Alimentazione Motori a Gasolio: Funzionamento e Componenti Chiave

L’impianto di alimentazione auto è una componente cruciale per il corretto funzionamento dei veicoli. Questo sistema, complesso ma essenziale, si occupa di fornire il carburante al motore, garantendo così la mobilità dell’auto. L’impianto di alimentazione è l’insieme dei componenti che trasportano il carburante dal serbatoio al motore. Questo sistema garantisce che il combustibile venga fornito nella quantità e nella modalità corrette per permettere il funzionamento ottimale del motore.

A differenza del motore a benzina, il motore diesel utilizza un processo di combustione ad alta pressione. I motori diesel sono noti per la loro elevata efficienza e durata. L’alimentazione a gasolio è molto simile ai motori diesel tradizionali.

Componenti Chiave del Sistema di Alimentazione Diesel

La pompa di iniezione è un componente fondamentale nel sistema di alimentazione. Nei motori a combustione interna, questa pompa è incaricata di inviare il carburante agli iniettori con la pressione necessaria.

Pompa di Iniezione Diesel

La pompa di iniezione diesel è un componente chiave del sistema di alimentazione carburante nei motori diesel. Una pompa di iniezione diesel funziona comprimendo il carburante (gasolio) per iniettarlo negli iniettori e da lì nella camera di combustione. È inoltre importante precisare che le pompe di iniezione devono essere messe in fase prestando molta attenzione.

Le pompe di iniezione servono ad inviare quantità dosate di combustibile agli iniettori. Le pompe rotative, molto diffuse in passato, hanno una camera di pompa rotante che comprime il carburante diesel per poi inviarlo agli iniettori. Le pompe ad iniettore sono costituite da un insieme di componenti che regolano la quantità di carburante diesel spruzzata negli iniettori. Queste pompe funzionano utilizzando la pressione generata da una pompa di carburante a bassa pressione che invia il gasolio a una pompa ad alta pressione, la quale comprime ulteriormente il carburante e lo invia agli iniettori.

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Iniettori

Gli iniettori svolgono un ruolo fondamentale nel dosare esattamente la quantità di carburante che entra nei cilindri del motore. La tecnologia degli iniettori è avanzata notevolmente, passando dalla semplice iniezione meccanica a sofisticati sistemi di iniezione elettronica controllati dalla centralina del motore.

Originariamente, gli iniettori erano completamente meccaniciAnche allora, erano formati da un corpo in acciaio che all’estremità inferiore presentava uno o più fori, tenuti chiusi da un’asta a punta conica e da una molla opportunamente tarata. Il suo funzionamento si basava sulla pressione del gasolio che giungeva fino alla strozzatura ad anello, vinceva la resistenza della molla costringendo la punta conica a sollevarsi ed a lasciar passare il gasolio in pressione. Subito dopo l’iniezione, diminuendo la pressione nella condotta proveniente dalla pompa, l’asta tornava al suo posto chiudendo i fori di passaggio, e da li il ciclo ricominciava.

Il gasolio veniva iniettato in una precamera, che serviva a ridurre il ritardo di accensione del gasolio - che non ha la stessa velocità di accensione e propagazione di fiamma della benzina - e grazie alla presenza di una candeletta ad incandescenza, ne facilitava anche le partenze a freddo. Parliamo quindi di una vera e propria iniezione indiretta, in quanto il gasolio non veniva nebulizzato direttamente nel cilindroAnche in questo caso, l’innovazione tecnologica spinta dalla necessità di minori consumi e quindi dalla diminuzione delle emissioni in atmosfera ha portato ad evoluzioni significative.

Oggigiorno, anche grazie all’adozione di iniettori comandati elettronicamente, si è passati all’iniezione diretta. Il motore diesel a iniezione diretta è nato negli anni Venti, progettato dalla MAN per i veicoli commerciali e industriali. Nel settore automobilistico è salito alla ribalta nel 1988, grazie alla Fiat Croma che è stata la prima vettura di serie a montarlo (subito dopo, nel 1989, arrivò la Land Rover 200 Tdi). In questo tipo di motore il gasolio viene spruzzato direttamente nella camera di combustione, che è ricavata nel cielo del pistone. Proprio questa novità ha creato dei problemi nelle prime applicazioni. I pistoni non erano ancora abbastanza resistenti e spesso il cielo cedeva oppure si bucava con effetti disastrosi. In mancanza della precamera, la turbolenza deve crearsi nella camera di combustione, per cui occorre una migliore polverizzazione del gasolio. È il motivo per il quale la pressione d’iniezione deve essere più alta, partendo da almeno 500 bar per arrivare fino a oltre 2000 bar. Anche i condotti di aspirazione sono disegnati in maniera diversa per generare turbolenze specifiche (swirl).

