Sistemi di Iniezione Benzina & Diesel
Inviato: dom 6 set 2009, 8:52Apro questo 3D per parlare dei dettagli tecnici, dei pro e dei contro dei vari sistemi di iniezione sia per motori Diesel che per motori Benzina.
Iniziamo con
l'iniezione diretta benzina,
Componenti
ovviamente ci sono variazioni nelle componenti di ciascun impianto a seconda di chi lo costruisce, comunque le componenti di base sono normalmente sempre le stesse.
Si parte dal serbatoio dove troviamo la classica pompa a immersione che manda il carburante ad una pressione di 2-3bar ad una pompa principale di iniezione. Normalmente questa pompa innalza la pressione del carburante fino a 120-300bar a seconda dell'impianto. Il carburante in pressione viene inviato ad un serbatoio di accumulo (rail) dal quale si dipartono tubazioni singole che vanno agli iniettori, uno per cilindro che iniettano la benzina direttamente in camera di scoppio. Gli iniettori sono di tipo elettroattuato e quindi tutto l'impianto, al pari del common-rail, è totalmente elettronico senza dipendenza di fase da nessuna componente meccanica. Gli iniettori normalmente hanno una tubazione di ricircolo che permette di raccogliere il carburante inutilizzato durante il ciclo di iniezione. Tale tubazione di ricircolo normalmente viene fatta convergere in un collettore che poi riporta il carburante al serbatoio.Tra i vari tipi di iniettore ad azionamento elettrico si distinguono quelli ad azionamento piezoelettrico, che permettono tempi di azionamento più veloci e quindi di frazionare l'iniezione in diverse fasi e in particolare, di gestire eventualmente la post-iniezione.
L'impianto, pressioni di esercizio a parte, assomiglia moltissimo a quello di un moderno common rail diesel.
Tutte le apparecchiature di iniezione sono sotto il controllo della centralina. C'è da rimarcare che questo tipo di impianto NON può prescindere dalla presenza di un acceleratore elettronico drive-by-wire (senza cavetto), vedremo nella sezione successiva perchè.
Modalità  di funzionamento
Il motore benzina ad iniezione diretta ha generalmente due o tre modalità  di funzionamento.
- Modalità  ultra-lean
Si attiva quando il motore va a velocità  quasi costante e la coppia da generare è ridotta. In questa modalità  il motore funziona a farfalla quasi completamente aperta (da qui la necessità  di utilizzare un drive-by-wire) e la potenza prodotta, come nel diesel, viene a variare solo a seconda della quantità  di benzina iniettata. In queste condizioni si raggiungono rapporti di miscelazione (carburazione) anche superiori al 50:1 (contro uno stechiometrico di 14,7:1). In pratica la benzina viene iniettata spruzzandola sulla superficie del pistone in modo che tenda a concentrarsi per riflessione direttamente intorno alla candela. In questo modo intorno alla candela si ha una "bolla" con miscelazione aria-benzina vicina allo stechiometrico che si accende facilmente, intorno a questa bolla c'è principalmente aria.. oppure gas ricircolato dall'EGR e questo permette di isolare il calore prodotto dalla combustione della bolla dalle pareti del cilindro migliorando il rendimento termico (il motore tende ad essere più adiabatico)
In queste condizioni il motore, produce si una coppia bassa, però ha una modalità  di funzionamento estremamente efficiente, che consente riduzioni dei consumi anche del 20%. Tra l'altro la farfalla è normalmente quasi del tutto aperta quindi le perdite per pompaggio sono ridotte e questo contribuisce alla riduzione dei consumi. Il rovescio della medaglia è che lo studio dei flussi in camera di scoppio deve essere preciso e sofisticato, per fare in modo che la stratificazione (bolla stechiometrica+aria) si formi nella maniera corretta.. zone a miscelazione intermedia infatti potrebbero portare a spot caldi che possono alla lunga comportare corrosioni del materiale. Il cielo del pistone quindi, la forma della camera di scoppio e lo studio dei flussi provenienti dai condotti è di fondamentale importanza.
