Il motore diesel sistemi di iniezione

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CNH Web University
Titolo del corso:
Il circuito a bassa pressione
Se ascolto dimentico,
se vedo ricordo,
ma se faccio imparo.
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Benvenuto alla CNH Web University.
Al completamento di questo corso sarai in grado di:
Identificare i componenti del circuito a bassa pressione di un
sistema di iniezione;
Descrivere il funzionamento dei componenti principali del
circuito a bassa pressione;
Comprendere l’importanza del circuito a bassa pressione per il
corretto funzionamento del sistema di iniezione.
Alla fine del corso è presente una test che ti permetterà di
valutare il tuo grado di conoscenza sugli argomenti affrontati.
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Introduzione
Il sistema di iniezione è l’insieme dei componenti che servono ad immettere il combustibile
nei cilindri del motore nella quantità, nel momento ed alla pressione più convenienti. I
motori diesel veloci usano sistemi di iniezione meccanici o elettronici a pressione
intermittente composti da un circuito a bassa pressione e da un circuito ad alta pressione.
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I componenti
Il circuito a bassa pressione ha il compito di aspirare il combustibile dal serbatoio e di
inviarlo a bassa pressione e con un flusso costante alla pompa di iniezione. Il circuito
comprende i seguenti componenti:
 Il serbatoio del combustibile,
 Il misuratore di livello (galleggiante),
 Il pescante del combustibile,
 Il filtro del combustibile,
 la pompa di alimentazione (bassa pressione),
 Lo scambiatore di calore del combustibile (opzionale),
 Lo scambiatore di calore della centralina (opzionale)
 Le linee di bassa pressione.
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Il serbatoio
Il serbatoio del combustibile deve essere realizzato in materiale anti-corrosione e
garantire l’assenza di trafilamenti ad una pressione pari al doppio di quella operativa. Al
suo interno sono applicate delle paratie antisbattimento. Per la realizzazione del
serbatoio si possono utilizzare due gusci di lamiera uniti insieme da una saldatura a rulli
che garantisce l’ermeticità.
Il serbatoio del combustibile è di norma dotato di un manicotto di riempimento, di un
alloggiamento del galleggiante, di un raccordo per lo sfiato del gas e l’ingresso dell’aria
e, qualche volta, di un tappo che consente lo scarico totale del combustibile dal
serbatoio.
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Sfiato
Manicotto
Unità
pescante
Paratie
antisbattimento

Il serbatoio
La plastica sta via via prendendo il posto del metallo perché può essere sagomata anche
con forme molto complesse che permettono di sfruttare al meglio lo spazio disponibile.
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Serbatoio “customizzato”

Il misuratore di livello del combustibile
Il misuratore di livello del combustibile, o
galleggiante, è costituito da un dispositivo
che, galleggiando sulla superficie del
combustibile, si alza o si abbassa a seconda
della quantità di combustibile presente nel
serbatoio. L’elemento galleggiante,
costituito da un cilindro vuoto di plastica o
da un pezzo di sughero impermeabilizzato,
è collegato con una levetta che comanda un
potenziometro il quale interviene
direttamente sul cruscotto.
Quando il galleggiante si abbassa oltre ad
un certo limite, il contatto che scorre sul
potenziometro si collega con un altro
contatto provocando l’accensione della spia
di riserva.
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Il pescante
In prossimità del galleggiante è fissato il
tubo pescante con filtro a reticella
attraverso il quale la pompa di
alimentazione adesca il combustibile.
Il filtro a reticella, attaccato al tubo
pescante a breve distanza dal fondo del
serbatoio, filtra le particelle più grandi e
limita l’entrata di acqua nel circuito. Sopra
il filtro è di solito presente una valvola di
ritegno (di non ritorno) che apre quando c’è
un’ostruzione dovuta al freddo o allo
sporco, permettendo al motore di
continuare a funzionare.
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Le tubazioni di bassa pressione
Le tubazioni di bassa pressione
trasportano il combustibile dal serbatoio
alla pompa di alimentazione e permettono
il ritorno del combustibile in eccesso nel
serbatoio. Oltre alle tubazioni metalliche,
si utilizzano tubazioni di materiale
gommoso flessibili e ignifughe con rinforzi
di acciaio intrecciato.
Le tubazioni di bassa pressione vanno
posizionate in modo da evitare il contatto
con componenti in movimento e la
possibilità che eventuali perdite o vapori
possano accumularsi in qualche punto.
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Il filtro del combustibile
Il filtro del combustibile ha lo scopo di intrappolare i contaminanti
presenti nel combustibile. A causa delle maggiori impurità presenti nel
diesel rispetto al benzina ed in virtù delle pressioni di iniezione elevate, i
motori diesel richiedono un livello di protezione superiore. Le esigenze di
filtrazione sono ulteriormente aumentate con l’avvento dei sistemi di
iniezione elettronici ad alta pressione common rail e iniettore-pompa.
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Si impiegano sempre uno o più
filtri del combustibile, di solito
alloggiati in contenitori che
fungono anche da coppette di
decantazione nelle quali si
raccoglie l'acqua presente nel
combustibile.
Il filtro e' sempre disposto a
monte della pompa di iniezione,
che risulta cosi efficacemente
protetta in quanto ad essa
arriva solo combustibile
accuratamente depurato.
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Quando sono presenti due filtri, questi possono essere installati in parallelo, così da
offrire una maggiore capacità filtrante (la quantità di contaminanti che un sistema
filtrante è in grado di stoccare senza rimanere ostruito) oppure in serie, così da garantire
una maggiore efficienza filtrante (l’abilità di un filtro di rimuovere le particelle di una
specifica misura indicata in micron). La scelta del sistema filtrante va fatta, in ogni caso,
considerando le caratteristiche del sistema di iniezione su cui deve essere installato.
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Nel caso di due filtri in serie, il primo è chiamato filtro primario (filtro lato suzione) e, di solito,
ha il compito sia di intrappolare le particelle più grandi (10-30 micron) che di separare l’acqua
dal combustibile. Il filtro secondario (filtro lato pressione) cattura le particelle più piccole (2-10
micron) ed è dunque caratterizzato da una maggiore efficienza filtrante.
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Filtro primario
(Separatore
acqua-gaolio)
Filtro
secondario

Il separatore acqua-combustibile
Il separatore acqua-combustibile,
detto anche sedimentatore, serve a
trattenere l’acqua presente nel
combustibile, che può provocare
danni per corrosione, nonché a filtrare
le impurità di maggiori dimensioni.
Le soluzioni utilizzate per ottenere la
separazione sono il peso maggiore
dell’acqua rispetto al gasolio ed un
filtro speciale che sfrutta le tensioni di
superficie differenti tra acqua e
gasolio per determinare la formazione
di goccioline. L’acqua separata
confluisce sul fondo in una vaschetta
provvista di un sensore dell’acqua e di
un foro di drenaggio.
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La pompa di alimentazione
La pompa di alimentazione aspira il combustibile dal serbatoio inviandolo a bassa
pressione ed in modo costante alla pompa di iniezione.
La pompa di alimentazione invia più combustibile di quanto richiesto per
l’iniezione garantendo così un afflusso adeguato di combustibile in tutte le
condizioni operative del motore. La quantità in eccesso che ritorna al serbatoio è
utilizzata per lubrificare e raffreddare la pompa di iniezione e gli iniettori.
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Le pompe di alimentazione possono essere di tipo meccanico o elettrico.
Le pompe comunemente utilizzate nei motori diesel sono:
1. La pompa meccanica a membrana,
2. La pompa meccanica a palette,
3. La pompa meccanica a ingranaggi,
4. La pompa elettrica.
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1. La pompa a membrana
La pompa di alimentazione a membrana o diaframma è azionata dall’eccentrico
dell’albero a camme del motore o della pompa di iniezione, la cui rotazione sposta un
bilanciere che provoca il movimento ascendente e discendente della membrana
interna alla pompa.
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Foro di
mandata
Foro di
alimentazione
Diaframma
Bilanciere
Asta di
trascinamento
Valvole di
alimentazione
e mandata

1. La pompa a membrana
Nella corsa di alimentazione il bilanciere attira la membrana verso il basso ed il
combustibile passa attraverso la valvola di alimentazione nella camera di compressione
posta sopra la membrana. Nella corsa di mandata, una rotazione ulteriore
dell’eccentrico sposta la membrana verso l’alto spingendo il combustibile al di fuori
attraverso la valvola di mandata.
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2. la pompa a palette
La pompa a palette è incorporata nello stesso involucro della pompa rotativa. Essa comprende
un rotore circolare, azionato dall’albero pompa, con delle cavità radiali in cui delle palette sono
libere di scorrere.
Lo statore della pompa (il vano) è anch’esso circolare ma è montato eccentricamente rispetto
all’asse di rotazione del rotore.
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Foro di
mandata
Cassa
statorica
Foro di
alimentazione
Paletta
Rotore
Valvola di
regolazione di
pressione

2. la pompa a palette
I vani formati dalle palette con lo statore ruotano con il rotore. Quando i vani scoprono la porta
di entrata il loro volume cresce e si riempie di combustibile. Il volume del vano raggiunge il
valore massimo quando il combustibile è completamente isolato. Quando il vano scopre la porta
di uscita il volume diminuisce e il combustibile è forzato a uscire.
Lo scorrimento delle palette contro le pareti del vano è garantito dalla forza centrifuga e, a
basse rotazioni del motore, dall’olio in pressione che spinge alla base delle palette stesse.
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3. La pompa a ingranaggi
La pompa ad ingranaggi viene impiegata soprattutto nei sistemi di iniezione di tipo common
rail. Solitamente essa è integrata con la pompa di alta pressione in un’unica struttura e
viene guidata dall’albero della pompa di iniezione. Quando viene collegata direttamente al
motore, la pompa è dotata di una presa di potenza dedicata.
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Ingranaggio
guida
Guarnizione
Porta di
alimentazione
Guarnizione
Albero
guida
Flangia di
montaggio
Porta di
mandata
Boccole
Ingranaggio
folle

