Studio della pressione nel cilindro .

[Tode]

UN OCCHIO NEL MOTORE

Salve a tutti, sempre alla ricerca di metodi che possano aiutarci nel nostro difficile mestiere volevo proporvi un sistema abbastanza inedito per capire cosa sta succedendo nel motore, monitorando la pressione all' interno del cilindro durante il suo funzionamento.
Grazie alla tecnologia si può disporre di sensori di pressione molto precisi, ormai a prezzi molto accessibili, i quali abbinati ad un oscilloscopio, regalano la possibilità di aprire nuove porte alla diagnosi e ad una infinità di considerazioni .
L' argomento del quale voglio parlare è nuovo nel campo della riparazione, soprattutto come metodo per la diagnosi di guasti, questo però porterà inevitabilmente ad evoluzioni nel tempo in base alle esperienze che ognuno di noi effettua, quello che voglio provare a fare è dare una base per chi volesse cominciare e se possibile ricevere consigli da chi ne sa più di me.
Lo scopo della discussione è presentare la possibilità di misurare e visionare i valori di pressione all' interno della camera di combustione durante il funzionamento del motore, inserendo un adattatore nel foro della candela, nel caso dei benzina , oppure nel foro della candeletta (quando possibile) nel caso del diesel, chiaramente abbiamo due situazioni diverse, nel caso del benzina non avremo combustione, a causa della mancanza della candela, mentre nel caso dei motori a ciclo diesel si avrà anche la combustione.
Grazie a dei righelli in gradi, che il software dell' oscilloscopio ci permette di usare, si riesce a capire che valore di pressione c'è durante due giri di albero motore nel cilindro in questione, andando ad analizzare tutte le fasi caratteristiche di un 4 tempi o se ci fosse la necessità anche di qualsiaisi altro motore a combustione interna. Cominciamo con la classica forma d' onda di un motore benzina 4 tempi, con un pò di km (120000) ma perfettamente funzionante, al minimo :

DESCRIZIONE FORMA
La cosa che si può notare subito è come a parte il picco di compressione con valori positivi tutto il resto dell' onda rimane sotto o al massimo uguale al valore di pressione atmosferica.

descrizione forma onda pressione.jpg

Come base possiamo dividere l' immagine in 4 zone:
Torre o rampa di compressione: è' il valore di pressione massimo raggiunto nel cilindro in quella condizione di regime e di apertura farfalla acceleratore, infatti quest' ultima dipende dal numero di giri motore e dal valore di pressione nel collettore di aspirazione, ad esempio in avviamento il valore di pressione è più alto che al minimo.
Sacca di scarico: E' il valore di pressione minima che si verifica nel cilindro ed è determinato dalla corsa del pistone e dalla tenuta complessiva del blocco cilindro, testa, valvole e fasce elastiche, se ci fosse un problema il suo valore sarebbe più alto PS: ricordo che in questo motore non c'è combustione altrimenti la curva sarebbe diversa.
Fase di scarico: dopo l' apertura della valvola di scarico la pressione nel cilindro sale raggiungendo quella che c'è nel collettore di scarico, ovvero prossima a quella atmosferica, se in questa fase avessimo una pressione più elevata potrebbe essere segno di uno scarico tappato, mentre picchi anomali all' inizio dell' onda potrebbero essere segno di un ritardo di apertura della valvola di scarico.
Fase di aspirazione: dopo la fase di scarico inizia quella di aspirazione la pressione crolla raggiungendo quella presente nel collettore di aspirazione, creata dalla discesa dei pistoni proprio in questa fase.
La pressione rilevata in questo punto, escludendo la perdita dovuta alla farfalla acceleratore (o valvola minimo) è simile alla sacca di scarico.
Come si può notare grazie ai righelli graduati, i valori di pressione non corrispondono alle fasi "geometriche" del pistone quindi ai normali PMS o PMI, ma questo perché ci sono gli anticipi di apertura delle valvole e i ritardi di chiusura, questo dovuto alle inerzie delle colonne di aria e ai ritardi meccanici:

400px-Ciclo_del_motore_4T.svg.png

Spiegazione forma onda _1.jpg

Nell' immagine si vedono anche i punti di apertura e chiusura delle valvole, e le successive rampe di salita della pressione come nel caso della fase di scarico, di discesa come nel caso della aspirazione, solitamente si possono utilizzare queste ultime per analizzare la fase meccanica del motore infatti se salta la cinghia oppure si sbaglia la messa in fase le rampe si anticipano o si ritardano rispetto al PMI (180°) e al PMS (360°) .
I valori in gradi non è uguale in tutti i motori, soprattutto nei motori che montano i variatori di fase, ma grandi linee con un pò di esperienza si potranno trovare dei valori standard come riferimento.
Molto importante è l' analisi della prima parte del segnale dove si possono analizzare eventuali problemi meccanici controllando la fase di decompressione;
-deve avere la stessa pendenza di quella di compressione altrimenti ci sono problemi di tenuta;
-dopo i primi 30° solitamente si raggiunge la metà della pressione totale;
-il pistone attorno ai 90° raggiunge la massima velocità dopo di che comincia a rallentare fino a raggiungere i 180°del PMI dove si ferma, ma a questo punto la valvola di scarico è già aperta e la pressione è già uguale a quella presente nel collettore di scarico, i motori più sportivi o con il variatore di fase possono anticipare l' apertura della valvola di scarico, ma il suo valore solitamente non supera i valori standard con un anticipo di un 10°-15° gradi di anticipo.

descrizione forma onda pressione.jpg

ASPETTI AGGIUNTIVI

Si potrebbe rimane a parlare per pagine intere di caratteristiche e particolarità, senza tralasciare che la forma di onda cambia molto nel caso venga prelevata durante l' avviamento o durante una accelerata, oppure se il motore lavora con la farfalla acceleratore aperta, oppure nei diesel dove se la pressione è prelevata dal foro della candeletta si misura anche l' effetto della combustione..... cose che potremmo analizzare più avanti con più calma.
Ora vorrei riportare due schermate dove oltre alla pressione nel cilindro ho prelevato anche il segnale accensione della bobina e dell' iniettore che sovrapposti rendono chiaro il funzionamento del motore e dove e quando si verificano tutte le fasi del motore :
Nel primo caso il segnale è quello di un motore Turbo ad iniezione diretta dove l' iniezione avviene durante la fase di compressione e con il pistone a soli 80° dal PMS e le valvole sono chiuse :

segnali iniezione diretta.jpg

Nel secondo caso è sempre un motore turbo ad iniezione diretta ma l' iniezione avviene durante la fase di aspirazione mentre il pistone è in fase di discesa e la valvola di aspirazione si è appena aperta. :

segnali iniezione diretta ma durante l' aspirazione.jpg

in alcuni motori l' iniezione avviene addirittura durante la fase di scarico anche al minimo, mentre è interessante vedere cosa succede quando si accelera bruscamente, con l' aumentare dei giri l' iniettore ha poco tempo per iniettare molta benzina quindi nei motori ad iniezione indiretta l' iniezione comincia molto prima e finisce molto tardi mentre nelle iniezioni dirette grazie all' aumento della pressione nel rail il tempo di iniezione non modifica di molto il suo valore.

segnali iniettore e accensione in accellerata.jpg

Spero che la discussione vi abbia interessato e spero che qualcuno che ne sappia più di me correggendomi se ho sbagliato qualcosa e se ha dei suggerimenti o dati aggiuntivi da inserire.

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