Rimappa e fumosità allo scarico

marko.gem

Nuovo Alfista
7 Aprile 2005
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Prov. Pisa
La mia 147 rimappata (ma anche altre 147-GT rimappate) fuma un bel po quando spingo sul pedale, questo credo sia causato dall'incremento di gasolio iniettato, ma cosa manca al motore per avere un'ottima combustione? Più pressione aria? Più portata?

Oppure semplicemente una mappa migliore :wall)

Vorrei fare un po di chiarezza su questo argomento per me un po oscuro :matto)

:grazie)
 
Fumosità è sinonimo di gasolio incombusto, quindi meno aria di quella che servirebbe oppure troppo gasolio

Le cause che possono dipendere dal gasolio:

- troppo gasolio iniettato in camera (mappa fatta male)
- iniettori che non nebulizzano come dovrebbero

Cause di poca aria:

- turbina sottodimensionata se si fanno elaborazioni serie
- turbina non funzionante
- manicotti intercooler forati o rotti
- problema con EGR che ricircola troppa robaccia

Per ora mi vengono in mente queste cose
 
Mi spiego meglio: la mia 147 va bene, non ha problemi. E' solo una mia curiosità capire perchè auto mappate fumano molto e se c'è un modo per risolvere ottenendo una buona combustione anche nei casi in cui si spreme il motore.
Escludo problemi di egr, manicotti etc etc... periodicamente controllati
La turbina è quella montata di fabbrica e non ho nessuna elaborazione meccanica al motore
 
I motori endotermici per produrre potenza si basano su un processo chimico chiamato combustione.

Da wikipedia

"La combustione è una reazione chimica che comporta l'ossidazione di un combustibile da parte di un comburente (che in genere è rappresentato dall'ossigeno presente nell'aria), con sviluppo di calore e radiazioni elettromagnetiche, tra cui spesso anche radiazioni luminose.
In termini più rigorosi la combustione è una ossidoriduzione esotermica in quanto un composto si ossida mentre un altro si riduce (nel caso degli idrocarburi, il carbonio si ossida, l'ossigeno si riduce) con rilascio di energia e formazione di nuovi composti, principalmente anidride carbonica ed acqua.
I prodotti della combustione dipendono dalla natura del combustibile e dalle condizioni di reazione. Ad esempio, nella combustione del carbone (esente da impurezze e quindi contenente solo carbonio) si produce esclusivamente anidride carbonica se vi è ossigeno in eccesso; in questo caso si parla di combustione completa. In difetto di ossigeno è invece favorita la produzione di monossido di carbonio accompagnata da fumi, nerofumo, in caso di forte carenza di ossigeno.
L'azoto è un inerte, e pertanto non reagisce con nessun elemento o sostanza durante la combustione. Tuttavia, sotto determinate condizioni (alte temperature, grande eccesso d'aria, presenza di azoto nel combustibile), può reagire e creare gli NOx.

La combustione completa del metano, CH4, produce anidride carbonica e acqua, mentre in difetto di ossigeno possono avvenire numerose reazioni conducendo a diversi prodotti, tra i quali, oltre al monossido di carbonio, anche metanolo. Volendo analizzare nel particolare la combustione del metano si ha che la reazione stechiometrica di combustione è:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
ciò vuol dire che per bruciare 1 mole (o, in modo equivalente 0,022414 m3) di metano servono 2 moli di ossigeno. In uscita si avranno 1 mole di anidride carbonica e 2 di acqua allo stato di vapore"


Come vedi per bruciare ogni tipo di carburante (metano, benzina o gasolio ecc.) esiste una complessa reazione chimica che prevede le giuste dosi di "ingredienti", lo studio del giusto rapporto è affidato alla stechiometria.

