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venerdì, 22 Settembre 2023
  • Alimentati a dovere: i componenti dell’alimentazione Diesel e benzina

    Un tempo c’erano le pompe benzina meccaniche mosse dagli alberi a camme, oggi ci sono quelle elettriche immerse direttamente nel serbatoio. Un tempo c’erano i carburatori, oggi ci sono gli iniettori. Un tempo non c’era l’elettronica a gestire l’immissione di carburante, oggi possiamo far conto su centraline con microprocessori in grado di fare migliaia di calcoli in una frazione di secondo. Per non parlare degli iniettori sempre più sofisticati come, tanto per citare un esempio, quelli piezoelettrici utilizzati nei moderni motori a gasolio a iniezione diretta.
    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. Questo è il motivo per cui conviene dividere lo spazio di queste pagine in due grandi macro capitoli.


    I motori 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. La manutenzione e i costi per sistemare un moderno motore a gasolio sono nettamente diminuiti. 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. È vero che l’intero circuito di alimentazione di un sistema common rail prevede tutta una serie di soluzioni che dovrebbero evitare l’instaurarsi di condizioni pericolose per l’impianto stesso, ma non sono stati però rari i casi, in questi ultimi anni, in cui danni gravissimi hanno interessato gli impianti di iniezione per motori a gasolio, spesso anche con rotture meccaniche catastrofiche.
    Il gasolio occupa un posto di rilievo all’interno di questo piccolo mondo che stiamo considerando, quello dell’alimentazione per l’appunto, e sebbene ne abbiamo trattato in modo esteso in precedenti pubblicazioni, sempre sulla nostra testata, è bene ricordare come la presenza di zolfo e umidità nel combustibile, unite a condizioni di bassa lubrificazione, siano alla base dei problemi che attanagliano i sistemi di alimentazione dei motori a gasolio.


    I motori a benzina
    Anche i propulsori funzionanti a ciclo Otto hanno detto la loro in fatto di progresso sui sistemi di alimentazione. Basti pensare alle note pompe elettriche immerse nel serbatoio o agli attuali sistemi di iniezione diretta ad alta pressione utilizzati da alcuni costruttori quali Alfa Romeo e Audi. In questo caso il carburante, aggiornato al tempo in cui si passò dalla benzina rossa (con piombo) a quella verde (senza piombo), non è mai stato un attore principale di questo processo evolutivo e non ha mai influenzato in modo decisivo l’affidabilità dei singoli componenti.
    Le pressioni in gioco, rispetto ai motori a gasolio, rimangono in ogni caso molto più basse e di conseguenza lo sono le sollecitazioni a carico degli organi. Proprio per questo motivo, i motori a benzina hanno da sempre potuto contare su componenti con massa più bassa, a tutto vantaggio di una diminuzione sensibile delle forze di inerzia degli organi dotati di moto alterno.
    Il grosso salto qualitativo nei motori a benzina è rappresentato sicuramente dall’introduzione delle pompe elettriche a immersione per l’alimentazione del combustibile e del sistema a iniezione in sostituzione di quello a carburatore. Anche in questo caso i costruttori coinvolti sono nomi storici nel settore del primo equipaggiamento e dell’aftermarket: stiamo naturalmente parlando di case come Delphi, Denso, Siemens, Visteon e Bosch.


    Il serbatoio
    Il compito che questo componente deve svolgere è solo apparentemente semplice. È vero, deve “solo” contenere il carburante, ma deve farlo nel giusto modo. Cosa significa? Innanzitutto deve essere sicuro e in grado di resistere alle sollecitazioni che potrebbero derivare da una collisione del veicolo contro un qualsiasi ostacolo. Inoltre, deve poter limitare l’oscillazione del combustibile durante i percorsi tortuosi, così come nel caso di fermo del mezzo su strade a elevata pendenza o, più in generale, di posizioni particolarmente inclinate dell’intero corpo vettura. Sempre in termini di sicurezza, si pensi anche all’importanza cruciale che ha il serbatoio nel caso di ribaltamento dell’auto.
    Per garantire tutte queste condizioni di funzionamento, i serbatoi vengono realizzati a volte in acciaio, ma sempre più spesso con materiali polimerici come ad esempio il PE (polietilene). Quest’ultimo è tipicamente impiegato quando si devono realizzare forme estremamente complesse. Nel caso invece di serbatoi in acciaio, i costruttori devono prevedere opportuni rivestimenti per la protezione contro la corrosione. Ricordiamo infatti che il serbatoio è molto spesso posizionato in una zona poco riparata, generalmente al di sotto del pianale.
    Per evitare l’eccessivo movimento del carburante, vengono a volte impiegate delle paratie interne, il cui scopo è quello di suddividere il volume del serbatoio in altrettanti volumi più piccoli dove le oscillazioni permesse sono inferiori.
    Un’ulteriore caratteristica fondamentale per i serbatoi è quella di essere conformati in modo tale da assicurare un pescaggio ottimale per la pompa di alimentazione. Nelle vetture moderne queste pompe sono ormai universalmente integrate all’interno del serbatoio e, in genere, si può accedere alle stesse sollevando il sedile posteriore e il rivestimento della pavimentazione del veicolo.
    Infine, per evitare che la produzione dei vapori faccia raggiungere pressioni troppo elevate, o che l’azione della pompa provochi situazioni di eccessiva depressione, tutti i serbatoi sono dotati di uno sfiato, che consente di mantenere la zona interna pressoché livellata con la pressione atmosferica.


