In un motore a combustione interna a benzina, in una certa serie di circostanze, si sente un suono metallico di bussare. Alcuni automobilisti dicono “bussare con le dita”. In realtà, questo fenomeno è chiamato detonazione e il suo verificarsi è estremamente indesiderabile, in quanto può portare alla rottura del motore a causa dell’enorme velocità di propagazione del fronte di fiamma (più di 2000 m/s) e degli elevati carichi d’urto sulle pareti del cilindro, sul pistone e sulla testa del blocco. Per controllare il livello di pericolo, sul blocco cilindri viene installato un sensore di detonazione.
Il sensore di detonazione viene utilizzato per monitorare il grado di detonazione durante il funzionamento di un motore a combustione interna a benzina. Il sensore è montato sul blocco cilindri del motore. È un componente importante del sistema di gestione del motore, in quanto consente di ottenere la massima potenza del motore e di garantire l’efficienza del carburante.
Che cos’è la detonazione?
La detonazione o combustione propriamente detta si verifica quando una parte della miscela aria-carburante rimossa dalla candela viene riscaldata dal fronte di fiamma e si accende spontaneamente formando un’esplosione. La detonazione è accompagnata da segnali acustici – colpi metallici nel meccanismo della manovella. Il grado di detonazione si riferisce alla parte della miscela aria-carburante che brucia con la detonazione.
Le cause della detonazione sono:
- composizione chimica del carburante (numero di ottano);
- caratteristiche di progettazione del motore (rapporto di compressione, posizione delle candele, forma della camera di combustione, ecc.
- condizioni di funzionamento (composizione della miscela aria-carburante, angolo di anticipo dell’accensione, carico del motore, fuliggine sulle parti della camera di combustione, ecc.)
La conseguenza della combustione per detonazione è una maggiore dissipazione di calore degli elementi del manovellismo, accompagnata da una maggiore usura, rottura e distruzione. La frequenza di questo fenomeno dipende da tre fattori principali.
Innanzitutto, la probabilità che si verifichi è influenzata dalla composizione chimica della benzina, più precisamente dal suo numero di ottano. Più è alto, più è resistente a questo fenomeno. Il secondo fattore, che incide non poco, è costituito dalle caratteristiche costruttive del motore, ovvero il rapporto di compressione, la forma della camera di combustione, la posizione delle candele, la forma del fondo del pistone, ecc. Ad esempio, un motore con un rapporto di compressione più elevato è più soggetto alla detonazione e necessita di benzina ad alto numero di ottani. Altrimenti, perché i produttori scrivono il numero di ottani minimo consentito sullo sportello del serbatoio della benzina? Il terzo fattore sono le condizioni di funzionamento del motore. La probabilità di detonazione è influenzata dalla composizione della miscela di lavoro, dal carico, dalla marcia selezionata, dalla fuliggine.
Come funziona il sensore di detonazione?
Il principio di funzionamento del sensore di detonazione si basa sull’effetto piezoelettrico. Il design del sensore comprende una piastra piezoelettrica, in cui, quando si verifica la detonazione, si genera una tensione alle estremità. Maggiore è l’ampiezza e la frequenza dell’oscillazione, maggiore è la tensione. Quando la tensione all’uscita del sensore supera un livello predeterminato corrispondente a un certo grado di detonazione, l’unità di controllo elettronico corregge la caratteristica di funzionamento del sistema di accensione per ridurre l’angolo di anticipo. In questo modo, si ottiene la caratteristica ottimale del funzionamento del sistema per determinate condizioni operative.
Il sensore di detonazione rileva e converte l’energia delle vibrazioni meccaniche del blocco cilindri in impulsi elettrici. Il sensore di detonazione invia continuamente segnali alla centralina elettronica del motore, che risponde modificando la composizione qualitativa della miscela di lavoro e l’angolo di anticipo dell’accensione.
Esiste una certa soglia di sicurezza, se il valore della tensione la supera, la centralina elettronica darà il comando di ridurre l’angolo di anticipo dell’accensione.
Se il sensore di detonazione non funziona correttamente (assenza di segnale), la spia corrispondente si accende sul quadro strumenti, mentre il motore continua a funzionare.
Guasto al sensore di detonazione
Se il sensore di detonazione non funziona correttamente, la spia sul quadro strumenti si accende. Il motore funziona e la vettura può essere guidata. La risposta alla legittima domanda “perché è necessario questo sensore” è la seguente.
Sulle vecchie auto, non dotate di centralina elettronica, l’angolo di anticipo dell’accensione veniva corretto manualmente ruotando la calotta dello spinterogeno. Ciò consentiva di regolare il sistema di accensione in base al numero di ottani della benzina, che può variare notevolmente nelle diverse stazioni di servizio. In un motore moderno, il dispositivo del rompigetto è diverso, il suo coperchio è fisso, quindi questa funzione è svolta dall’ECU. Di conseguenza, se il sensore di detonazione si guasta, non è possibile correggere l’angolo di anticipo dell’accensione.
Un sensore di detonazione guasto influisce sulla dinamica e sull’economia del motore. Il principio di funzionamento della centralina elettronica è tale che, quando il sensore si guasta, imposta l’accensione su un ritardo noto per motivi di sicurezza, al fine di escludere la possibilità di distruzione del motore. Di conseguenza, il propulsore funziona, ma inizia a consumare molto più carburante e la dinamica della macchina si deteriora. Il secondo è particolarmente evidente a carichi elevati.
Controllo del sensore di detonazione
I principali sintomi che indicano che questo dispositivo è guasto:
- caduta di potenza;
- deterioramento delle caratteristiche di accelerazione e forte aumento dell’“appetito” del motore;
- fumo di scarico.
Allo stesso tempo, sul pannello si accende la spia di malfunzionamento del motore. Inoltre, può bruciare costantemente, così come accendersi brevemente quando il carico aumenta.
Non sempre è disponibile uno scanner in grado di leggere e decifrare il codice di guasto. Non sempre è possibile raggiungere la stazione di servizio. La domanda sorge spontanea: come controllare il sensore di detonazione da soli? Tra gli strumenti è necessario un multimetro digitale.
Prima di tutto, è necessario scoprire quale resistenza dovrebbe avere un sensore revisionabile su un particolare modello di auto o motore, poiché tutti i produttori hanno valori diversi. Se il valore differisce da quello normale, è necessario sostituirlo.
È anche possibile controllare la tensione sui contatti elettrici del sensore, per cui è necessario scollegare il connettore elettrico dell’alimentazione del sensore e rimuoverlo dal motore. Dopodiché, si passa il multimetro alla modalità di misurazione della tensione in millivolt, si collega la sonda positiva al contatto del segnale e quella negativa alla massa del sensore (il foro attraverso il quale passa il bullone di montaggio del motore).
Il controllo del sensore di detonazione consiste nel bloccare il sensore con le sonde collegate nel palmo della mano, che poi deve essere picchiettato leggermente su una superficie. Quando si picchietta, il multimetro deve rilevare la comparsa di una tensione (di solito è di circa 30-40 mV). Il principio è semplice: più forte è l’impatto, maggiore è la differenza di potenziale tra gli elettrodi. Poiché la tensione è piccola, non tutti i dispositivi sono in grado di misurarla, quindi è necessario assicurarsi che il dispositivo di misura a disposizione sia progettato per questo tipo di misurazioni. La totale assenza di differenza di potenziale indica che il sensore di detonazione è difettoso.