3. La pompa a ingranaggi
La pompa a ingranaggi è composta da
due ruote dentate accoppiate all’interno
di una cassa dove i fori per l’entrata e
l’uscita del combustibile sono praticati in
posizioni opposte. Una delle ruote dentate
è azionata dall’albero della pompa di
iniezione mentre l’altra viene trascinata
dalla ruota conduttrice.
Quando i denti delle ruote si separano e
transitano di fronte al foro di entrata,
avviene una depressione che permette al
combustibile di entrare nella camera di
compressione compresa tra i denti e la
cassa. Quando i denti raggiungono il foro
di uscita il combustibile non ha più spazio
per rimanere all’interno del vano e
fuoriesce dal foro di uscita.
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Porta di
mandata
Porta di
alimentazione
Ingranaggio
guida
Ingranaggio
folle

4. La pompa elettrica
La pompa elettrica, oltre a garantire l’alimentazione del combustibile alla pompa ad alta
pressione, ha anche il compito di interrompere il flusso del combustibile al sistema di
iniezione in caso di emergenza.
Non essendo collegata direttamente al motore, essa funziona in maniera del tutto
indipendente.
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La pompa elettrica è disponibile nelle versioni “in-tank” (nel serbatoio) e “in-line” (in linea).
La versione in-tank viene installata all’interno del serbatoio. La versione in-line viene montata
all’esterno del serbatoio, lungo la linea tra il serbatoio ed il filtro del combustibile.
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Pompa elettrica “in-line”
Pompa elettrica
“in-tank”

La pompa elettrica comprende l’unità pompante, il motore elettrico e l’involucro.
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1. Uscita (pressione)
2. Armatura del motore
3. Elemento pompante
4. Limitatore di pressione
5. Entrata (suzione)
6. Valvola di non ritorno
A. Elemento pompante
B. Motore elettrico
C. Coperchio

Il disegno dell’unità pompante varia in base allo specifico concetto operativo utilizzato. I motori
diesel impiegano prevalentemente un’unità pompante a rulli costituita da:
 Lo statore con delle cavità interne,
 Il rotore eccentrico dotato di cavità periferiche,
 I rulli alloggiati all’interno delle cavità del rotore,
 Le porte di alimentazione e di mandata.
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1. Porta di entrata (suzione)
2. Rotore con cavità
3. Rulli
4. Rotore cavo
5. Porta di uscita (pressione)
Camera pompante

All’interno di ognuna delle cavità del rotore è alloggiato un rullo.
La rotazione del rotore, unitamente alla pressione del
combustibile, spinge i rulli all’esterno contro la superficie interna
dello statore.
Vengono così isolate una serie di camere pompanti delimitate da
due rulli consecutivi, dalla superficie interna dello statore e dalla
superficie esterna del rotore.
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Pompante a rulli
Entrata Uscita

L’unità pompante ed il motore elettrico sono all’interno di un alloggiamento comune.
Questa pompa viene detta di tipo “bagnato” in quanto, con la pompa in funzione, sia
l’unità pompante che il motore elettrico sono bagnati dal flusso continuo di
combustibile. L’elevata resistenza elettrica del gasolio (maggiore di 1 megaohm)
previene la generazione di corto circuiti internamente alla pompa.
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Entrata
Uscita
Armatura
Pompa
a rulli
Spazzole
Boccola
StatoreValvola di
sicurezza
Valvola di
non ritorno
Boccola

Un altro tipo di pompa elettrica utilizza un’unità pompante a turbina, attaccata al
motore elettrico, che spinge il combustibile attraverso la pompa quando il motore
elettrico viene alimentato ed il rotore gira.
A differenza di quella a rulli, la pompa a turbina non è di tipo volumetrico positivo e
quindi non produce pulsazioni, operando fluidamente e silenziosamente. E’ anche più
semplice da produrre ed è molto affidabile.
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Armatura
Entrata
Valvola di
non ritorno
Uscita
Turbina
Spazzole

Complimenti, sei giunto al termine di questo corso.
Adesso è il momento di una verifica sugli argomenti appena
esposti. Seleziona il tasto “avanti” per continuare. Se pensi che
sia opportuno rivedere uno o più argomenti, seleziona il tasto
“Rewind” per tornare indietro.
Per il superamento della prova occorre rispondere correttamente
a tutte le domande. Nel caso tu commetta degli errori hai sempre
la possibilità di ritentare. Il nostro consiglio è quello di rivedere
gli argomenti sui quali non ti senti sufficientemente pronto.
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CNH Web University
Titolo del corso:
I principali sistemi di iniezione diesel
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Benvenuto alla CNH Web University.
Al completamento di questo corso sarai in grado di:
 Comprendere il ruolo fondamentale del sistema di iniezione
sulle emissioni, le prestazioni, i consumi e la rumorosità del
motore;
 Identificare le principali funzioni della pompa di iniezione;
 Identificare i principali tipi di sistemi di iniezione;
 Identificare le funzionalità, le caratteristiche, i vantaggi e gli
svantaggi di ciascun sistema.
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 Identificare le principali differenze esistenti tra sistemi di
iniezione meccanici ed elettronici;
 Identificare le tappe che hanno portato dai sistemi
esclusivamente meccanici del passato ai sistemi
completamente elettronici common rail di oggi;
 Identificare gli elementi chiave che hanno contribuito a
generare il successo del sistema common rail.
Alla fine del corso è presente una test che ti permetterà di
valutare il tuo grado di conoscenza sugli argomenti affrontati.
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Introduzione
Un motore diesel moderno deve poter offrire
elevate prestazioni, bassi consumi, un
funzionamento silenzioso e morbido,
soddisfacendo al tempo stesso le stringenti
normative che regolano le emissioni inquinanti.
Il raggiungimento di questi obiettivi dipende in
gran misura dal sistema di iniezione, ovvero
dall'insieme dei componenti che servono ad
immettere il combustibile nei cilindri del motore
nella quantità, nel momento ed alla pressione
più convenienti. Fattori decisivi quali l’inizio, la
durata e la pressione dell’iniezione dipendono
dal tipo di sistema diesel utilizzato.
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Introduzione
I sistemi di iniezione convenzionali adottano esclusivamente soluzioni di tipo meccanico per
la generazione dell’alta pressione e il controllo dell’inizio e della durata dell’iniezione.
Diversamente, i sistemi più moderni utilizzano soluzioni di tipo elettronico che permettono
un controllo più esteso ed accurato di tutte le fasi e i parametri dell’iniezione.
I principali sistemi di iniezione attualmente in uso sono:
 La pompa di iniezione in linea;
 La pompa di iniezione distributrice (o rotativa);
 I sistemi iniettore-pompa e unità-pompa;
 Il sistema di iniezione common rail.

La pompa di iniezione
La pompa di iniezione ad alta pressione è uno dei componenti chiave del sistema di iniezione.
La pompa di iniezione realizza tutte le seguenti funzioni fondamentali:
1. Dosa la quantità di combustibile,
2. Pressurizza il combustibile,
3. Regola il momento dell’iniezione (fasatura),
4. Regola i giri del motore,
5. Interrompe il rifornimento di combustibile.
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La pompa di iniezione
1. Dosaggio della quantità di combustibile: la pompa di iniezione dosa la quantità di
combustibile che il cilindro riceve. Variando la quantità di combustibile si
controllano la potenza e la velocità del motore.
2. Pressurizzazione del combustibile: il combustibile deve essere inviato agli iniettori
ad alta pressione. La pompa può contenere uno o più elementi pompanti per la
pressurizzazione del combustibile.
3. Fasatura dell’iniezione: quando la velocità del motore aumenta, il combustibile
deve essere iniettato prima (anticipo dell’iniezione) per avere il tempo sufficiente
di mescolarsi con l’aria e bruciare completamente.
4. Regolazione dei giri del motore: le pompe di iniezione utilizzano dei regolatori per
controllare i giri del motore. I regolatori variabili regolano tutti i giri, i regolatori
min-max regolano solo le velocità minima e massima.
5. Interruzione del rifornimento di combustibile: i motori diesel si spengono quando
si smette di iniettare combustibile nei cilindri. L’interruzione del rifornimento può
essere azionata meccanicamente oppure elettricamente.
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La pompa di iniezione in linea
La pompa in linea rappresenta la più
“classica” e collaudata delle tecnologie di
iniezione diesel. Dagli anni ‘30 ad oggi
essa è stata rifinita e adattata a
moltissime applicazioni. A differenza delle
altre pompe di iniezione, la pompa in
linea non viene lubrificata dal
combustibile ma dall’olio lubrificante,
permettendole così di operare con
combustibili di bassa qualità.
La pompa in linea è ancora presente sui
motori pluricilindrici più grandi come
quelli utilizzati nelle installazioni fisse e
nei veicoli non stradali. Tuttavia, le
sempre più stringenti normative che
regolano le emissioni inquinanti stanno
accelerando il passaggio a sistemi di
iniezione che offrono un controllo più
raffinato di tutti i parametri dell’iniezione.

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La pompa di iniezione in linea è costituita da una serie di elementi pompanti, tanti quanti sono i
cilindri del motore, disposti in linea e azionati dall’albero a camme della pompa che gira alla
metà della velocità dell’albero motore.

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Ciascun elemento pompante comprende un cilindretto e uno stantuffo o pistone con un’elica di
controllo, ovvero una scanalatura a forma di spirale il cui movimento relativo rispetto alle porte di
alimentazione permette di variare la mandata di combustibile agli iniettori. Ciascun stantuffo è
ruotato da un asta a cremagliera che ingrana una ghiera calata sullo stantuffo stesso, che rimane
libero di muoversi in verticale grazie a due alette che ne consentono lo scorrimento.
Con questo sistema, la corsa effettiva dello stantuffo rimane costante e dipende dalla forma della
camma dell’albero della pompa, mentre la corsa utile, ovvero il periodo durante il quale il
combustibile è pressurizzato alla pressione di iniezione, può essere variata ruotando lo stantuffo.

