L'elettronica nei motori a scoppio

 

Oggi giorno, nei motori moderni, l'utilizzo dell'elettronica è  diventato indispensabile in quanto, quest'ultima, controlla il corretto funzionamento del motore nelle sue parti garantendogli un funzionamento ottimale in tutte le condizioni di funzionamento in modo tale da innalzarne il rendimento ed anche limitare le emissioni nocive dei gas tossici, che, come ben sappiamo, inquinano l'ambiente.

Elettronica: è molto più giovane dell'auto essendo nata nel 1948 con l'invenzione dei transistor da parte dei tecnici dei laboratori Bell. Se 10 anni dopo fanno la loro comparsa i primi circuiti integrati, solo nel 1964 in Usa e poi in Europa si cominciano ad applicare i sistemi d'accensione con transistor al posto delle classiche "puntine platinate". Nel 1967 c'è la prima iniezione elettronica la quale va a sostituirsi alla classica alimentazione a carburatore.

I Motori a iniezione sono: Motori a combustione interna in cui il carburante (principalmente gasolio o benzina) viene spruzzato sotto pressione direttamente nella camera di combustione, durante la fase di compressione, o nel condotto di aspirazione, durante la fase di immissione dell'aria nel cilindro. L'iniettore è costituito da una valvola meccanica o elettromagnetica, che regola l'afflusso di carburante, e da un polverizzatore, che lo immette nella camera di combustione nebulizzandolo, così da massimizzarne il contatto con l'aria. Il controllo della quantità di combustibile inviata a ciascun iniettore può essere di tipo meccanico o elettronico. Nel primo caso, una pompa d'iniezione invia il carburante a un distributore-dosatore che, mosso dal motore, lo distribuisce a turno a ciascun iniettore nella giusta quantità, determinata meccanicamente in base alla posizione dell'acceleratore, alla quantità d'aria aspirata e alla pressione nel circuito del carburante. Nei sistemi elettronici, invece, il carburante giunge direttamente agli iniettori: la quantità introdotta è regolata da un comando elettrico, che determina il tempo d'apertura della valvola elettromagnetica di ciascun iniettore. Una centralina elettronica raccoglie i segnali provenienti da diversi sensori, che servono a registrare lo stato di funzionamento del motore, la temperatura e la pressione dell'ambiente e dell'aria nei condotti di aspirazione, e vari altri parametri, come il rapporto stechiometrico aria-benzina della miscela bruciata o la quantità di ossigeno nel tubo di scarico; grazie a queste informazioni, la centralina dispone l'apertura degli iniettori al momento opportuno e per un tempo tale da ottenere una composizione della miscela che favorisca una combustione ottimale. Il primo motore a iniezione fu quello Diesel (1892), mentre nei motori a benzina l'alimentazione a iniezione è stata introdotta negli anni Cinquanta, per ridurre i consumi e l'inquinamento caratteristici del sistema di alimentazione a carburazione.

 

 

Alla nostra sinistra, è riportata una foto relativa ad un motore a combustione interna alimentato da un sistema ad iniezione gestito a sua volta da una centralina elettronica

 

 

Oramai l'elettronica nei motori a combustione interna è diventata indispensabile appunto perchè è la centralina elettronica che attraverso la gestione di sensori ( temperatura, pressione, rotazione etc ) e l'acquisizione dei dati rileva le grandezze caratteristici del funzionamento del motore intervenendo poi opportunamente attraverso comandi elettromagnetci ( controllo dell'iniettore ) per migliorarne il funzionamento, aumentarne il rendimento e cosa molto importante diminuire l'emissione di sostanze tossiche altamente inquinanti prodotte nel processo di combustione.

Per diminuire ulteriormente l'emissione di sostanze tossiche, nei motori a combustione interna sono state applicate marmitte catalitiche costituite al loro interno da un materiale di porcellana il quale sotto l'azione dei gas di scarico diventa incandescente e brucia ulteriormente le sostanze tossiche ( come una seconda combustine ) emesse dal motore durante il suo funzionamento.

Al fine di migliorare ulteriormente l'efficienza dei motori sotto tutti i punti di vista ( consumo, rendimento, inquinamento, prestazioni etc. ) sono stati in nuovi sistemi di iniezione, per motori diesel e benzina, chiamati COMMON RAIL

L'iniezione diretta common rail fa la parte del leone, in quanto su un sei cilindri le moderne pompe con distribuzione ad alta pressione non garantiscono la pressione ottimale ad ogni cilindro

con il common rail invece si impiega una linea comune, ad esenpio per i 6 cilindri in linea, raggiungendo pressioni fino a 1350 bar in fase d'apertura degli iniettori
la disponibilità di pressioni così elevate sugli iniettori permette una perfetta polverizzazione del gasolio migliorando la combustione
per sconfiggere il "battito in testa" e la ruvidità della combustione meno accentuata nei motori benzina ma tipica dei diesel ad iniezione diretta, si sfrutta l'iniezione pilota
prima della fase d'espansione, il sistema di gestione elettronica digitale diesel apre per un breve istante l'iniettore centrale. Ciò permette di generare un inizio di combustione "morbida" cui fa seguito quella del volume principale di gasolio (iniettato con un breve sfasamento)

il risultato è un'emissione acustica più gradevole unitamente ad una migliore combustione, frutto della gradualità dell'espansione dei gas nella camera di scoppio

Per incrementare il rendimento dei motori ( benzina e diesel ) in fatto di prestazioni, vengono utilizzate delle turbine le quali immettendo aria compressa all'interno dei cilindri generando così i motori turbo compressi che hanno un maggior numero di cavalli rispetto ai motori aspirati. Oggi giorno il maggior numero di motori che utilizzano il turbo sono quelli Desel.

l'iniezione ottimale del combustibile include anche l'afflusso ideale d'aria gestito dal turbocharger con turbina a geometria variabile VNT ed intecooler( preriscaldamento dell'aria )
infatti, la combinazione di questi dispositivi permette di convogliare l'aria compressa ad alta densità nei cilindri, con pressioni di sovralimentazione fino a 2,1 bar
il turbocompressore a geometria variabile è costituito da palette che orientano il flusso dei gas di scarico in modo da ottimizzare il rendimento
in pratica è come se si disponesse di una turbina piccola per una risposta pronta ai bassi regimi di rotazione del propulsore, ed una più grande per i regimi superiori
così è possibile garantire una notevole coppia sull'intero range di funzionamento del propulsore
l'aria riscaldata nella compressione viene poi raffreddata dall'intercooler ed immessa nelle camere di combustione attraverso due valvole d'aspirazione con condotti differenziati

Per ridurre l'emissione dei gas tossici nei motori moderni viene utilizzato:

l'EGR,(nei motori diesel) ricircolo dei gas di scarico, permette di contenere le emissioni tossiche  in abbinamento al catalizzatore ossidante (completo di precatalizzatore) che riduce il volume degli idrocarburi incombusti (HC)