- Modalità  omogenea
In questa modalità  il funzionamento del motore è simile a quello di un motore tradizionale. Il rapporto di combustione è circa quello stechiometrico (14,56:1) e la potenza prodotta è regolata dalla farfalla. Questa modalità  si attiva quando la potenza richiesta è superiore a quella della fase ultra-lean, ma normalmente inferiore ai 2/3 della potenza massima.
- Modalità  Full Power
In quest'ultima modalità  , quando la motore è richiesto sviluppare parecchia potenza, vengono aumentati i tempi di iniezione e, in alcuni impianti, si attiva una post-iniezione che parte subito dopo l'accensione della miscela aria-benzina con la scintilla. Normalmente, in questa modalità  , il rapporto aria-benzina viene ad essere minore dello stechiometrico (miscela ricca) in modo da favorire le prestazioni e la coppia sviluppata dal motore.
Vantaggi
- Come abbiamo visto il motore ha una funzionalità  di funzionamento ultra-lean. In questa modalità  , che nella guida normale viene attivata un numero non trascurabile di volte, si ha un discreto risparmio di carburante.
- Il motore a iniezione diretta permette di utilizzare rapporti di compressione più elevati e pattern di anticipo più spinti, perchè l'evaporazione della carica di benzina direttamente in camera di scoppio diminuisce le temperature di esercizio e regolarizza l'uniformità  della carica, a tutto vantaggio dei consumi e delle prestazioni
- Non si hanno sprechi di carburante nel collettore di aspirazione
- E' possibile frazionare l'iniezione in più fasi e quindi gestire meglio l'eventuale produzione di sostanze inquinanti e il dosaggio può essere più accurato per ridurre i consumi inutili
- Accoppiato ad un sistema di variazione di fase sugli assi a camme e/o ad un turbocompressore questo tipo di impianti ha un'efficienza ancora maggiore a parità  di potenza prodotta
- L'accuratezza di funzionamento riduce al minimo i gas incombusti allo scarico aumentando la vita del catalizzatore
- Il motore, quando funziona in modalità  ultra-lean, permette rapporti di ricircolo (EGR) elevati
Svantaggi
Solo uno.. complessità  e costi.
Iniziamo con
l'iniezione diretta benzina,
Componenti
ovviamente ci sono variazioni nelle componenti di ciascun impianto a seconda di chi lo costruisce, comunque le componenti di base sono normalmente sempre le stesse.
Si parte dal serbatoio dove troviamo la classica pompa a immersione che manda il carburante ad una pressione di 2-3bar ad una pompa principale di iniezione. Normalmente questa pompa innalza la pressione del carburante fino a 120-300bar a seconda dell'impianto. Il carburante in pressione viene inviato ad un serbatoio di accumulo (rail) dal quale si dipartono tubazioni singole che vanno agli iniettori, uno per cilindro che iniettano la benzina direttamente in camera di scoppio. Gli iniettori sono di tipo elettroattuato e quindi tutto l'impianto, al pari del common-rail, è totalmente elettronico senza dipendenza di fase da nessuna componente meccanica. Gli iniettori normalmente hanno una tubazione di ricircolo che permette di raccogliere il carburante inutilizzato durante il ciclo di iniezione. Tale tubazione di ricircolo normalmente viene fatta convergere in un collettore che poi riporta il carburante al serbatoio.Tra i vari tipi di iniettore ad azionamento elettrico si distinguono quelli ad azionamento piezoelettrico, che permettono tempi di azionamento più veloci e quindi di frazionare l'iniezione in diverse fasi e in particolare, di gestire eventualmente la post-iniezione.
L'impianto, pressioni di esercizio a parte, assomiglia moltissimo a quello di un moderno common rail diesel.
Tutte le apparecchiature di iniezione sono sotto il controllo della centralina. C'è da rimarcare che questo tipo di impianto NON può prescindere dalla presenza di un acceleratore elettronico drive-by-wire (senza cavetto), vedremo nella sezione successiva perchè.
Modalità  di funzionamento
Il motore benzina ad iniezione diretta ha generalmente due o tre modalità  di funzionamento.