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Nella pompa in linea si utilizzano due soluzioni per regolare l’anticipo dell’iniezione:
1. La pompa in linea standard con stantuffo rotante e controllo porta-elica: lo stantuffo di ciascun
elemento pompante ha due scanalature sul mantello, una longitudinale e l’altra a forma di
elica, che interagiscono con la porta di alimentazione sulla superficie del cilindretto. La
quantità di combustibile iniettata dipende dalla posizione della porta di alimentazione in
relazione a quella della scanalatura ad elica e viene regolata tramite l’asta di controllo a
cremagliera.

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Poiché questa soluzione consente di variare la fine dell’iniezione ma non
l’inizio, occorre un variatore di anticipo a masse centrifughe per regolare
l’anticipo dell’iniezione. Con l'aumentare del numero di giri le masse
centrifughe del variatore si allargano provocando uno spostamento angolare
dell'albero a camme della pompa nel senso di rotazione.
1 Masse centrifughe 5 Molla
2 Flangia di comando 6 Cuffia di supporto
3 Flangia d'accoppiamento 7 Perno porta masse centrifughe
4 Carcassa 8 Albero ad eccentrici

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2. La pompa in linea con cursore di controllo: oltre ad avere il sistema di controllo porta-elica,
questa pompa dispone di un collare o cursore di controllo, alloggiato internamente a un recesso
nel cilindretto, che scorre sullo stantuffo. Un’asta di controllo muove tutti i cursori
contemporaneamente provocandone il sollevamento o l’abbassamento. L’asta è azionata da un
solenoide che riceve l’input dalla ECU (Engine Control Unit) o centralina del motore. Il punto
d’inizio della mandata cambia modificando la posizione relativa tra il cursore e lo stantuffo.

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2. Confrontata alla pompa in linea standard con il solo controllo porta-elica, questa soluzione
permette di controllare sia la quantità di combustibile sia l’inizio della mandate, non
necessitando di un variatore d’anticipo aggiuntivo.

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Le pompe in linea sono evolute nel tempo passando dall’utilizzo di sistemi di controllo meccanici a
sistemi di controllo elettronici. I regolatori dei giri motore a masse centrifughe e i variatori di
anticipo sono stati sostituiti da attuatori elettrici regolati dal sistema EDC (Electronic Diesel Control).
In un sistema EDC la ECU elabora i segnali in uscita provenienti dal sensore del pedale
dell’acceleratore, dal sensore giri motore e dagli altri sensori ed invia un segnale all’attuatore
dell’asta di controllo della pompa, che regola l’inizio e la quantità della mandata di combustibile.

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La pompa di iniezione distributrice
La pompa d'iniezione rotativa o distributrice, dalla sua introduzione nell'anno 1964 fino agli anni
recenti, ha rappresentato il sistema d'iniezione diesel più utilizzato in ambito automobilistico,
grazie alle alte prestazioni abbinate a un disegno compatto e leggero.
La pompa rotativa differisce dalla pompa in linea per il fatto di avere un unico elemento
pompante che serve tutti i cilindri. Il minor numero di componenti, soprattutto quelli ad alta
precisione, rende la pompa rotativa più economica da produrre rispetto alla pompa in linea.

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Le pompe rotative si basano su due possibili concetti operativi:
1. Pompa rotativa con stantuffo assiale: la pressione di iniezione è generata da uno stantuffo dotato
di movimento alternativo e rotativo. Il movimento alternativo, in asse con l’albero guida della
pompa, comprime il combustibile a un’elevata pressione. Il movimento rotativo distribuisce il
combustibile attraverso un condotto nella stantuffo che mette in comunicazione la camera di
compressione della pompa con la galleria di mandata del combustibile all’iniettore.
Come nella pompa in linea, la corsa dello stantuffo è costante mentre la regolazione della
mandata avviene tramite l’azione di un cursore di controllo, che scivola sullo stantuffo variando il
momento di fuga del combustibile dal condotto di fuoriuscita.

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2. Pompa rotativa a stantuffi radiali: il principio di funzionamento è simile alla pompa con stantuffo
assiale ma qui la pressione di iniezione è generata dal movimento dei pistoni (da due a quattro)
disposti radialmente.
Tutte le pompe a pistoni radiali utilizzano una valvola solenoide ad alta pressione azionata dalla
ECU della pompa per la regolazione della mandata e l’inizio dell’iniezione. Le forti pressioni
generate dagli stantuffi radiali tendono ad annullarsi tra loro anziché agire assialmente sull’albero
della pompa (come avviene nella pompa Bosch VE), permettendo così di realizzare pompe che
generano pressioni molto elevate, fino a 1900 bar nel caso della Bosch VP44.

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Con l’applicazione dell’elettronica alla pompa distributrice, una unità di controllo elettronico (Pump
ECU) è stata dedicata esclusivamente alla gestione della pompa e messa in comunicazione con
l’unità di controllo elettronico del motore (Engine ECU) tramite protocollo CAN Bus.

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I sistemi iniettore-pompa e unità-pompa
Nei sistemi iniettore-pompa e unità-pompa
ciascun cilindro del motore è rifornito da un
elemento pompante separato, posizionato in
prossimità del cilindro.
Entrambi i sistemi sono guidati dall’albero a
camme del motore, il quale presenta un
eccentrico aggiuntivo che agisce sulla pompa
direttamente oppure tramite bilanciere.

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L’avvicinamento della pompa agli iniettori permette di ridurre
drasticamente la lunghezza delle linee ad alta pressione o
addirittura di eliminarle completamente come avviene nel
sistema iniettore-pompa, dove l’elemento pompante e
l’iniettore sono racchiusi in un unico corpo.
La conseguenza di ciò è il contenimento dei problemi legati alla
sovrapposizione delle onde di pressione, causa delle post-
iniezioni e dei ritardi di iniezione (injection lag), nonché il
raggiungimento di pressioni di iniezione superiori a quelle di
tutti gli altri sistemi, fino a 2200 bar.

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Nei sistemi iniettore-pompa e unità-pompa meccanici il controllo dell’iniezione è
ottenuto attraverso il movimento rotativo degli stantuffi delle pompe, attuato tramite
un’asta di regolazione comune, così come avviene nelle pompe in linea.

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L’applicazione dell’elettronica ha portato allo sviluppo di sistemi iniettore-pompa e unità-
pompa che utilizzano una valvola solenoide ad alta velocità. La valvola, comandata dalla
ECU del motore, consente di regolare l’inizio e la durata dell’iniezione indipendentemente
dalla posizione dell’albero motore.
Le ultime versioni del sistema iniettore-pompa utilizzano iniettori piezoelettrici che offrono
velocità operative superiori rispetto agli iniettori a solenoide. Sia l’iniettore-pompa che
l’unità-pompa sono capaci di generare eventi di iniezione multipli.

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Il sistema common rail
Negli anni recenti i sistemi di iniezione elettronici ad alta pressione basati sulla pompa
distributrice a pistoni radiali, l’iniettore-pompa e il common rail hanno fatto raggiungere al
motore diesel nuovi traguardi in termini di impatto ambientale, consumi, prestazioni e
silenziosità.
Soprattutto con l’avvento del common rail di seconda e terza generazione, capace di
effettuare non soltanto un’iniezione pilota ed un’iniezione post ma anche di poter dividere
l’iniezione principale (main) nelle tre iniezioni ravvicinate pre, main e after, è stato
possibile abbassare ulteriormente i livelli di inquinamento e rumorosità del motore diesel.

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Una caratteristica distintiva del sistema common rail è quella di separare la generazione
della pressione dall’evento dell’iniezione. Una pompa ad alta pressione genera una
pressione costante in un condotto comune, il common rail appunto. Il condotto, agendo da
accumulatore tra pompa e iniettori, permette di mantenere la pressione di iniezione
indipendente dalla velocità del motore e dalla quantità di combustibile iniettata.

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Un’altra interessante caratteristica che ha consentito al sistema common rail di raggiungere
l’attuale enorme diffusione è quella di essere un sistema versatile e facilmente applicabile a
motori già esistenti. L’installazione di un impianto common rail, infatti, non necessita della
progettazione di un nuovo motore ma è sufficiente adattarne uno già esistente, a differenza
di quanto richiesto ad esempio per il sistema iniettore-pompa.

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La seconda generazione del common rail differisce dalla prima soprattutto per la pompa
ad alta pressione. Mentre nella Bosch CP1 (prima generazione) il flusso di combustibile
viene regolato in uscita dalla pompa, nella Bosch CP3 (seconda generazione) la
regolazione avviene in entrata, così da far lavorare la pompa con il combustibile che
verrà effettivamente utilizzato anziché costringerla a lavorare sempre al massimo carico.
Questo accorgimento consente di ridurre lo stress meccanico e conseguentemente
l’usura della pompa. La pressione di iniezione raggiunta con la CP3 è di 1600 bar, contro
1350 bar della CP1.

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Nella terza generazione del common rail per autoveicoli, l’attuatore a solenoide dell’iniettore di
seconda generazione viene sostituito da un attuatore piezoelettrico. L’elemento piezoelettrico è
composto da alcune centinaia di sottili cristalli piezo, che possiedono la caratteristica di espandersi
rapidamente quando sono sottoposti a un campo elettrico. L’attuatore è posto in questo caso
dentro il corpo degli iniettori molto vicino allo spillo. In questo modo il movimento viene trasmesso
senza attriti allo spillo, il quale cambia posizione molto rapidamente.
L’iniettore piezoelettrico consente un dosaggio più preciso del combustibile, una migliore
polverizzazione del combustibile iniettato, un cambiamento più rapido di stato on/off che riduce il
“dwell time”, ovvero il tempo che intercorre tra la fine di un’iniezione e l’inizio della successiva.

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Le principali tappe evolutive dei sistemi di iniezione
Bosch
La prima produzione in serie di pompe di iniezione
Bosch risale al 1927: si tratta di pompe in linea, che dal
1936 vengono applicate anche sulle automobili. Nel
1962 viene introdotta la prima pompa rotativa a pistoni
assiali (pompa VE) che da un impulso ulteriore alla
diffusione e popolarità del motore diesel. Il 1986 è
l’anno di introduzione della prima pompa rotativa a
gestione elettronica assieme alla prima centralina di
controllo diesel (EDC).