La maggiore efficienza di un motore diesel a iniezione diretta è data quindi, da minori perdite termiche, maggiore pressione in camera di scoppio e percorso più diretto dei gas di scarico. Appare quindi chiaro, che le migliori performance di questa soluzione sono dovute all’innalzamento delle pressioni in camera di scoppio. Il rovescio della medaglia, però, sta tutto in quell’arco di giri in cui la pressione non è sufficiente, tipicamente dal minimo e fin quando la turbina non inizia a girare. In questa fase il motore risulta rumoroso, pigro e tende ad accumulare fumosità. E qui entrano in gioco evoluzioni quali lo svilluppo degli INIETTORI A COMANDO ELETTRONICO, che permettono iniezioni multiple ed il sistema COMMON RAIL.

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Iniettori a Comando Elettronico

Gli iniettori a comando elettronico, non si basano più sulla taratura di una molla per azionare l’asta, ma su un solenoide che azionato da un segnale elettrico proveniente dalla centralina provvede all’azionamento dell’asta/spillo conico.

Un ulteriore step evolutivo, è stato la realizzazione degli elettroiniettori PIEZOELETTRICI. Il solenoide che aziona lo spillo, è stato in questo caso sostituito da una “pila” di circa 300 lastre sottilissime in ceramica. Quando viene applicato il segnale elettrico, le piastre si espandono e agiscono sull'ugello dell'iniettore, che apre l'ugello dell'ago e inietta il carburante nel cilindro. Il tutto in un tempo inferiore rispetto al comando al solenoide. Di contro, questi iniettori sono più costosi e più difficoltosi da revisionare rispetto agli iniettori a bobina/solenoide. La centralina motore riceve i dati da una serie di sensori e li utilizza per calibrare, secondo tabelle, dette anche mappe o strategie, ossia dei softwares memorizzati al suo interno, la quantità di gasolio da iniettare e soprattutto il momento esatto di immissione, in modo da ottenere sempre il valore ottimale o il più vicino a questo, per quel determinato regime di rotazione.

Così facendo, si massimizza il rendimento del motore e se ne abbassano le emissioni. In questo caso il tempo, misurato in gradi angolari di rotazione, assume un'importanza critica in quanto sia un ritardo che un anticipo rispetto al momento ottimale comportano dei problemi. Infatti se si anticipa troppo si ritroveranno nei gas di scarico valori rilevanti di ossidi di azoto (NOx) anche se il motore raggiunge un'efficienza maggiore dato che la combustione avviene ad una pressione più alta. Un ritardo invece, a causa della combustione incompleta, produce particolato/polveri sottili, ossia fumosità nera allo scarico. Non esiste un valore ottimale valido per tutti i motori ma ogni motore ne ha uno proprio, studiato dal costruttore.

Pompa Alta Pressione

Un altro componente fondamentale del sistema Common Rail è la POMPA DI ALTA PRESSIONE. E’ costituita da tre pompanti radiali disposti a 120° l’uno dall’altro che ruotano (da qui il nome pompa radiale) prendendo il moto dalla cinghia di distribuzione. Essa fornisce continuamente combustibile alla pressione desiderata all’accumulatore/Rail. Ogni gruppo pompante è composto da un pistone, il cui movimento è determinato dalla rotazione di un eccentrico di forma triangolare solidale all’albero della pompa. Tale eccentrico/camma determina il movimento in successione dei tre pistoni mediante lo spostamento di una punteria frapposta tra l’eccentrico stesso ed il piede dello stantuffo. Il contatto tra l’eccentrico ed ogni singola punteria viene assicurato mediante una molla. Ogni gruppo pompante è dotato di una valvola di aspirazione a piattello e di una valvola di mandata a sfera. Tutte e tre le mandate degli elementi pompanti sono riunite internamente alla pompa ed inviano il combustibile al collettore comune per mezzo di un unico condotto. La pompa viene raffreddata e lubrificata mediante lo stesso gasolio che la attraversa e che viene reinviato al serbatoio a pressione atmosferica.

