Mondo motori
Tecnica 2
Alimentazione
Intro
In passato, anche quando questa tecnologia era disponibile, si preferifa continuare ad usare il comune carburatore in particolar modo per la sua economicità. Con il passare del tempo la situazione si è ribaltata e la sempre maggiore diffusione dell'iniezione elettronica ha permesso di offrire interi e sempre più sofisticati impianti di alimentazione a costi ridottissimi. Come per tutte le tecnologie, passato l'iniziale momento di tentennamento in cui si cerca di capire se un nuovo prodotto sarà veramente accettato su larga scala, anche l'iniezione elettronica ha passato una fase transitoria in cui non tutti credevano in essa. Ne sono un esempio attuale le auto elettriche e quelle ad idrogeno che trovano grandi resistenze ad essere per così dire accettate dal pubblico anche per la comune causa che si chiama abitudine. Inizialmente tendiamo a non accettare cose "nuove"... successivamente può succedere che cambiamo totalmente idea.
Iniezione
Il vantaggio offerto dalla iniezione elettronica è quello di poter ottimizzare e ridurre i consumi di carburante (specie nelle iniezioni dirette ormai diffuse anche nei motori a benzina) e al contempo offrire prestazioni più brillanti e risposte più rapide del motore. Sono noti a tutti i nostalgici del carburatore i famosi "vuoti in basso" ed i notevoli consumi anche nelle piccole cilindrate. Conseguenza: maggiore inquinamento atmosferico dato dall'immissione nell'atmosfera di un'elevata quantità di particelle di CO2 ed NOx per chilometro. Ottimizzare le prestazioni significa molto spesso anche ottenere minori consumi ed un conseguente minore inquinamento. E' importante notare che oltretutto le marmitte catalitiche possono lavorare al meglio solo in presenza di iniezioni elettroniche. Questo perchè la sonda Lambda, che analizza la composizione dei gas di scarico e che è presente nell'impianto del catalizzatore, dialoga con la centralina elettronica fornendo rapporti su come intervenire sulla carburazione sempre in modo ottimale. I vantaggi offerti dall'iniezione elettronica sono possibili grazie ad un accurato controllo della quantità di carburante spruzzata ed una elevata polverizzazione del carburante stesso anche a bassi regimi.
Iniezione indiretta nel motore Diesel
L'iniezione indiretta avviene in una precamera o in una camera di turbolenza separate dalla camera di combustione principale. Le precamere si trovano all'interno della testata e ospitano il portapolverizzatore con il polverizzatore e la candeletta per l'avviamento a freddo. I polverizzatori sono di tipo a pernetto. La precamera comunica con la camera principale attraverso uno o più fori. Si tratta di un sistema ormai scomparso per l'autotrazione.
Iniezione indiretta nel motore a benzina
La benzina viene spruzzata (tramite gli iniettori) nei condotti di aspirazione. Questo processo può avvenire in modo continuo oppure discontinuo. Una centralina elettronica provvede a valutare diversi fattori per scegliere i dovuti anticipi di iniezione e la quantità di carburante da spruzzare. I fattori sono i seguenti: Regime di rotazione del motore; Quantità di aria aspirata; Grado di apertura della valvola a farfalla (ovvero quanto stiamo agendo sull'aceleratore); Temperatura acqua; Temperatura aria di alimentazione; Pressione di alimentazione; Quantità di aria aspirata (volume) misurata dal debimetro a monte dell'aspirazione o, in altri sistemi, da un dispositivo a filo caldo che informa la centralina in modo diretto circa la massa di aria aspirata; Dati provenienti dal sensore di detonazione; Dati provenienti dalla sonda lambda del catalizzatore.
Single point. L'iniezione a singolo punto è costituita da un solo iniettore posizionato a monte dei collettori di aspirazione esattamente dove in passato veniva alloggiato il carburatore. Una soluzione che limita le prestazioni del motore ma che allo stesso tempo limita notevolmente i consumi. Un esempio diffusissimo di motore con iniezione single point è quello della Fiat punto 55 prima serie che montava il motore Fire.
Multi point. L'iniezione a più punti prevede l'adozione di un iniettore per ogni cilindro non più posizionato a monte dei collettori come nel caso del single point, bensì a valle nel tratto finale di ogni collettore in prossimità delle valvole di aspirazione. Nei motori con 2 valvole di aspirazione per cilindro (come i diffusissimi 4 cilindri 16 valvole) l'iniettore spruzza due getti di carburante orientati ognuno verso una valvola di aspirazione. Nel caso di un motore 4 cilindri il totale degli iniettori è pari a 4, ma il totale degli spruzzi ottenuti vale 8. Inoltre ogni singolo iniettore, comandato ovviamente dalla centralina elettronica, può essere incaricato di effetturare i suoi spruzzi più di una volta per ogni ciclo costituito dai quattro tempi.
Simultanea. Tutti gli iniettori del motore sono pilotati contemporaneamente senza tener conto della fase in atto nei rispettivi cilindri. Il tempo disponibile per l'evaporazione del carburante varia quindi da cilindro a cilindro. L'uniformità delle condizioni dei cilindri per il corretto funzionamento del motore e la conseguente ottima resa e abbattimento dei consumi non è rispettatata. Per porre rimedio alla situazione, ad ogni giro dell'albero motore, si inietta la metà del carburante effettivamente richiesto.
