Candela: più di una semplice scintilla

L'essenza della candela in un motore ad accensione comandata sembra ovvia. Questo è un semplice dispositivo in cui la parte più importante sono i due elettrodi tra i quali salta la scintilla di accensione. Pochi di noi sanno che nei motori moderni la candela ha acquisito una nuova funzione.

I motori moderni sono controllati quasi esclusivamente elettronicamente. Controllore, popolarmente noto come "computer" raccoglie una serie di dati sul funzionamento dell'unità (citiamo qui, in primis, la velocità dell'albero motore, il grado di "pressione" sull'acceleratore, la pressione atmosferica e nella collettore di aspirazione, la temperatura del liquido di raffreddamento, del carburante e dell'aria, nonché la composizione dei gas di scarico nell'impianto di scarico prima e dopo la loro pulizia da parte dei convertitori catalitici), quindi, confrontando queste informazioni con quelle memorizzate nella sua memoria, impartisce comandi ai sistemi di controllo del processo di accensione e iniezione del carburante, nonché alla posizione della serranda aria. Il fatto è che il punto di infiammabilità e la dose di carburante per i singoli cicli di funzionamento devono essere ottimali in termini di efficienza, economicità e rispetto dell'ambiente in ogni momento di funzionamento del motore.

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Il gioco vale la candela

Tra i dati necessari per controllare il corretto funzionamento del motore, ci sono anche informazioni sulla presenza (o assenza) di combustione per detonazione. La miscela aria-carburante già presente nella camera di combustione sopra il pistone deve bruciare rapidamente ma gradualmente, dalla candela fino ai punti più remoti della camera di combustione. Se la miscela si accende nella sua interezza, cioè "esplode", l'efficienza del motore (cioè la capacità di utilizzare l'energia contenuta nel carburante) diminuisce bruscamente e, contemporaneamente, aumenta il carico sui componenti importanti del motore, che può portare al fallimento. Pertanto, non dovrebbe essere consentito un fenomeno di detonazione costante, ma, d'altra parte, l'impostazione dell'accensione istantanea e la composizione della miscela aria-carburante dovrebbero essere tali che il processo di combustione sia relativamente vicino a queste detonazioni.

Pertanto, da diversi anni, i motori moderni sono stati dotati dei cosiddetti. sensore di battito. Nella versione tradizionale si tratta in realtà di un microfono specializzato che, avvitato nel blocco motore, risponde solo alle vibrazioni con una frequenza corrispondente ad una tipica combustione per detonazione. Il sensore invia informazioni su possibili colpi al computer del motore, che reagisce modificando il punto di accensione in modo che non si verifichino colpi.

Tuttavia, il rilevamento della combustione per detonazione può essere effettuato in un altro modo. Già nel 1988, l'azienda svedese Saab ha avviato la produzione di un'unità di accensione senza distributore denominata Saab Direct Ignition (SDI) nel modello 9000. In questa soluzione, ogni candela ha la propria bobina di accensione incorporata nella testata e il "computer ” invia solo segnali di controllo. Pertanto, in questo sistema, il punto di accensione può essere diverso (ottimale) per ogni cilindro.

Tuttavia, più importante in un tale sistema è l'uso di ciascuna candela quando non produce una scintilla di accensione (la durata della scintilla è di sole decine di microsecondi per ciclo di funzionamento e, ad esempio, a 6000 giri/min, un motore ciclo di funzionamento è di due centesimi di secondo). Si è scoperto che gli stessi elettrodi possono essere utilizzati per misurare la corrente ionica che scorre tra di loro. Qui è stato utilizzato il fenomeno dell'autoionizzazione delle molecole di carburante e aria durante la combustione di una carica sopra il pistone. Ioni separati (elettroni liberi con carica negativa) e particelle con carica positiva consentono alla corrente di fluire tra gli elettrodi posti nella camera di combustione e questa corrente può essere misurata.

È importante notare che il grado di ionizzazione del gas indicato nella camera la combustione dipende dai parametri di combustione, ad es. principalmente sulla pressione e temperatura attuali. Pertanto, il valore della corrente ionica contiene informazioni importanti sul processo di combustione.

I dati di base ottenuti dal sistema Saab SDI hanno fornito informazioni su colpi e possibili mancate accensioni e hanno anche consentito di determinare i tempi di accensione richiesti. In pratica, il sistema forniva dati più affidabili rispetto a un sistema di accensione convenzionale con un sensore di detonazione tradizionale ed era anche più economico.

Attualmente è ampiamente utilizzato il cosiddetto sistema Distributionless con bobine singole per ciascun cilindro e molte aziende utilizzano già la misurazione della corrente ionica per raccogliere informazioni sul processo di combustione nel motore. Sistemi di accensione adatti a questo sono offerti dai più importanti fornitori di motori. Si scopre inoltre che la valutazione del processo di combustione in un motore misurando la corrente ionica può essere un modo importante per studiare le prestazioni del motore in tempo reale. Consente di rilevare direttamente non solo una combustione impropria, ma anche di determinare la dimensione e la posizione (calcolata in gradi di rotazione dell'albero motore) della pressione massima effettiva sopra il pistone. Fino ad ora, una tale misurazione non era possibile nei motori seriali. Utilizzando l'apposito software, grazie a questi dati, è possibile controllare con precisione l'accensione e l'iniezione in una gamma molto più ampia di carichi e temperature del motore, nonché adattare i parametri di funzionamento dell'unità alle proprietà specifiche del carburante.