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Le principali tappe evolutive dei sistemi di iniezione Bosch
Il 1993 segna l’inizio della produzione in serie della
pompa in linea con controllo elettronico del tempo di
iniezione e della quantità di combustibile. Il 1996 è l’anno
della pompa rotativa a pistoni radiali (pompa VP44),
sempre a controllo elettronico, che raggiunge un nuovo
traguardo in quanto a pressione di iniezione.
Un incremento delle pressioni di iniezione e un maggior
controllo sul momento e sulla quantità di iniezione si ha
con l’introduzione nel 1994 del sistema iniettore-pompa
per veicoli commerciali. Il 1997 è l’anno del lancio del
sistema di iniezione common rail per autovetture,
installato su una Alfa Romeo 156.

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La nascita del common rail
A metà degli anni ‘80 il gruppo FIAT lancia un progetto di ricerca per lo sviluppo di un
sistema di iniezione evoluto per i motori diesel a iniezione diretta. Nel ‘87 i ricercatori FIAT
si concentrano sul concetto di common rail, definito alcuni anni prima da un gruppo di
ricerca dell’Università di Zurigo ma, fino a quel momento, mai applicato in ambito
automobilistico. Nel ‘90 il progetto common rail diventa operativo e inizia la pre-
industrializzazione, che viene completata nel ‘93. Nel ‘94 il progetto viene ceduto al
gruppo Bosch che si occupa di completarne lo sviluppo e la produzione industriale.
Nel ‘97 la FIAT commercializza il primo motore diesel al mondo con impianto common rail
Bosch su Alfa Romeo 156 JTD. Questo impianto, di prima generazione, è stato per circa
due anni un’esclusiva di Bosch e del gruppo FIAT.

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affronterai una prova di valutazione riguardante i contenuti
appena esposti.
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preparato su uno o più degli argomenti appena esposti seleziona
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Tieni presente che per il superamento della prova occorre
rispondere correttamente a tutte le domande. Nel caso tu non
riesca a superare la prova avrai la possibilità di ritentare finché
non l’avrai superata. Il nostro consiglio è però di riguardare di
nuovo gli argomenti sui quali non hai risposto correttamente.
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CNH Dealer University
Titolo del corso:
I principali tipi di combustibile per
motori diesel
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Benvenuto alla CNH Dealer University.
Al completamento di questa lezione sarai in grado di:
Identificare i principali tipi di combustibile utilizzati nei motori
diesel;
Identificare le caratteristiche utilizzate per classificare il gasolio;
Identificare gli elementi innovativi del biodiesel e gli eventuali
ostacoli alla sua diffusione.
Alla fine è presente una test che ti permetterà di valutare il tuo
grado di preparazione sugli argomenti affrontati.
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I principali tipi di combustibile per motori diesel

New Holland product name 3065
Il gasolio
I combustibili abitualmente utilizzati nei motori diesel sono
derivati del petrolio, dal quale si ottengono per
distillazione e i cui principali componenti sono idrocarburi
olefinici saturi e aromatici. Tra questi oli di densità simile
spicca il gasolio, per il suo uso frequente in diversi ambiti.
Sono varie le caratteristiche che definiscono la qualità del
gasolio e, conseguentemente, la sua influenza sul
funzionamento ed il rendimento del motore:
1. Il peso specifico;
2. Il numero di cetano;
3. La viscosità.

Il gasolio
1. Una delle caratteristiche più importanti è il peso specifico del gasolio, che è attorno a
0,840g/l ed a una temperatura di 15°C. Esso è maggiore di quello della benzina, per cui il
gasolio immagazzina una quantità maggiore di energia (circa il 20% in più) e ciò
contribuisce a sancirne la maggiore economicità.
In generale, un combustibile con un minor peso specifico perde in capacità di lubrificazione,
mentre un maggior peso specifico favorisce la formazione di depositi residui nel cilindro.
Volume e massa dei principali carburanti a parità di valore calorico

Il gasolio
2. Nei motori Diesel si devono impiegare combustibili che favoriscono l’inizio della combustione, in
modo tale che il ritardo della medesima (ignition lag) sia il minore possibile. Questa
caratteristica viene definita dal numero di cetano, che dovrebbe essere sempre superiore a 45.
Quanto maggiore è il numero di cetano, tanto minore è il ritardo della combustione e
conseguentemente diventa possibile controllare meglio il funzionamento del motore, dal quale si
otterranno un funzionamento più morbido, una maggiore potenza e un riscaldamento più rapido.

Il gasolio
3. Un’altra caratteristica del gasolio da tenere in conto
è la viscosità, che influisce sul grado di
polverizzazione conseguito attraverso gli iniettori e
sulla facilità di fluire attraverso il circuito del
combustibile e i meccanismi che lo mettono a
pressione, come la pompa di iniezione.
In relazione alla viscosità si trovano i punti di
opacità e di fluidità, che indicano le temperature
alle quali si producono la cristallizzazione di alcuni
componenti del combustibile, come la paraffina.
Una viscosità corretta
produce una
dispersione corretta
Una viscosità elevata
produce una
dispersione incorretta

Il biodiesel
Il termine Biodiesel si riferisce solitamente ai metil-esteri (infatti è anche conosciuto come
metilestere di acidi grassi o FAME) prodotti attraverso la transesterificazione di oli
provenienti da colture energetiche oleaginose quali colza (metil-estere di colza o RME),
girasole (SME), palma e soia. Anche gli oli vegetali esausti (WVO’s, UFO, ecc) o i grassi
animali possono essere utilizzati come materie prime oleose per la produzione di Biodiesel.
Il termine Biodiesel, in una accezione più generale, può ricondursi anche ad oli puri di
origine vegetale (SVO’s) non transesterificati ed al gasolio di sintesi prodotto attraverso
tecnologie di trasformazione da gas naturale a liquido.

Il biodiesel
Nell’Unione Europea l’interesse nei riguardi del Biodiesel è aumentato considerevolmente
grazie alla crescente popolarità delle automobili diesel, all’aumento dei prezzi del greggio ed
ai benefici ambientali riconosciuti offerti dai biocombustibili per quanto riguarda la produzione
di gas ad effetto serra. Inoltre un numero sempre crescente di veicoli equipaggiati con motori
a ciclo diesel può utilizzare il Biodiesel, anche puro, con minime o nulle modifiche.
Ad oggi, comunque, è più comune l’utilizzo di miscele di Biodiesel con gasolio: ad esempio
una miscela B10 è costituita da un 10% di Biodiesel miscelato ad un 90% di gasolio minerale.

Il biodiesel
Il 70% dei Biodiesel europeo è prodotto attraverso la
esterificazione dell’olio di colza, mentre il rimanente
30% è derivato da olio di girasole, oli esausti vegetali
e grassi animali (dall’industria alimentare).
La lavorazione dei metil-esteri è relativamente
semplice. Le materie prime oleose sono filtrate e pre-
lavorate per rimuovere l’acqua ed i contaminanti, e
sono quindi mescolate con alcool (di solito metanolo)
ed un catalizzatore (di solito sodio o idrossido di
potassio). Il processo rompe le molecole oleose
(trigliceridi) in acidi grassi metil-esteri e glicerolo. La
produzione industriale di Biodiesel conta due
sottoprodotti di valore non trascurabile: la glicerina,
utilizzata nell’industria farmaceutica e cosmetica, e i
panelli grassi costituti da residui solidi vegetali dei
semi utilizzabili dall’industria mangimistica.

Combustibile Numero di cetano
Metilestere di olio di soia (valore medio) 46-51
Metilestere di olio di colza 54
Metilestere di olio di girasole 49
Metilestere di olio di palma 62
Metilestere di olio di cotone 51
Etilestere di olio di soia 48-50
Gasolio 2D (valore medio) 48
Combustibile Punto di infiammabilità
Metilestere di olio di soia (valore medio) 155 °C
Metilestere di olio di girasole 182 °C
Metilestere di olio di cotone 110 °C
Metilestere di olio di colza 160 °C
Etilestere di olio di soia 160 °C
Gasolio 2D (valore medio) 72 °C
Il biodiesel
Alcune tabelle di sintesi

Unità Biodiesel puro Gasolio
Potere calorifico inferiore MJ/kg 37-38 42,0
Densità kg/dm3 0,874 0,852
Combustibile Punto di Intorbidimento Punto di Scorrimento
Metilestere di olio di soia (valore medio) -1 °C -3 °C
Metilestere di olio di colza -2 °C -9 °C
Metilestere di olio di girasole - -7 °C
Metilestere di olio di cotone - 2 °C
Etilestere di olio di soia -1 °C -4 °C
Gasolio 2D (valore medio) -17 °C -26 °C
Il biodiesel
Alcune tabelle di sintesi

Il biodiesel
Il biodiesel in sintesi:
La maggior parte del Biodiesel europeo è prodotto attraverso transesterificazione di
colture da semi oleosi;
Sebbene il Biodiesel possa essere utilizzato in molti motori a ciclo diesel con minime o
nulle modifiche, molte garanzie di veicoli diesel (auto o diesel leggeri) sono valide soltanto
per l’utilizzo con miscele fino al 5%;

Il biodiesel
Il biodiesel in sintesi:
Molti motori diesel funzionano meglio con il Biodiesel in quanto migliora la lubricità,
tuttavia esso può corrodere alcuni componenti del motore (guarnizioni e condotti in
gomma) e le sue caratteristiche chimiche possono causare problemi di avviamento nella
stagione fredda se non si usano additivi ad hoc;
L’utilizzo del Biodiesel puro può ridurre le emissioni di gas serra sull’intero ciclo di vita
del 4095% rispetto al gasolio.

appena esposti.
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Titolo del corso:
Il disegno della camera di
combustione
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I sistemi di iniezione diesel

Riconoscere l’importanza del disegno della camera di
combustione nella formazione della miscela aria-combustibile;
Distinguere i motori che utilizzano l’iniezione diretta da quelli
che utilizzano l’iniezione indiretta;
Identificare le differenti tipologie di camere di combustione;
Comprendere le ragioni che stanno decretando l’abbandono
della tecnologia a iniezione indiretta;
Comprendere in che modo la tipologia di camera di
combustione influisce sulle caratteristiche strutturali del motore e
sulla scelta del tipo di iniettori.
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Il disegno della camera di combustione
Introduzione
Un disegno adeguato della camera di combustione, in
accoppiamento all’azione del pistone, è in grado di impartire la
giusta turbolenza all’aria presente nel cilindro del motore,
favorendone la miscelazione con il combustibile iniettato. Una
miscelazione adeguata tra aria e combustibile ha a sua volta un
effetto positivo su tutti gli aspetti associati al funzionamento del
motore, quali le emissioni, i consumi, le prestazioni e la
rumorosità.
Si distinguono due tipologie di camere di combustione in base al
punto in cui il combustibile viene iniettato:
Camere non separate per motori a iniezione diretta;
Camere separate per motori a iniezione indiretta.

