Da un po' di anni a questa parte, l'evoluzione tecnologica dell'industria automobilistica ha portato sul mercato la cosiddetta iniezione diretta. Questa sofisticata soluzione, una pietra miliare dell'ingegneria dei motori a combustione interna, ha reso possibile un importante salto in avanti per quanto riguarda prestazioni, efficienza ed emissioni dei propulsori.
Attraverso la precisione assoluta nel dosaggio del carburante e una gestione intelligente del processo di combustione, l'iniezione diretta ha ridefinito il panorama automobilistico, spingendo i limiti dell'ingegneria e aprendo la strada a una nuova era di mobilità più sostenibile. È un processo utilizzato nei motori, sia Diesel che a benzina, per introdurre il carburante direttamente nella camera di combustione anziché miscelarlo con l'aria nel condotto di aspirazione, come avviene nel caso dell'iniezione indiretta. Ciò comporta dei vantaggi, ma anche svantaggi, che verranno approfonditi a breve.
Indice
Com'è fatto il sistema di iniezione diretta
Il sistema di iniezione direttamente in camera di combustione è composto da vari componenti, analizzati più nel dettaglio di seguito:
- iniettore: è il componente chiave. È collocato nella camera di combustione e spruzza il carburante direttamente all'interno di essa in modo controllato e preciso. Ciò richiede un'alta pressione per garantire la corretta dispersione delle gocce di combustibile. Nei motori moderni, la pressione dell'iniezione può raggiungere valori molto elevati, spesso nell'ordine dei 2000-3000 bar per i Diesel, e di circa 1000 bar per quelli a benzina;
- pompa di iniezione: è il dispositivo responsabile della generazione della pressione necessaria per spruzzare il carburante attraverso i fori di iniezione. Nei motori Diesel, questa pompa può essere di diversi tipi, come quella ad alta pressione o common rail;
- sistema di controllo: per garantire un'efficienza ottimale del motore e ridurre le emissioni, il processo di iniezione diretta è strettamente controllato da un sistema elettronico. Quest'ultimo monitora vari parametri del motore, come la velocità di rotazione dello stesso, la temperatura del liquido di raffreddamento, la pressione del turbo, e regola l'apertura e la chiusura degli iniettori di carburante di conseguenza;
- strategie di iniezione: nei propulsori moderni, la gestione può essere molto sofisticata. Ci sono diverse strategie di iniezione che possono essere utilizzate per ottimizzare le prestazioni del motore e ridurre le emissioni. Queste includono l'iniezione pilota, la post-iniezione e quella multipla, che sono tutte finalizzate ad ottimizzare il funzionamento del gruppo propulsore.
Le difficoltà
Iniettare combustibile direttamente nella camera di combustione presenta diverse sfide e difficoltà. Nel processo di iniezione diretta, è fondamentale garantire una corretta miscelazione dell'aria e del carburante all'interno della camera per una combustione efficiente. Tuttavia, senza il tempo di miscelazione che si ha nei motori a iniezione indiretta, c'è il rischio di una miscelazione incompleta, che potrebbe portare a una combustione inefficace e a una ridotta efficienza, con successivo aumento delle emissioni.
In particolare, sui motori a benzina, c'è il rischio di un aumento delle emissioni di particolato fine a causa della combustione incompleta del carburante e della formazione di depositi carboniosi. In questo caso, è importante che il sistema costituito da pistone, cilindro e valvole di aspirazione sia progettato in maniera tale da ottimizzare la turbolenza dei vortici interna allo stesso, per riuscire a formare meglio la miscela.
L'iniezione diretta può aumentare il rischio di detonazione, specialmente nei motori con alto rapporto di compressione. Questo fenomeno si verifica quando il composto aria-carburante si accende spontaneamente prima che la candela accenda intenzionalmente la miscela, causando picchi e oscillazioni di pressione dannosi per il motore.
Gli iniettori utilizzati nei sistemi di iniezione diretta sono soggetti alla formazione di depositi carboniosi a causa del contatto diretto fra il carburante e le zone ad alta temperatura. Ciò comporta che tali componenti debbano essere estremamente più resistenti rispetto agli iniettori per un sistema di iniezione indiretta. I depositi possono influenzare negativamente la prestazione degli stessi e richiedere una manutenzione più frequente.
Poiché il carburante è iniettato direttamente in camera, la qualità e le caratteristiche dello stesso possono influenzare significativamente le prestazioni e l'affidabilità del propulsore. Carburanti di bassa qualità o contenenti impurità possono causare problemi di combustione, depositi e deterioramento degli iniettori nel tempo.
La gestione elettronica dei sistemi di iniezione diretta è più complessa rispetto a quella indiretta, richiedendo sensori più sofisticati e algoritmi di controllo più avanzati per garantire un funzionamento ottimale del motore. Questa complessità aggiuntiva può rendere la diagnosi e la risoluzione dei malfunzionamenti più difficili e richiedere una maggiore competenza tecnica da parte dei meccanici.
I vantaggi
Una soluzione così complessa da un punto di vista tecnico comporta alcuni importanti vantaggi. Consente un controllo più preciso della quantità di carburante spruzzato. Ciò porta a una combustione più completa ed efficiente del carburante, migliorando così il rendimento globale del motore e riducendone i consumi.
L'iniezione diretta, rispetto all'indiretta e ad altre tipologie, consente di avere una maggiore potenza e coppia erogata in quanto la miscela viene gestita meglio. Ciò consente anche di ridurre le emissioni, in particolare gli ossidi di azoto (NOx) e il particolato (PM). Il vantaggio più importante di tutti, però, è che iniettando il carburante direttamente in camera di combustione, è possibile sfruttare anche i combustibili alternativi, come il GPL, l'idrogeno, i biocombustibili e simili. Questi ultimi sono le potenziali alternative per mantenere in vita il motore a combustione interna anche dopo il 2035.