- Modalità  ultra-lean
Si attiva quando il motore va a velocità  quasi costante e la coppia da generare è ridotta. In questa modalità  il motore funziona a farfalla quasi completamente aperta (da qui la necessità  di utilizzare un drive-by-wire) e la potenza prodotta, come nel diesel, viene a variare solo a seconda della quantità  di benzina iniettata. In queste condizioni si raggiungono rapporti di miscelazione (carburazione) anche superiori al 50:1 (contro uno stechiometrico di 14,7:1). In pratica la benzina viene iniettata spruzzandola sulla superficie del pistone in modo che tenda a concentrarsi per riflessione direttamente intorno alla candela. In questo modo intorno alla candela si ha una "bolla" con miscelazione aria-benzina vicina allo stechiometrico che si accende facilmente, intorno a questa bolla c'è principalmente aria.. oppure gas ricircolato dall'EGR e questo permette di isolare il calore prodotto dalla combustione della bolla dalle pareti del cilindro migliorando il rendimento termico (il motore tende ad essere più adiabatico)
In queste condizioni il motore, produce si una coppia bassa, però ha una modalità  di funzionamento estremamente efficiente, che consente riduzioni dei consumi anche del 20%. Tra l'altro la farfalla è normalmente quasi del tutto aperta quindi le perdite per pompaggio sono ridotte e questo contribuisce alla riduzione dei consumi. Il rovescio della medaglia è che lo studio dei flussi in camera di scoppio deve essere preciso e sofisticato, per fare in modo che la stratificazione (bolla stechiometrica+aria) si formi nella maniera corretta.. zone a miscelazione intermedia infatti potrebbero portare a spot caldi che possono alla lunga comportare corrosioni del materiale. Il cielo del pistone quindi, la forma della camera di scoppio e lo studio dei flussi provenienti dai condotti è di fondamentale importanza.
- Modalità  omogenea
In questa modalità  il funzionamento del motore è simile a quello di un motore tradizionale. Il rapporto di combustione è circa quello stechiometrico (14,56:1) e la potenza prodotta è regolata dalla farfalla. Questa modalità  si attiva quando la potenza richiesta è superiore a quella della fase ultra-lean, ma normalmente inferiore ai 2/3 della potenza massima.
- Modalità  Full Power
In quest'ultima modalità  , quando la motore è richiesto sviluppare parecchia potenza, vengono aumentati i tempi di iniezione e, in alcuni impianti, si attiva una post-iniezione che parte subito dopo l'accensione della miscela aria-benzina con la scintilla. Normalmente, in questa modalità  , il rapporto aria-benzina viene ad essere minore dello stechiometrico (miscela ricca) in modo da favorire le prestazioni e la coppia sviluppata dal motore.
Vantaggi
- Come abbiamo visto il motore ha una funzionalità  di funzionamento ultra-lean. In questa modalità  , che nella guida normale viene attivata un numero non trascurabile di volte, si ha un discreto risparmio di carburante.
- Il motore a iniezione diretta permette di utilizzare rapporti di compressione più elevati e pattern di anticipo più spinti, perchè l'evaporazione della carica di benzina direttamente in camera di scoppio diminuisce le temperature di esercizio e regolarizza l'uniformità  della carica, a tutto vantaggio dei consumi e delle prestazioni
- Non si hanno sprechi di carburante nel collettore di aspirazione
- E' possibile frazionare l'iniezione in più fasi e quindi gestire meglio l'eventuale produzione di sostanze inquinanti e il dosaggio può essere più accurato per ridurre i consumi inutili
- Accoppiato ad un sistema di variazione di fase sugli assi a camme e/o ad un turbocompressore questo tipo di impianti ha un'efficienza ancora maggiore a parità  di potenza prodotta
- L'accuratezza di funzionamento riduce al minimo i gas incombusti allo scarico aumentando la vita del catalizzatore
- Il motore, quando funziona in modalità  ultra-lean, permette rapporti di ricircolo (EGR) elevati
Svantaggi
Solo uno.. complessità  e costi.