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L’iniezione diretta
Nella iniezione diretta il combustibile è iniettato direttamente
nella camera di combustione, delimitata nel cilindro dallo spazio
compreso tra la testata del motore ed il cielo del pistone.
Il rapporto tra la superficie e il volume della camera di
combustione è maggiore nell’iniezione diretta rispetto all’iniezione
indiretta, il che comporta una minore dispersione di calore e una
maggiore efficienza termica. Anche l’avvio a freddo risulta più
facile, in quanto viene scambiato meno calore con le superfici del
motore freddo. Il rapporto superficie/volume più favorevole
consente di avere rapporti di compressione più bassi rispetto
all’iniezione indiretta (16:1 contro 20:1 e oltre), da cui segue un
minore stress meccanico e quindi una maggiore longevità del
motore.

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Inserire immagine con
didascalie
Una camera di combustione per iniezione diretta crea meno
turbolenza rispetto agli altri tipi di camera e non consente di
sfruttare al meglio la quantità dell’ossigeno presente. Per
compensare a questa limitazione, il collettore di aspirazione, le
valvole di aspirazione e le sedi valvole sono conformati in modo
da impartire una forte turbolenza all’aria che entra nel cilindro.
Anche la testa del pistone ha una forma che contribuisce a
imprimere vorticosità all’aria. Quella maggiormente utilizzata nei
motori diesel ha una sezione di tipo a “ω”.

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didascalie
Oltre alla necessità di creare un’efficace turbolenza dell’aria, la
tecnologia a iniezione diretta richiede che il combustibile sia
distribuito in modo uniforme nella camera di combustione. A tale
scopo si utilizzano polverizzatori a fori multipli opportunamente
posizionati in funzione del disegno della camera di combustione e
pressioni di iniezione molto elevate.
In questo modo è possibile distinguere due tipi di sistemi a
iniezione diretta:
Sistemi nei quali la formazione della miscela aria-combustibile è
assistita dagli effetti del flusso dell’aria;
Sistemi nei quali la formazione della miscela è ottenuta quasi
esclusivamente per mezzo dell’iniezione (tipo di iniettori,
pressioni di iniezione) e prescinde dagli effetti del flusso dell’aria.

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didascalie
L’iniezione indiretta
Per lungo tempo i motori con camere di combustione separate e
iniezione indiretta hanno avuto un vantaggio sul fronte della
rumorosità e delle emissioni inquinanti. Per questa ragione sono
stati utilizzati nelle automobili e nei veicoli commerciali.
Attualmente i livelli di rumorosità si equivalgono grazie
all’impiego di alte pressioni di iniezione, dei sistemi di gestione
elettronica e della pre-iniezione. La superiorità dei motori a
iniezione diretta in termini di consumi e prestazioni sta portando
alla graduale scomparsa dei motori a iniezione indiretta nella
maggior parte delle applicazioni.

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didascalie
Esistono due tipi di soluzioni per l’iniezione indiretta:
Iniezione indiretta con precamera di combustione;
Iniezione indiretta con camera di turbolenza, simile alla
soluzione precedente ma con una precamera di turbolenza che ha
un volume simile a quello della camera principale.
In entrambe le soluzioni si utilizzano iniettori a pernetto.

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didascalie
Nell’iniezione indiretta con precamera di combustione il
combustibile è iniettato in una camera calda arretrata nella testa
del motore. Il combustibile è iniettato con un iniettore del tipo a
pernetto ad una pressione relativamente bassa (fino a 450 bar),
mentre un deflettore al centro della camera diffonde il getto che
lo colpisce favorendone la miscelazione con l’aria presente.
La combustione che inizia nella precamera spinge la miscela
parzialmente combusta attraverso un condotto nella camera di
combustione principale, dove la combustione prosegue con
l’apporto dell’aria in essa presente. Il rapporto tra i volumi della
precamera di combustione e della camera principale è circa 1:2.

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didascalie
Nell’iniezione indiretta con camera di turbolenza il processo di
combustione inizia in una camera di turbolenza separata che ha
circa il 60% del volume di compressione. La camera, di forma
sferica, è collegata alla camera del cilindro da un canale di
comunicazione che è tangente alla camera del cilindro stessa.
La forma della camera di turbolenza nonché l’allineamento e la
forma del getto di combustibile devono essere accuratamente
abbinati al motore in modo da ottenere un’adeguata miscelazione
in tutte le condizioni operative. E’ importante inoltre facilitare il
rapido riscaldamento della camera di turbolenza nell’avvio a
freddo per prevenire i fenomeni di rumorosità ed emissione di
idrocarburi incombusti.

appena esposti.
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Titolo del corso:
I regolatori di velocità
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Indicare il ruolo e l’importanza dei regolatori di velocità per il
funzionamento del motore;
Indicare le classificazioni dei regolatori normalmente utilizzati
nelle pompe di iniezione;
Indicare il funzionamento di base dei tipi principali di regolatore.
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Introduzione
Il regolatore del numero di giri o di velocità del motore ha il
compito di regolare la marcia al minimo del motore, di impedire
che i giri del motore superino un limite massimo prestabilito, ed
anche di mantenere il numero di giri ad un valore determinato
per ogni posizione dell'acceleratore indipendentemente dal carico
del motore.
Si tratta di dispositivi che agiscono direttamente o indirettamente
sull'asta di regolazione della pompa d'iniezione. La regolazione
dei giri avviene normalmente variando la quantità di combustibile
iniettato.

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Introduzione
Nei motori diesel l’adozione dei regolatori si rende necessaria in
quanto il motore diesel lavora in eccesso di aria, e quindi in
eccesso di comburente, in tutte le condizioni di carico e velocità.
Un’altra ragione è che a causa della notevole inerzia delle masse
animate di moto alterno, le condizioni di equilibrio tendono a
modificarsi bruscamente con conseguenti frequenti variazioni del
regime del motore.
Tutti i regolatori di velocità sono caratterizzati da un determinato
grado di insensibilità e di stabilità, affinché rispondano solo
quando la variazione di velocità supera una certa soglia
(insensibilità) e affinché la loro risposta sia graduale (stabilità).

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La classificazione dei regolatori
I tipi di regolatori di giri ricadono in una delle due categorie
principali:
 Regolatori min-max: sono progettati per regolare la velocità al
minimo e ai regimi massimi del motore. Normalmente non c’è
un controllo nella gamma di rotazione intermedia, essendo
questa regolata direttamente attraverso la posizione del
pedale dell’acceleratore.
 Regolatori variabili o continui: sono progettati per regolare la
velocità su tutta la gamma di giri, indipendentemente dalla
posizione dell’acceleratore.

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Le tipologie di regolatori
Esistono differenti tipologie di regolatori, sebbene nei motori
diesel alcune siano più utilizzate di altre.
 Il regolatore meccanico: è il sistema più utilizzato nelle pompe
di iniezione con controllo meccanico. Utilizza un sistema con
contrappesi rotanti e una molla antagonista di controllo.
 Il regolatore idraulico: il movimento dello stantuffo di una
valvola pilota controlla il flusso di olio pressurizzato verso un
pistone, che agisce sul meccanismo di controllo dell’iniezione.
 Il regolatore pneumatico: è sensibile al flusso di aria nel
collettore di aspirazione del motore. Un diaframma al suo
interno è collegato al meccanismo di controllo dell’iniezione.
 Il regolatore elettronico: è utilizzato nelle pompe di iniezione a
gestione elettronica. La ECU riceve i segnali dai sensori e dosa
l’iniezione agendo su una valvola elettromagnetica.

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Il regolatore meccanico
I regolatori meccanici min-max sono costituiti da due masse
centrifughe contrastate da un sistema di molle. Gli spostamenti
delle masse, provocati dalla forza centrifuga, vengono trasmessi
all'asta di regolazione della pompa mediante un sistema di leve.
Durante la marcia al minimo, le masse centrifughe spostano
l'asta di regolazione aumentando la portata della pompa quando
il motore tende a fermarsi e nel senso opposto quando il motore
tende ad accelerare. Al regime massimo, quando per effetto di
una diminuzione del carico sul motore la velocità di rotazione
tende a superare il limite massimo ammesso, le masse
centrifughe vincono la resistenza della molle del massimo e
richiamano l'asta della pompa, determinando così una riduzione
della portata di combustibile e quindi del regime di rotazione. Le
velocità di rotazione comprese fra il regime minimo e quello
massimo sono regolate per mezzo del pedale dell'acceleratore.

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Il regolatore meccanico
Il regolatore meccanico continuo o regolatore di tutti i regimi
mantiene, in base alla posizione della leva di comando, un
numero di giri del motore quasi costante.
I regolatori di tutti i regimi vengono impiegati preferibilmente nei
veicoli industriali con presa di potenza, nelle macchine edili, nei
trattori agricoli, nelle imbarcazioni e negli impianti fissi.

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Il regolatore idraulico
Sebbene i regolatori idraulici siano più costosi ed abbiano più
parti in movimento dei regolatori meccanici, essi sono utilizzati in
molte applicazioni perché sono più sensibili, hanno più forza di
azionamento del meccanismo di controllo dell’iniezione e possono
essere regolati per produrre velocità identiche in tutte le
condizioni di carico.
Nei regolatori idraulici la forza che muove il meccanismo di
controllo proviene da un pistone di potenza idraulico o
servomotore. Questo pistone è mosso dalla pressione di un
fluido, generalmente dell’olio messo sotto pressione da una
pompa. Il dispositivo di misurazione della velocità è collegato
tramite un’asta a una piccola valvola cilindrica detta valvola
pilota. La valvola scivola su e giù in una cilindretto che contiene
le porte di controllo del flusso dell’olio verso e da il servomotore.