sempre da wikipedia

"La stechiometria è quella branca della chimica che studia i rapporti quantitativi delle sostanze chimiche e delle reazioni chimiche.
La stechiometria di reazione indica in che rapporti due o più sostanze reagiscono tra di loro. Essa viene rappresentata attraverso coefficienti, detti appunto stechiometrici e questi coefficienti esprimono i rapporti molari con cui le sostanze coinvolte nella reazione reagiscono. Il calcolo stechiometrico permette di determinare matematicamente le quantità di reagenti e prodotti coinvolti in una reazione chimica.
Gli atomi reagiscono tra loro in rapporti esprimibili con numeri naturali, anche se per comodità spesso vengono usati coefficienti frazionari; comunque dato che cambiando i coefficienti cambia anche la costante di equilibrio, una reazione è bilanciata correttamente solo con coefficienti interi.
I coefficienti stechiometrici vengono posti prima di ogni specie chimica che partecipa alla reazione. In assenza di coefficiente si presuppone che il numero sia 1.
Esempi [modifica]
Nella reazione di combustione del metano con ossigeno:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
l'equazione chimica ci informa che qualsiasi quantità si sia messa a reagire di metano e di ossigeno si troverà a reazione terminata che: la quantità in moli di metano reagita sarà la metà della quantità in moli di ossigeno reagita e anche che sarà uguale alla quantità in moli di anidride carbonica prodotta e anche che sarà la metà della quantità in moli di acqua prodotta. Si noti quindi che, grazie ai coefficienti stechiometrici,è sufficiente conoscere uno qualsiasi dei valori, in moli,di sostanza reagita o prodotta per conoscere agevolmente il valore, in moli, di tutte le altre sostanze reagite o prodotte! Facendo riferimento a valori semplici: ogni mole di metano (16 grammi) reagisce con due moli di ossigeno (2 × 32 = 64 grammi) formando una mole di anidride carbonica (44 grammi) e due moli di acqua (2 × 18 = 36 grammi).
Si noti che la massa totale reagita (80 g) è uguale alla massa totale prodotta (legge di Lavoisier), casualmente anche il n° di moli reagite (3) è uguale al n° di moli prodotte (3) però in generale per le reazioni chimiche si troverà che la massa sarà sempre conservata mentre il n° di moli potrà aumentare o diminuire."


Poichè benzina e gasolio sono composti in realtà da centinaia di idrocarburi bisognerebbe calcolare per ognuno di loro il rapporto stechiometrico corretto, visto poi che qualcuno lo ha già fatto prendiamo per buono il dato che vale 14,7 parti di aria per 1 parte di benzina e circa 14,1 parti per 1 di gasolio.

Nei motori a benzina questo rapporto è "sostanzialmente" sempre rispettato, nel diesel praticamente mai.
Nel benzina la potenza è regolata dalla valvola a farfalla che strozza i condotti d'aspirazione, quindi se voglio diminuire la potenza faccio passare poca miscela aria/benzina mentre se voglio tutta la potenza spalanco completamente la valvola (pedale del gas premuto a fondo corsa) permettendo il massimo passaggio di miscela aria benzina. Nel motore diesel la valvola a farfalla invece non esiste proprio, il motore aspira sempre la massima quantità d'aria possibile e la potenza viene regolata modificando la quantità di gasolio iniettata, quindi al minimo il rapporto aria/gasolio sarà di circa 90/1 o anche 100/1 mentre alla massima potenza il rapporto diventerà 18/1 o 20/1, ma in ogni caso mai 14 a 1 anche se corretto dal punto di vista stechiometrico, perchè il gasolio fa fatica a bruciare velocemente (il tempo a disposizione a 4000 giri per il gasolio di bruciare è attorno al millesimo di secondo) quindi a quei dosaggi produce una quantità notevole di nerofumo.

La casa produttrice sa che aumentando di un pò la quatità di gasolio aumenta la potenza ma sa anche che di pari passo aumenta il fumo, quindi per rimanere nei limiti di omologazione non aumenta indiscriminatamente la mandata di gasolio.
 
Interessante! :) molto interessante

Quindi a quanto mi dici uno dei problemi è dovuto alla peggior combustione del gasolio ad alto numero di giri.
Però visto che il diesel lavora in eccesso di aria (rapporto stechiometrico mai rispettato) aumentando la quantità di aria cosa succederebbe? Magari in quei casi in cui non si è al massimo regime di giri e con la rimappa inietttando più gasolio un po più aria potrebbe diminuire il nerofumo no?

Ma come aumentare la quantità d'aria? Turbina diversa? :matto)
 
Una turbina più grande manderebbe più aria nei cilindri, però turbina più grande significa anche maggior ritardo di risposta, quindi il lasso di tempo intercorrente tra la richiesta di potenza e l'effettiva erogazione da parte del motore diventerebbe inaccettabile compromettendo la guidabilità.