A gruppi. Gli iniettori dei cilindri 1 e 3 e dei cilindri 2 e 4 (esempio basato su classico motore 4 cilindri in linea) sono attivati una volta per ogni ciclo di lavoro. L'iniezione dell'intera quantità di carburante avviene davanti alle valvole di aspirazione ancora chiuse. Nonostante tutto il tempo di evaporazione del carburante non è comunque uguale per ogni cilindro.
Sequenziale. Gli iniettori iniettano l'intera quantità di carburante uno dopo l'altro, nell'ordine di accensione e immediatamente prima della fase di aspirazione. La preparazione della miscela è così ottimizzata e le camere di combustione risultano meglio refrigerate.
L-Jetronic. E' un'iniezione multipoint indiretta, decentrata e intermittente a comando elettronico.
LH Motronic. Questo tipo di iniezione è un'ulteriore evoluzione della L-Jetronic. Il sistema di iniezione e quello di accensione sono gestiti da una sola centralina di comando.
Mono-Jetronic. E' un'iniezione single point indiretta, centrale, intermittente a comando elettronico.
Multec. E' un'iniezione single point indiretta, centrale, intermittente con comando elettronico dell'iniezione e dell'accensione.
KE-Jetronic. E' un'iniezione multipoint indiretta, continua con comando elettronico.
Motronic. Il sistema motronic integra il comando elettronico dell'iniezione e dell'accensione.
Due iniettori per cilindro. Nei motori automobilistici e motociclistici più sportivi più volte si è ricorsi all'utilizzo di due iniettroi per cilindro. Questa soluzione veniva ovviamente abbinata a sistemi di aspirazione con corpi singoli per ogni cilindro nei quali veniva installato un iniettore sia a monte del condotto che a valle.
Iniezione diretta nel motore Diesel
L'iniezione diretta prevede l'iniezione del carburante direttamente nella camera di combustione la quale, generalmente, viene ricavata nel cielo dei pistoni. Si utilizza prevalentemente la camera del pistone di tipo "omega" (figura a lato). Tale camera di combustione ha dimensioni volutamente contenute per ridurre le perdite di calore. In questo modo si facilita notevolmente la partenza a freddo.
Il carburante viene immesso a pressione molto elevata (fino a 2000 bar) e mediante polverizzatori a più fori è possibile ottenere una distribuzione omogenea in camera di scoppio.
Il carburante iniettato si infiamma nell'aria calda e brucia rapidamente. La fiamma si propaga a circa 20 m/s.
I motori diesel ad iniezione diretta in teoria non avrebbero bisogno delle candelette per essere avviati, tuttavia gli impianti di avviamento a incandescenza vengono installati per ridurre le emissioni nocive durante l'avviamento a freddo.
Di seguito le principali caratteristiche dei motori Diesel ad iniezione diretta: Elevato rendimento termico; basso consumo specifico di carburante; buona partenza a freddo; testata realizzata in modo semplice ed economico; erogazione del motore poco fluida; motore tendenzialmente rumoroso (battito); elevata sollecitazione termica e meccanica.
Iniezione diretta nel motore "Benzina"
E' detta anche GDI o DI (Gasoline Direct Injection o Direct Injection). Lo scopo principale dell'iniezione diretta nei motori benzina è quello di evitare che il carburante si condensi sulle pareti del collettore e del condotto di aspirazione. In questo modo si evitano le perdite per condensazione che implicano maggiori consumi. Le caratteristiche dei motori benzina ad iniezione diretta si riassumono come segue: I condotti di aspirazione hanno una disposizione quasi verticale per ottenere una direzione mirata del flusso di aria aspirata; il sistema prevede una pompa di alimentazione del carburante ad alta pressione capace di raggiungere i 50 bar; gli iniettori ad alta pressione sono in grado di modificare la configurazione del getto (modalità stratificata - modalità omogenea) in base all'utilizzo del motore; vengono adottati pistoni con deflettore e testa concava per direzionare l'aria in modo corretto durante il funzionamento a carico parziale o a pieno carico; il sistema di alimentazione del carburante è diviso in due circuiti: circuito bassa pressione (3,3bar), circuito alta pressione (50bar). La composizione della miscela aria-carburante si distingue in carica stratificata o omogenea in base al regime di rotazione ed alla temperatura del motore, nonché al carico.
Modalità a "carica stratificata". In costruzione
Modalità a "carica omogenea". In costruzione
Iniettori
Generalmente gli iniettori sono di tipo a solenoide e vengono comandati elettricamente. Questo tipo di iniettori emette due getti di carburante opportunamente orientati anziché uno solo.