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Il regolatore idraulico
Il funzionamento di base di un regolatore idraulico è il seguente:
 Quando il regolatore sta operando in uno stato di equilibrio, la
valvola pilota chiude la porta e non c’è flusso di olio.
 Quando la velocità del regolatore diminuisce per un aumento
del carico del motore, i contrappesi si muovono verso l’interno
e la valvola pilota scende. Questo evento apre il passaggio di
comunicazione tra il serbatoio dell’olio in pressione e il pistone
di potenza. La pressione dell’olio spinge il pistone di potenza in
alto, il che provoca l’aumento della mandata di combustibile.
 Quando la velocità del regolatore aumenta per un calo del
carico del motore, i contrappesi si muovono verso l’esterno e
la valvola pilota sale. Questo evento apre la porta di ritorno
dell’olio in coppa. La molla sopra il pistone di potenza forza il
pistone in basso, diminuendo la mandata di combustibile.

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Il regolatore pneumatico
I regolatori pneumatici del numero di giri sono costituiti
essenzialmente da una membrana collegata direttamente all'asta
di regolazione della pompa e da una camera di depressione in
comunicazione con un diffusore, inserito nel collettore di
aspirazione del motore e dotato di una valvola a farfalla.
L'asta di regolazione è spinta da una molla verso la posizione di
portata massima; la valvola a farfalla nel diffusore è comandata
dal pedale dell'acceleratore.

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Il regolatore elettronico
La regolazione del numero di giri è governata, nelle moderne
pompe a controllo elettronico, dalla ECU del motore o da una ECU
dedicata per la pompa. La ECU riceve i segnali di input dai
sensori presenti sulla pompa e sul motore e invia i segnali di
output agli attuatori.
La regolazione elettronica può essere effettuata ad esempio
tramite un attuatore elettromagnetico che sposta un’asta di
controllo (pompa in linea elettronica e pompa rotativa a pistone
assiale elettronica) oppure tramite una valvola solenoide ad alta
pressione (pompa rotativa a pistoni radiali) che regola la quantità
della mandata.

Titolo del corso:
Gli iniettori
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L’iniettore
Gli iniettori meccanici
L’iniettore è un componente del sistema di iniezione che dirige
una determinata quantità di combustibile dalla pompa di iniezione
alla camera di combustione. L’iniettore permette il controllo delle
caratteristiche del getto del combustibile determinando:
La polverizzazione del combustibile in gocce molto fini,
necessaria affinché il combustibile si possa miscelare in maniera
ottimale con l’aria;
La diffusione del combustibile polverizzato nella camera di
combustione secondo uno determinato modello o pattern di
polverizzazione.

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L’iniettore
L’iniettore meccanico è composto da due parti:
Il porta polverizzatore, che sostiene il polverizzatore nella testa
del motore;
Il polverizzatore, con un ugello che incorpora lo spillo che apre
e chiude uno o più fori di uscita del combustibile.
Nei sistemi di iniezione basati sulla pompa in linea e sulla pompa
distributrice, il polverizzatore e il porta polverizzatore sono due
pezzi separati che formano un’unità funzionale. Nei sistemi
common rail e iniettore-pompa, il polverizzatore è una singola
unità integrata e il porta polverizzatore non è presente.

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L’iniettore
Il porta polverizzatore comprende:
 La molla che agisce contro lo spillo mantenendo chiusi i fori;
 Il dado di tenuta che tiene fisso e centrato il polverizzatore;
 Il filtro per mantenere lo sporco fuori dal polverizzatore;
 Le connessioni per le linee di mandata e di ritorno.

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L’iniettore
Gli elementi del polverizzatore sono:
il canale di afflusso del combustibile;
La camera di pressione;
L’ugello provvisto di uno o più fori;
lo spillo con la sua guida.
Lo spillo è azionato idraulicamente dalla pressione del
combustibile e viene chiuso dalla molla quando la pressione
crolla. La pressione di chiusura è superiore alla massima
pressione di combustione per prevenire post-iniezioni
incontrollate o l’intrusione di gas combusti nel polverizzatore.

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L’iniettore
Gli iniettori meccanici: i tipi di polverizzatore
Il disegno del polverizzatore cambia in funzione del tipo di
camera di combustione e di conseguenza del metodo di iniezione:
1. I polverizzatori con spillo conico, utilizzati nei motori a
iniezione diretta,
2. I polverizzatori con spillo a pernetto, utilizzati nei motori a
iniezione indiretta.

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L’iniettore
1. I polverizzatori con spillo conico, utilizzati nei motori a
iniezione diretta, forzano il combustibile attraverso uno o più
fori. La variazione della grandezza dei fori determina un
differente grado di polverizzazione del combustibile. La
variazione del numero e della angolazione dei fori permette di
inviare il combustibile in parti differenti della camera di
combustione, creando pattern di polverizzazione che si
accoppiano in maniera ottimale alla forma della camera.
I polverizzatori a fori multipli sono polverizzatori a più fori con
spillo conico e costituiscono la tipologia più diffusa.

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L’iniettore
2. Nei polverizzatori con spillo a pernetto, utilizzati nei motori a
iniezione indiretta, il combustibile fuoriesce da un unico foro
scorrendo lungo i lati di un pernetto che imprime una forma
conica al getto. La variazione dell’angolo di inclinazione dei lati
varia l’ampiezza del cono. Questo tipo di iniettore offre un
grado di nebulizzazione inferiore rispetto a quella del tipo a
punta conica, ma ha il vantaggio di essere meno soggetto a
blocchi dovuti a impurità presenti nel combustibile.
Per via della superiorità dell’iniezione diretta sul piano delle
prestazioni, dei consumi e delle emissioni, i motori diesel non
vengono quasi più equipaggiati con sistemi a iniezione
indiretta e, conseguentemente, con iniettori a pernetto.

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L’iniettore
Gli iniettori meccanici: la sacca
La sacca è il volume compreso tra la punta dello spillo e la parte
interna della punta dell’ugello. La sacca permette di smorzare
l’azione dello spillo che si muove come un proiettile verso la sua
sede. Le quantità minime di combustibile trattenute dalla sacca
possono però evaporare in camera di combustione, determinando
la presenza di idrocarburi incombusti nei gas di scarico.
I polverizzatori senza sacca, attraverso la minimizzazione del
volume morto della sacca, riducono l’emissione indesiderata di
idrocarburi incombusti. Il loro limite è dato dalla minore capacità
di sopportare lo stress meccanico rispetto ai polverizzatori con
sacca, che obbliga a praticare fori di maggiore lunghezza.

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L’iniettore
Gli iniettori meccanici: il funzionamento
L’iniettore opera nel seguente modo:
1. Il combustibile, spinto ad alta pressione dalla pompa di
iniezione, passa attraverso il filtro e il canale di arrivo
giungendo nella camera di pressione anulare.
2. La pressione agisce sulla superficie anulare definita dai due
differenti diametri dello spillo, spingendo verso l’alto lo spillo
che comprime la molla. La pressione misurata in questo punto
è definita pressione di apertura dell’iniettore. Gli iniettori a
spillo conico hanno una pressione di apertura di 200-300 bar.

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L’iniettore
Gli iniettori meccanici: il funzionamento
3. Il combustibile fuoriesce da uno o più fori praticati sulla punta
dell’ugello.
4. Finita la fase di mandata della pompa di iniezione, lo spillo
ritorna nella sua sede sotto l’azione dalla molla e l’iniezione si
interrompe. Una certa quantità di combustibile trafila lungo la
guida dello spillo e viene recuperata con un apposito raccordo
di drenaggio attraverso il quale ritorna nel serbatoio.

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L’iniettore
Gli iniettori a solenoide
Gli iniettori meccanici non presentano alcuna parte interna
capace di dosare la quantità di combustibile. Sono iniettori che
aprono automaticamente ogni volta che la pressione del
combustibile supera la resistenza della molla che spinge sullo
spillo nel polverizzatore. Questo aspetto determina una
dipendenza diretta tra il funzionamento del motore che trascina
la pompa di iniezione e il funzionamento dell’iniettore.
Gli iniettori con valvola solenoide, detti anche iniettori
elettroidraulici o elettroiniettori, inseriti all’interno di un sistema
di gestione elettronica del motore, superano molti dei limiti degli
iniettori meccanici, consentendo di regolare precisamente aspetti
come l’inizio dell’iniezione, la quantità di combustibile iniettato e
il numero di iniezioni all’interno di un ciclo.

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L’iniettore
Gli iniettori a solenoide: le caratteristiche
L’elettroiniettore prevede una sola alimentazione in alta pressione
che, una volta raggiunto l’interno dell’iniettore, viene ripartita in
due parti distinte, una destinata all’alimentazione del
polverizzatore, l’altra al controllo dell’asta di pressione. Entrambe
le parti contribuiscono alla lubrificazione degli organi in
movimento dell’iniettore attraverso i trafilamenti presenti in esso.
Un elettroiniettore può essere diviso in due unità funzionali:
 Il polverizzatore composto dall’ugello e dal complesso asta di
pressione-spillo;
 L’elettrovalvola di comando costituita da un solenoide che
quando attraversato da corrente solleva l’otturatore a sfera
della valvola.

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L’iniettore
Gli iniettori a solenoide: il volume di controllo
Il volume all’interno della valvola pilota ed immediatamente al di
sopra all’asta di controllo, chiamato volume di controllo, ha un
ruolo essenziale per il funzionamento degli elettroiniettori. Esso è
alimentato in modo permanente con il combustibile tramite un
foro solitamente chiamato Z (dal tedesco Zufluss = ingresso). Lo
scarico del volume di controllo è affidato ad un secondo foro,
chiamato A (Abfluss = uscita), la cui apertura è controllata
dall’elettrovalvola di comando.
Il combustibile contenuto nel volume di controllo esercita una
pressione di intensità modulabile che agisce sulla parte superiore
dell’asta di pressione. La forza che agisce su tale area dipende
quindi dalla pressione presente all’interno del volume di controllo.