Sostituire la turbina originale con una che può fornire una pressione di sovralimentazione maggiore comporterebbe che la maggior quantità di aria aspirata anzi meglio dire pompata nei cilindri permetta la combustione di una massa di gasolio maggiore, però poi le pressioni che genera la combustione diventano certamente maggiori e sollecitano gli organi meccanici in modo anomalo, potendo al limite (non è detto, visto che in genere sono dimensionati abbondantemente per garantire una discreta affidabilità), portare alla rottura del motore, quindi modificare i parametri non è una cosa certamente facile e una modifica comporta che a cascata vengano modificati altri particolari, ad esempio pistoni, bielle, bronzine sistema di lubrificazione e via dicendo con più robusti.

Per fare un piccolo esempio, se non ricordo male, la turbina montata sul nostro adorato motore è una Honeywell Garrett GT1749V, e sempre a memoria mi pare di ricordare che il costruttore dichiari una pressione di esercizio di 18 psi con il picco max fissato a 22 psi (che tradotto in termini umani sono 1,26 bar continui e 1,55 di picco), quindi poniamo per un attimo che i valori siano corretti e immaginiamo il motore girare a 2000 giri con carico del 100%, quindi di avere a disposizione 1,26 bar di sovrappressione dal turbo + 1 bar di pressione atmosferica arriviamo a 2,26, questa quantità di aria arriva nel cilindro e viene compressa di 18,45 volte quindi a fine compressione la pressione è già a quasi 41,7 bar, la combustione del gasolio poi porta ad aumentare il volume dei gas di 3 o 4 volte, diciamo 3,5 quindi la pressione di combustione raggiunge 146 bar ovvero su ogni cm quadrato di pistone (che avendo un alesaggio di 82 mm ha una superficie di 52,81 cmq) premono 146 Kg, in totale (146*52,81) 7,7 tonnellate, supponiamo ora di montare un'altra turbina che può fornire un supplemento di aria in più lavorando a 1,46 bar continui anziché 1,26 (+0,2 bar) già a fine compressione la pressione sarà salita a 1,46*18,45=45,4 e ammettendo di bruciare quindi un pò più di gasolio, il volume del gas non aumenterà solo di 3,5 volte ma ad esempio 3,6 quindi la pressione finale della combustione passa da 146 a 45,4*3.6=163,4 bar cioè un piccolo incremento di 0,2 bar di sovralimentazione ha già fatto aumentare di quasi 20 bar le pressioni nel cilindro e sempre con l'esempio di prima sul pistone non premono più 7,7 tonnellate ma 163,4*52.81=8,6 quasi 1 in più.
 
@switing63: cavolo davvero molto competente!

Inoltre c'è il problema della temperatura dell'aria in ingresso al motore, se non sbaglio più è fresca migliore è la combustione. Aumentando la pressione aumenta anche la temperatura e quindi la densità dell'aria.

Quindi prima di intervenire su una turbina un buon intercooler potrebbe migliorare le cose?
 
marko.gem":3fr8y6kf ha detto:
Aumentando la pressione aumenta anche la temperatura e quindi la densità dell'aria.
Aumentando la pressione aumenta anche la temperatura, questo assolutamente si, mentre in realtà la densità dell'aria diminuisce con l'aumentare della temperatura, quindi il compito dell'intercooler è di raffreddarla un pochino prima che entri nel cilindro per far si che il riempimento sia migliore.

marko.gem":3fr8y6kf ha detto:
Inoltre c'è il problema della temperatura dell'aria in ingresso al motore, se non sbaglio più è fresca migliore è la combustione.
Ni, nel senso che come detto prima più la temperatura in ingresso è elevata più la densità è minore quindi arriva meno aria nel cilindro e di conseguenza meno ossigeno, quindi con meno ossigeno a disposizione è possibile bruciare meno carburante e quindi meno potenza, da questo punto di vista hai quindi ragione, però secondo me poi c'è un distinguo poiché nei motori Otto (benzina) l'elevata temperatura può provocare fenomeni di detonazione quindi più è fredda la massa d'aria meglio è anche da questo punto di vista, quindi un intercooler generosamente dimensionato può essere di aiuto, mentre in un motore a ciclo Diesel che usa la temperatura dell'aria per autoaccendere il combustibile raffreddarla troppo non credo sia un vantaggio, dovrebbe essere raffreddata il giusto ovvero la massima densità possibile con una congrua temperatura che permetta l'accensione del gasolio.