Iniezione d'acqua
In aggiornamento
Di-tech
DI-Tech sta per Direct Injection Technology. Si tratta di un motore 2 tempi evoluto ad iniezione elettronica diretta integrata con l'accensione. Questo propulsore è in grado di ridurre i consumi addirittura del 40% nel ciclo misto e fino al 50% nei tratti a velocità costante. Questo si traduce in circa 50 km con un solo litro di benzina. L'altra alternativa per ridurre le emissioni inquinanti è il motore 4 tempi che però pecca per un'architettura decisamente più complessa, prestazioni nettamente inferiori ed una più costosa manutenzione. Il DI-Tech di Aprilia vanta inoltre un consumo nettamente contenuto anche dell'olio lubrificante. Questo si traduce in una maggiore economia e ovvi minori rabbocchi. Immaginate se solo l'Aprilia avesse dotato le sue moto 2 tempi RX (Cross) ed RS 125 - 250 (Pista e Strada) di questo sistema di alimentazione... Avremmo ottenuto propabilmente il massimo del massimo ma evidentemente a scapito di costi più elevati e forse a scapito di clienti i quali, spinti dal desiderio di emulare i campioni della motoGP, hanno preferito buttarsi su pesanti e spesso goffe moto 4 tempi. L'unità di controllo elettronica che gestisce il motore DI-Tech Aprilia è facilmente riprogrammabile per adattare i parametri del motore ai continui cambiamenti delle disposizioni anti-inquinamento. L'ulteriore vantaggio è che questa operazione non comporta spese aggiuntive quali l'acquisto del catalizzatore. Addirittura le basse emissioni di questo motore permettono di non adottare alcun catalizzatore con conseguenti risparmi in denaro.
Common rail
Intro. L'iniezione Common Rail è un sistema ad alta pressione gestito elettronicamente. Il combustibile è distribuito agli iniettori comandati elettricamente, attraverso un tubo ripartitore detto "rail". Il sistema è detto anche "iniezione ad accumulo" in quanto il tubo ripartitore ha un elevato volume a disposizione che contiene una quantità di carburante maggiore di quella che verrà iniettata. Il grande volume di accumulo impedisce cadute di pressione indesiderate all'apertura degli iniettori.
Struttura.
Circuito bassa pressione: E' composto da un settore di aspirazione del carburante, da uno di pre-alimentazione e dal ritorno. Comprende il serbatoio, il dispositivo di preriscaldamento del combustibile, il filtro, la pompa di alimentazione, l'elettrovalvola di disinserimento e lo scambiatore di calore.
Circuito alta pressione: è composto dalla pompa ad alta pressione, dalle tubazioni, dal rail e da un iniettore per ogni cilindro. Comando elettronico: Comprende la centralina elettronica, i sensori, la valvola di regolazione dell'alta pressione, gli elettroiniettori e la valvola di disinserimento.
Funzionamento.
Pompa di alimentazione del carburante: Ha il compito di alimentare la pompa ad alta pressione. Si tratta spesso di una pompa ad ingranaggi che può essere elettrica oppure azionata dall'albero a camme. La sua portata che dipende ovviamente dal regime di rotazione, va dai 40 litri/h fino a 120 litri/h. La portata è di gran lunga superiore a quella effettuvamente richiesta (come spiegato sopra, per evitare cadute di pressione). Il carburante in eccesso torna indietro attraverso il tubo di ritorno lungo il quale il carburante viene raffreddato perchè ogni volta che è messo in pressione subisce notevoli incrementi di temperatura. Spesso il calore estratto viene utilizzato per riscaldare l'abitacolo dell'auto.
Pompa ad alta pressione: Invia il carburante in oressione (mediamente 1600 bar) nel rail. Si tratta solitamente di una pompa rotativa a pistoncini radiali (radial-jet) i quali vengono azionati dagli eccentrici messi in movimento dall'albero di comando. L'azionamento avviene tramite cinghia dentata o direttamente dall'albero a camme. Dato impressionante di tale pompa è l'assorbimento elevato di potenza di ben 3,5 KW per generare una pressione di 1350 bar. Una valvola elettromagnetica, durante i regimi intermedi, devia il carburante direttamente al tubo di ritorno evitando che esso si scaldi inutilmente e diminuendo inoltre l'assorbimento da parte della pompa.
Regolatore alta pressione: Comandato dalla centralina ed installato sul rail regola la pressione tra i 400 bar al minimo ed il valore massimo raggiungibile dall'impianto.
Sensore della pressione: Informa la centralina sul valore della pressione nel rail istante per istante.
Iniettore. Si tratta di un sistema a comando elettroidraulico. Esso si suddivide in "polverizzatore" (composto dall'insieme asta di pressione e ugello polverizzatore) ed "elettrovalvola di comando" (solenoide e valvola pilota).
Funzionamento iniettore. In costruzione
Apertura della valvola di comando. In costruzione
Chiusura della valvola di comando. In costruzione
Caratteristiche Common Rail. Elevata pressione di iniezione; la centralina determina la quantità di carburante da iniettare; pre-iniezione; pressione di iniezione variabile a seconda delle necessità; decorso dell'iniezione programmabile; adattabile facilmente a diversi tipi di motore.
Polverizzatori per common rail. In costruzione
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Vedi anche le pagine: Carburatori (motori 2 tempi) | Aspirazione