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L’iniettore
Gli iniettori a solenoide: il polverizzatore
Il polverizzatore è composto dall’ugello e dal complesso asta di
pressione-spillo.
L’ugello viene alimentato dal combustibile in pressione quando il
complesso asta di pressione-spillo è in posizione sollevata. Il
sollevamento viene realizzato mediante uno squilibrio di forze
contrapposte persistenti su tale complesso.

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L’iniettore
Le forze agenti sul sistema asta di pressione-spillo sono tre:
La forza elastica Fe rivolta nella direzione di chiusura e dovuta
alla molla che agisce sulla spina; tale forza garantisce la tenuta
del polverizzatore quando la pressione scende a zero, evitando
gocciolamenti di combustibile nel cilindro;
La forza Fc che agisce anch’essa nella direzione di chiusura,
dovuta alla pressione di combustibile presente nel volume di
controllo. Agisce sull’area superiore dell’asta di pressione.
La forza Fa, rivolta nella direzione di apertura, dovuta alla
pressione del combustibile presente nel volume di alimentazione
e che agisce sull’area della corona circolare delimitata all’esterno
dal diametro di scorrimento dello spillo e all’interno dal diametro
della sede conica dello spillo.

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L’iniettore
L’equilibrio del complesso asta di pressione-spillo dipende dal
bilancio di queste tre forze. Quando l’iniettore non è eccitato le
pressioni nei volumi di alimentazione e di controllo sono identiche
e in tali condizioni risulta essere
Fc+Fe >Fa
e quindi le forze di chiusura sono superiori a quelle di apertura
garantendo la tenuta del polverizzatore.
Affinché avvenga l’apertura dello spillo è necessario che la
pressione nel volume di controllo diminuisca fino a che non si
verifica la disequazione
Fc+Fe < Fa
In tale modo si viene a creare uno squilibrio tra le forze agenti
sullo spillo che produce il sollevamento della stessa.

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L’iniettore
Gli iniettori a solenoide: l’elettrovalvola
L’elettrovalvola di comando ha il compito di controllare la
pressione presente nel volume di controllo e quindi di
determinare l’istante in cui l’attuatore permette l’inizio
dell’iniezione e la sua durata.
La pressione nel volume di controllo viene determinata
dall’apertura e dalla chiusura del foro A da parte di un otturatore
a sfera comandato da un solenoide, tramite un ago pilota detto
ancora.

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L’iniettore
In condizioni di riposo l’elettromagnete è diseccitato e l’ago pilota
è tenuto in posizione di chiusura da una molla.
Eccitando l’elettromagnete si provoca l’alzata dell’ago pilota,
consentendo all’otturatore a sfera di scoprire la luce del foro A di
uscita, che presenta una sezione maggiore del foro Z di entrata.
Conseguentemente si determina uno scarico del combustibile
presente nel volume di controllo che fa diminuire la forza Fc
agente sulla superiore dell’asta di pressione. Quando la
diminuzione della forza Fc è tale che Fa > Fc+Fe allora il complesso
asta di pressione-spillo inizia a sollevarsi.

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L’iniettore
La diseccitazione dell’elettromagnete provoca la chiusura del foro
A, che determina a sua volta la rapida risalita della pressione nel
volume di controllo fino al valore originario. Questo determina il
ripristino dell’equilibrio delle forze di pressione iniziale e
conseguentemente la discesa del complesso asta di pressione-
spillo, che provoca l’interruzione dell’afflusso di combustibile al
polverizzatore e la fine dell’iniezione.
La rapida discesa dell’ancora, necessaria per ottenere una veloce
chiusura del foro A, viene ottenuta tramite la molla M.

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L’iniettore
L’iniettore piezoelettrico
Nel common rail di prima e seconda generazione, sia per
automobili che per veicoli commerciali e non stradali, il processo
di iniezione è controllato per mezzo di una attuatore solenoide sul
polverizzatore. La forza idraulica utilizzata per aprire e chiudere
gli iniettori è trasmessa meccanicamente allo spillo per mezzo di
un’asta di controllo.
Uno degli elementi distintivi della terza generazione di common
rail è rappresentato dagli iniettori piezoelettrici, con attuatore
piezoelettrico integrato nel corpo dell’iniettore in prossimità dello
spillo.

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L’iniettore
Gli iniettori piezoelettrici (piezo deriva dal greco "piezein", che
significa comprimere o spingere) sfruttano la proprietà dei
cristalli piezo di dilatarsi quando sottoposti a una tensione
elettrica. Per realizzare una dilatazione minima ma al tempo
stesso sufficiente per l’azionamento degli iniettori, è stato
realizzato il pacchetto o attuatore piezoelettrico, che consiste in
alcune centinaia di sottili cristalli piezo sovrapposti.
Sottoposto a tensione elettrica, l’attuatore piezoelettrico si dilata
con estrema rapidità e trasmette il movimento a una valvola che,
a sua volta, comanda lo spillo dell’iniettore. Questo tipo di
elettroiniettori, non più regolati da una valvola solenoide,
permettono di realizzare intervalli di iniezione più flessibili, con
iniezioni più piccole, precise e polverizzate, il tutto a fronte di
dimensioni esterne più compatte.

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L’iniettore
Il disegno dell’iniettore piezoelettrico comprende quattro unità
funzionali:
Il modulo dell’attuatore piezo;
L’accoppiatore idraulico o traslatore;
La valvola di controllo;
Il modulo del polverizzatore.

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L’iniettore
Una interessante caratteristica del disegno di questo iniettore è
l’assenza di forze meccaniche agenti sullo spillo del
polverizzatore, il che riduce efficacemente le parti in movimento e
gli attriti.
La risposta diretta dello spillo agli impulsi dell’attuatore
piezoelettrico è ottenuta attraverso l’accoppiamento della valvola
di controllo con lo spillo, che garantisce tempi di risposta molto
rapidi (circa 150 microsecondi). E’ così possibile avere al tempo
stesso movimenti velocissimi dello spillo e quantità esattamente
replicabili di combustibile iniettato.

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L’iniettore
L’iniettore piezoelettrico: il funzionamento
Lo spillo di un iniettore piezoelettrico è controllato indirettamente
tramite una valvola di controllo. Quando non è attivo, l’attuatore
piezoelettrico è nella posizione iniziale, la valvola di controllo è
chiusa e la sezione ad alta pressione dell’iniettore è separata da
quella a bassa pressione. Lo spillo è spinto in basso dalla
pressione del rail esercitata nella camera di controllo.
Quando l’attuatore piezo viene attivato, la valvola di controllo si
apre e il passaggio di by-pass viene chiuso. Il rapporto della
velocità di flusso tra il condotto di sfogo e il condotto di
alimentazione determina l’abbassamento della pressione nella
camera di controllo e lo spillo sale. Il volume di controllo rifluisce
attraverso le luci della servo valvola nel circuito a bassa pressione
del sistema. L’iniezione ha inizio.

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L’iniettore
L’iniettore piezoelettrico: il funzionamento
Per l’avvio della fase di chiusura, l’attuatore piezoelettrico è
deenergizzato e la valvola di controllo apre il passaggio di by-pass.
Il rapporto della velocità di flusso tra il condotto di sfogo e il
condotto di alimentazione determina ora l’innalzamento della
pressione nella camera di controllo e il ritorno dello spillo nella sua
sede. L’iniezione ha così termine.

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L’iniettore
L’iniettore piezoelettrico: l’accoppiatore idraulico
Un elemento chiave dell’iniettore piezoelettrico è l’accoppiatore
idraulico o traslatore che svolge le seguenti funzioni:
 Trasmette e amplifica il moto dell’attuatore piezoelettrico;
 Compensa gli eventuali giochi tra l’attuatore piezo e la valvola
di controllo causati, ad esempio, dall’espansione termica;
 Svolge una funzione di sicurezza, poiché in caso di guasto
della parte elettrica mantiene chiuso l’iniettore, evitando
qualsiasi flusso di combustibile in camera di combustione.

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L’iniettore
L’iniettore piezoelettrico: il modulo attuatore
Il traslatore è immerso nel combustibile a una pressione di 10
bar, in equilibrio con l’ambiente circostante quando non attivo.
Per attivare l’attuatore, si applica allo stesso una tensione di 110-
150 volt. La tensione è generata dall’Unità di Potenza o EPU
(Electronic Power Unit) interna alla ECU, che contiene i circuiti di
potenza necessari per pilotare gli iniettori.
L’innalzamento del voltaggio è convertito in un “colpo” del
attuatore piezoelettrico. Il colpo produce un innalzamento della
pressione nell’accoppiatore per mezzo di una traslazione idraulica
che provoca l’apertura della valvola di controllo.

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L’iniettore
L’iniettore piezoelettrico: i vantaggi
I vantaggi dell’iniettore piezoelettrico rispetto all’iniettore a
solenoide sono:
 Iniezioni multiple con flessibilità nell’inizio dell’iniezione e negli
intervalli tra singoli eventi di iniezione;
 Quantità molto piccole di combustibile per la pre-iniezione;
 Dimensioni più piccole e peso ridotto (270g rispetto ai 490g
dell’iniettore a solenoide);
 Rumorosità più bassa;
 Consumi ridotti;
 Aumento della prestazione del motore.

Titolo del corso:
Electronic Diesel Control
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Introduzione
Il sistema di controllo convenzionale del motore usa una serie di
accorgimenti meccanici di regolazione per adattare il motore alle
differenti condizioni di esercizio.
Si tratta pur sempre di un circuito chiuso di regolazione basato
esclusivamente sul motore, mentre ci sono tutta una serie di
importanti variabili esterne e interagenti che non vengono prese
in considerazione.