Mi spiego meglio, tralasciamo tutto quello che succede a monte del cilindro (perchè ovviamente per arrivare a questa situazione ci vorrebbero turbine diverse ecc.) e pensiamo solo al momento in cui si chiude la valvola o le valvole di aspirazione, e immaginiamo che nel caso A abbiamo 2,26 bar di pressione con 130° di temperatura mentre nel caso B abbiamo sempre 2,26 bar di pressione ma 160° di temperatura, nel caso di un motore a benzina sarebbe preferibile la situazione A, nel diesel decisamente la B poichè la densità della massa d'aria è identica mentre la temperatura è più elevata quindi si arriverebbe ad un autoaccensione del gasolio più rapida.

marko.gem":3fr8y6kf ha detto:
Quindi prima di intervenire su una turbina un buon intercooler potrebbe migliorare le cose?

Prima di metterci mano secondo me è auspicabile che un ingegnere abbia svolto tutti i calcoli strutturali perchè cambiare anche solo un piccolo parametro a cascata comporta molte variazioni, solo chi conosce a fondo il motore può stabilire dove apportare modifiche e conosce i limiti progettuali di ogni singolo componente e quindi se il motore nel complesso può reggere la variazione, certo è che ogni componente già in origine ha un margine di tolleranza quindi il più delle volte in apparenza non succede nulla, ma in realtà non è esattamente così.

Cambiare l'intercooler con uno maggiorato raffredda l'aria quindi al cilindro arriverà una massa maggiore di aria però non è detto che sia alla temperatura giusta.
Premetto che non ho idea di quale temperatura abbia l'aria in entrata nel cilindro del nostro motore, ipotizziamo 100° e 2 bar di pressione a 2000 giri con 100% di carico con turbina e intercooler di serie, ora ipotizziamo che cambiamo turbina con una maggiorata che riesca a fornire 2,15 bar in entrata sempre a 2000 giri e 100% di carico, se lascio l'intercooler di serie è probabile che la temperatura raggiunga i 110° visto che è più compressa, adesso voglio modificare l'intercooler con uno maggiorato ma può esserci sul mercato un tipo diciamo A che porti la temperatura a 95° dell'aria in entrata e la pressione salga a 2,20 e un tipo B che porta la temperatura a 100° come quello di serie però con la pressione a 2,17, qual'è quello giusto? Bella domanda, vero?
Per l'utente in ogni caso quando guida la sua macchina così modificata noterà un incremento di potenza in ogni caso e probabilmente sarà contento, ma per il motore le cose cambiano.
Nel caso della temperatura di 95° (per intenderci) a fine compressione avrò una temperatura più bassa d'innesco della combustione rispetto al motore di serie e quindi il gasolio farà più fatica a bruciare come se avesse un numero di cetano basso e quindi il motore è più rumoroso e ruvido rispetto a quello di serie, nel caso in cui la temperatura è di 110° brucerò senza fatica anche un gasolio di scarsa qualità perchè e come se automaticamente il suo numero di cetano è più elevato, però è probabile che le valvole di scarico vengano investite da gas più caldi quindi vengono stressate maggiormente.
 
E' tutto bilanciato.

Però l'intercooler raffredderà l'aria in base alla velocità della vettura e alla temperatura dell'aria esterna quindi credo che come per il rapporto stechiometrico anche la temperatura dell'aria in ingresso al motore non sia quasi mai rispettata.
 
Switing, ottima analisi, complimenti per il livello di informazioni e per la pazienza nello scrivere i post.

Vorrei aggiungere solo alcune considerazioni: come hai già detto, il motore diesel lavora praticamente sempre in eccesso d'aria (anche a pieno carico), quindi per migliorare la combustione occorrerebbe agire su parametri diversi dalla portata d'aria in ingresso.

In particolare occorrerebbe migliorare due aspetti:
- maggiore polverizzazione del gasolio (una gocciolina più piccola si accende con minor ritardo e con minori residui incombusti)
- distribuzione più omogenea del gasolio all'interno della massa d'aria aspirata (o comunque in quella porzione d'aria che si vuole coinvolta nella combustione)

In genere il primo punto è strettamente legato alla qualità e alla tipologia costruttiva dell'iniettore (precisione e diametro dei fori di iniezione, modalità di apertura dello spillo) ed alla pressione di alimentazione gasolio (motivo per cui con i rail di alimentazione ad alta pressione costante la combustione è migliorata drasticamente).

Il secondo punto può essere invece controllato attraverso moti turbolenti generati sia dal movimento del pistone che dalla forma della camera di combustione.

diegran":3v0o5xkl ha detto:
io sono dell'idea che i diesel debbano fumare....

Perchè?
 
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