La regolazione di pressione è effettuata tramite un elettrovalvola che regola il grado di apertura dell’ingresso nel condotto di ritorno. Il regolatore di pressione è costituito, infatti, da un otturatore sferico mantenuto sulla sua sede da un'asta caricata da una molla e dalla forza generata da un solenoide . Quando il suddetto solenoide non è eccitato la pressione dipende unicamente dalla molla che fornisce un valore minimo di pressione (circa 150 bar a 1000 giri/min pompa); il precarico può essere regolato agendo sugli appositi spessori di registro. Variando l’apertura della luce di ritorno varia la pressione dal minimo a un massimo di 1600/1800 bar nei sistemi Common Rail attualmente montati. La pressione di iniezione è quindi regolata indipendentemente dal regime di rotazione.

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Il valore della pressione è misurato nel rail e il segnale corrispondente è usato per il circuito di retroazione. Il valore misurato dal sensore di pressione viene comparato con il valore previsto in sede di progetto e memorizzato nella centralina elettronica. Se il valore misurato ed il valore previsto differiscono, allora viene aperto o chiuso un foro di troppo pieno nel regolatore di pressione della pompa di alta pressione. Nel caso di apertura di tale luce di efflusso, il combustibile in eccesso viene quindi rinviato al serbatoio tramite un apposito condotto di ricircolo. La pompa alta pressione è anche dotata di una valvola elettromagnetica di tipo on-off, installata sulla mandata di uno degli elementi pompanti, che permette di disattivare lo stesso elemento pompante durante le condizioni di funzionamento per le quali sia richiesta una portata di combustibile inferiore ai 2/3 della portata massima della pompa. In questo modo è possibile limitare l’assorbimento della pompa in tali condizioni operative.

Common Rail

Come detto, Il gasolio in pressione non viene inviato direttamente dalla pompa agli iniettori, ma viene accumulato in un collettore comune, il Rail, che ha la funzione di smorzare le oscillazioni di pressione dovute all’alimentazione pulsante della pompa di alta pressione e alle aperture intermittenti dei vari iniettori. Il rail è un parallelepidedo in acciaio con una cavitá interna di forma cilindrica; Il suo volume (40 cm3 circa per un motore 2 litri a 4 cilindri ), risulta dal compromesso di avere piccole oscillazioni di pressione e rapide risposte alla variazione della pressione di iniezione.

Il Common Rail (tradotto letteralmente: “condotto comune” o “condotto a binario unico”) è un sistema di alimentazione per motori diesel, un’invenzione tutta italiana, nata negli anni Novanta dalle menti del Centro Ricerche Fiat di Orbassano, i cui diritti furono poi ceduti alla tedesca Robert Bosch, che ne completò lo sviluppo e la messa a punto. Si è trattata di un’invenzione molto importante per i motori diesel, soprattutto per razionalizzare i consumi e ottimizzare l’abbattimento delle emissioni inquinanti.

Ma cos’è esattamente il Common Rail, come funziona e quali sono i vantaggi principali che offre? Il Common Rail è un sistema di alimentazione per motori diesel, un condotto dove è contenuto il carburante in accumulo ad alta pressione. A questa rampa sono collegati iniettori gestiti da una centralina elettronica, la quale ne regola aperture e chiusure, mentre il carburante entra nel condotto sospinta da due pompe in serie, di cui la seconda ad alta pressione. Lo scopo principale del Common Rail è quello di migliorare le prestazioni e ridurre i consumi (tra il -12% e il -15%) e la classica rumorosità dei motori diesel, aumentando al contempo il rendimento complessivo rispetto ai motori diesel tradizionali. Il combustibile viene messo sotto pressione dall’apposita pompa ad alta pressione, per poi essere trasferito nel Common Rail. È esattamente questa “selezione” che determina un considerevole risparmio in termini di consumi e una maggiore silenziosità.

Altri Componenti del Sistema di Alimentazione

Oltre ai componenti principali, ci sono altri elementi che contribuiscono al corretto funzionamento del sistema di alimentazione diesel:

• Serbatoio: Il serbatoio è il deposito principale del carburante dell’auto.
• Pompa di carburante: La pompa di carburante ha il compito di spostare il carburante dal serbatoio agli iniettori.
• Collettore di aspirazione: Il collettore di aspirazione ha il compito di distribuire l’aria proveniente dal filtro verso i cilindri del motore.
• Modulo di alimentazione del carburante: Il modulo di alimentazione del carburante è un’unità che integra diversi componenti dell’impianto di alimentazione, come la pompa di carburante, il filtro del gasolio e il misuratore di livello.
• Centralina elettronica: La centralina elettronica è il cervello dell’impianto di alimentazione. Gestisce diversi sensori che monitorano le condizioni del motore e regolano l’iniezione di carburante per ottimizzare le prestazioni e l’efficienza.
• Condotto d’aspirazione: Il condotto d’aspirazione è il passaggio attraverso cui l’aria raggiunge i cilindri.
• Sistema di miscelazione: Il sistema di miscelazione ha il compito di mescolare il carburante con l’aria in proporzioni ottimali.
• Sistema di distribuzione del carburante: Il sistema di distribuzione del carburante assicura che il carburante sia inviato in modo equilibrato ai diversi cilindri del motore.
• Fasce elastiche: Le fasce elastiche sono anelli situati attorno ai pistoni che aiutano a mantenere la compressione e a ridurre la perdita di carburante non combusto.
• Filtri: Esiste una moltitudine di filtri carburante. La prima grossa distinzione riguarda chiaramente il tipo di motorizzazione: a benzina o a gasolio. La seconda grande differenza è invece quella relativa alla fattura del filtro stesso. I più diffusi sono senz’altro quelli totalmente intercambiabili, montati direttamente sulla linea di alimentazione. Sono elementi dotati di una carcassa esterna, in genere metallica, che al loro interno contengono l’elemento filtrante. Quando sono sporchi e devono essere cambiati, vanno sostituiti interamente; non è possibile aprirli. La seconda grande famiglia è quella dei filtri a cartuccia, per i quali è prevista la sostituzione del solo elemento filtrante, che a sua volta è contenuto all’interno di un’apposita sede a cui si accede svitando una sorta di coperchio. La superficie di filtraggio per i filtri del gasolio ha specifiche molto severe e sfrutta una tecnologia piuttosto avanzata. Una delle caratteristiche fondamentali è il diametro dei pori che in genere non deve superare i 5 micrometri, perché se così fosse passerebbero delle impurità nel circuito ad alta pressione. All’interno di questo tratto dell’impianto, il gasolio funge da lubrificante e anche da refrigerante. La conseguenza immediata dovuta alla presenza di impurità sarebbe un precoce deterioramento dei componenti meccanici.
• Canister: Il suo compito è quello di intrappolare i vapori di benzina che altrimenti verrebbero immessi nell’ambiente.

Evoluzione dei Sistemi di Alimentazione

Il mondo dell’auto è cambiato totalmente e il sistema di alimentazione non poteva che adeguarsi ai bisogni dei nuovi motori e dei clienti sempre più esigenti. Il processo di innovazione ha interessato chiaramente propulsori a benzina e propulsori a gasolio.

Nel caso dei motori a gasolio i passi avanti sono stati veramente numerosi. L’introduzione del moderno sistema di iniezione tipo common rail ha prodotto un indotto progettuale e tecnologico di portata immensa. La tradizionale pompa meccanica è stata sostituita da quella ad alta pressione che spinge il gasolio in pressione all’interno del rail. I vecchi iniettori che si affacciavano nella pre-camera sono oggi stati sostituiti da quelli piezoelettrici, molto più veloci e molto più leggeri, inseriti direttamente nella camera di combustione.

Manutenzione e Problematiche

I nuovi sistemi di iniezione sono però molto più delicati e risentono fortemente delle impurità del gasolio e della presenza di acqua al suo interno.

Nonostante il meccanismo del common rail sia studiato per essere virtualmente perfetto, il fatto per il quale esso funzioni con il carburante lo espone ad alcuni problemi riguardanti la presenza di impurità con il conseguente passaggio di un gasolio non puro o non concepito per offrire ottimi risultati. In primo luogo, la macchina potrebbe iniziare a perdere colpi: potrà avere delle difficoltà a salire di giri e mostrare anche segni di grosse incapacità nell’accelerazione. Questo dovrebbe essere già un segno preoccupante da non trascurare. Inoltre, insieme alle difficoltà legate all’accelerazione si potrebbero sentire dei rumori che possono provenire sia dalla parte posteriore del veicolo sia dal vano motore e degli “strattoni” anche durante la marcia. Tuttavia, nel momento in cui la vostra pompa ad alta pressione dovesse effettivamente rompersi potrete notare un notevole odore di carburante che aumenterà sempre di più.

REDAT S.p.A.

REDAT S.p.A. è leader a livello nazionale ed internazionale nei sistemi per l'iniezione Diesel e vende ricambi di alta qualità per pompe di iniezione e iniettori diesel. Dal loro e-commerce si può conoscere la disponibilità e il prezzo di ogni prodotto, oltre a visualizzare gli esplosi interattivi e la scheda prodotto di ciascun iniettore.

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