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Introduzione
Gradualmente, i primi sistemi caratterizzati da un uso limitato di
dispositivi elettrici, come ad esempio l’utilizzo di un attuatore
elettrico per la regolazione della velocità, sono evoluti negli
attuali EDC (Electronic Diesel Control), sistemi di controllo
elettronico del motore diesel capaci di processare un grande
quantità di dati in tempo reale.
L’EDC può far parte di un sistema totale di controllo elettronico
del veicolo. Con l’espressione “drive by wire” si indica un veicolo
nel quale i collegamenti meccanici fra i comandi e le parti che
fisicamente li eseguono sono stati rimossi e sostituiti da circuiti
elettronici.

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Introduzione
A differenza dei veicoli con pompe di iniezione convenzionali
controllate meccanicamente, il conducente di un veicolo
equipaggiato con un sistema EDC non ha un controllo diretto
sulla quantità di combustibile iniettato attraverso il pedale
dell’acceleratore e il cavo. La quantità effettiva di combustibile è
invece funzione di una serie di variabili, tra cui ad esempio:
 La posizione del pedale dell’acceleratore,
 Lo stato operativo del motore,
 I livelli di emissioni nocive,
 I sistemi di controllo esterni come il sistema di controllo della
trazione, il sistema di controllo della stabilità, e così via.

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Il sistema EDC è diviso in tre aree:
 I sensori, che rilevano le condizioni operative, ad esempio la
velocità del motore, convertendo le variabili fisiche in segnali
elettrici che inviano alla ECU;
 L’unità di controllo ECU (Electronic Control Unit) o centralina,
che processa le informazioni provenienti dai sensori (input)
sulla base di algoritmi, comanda gli attuatori per mezzo di
segnali elettrici in uscita (output), funge da interfaccia con gli
altri sistemi del veicolo;
 Gli attuatori, che convertono i segnali elettrici in uscita dalla
unità di controllo in parametri meccanici, ad esempio la
valvola solenoide del sistema di iniezione.

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Le funzioni dell’EDC
La funzione principale del sistema EDC è quella di controllare la
quantità di gasolio iniettato, la fasatura dell’iniezione e, solo nel
sistema di iniezione del common rail, anche la pressione. Le
informazioni ricevute dai sensori sono elaborate in tempo reale
dal processore dell’unità di controllo del motore (ECU) sulla base
di una mappatura depositata nella memoria non volatile della
ECU stessa.
Affinché possa operare con efficienza, il sistema EDC deve essere
perfettamente accoppiato a uno specifico veicolo e a uno
specifico motore (mappatura).

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Le funzioni di controllo che sono possibili con il sistema EDC sono
numerose. Alcune di esse sono:
 Quantità di combustibile all’avvio: all’avvio, la quantità di
combustibile da iniettare è calcolata sulla base della
temperatura del refrigerante e della velocità del motore.
 Controllo della velocità al minimo: il numero di giri al minimo
quando il pedale dell’acceleratore non è azionato è calcolata
anche sulla base delle condizioni operative del motore.
 Controllo del massimo numero di giri: assicura che il motore
non raggiunga una velocità eccessiva che possa danneggiarlo.

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 Controllo della velocità intermedia: permette di regolare il
motore a una velocità intermedia indipendente dal carico.
 Limitatore della quantità del gasolio iniettato: in alcuni casi la
quantità di combustibile iniettata deve essere limitata per
evitare effetti negativi come l’emissione eccessiva di gas
nocivi, sovraccarico meccanico, temperature eccessive.
 Compensazione dell’altitudine: quando l’altitudine aumenta la
pressione atmosferica cala ed il cilindro è caricato con meno
aria, per cui la quantità di gasolio iniettato deve essere ridotta
per evitare l’eccessiva emissione di fumo nero.

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 Esclusione dei cilindri: se si necessita di meno coppia a
velocità del motore elevate, è possibile applicare l’esclusione
dei cilindri nei sistemi iniettore-pompa (UPS) e common rail
(CRS), spegnendo metà degli iniettori e aumentando la
quantità di gasolio inviata dagli iniettori rimasti attivi.
 Correzione delle onde di pressione: nei sistemi CR l’iniezione
genera delle onde di pressione nella linea che va dall’iniettore
all’accumulatore che influiscono sistematicamente sulle
iniezioni successive all’interno di un ciclo e che vengono
compensate dalla ECU attraverso il calcolo di un fattore di
correzione.
 Controllo dell’avvio dell’iniezione: l’istante d’inizio dell’iniezione
viene adattato in funzione di parametri come la temperatura
del refrigerante e la pressione ambientale per massimizzare le
prestazioni e il rendimento e ridurre le emissioni nocive.

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Il sistema CAN
I veicoli moderni sono equipaggiati con un numero crescente di
sistemi elettronici, che scambiano grandi quantità di dati ad
altissima velocità al fine di operare efficientemente.
Il sistema CAN (Controller Area Network) è un sistema o rete di
comunicazione, originariamente progettato per le applicazioni
automotive, in cui delle stazioni, o nodi, trasmettono i dati in
forma seriale su una canale di trasferimento comune.

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Il sistema CAN
Le ECU sono le stazioni o nodi del sistema CAN a bordo del
veicolo e sono dotate di una interfaccia CAN dedicata che
permette loro di ricevere e inviare i dati attraverso il sistema.
Anche i quadri di bordo, i sensori e gli attuatori sono nodi del
sistema.
Grazie al fatto che i dati possono essere scambiati lungo una
singolo canale, il sistema CAN richiede un numero inferiore di
linee di trasporto rispetto ai sistemi convenzionali, dove lo
scambio di dati è di tipo punto-punto lungo linee di dati
assegnate individualmente.

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Il sistema CAN
Il sistema CAN ha un topologia di trasporto lineare che, in
confronto con altre topologie come quelle a stella o ad anello, si
distingue per una minore probabilità di fallimento. Se una delle
stazioni fallisce, il canale di trasporto dei dati rimane sempre
pienamente accessibile per le altri stazioni.
Il sistema opera secondo il protocollo multi-master, in cui tutti i
nodi interessati hanno uguale priorità nell’accesso al canale di
comunicazione.

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Il sistema CAN
I pacchetti di dati trasmessi da una stazione CAN non contengono
riferimenti a indirizzi fisici ma un identificatore del contenuto del
pacchetto, unico sull’intera rete che permette alle altre stazioni di
verificare i pacchetti e filtrare solo quelli di loro interesse,
ignorando gli altri. Questo modo di operare in una rete è detto
multicast.
L’utilizzo dell’indirizzamento basato sul contenuto anziché
sull’indirizzo fisico rende inoltre il sistema altamente flessibile
permettendo di variare le installazioni a bordo del veicolo con
maggiore facilità.

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Il sistema CAN
I pacchetti di dati trasmessi sulla rete CAN contengono non solo
un identificativo del contenuto, ma anche un identificativo della
priorità, che permette di evitare che insorgano conflitti
nell’accesso al canale di comunicazione.
Nel sistema CAN sono integrati inoltre una serie di meccanismi di
controllo per il rilevamento degli errori. Il sistema è provvisto
inoltre di una funzione che esegue la distinzione tra errori
occasionali ed errori permanenti, permettendo di identificare i
nodi della rete che si sono danneggiati.

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Electronic Control Unit (ECU)
La ECU, o centralina, è l’unità di controllo che dopo aver ricevuto
i segnali elettrici trasmessi dai sensori, li processa al fine di
generare i segnali di controllo per gli attuatori. Il programma di
controllo, il software, è immagazzinato in una memoria dedicata
ed è eseguito da un microprocessore. L’unità di controllo ed i suoi
componenti sono l’hardware.
La centralina è sottoposta a notevoli stress ambientali e deve
operare perfettamente in caso di batteria debole o in caso di
sovraccarichi. Deve essere inoltre altamente insensibile ad
interferenze elettromagnetiche.

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I sensori e gli attuatori rappresentano l’interfaccia tra il veicolo e
la ECU. I segnali elettrici che viaggiano dai sensori attraverso il
cablaggio possono essere:
1. Segnali di input analogici;
2. Segnali di input digitali;
3. Segnali ad impulsi.

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1. Segnali di input analogici: sono segnali in grado di assumere
qualsiasi valore di voltaggio all’interno di un determinato
range. Esempi di quantità fisiche misurabili analogicamente
sono la massa dell’aria aspirata, il voltaggio della batteria, la
pressione del collettore di aspirazione, la temperatura del
refrigerante e dell’aria aspirata.
Un convertitore analogico-digitale (AD) all’interno della ECU
trasforma il segnale analogico in un formato digitale
utilizzabile dal microprocessore (CPU).

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2. Segnali di input digitali: sono segnali caratterizzati dall’avere
soltanto due stati, “alto” e “basso” (“1” logico o “0” logico
rispettivamente). Esempi di segnali di input digitali sono i
segnali di switch on/off oppure i segnali di un sensore digitale
come quelli provenienti dai sensori ad effetto Hall per la velocità
di rotazione del motore. I segnali provenienti da un sensore Hall
sono detti segnali digitali ideali in quanto le transizioni tra gli
stati “alto” e “basso” avvengono in un tempo infinitamente
piccolo ovvero istantaneamente, generando un onda quadra.
Questi segnali sono processati direttamente dal microprocessore
della ECU senza necessità di passaggi intermedi.

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3. Segnali ad impulsi: sono segnali provenienti da sensori
induttivi, come quelli utilizzati per la misurazione del numero
di giri del motore, dove le transizioni da “alto” a “basso” e da
“basso” a “alto” non avvengono in tempi nulli e che quindi
presentano dei tempi di salita e di discesa dell’onda quadra
non nulli.
Nello stadio di passaggio nella ECU, le pulsazioni spurie sono
soppresse e il segnale a impulsi è convertito in un segnale
quadro digitale prima di essere elaborato dal microprocessore.

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Gli elementi principali della ECU sono:
 La CPU (Central Processing Unit), tradotto letteralmente in
unità centrale di elaborazione, il cui compito è basicamente
quello di leggere le istruzioni ed eseguirle;
 Il software o programma, che permette di fatto alla CPU di
poter eseguire i calcoli, composto da valori numerici binari
organizzati in registri di dati immagazzinati nella ROM, nella
EPROM o nella FEPROM.
 La ROM (Read Only Memory), una memoria di sola lettura i cui
contenuti sono definiti permanentemente durante la
produzione e che successivamente sono inalterabili.

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