non bruciano, questo abbassa la temperatura di combustione e riduce le emissioni di NOx dal motore.
Quando le cose nella camera di combustione si riscaldano a temperature intorno a 1.300° C o 2.500° F, ossigeno e azoto iniziano a combinarsi tra loro e formano NOx e CO.
Inserendo i gas di scarico nella camera di combustione, la miscela aria/carburante viene annacquata dai gas di scarico inerti. Questo rallenta il processo di combustione e abbassa le temperature di combustione a livelli in cui non si formano NOx.
I veicoli più recenti con fasatura variabile delle valvole sia sugli alberi a camme di scarico che su quelli di aspirazione possono regolare la fasatura in modo che una piccola quantità di gas di scarico venga risucchiata nella camera durante la corsa di aspirazione attraverso le valvole di scarico. Questo viene fatto azionando la fasatura e il sollevamento dell'albero a camme. Nel corso degli anni, i veicoli sono stati in grado di far avanzare e ritardare gli alberi a camme più velocemente e gli attuatori hanno un grado di rotazione maggiore.
Il problema con l'evento di combustione perfetto è che deve verificarsi in un'ampia gamma di temperature del motore e dell'aria. Il motore moderno ha ancora difficoltà nell'avviamento e nel controllo delle emissioni con partenze a freddo.
I sistemi di iniezione dell'aria secondaria pompano l'aria esterna nel flusso di scarico in modo che il carburante incombusto possa essere bruciato. I primi sistemi avevano una pompa dell'aria a cinghia. I sistemi aspirati più recenti utilizzano il vuoto creato da un impulso di scarico per aspirare l'aria nel tubo. Gli ultimi sistemi utilizzano un motore elettrico per pompare l'aria. Questi sistemi sono fondamentali per la vita del convertitore catalitico.
In condizioni ideali, un catalizzatore a tre vie può ridurre tra il 50% e il 95% delle emissioni di NOx e il 99,9% del carburante incombusto. È l'ultima fermata per gli inquinanti e se i sensori a monte del sistema di emissioni sono compromessi, può solo compensare così tanto prima che le emissioni dallo scarico aumentino.
Per diagnosticare correttamente un veicolo ad alte emissioni, a volte devi pensare come un ingegnere. I motori moderni sono in grado di operare sul confine frastagliato tra la detonazione e la massima efficienza del carburante perché sono in grado di rilevare, controllare e adattarsi.
La parte di rilevamento significa che ci sono più sensori sul veicolo come sensori di ossigeno a monte ea valle. Questi sensori sono più sensibili e possono mostrare una risoluzione molto maggiore. Inoltre, i moduli che elaborano le informazioni sono in grado di utilizzare rapidamente le informazioni per mappare i trim del carburante, le curve della scintilla e la fasatura delle valvole.
Il controllo dell'evento di combustione è diventato più semplice con la fasatura variabile delle valvole, l'accensione elettronica e l'iniezione diretta. Queste tecnologie assicurano che la corretta miscela aria/carburante sia nella camera di combustione e si accenda al momento ottimale per ottenere l'evento di combustione più efficiente e potente.
I motori moderni sono anche in grado di adattarsi meglio a condizioni come i cambiamenti nella qualità del carburante, nella temperatura ambiente e nelle richieste del conducente rilevando e controllando l'evento di combustione quasi in tempo reale.