    I condotti di alimentazione
    Sotto questo nome vanno tutti i tubi che dal serbatoio portano il combustibile verso il motore. Sono elementi realizzati in acciaio molto resistente e sono generalmente posizionati lontano da zone eccessivamente calde dove si potrebbero generare bolle d’aria. La loro manutenzione è pressoché nulla, ma potrebbe essere opportuno procedere, di tanto in tanto, a una loro ispezione nel caso si percorrano strade sterrate dove il fondo vetture viene messo a dura prova, sia per gli oggetti che vengono sollevati durante il moto, sia per gli eventuali contatti tra il terreno e il pianale stesso.


    Le pompe di alimentazione
    Una volta, nei vecchi motori a carburatore, erano universalmente utilizzate le pompe meccaniche. Ormai questi componenti sono praticamente spariti dalla produzione OE e rimangono solo nel mercato aftermarket per veicoli ormai datati. Si tratta in genere di pompe a membrana mosse dagli alberi a camme. L’assorbimento di potenza è più elevato di quello delle pompe elettriche oggi utilizzate, ma la loro affidabilità è superiore: una caratteristica che spesso distingue i componenti a funzionamento meccanico rispetto a quelli elettrici.
    Sulle auto di oggi sono utilizzate pompe elettriche completamente immerse nel serbatoio. A tal proposito ricordiamo come sia importante, dal punto di vista pratico, cercare di limitare il funzionamento del motore in condizioni di riserva limitata. Sebbene il potere lubrificante della benzina sia inferiore a quello del gasolio, il suo contributo su questo argomento è fondamentale.
    Nel caso dei motori Diesel, il discorso relativo alle pompe di alimentazione è più delicato. Se, infatti, quella dedicata al prelievo del combustibile dal serbatoio conserva caratteristiche piuttosto tradizionali, la stessa cosa non si può dire per quella che porta il gasolio ad alta pressione all’interno del rail.
    In questo caso, ad esempio, Delphi e Bosch hanno proposto delle soluzioni che ormai sono ampiamente utilizzate sulle vetture di oggi. Si tratta, da un punto di vista generale, di pompe rotative a pistoni radiali movimentati da un eccentrico dedicato. Si possono avere differenti tipi di azionamento, ma i più comuni sono quelli che fanno uso di cinghia dentata o di un collegamento diretto con l’albero della distribuzione.


    Il rail per gli iniettori
    Questo componente è venuto alla ribalta con i moderni sistemi a iniezione diretta di gasolio. In realtà il rail, nella sua accezione più semplice, esiste da diverso tempo.
    Il rail viene realizzato con materiali di diverso genere ma, nella sua forma più affermata, è prodotto in acciaio o in materiali plastici ad alta resistenza. La forma deve essere tale da potersi adattare alle diverse architetture di motori e allo stesso tempo il rail deve essere realizzato, a seconda della posizione di alimentazione, con attacchi nella parte alta o sul lato.
    Spicca una grande differenza costruttiva tra i due rail più affermati oggi sul mercato, prodotti rispettivamente da Delphi e Bosch: mentre il primo presenta l’originale forma che gli ha fruttato il soprannome di “ragno” (si tratta in breve sostanza di un rail sferico), il secondo è più tradizionale e si presenta con una geometria pari a quella di un tubo dal quale si dipartono, a interasse fisso, i condotti che vanno agli iniettori.


    Gli iniettori
    Sono i componenti che hanno subito la maggior evoluzione. Soprattutto quelli per i motori a gasolio sono dei veri gioielli della tecnica. Quelli piezoelettrici, in particolare, hanno raggiunto velocità di attuazione eccezionali, anche se i limiti raggiunti oggi sono dovuti esclusivamente a problemi di meccanica. Questo per dire come, in futuro, potremmo assistere a un’ulteriore evoluzione.


    I 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.


    Il canister
    Sono pochi i non addetti al settore che conoscono questo componente. In realtà la sua funzione è fondamentale per il rispetto ambientale e quindi per l’omologazione della vettura. Il suo compito è quello di intrappolare i vapori di benzina che altrimenti verrebbero immessi nell’ambiente. Grazie alla presenza di opportuni carboni attivi, i vapori vengono temporaneamente assorbiti all’interno di questo componente per essere poi re-immessi nel motore in occasione della successiva accensione.


    Fonte: Notiziario Motoristico (ottobre 2007)

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