Common rail: cos'è, cosa significa e quali sono i vantaggi

motori diesel sono sistemi delicati ed estremamente intelligenti. Con il common rail, brevetto Fiat poi ceduto al tedesco Robert Bosch, il sistema di iniezione del gasolio è stato reso totalmente elettronico e più efficiente, portando non pochi vantaggi.

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Sommario

Come funziona un motore diesel

Il motore diesel brucia gasolio non con l'utilizzo di una scarica elettrica, come avviene, invece, per i motori a benzina, ma per autoaccensione. Quando il motore si trova nella fase di compressione (il motore dispone di un rapporto di compressione estremamente alto, anche di 15:1, nel caso dei motori diesel), l'aria viene compressa, aumentando la temperatura e la pressione. Il pistone raggiunge il punto morto superiore e l’iniettore, ovvero l'organo che si occupa di polverizzare il gasolio a una pressione molto elevata, fa sì che il gasolio venga nebulizzato e la pressione, estremamente alta, ne permette l'accensione.

I sistemi di iniezione

sistemi di iniezione sono diversi e lavorano tutti a pressioni molto alte.

Sono sistemi composti da una pompa ad alta pressione, che comprime il gasolio e possiede poca portata, e da una pompa di servizio, che dal serbatoio aspira gasolio e serve la pompa ad alta pressione. Questa, invece, possiede tanta portata (anche di 15/16 litri al minuto) ma bassa pressione, al massimo di 4 bar.

L’iniettore è l’organo preposto all’iniezione di gasolio nel cilindro, ma affinchè ciò avvenga il carburante deve essere nebulizzato, altrimenti non si incendia.

Ci sono diversi tipi di pompe sul mercato. Il sistema più datato è a pompanti perpendicolari, con un asse a camme in fase con l’albero motore e un pompante per ogni cilindro posto perpendicolarmente. La mandata del gasolio è regolata da una cremagliera, gestita da un regolatore di giri.

L'iniettore a pompa è stato introdotto successivamente: questo possiede la pompa posizionata superiormente ("in testa") ed il tutto viene gestito elettronicamente da una cremagliera. Questo sistema è utilizzato principalmente per locomotive diesel, quando è richiesta molta affidabilità a discapito delle prestazioni.

Le successive sono le pompe rotative assiali: l’asse, in fase con l’albero motore, è in serie all’asse del pompante. Possono essere gestite elettronicamente, hanno una pressione di iniezione molto alta (può arrivare fino ai 1500 bar) e sono più elastiche a livello di funzionamento.

Common rail: cos'è e perchè è più vantaggioso

Il common rail è il meccanismo più recente ed innovativo: invece di avere un pompante per ogni cilindro, tutti i pompanti vanno ad alimentare il rail, un condotto comune a forma di flauto, dove da una parte si ha l’ingresso della pompa, mentre dall'altra si hanno tante uscite quanti sono gli iniettori.

I vecchi iniettori erano comandati solo dalla pressione; quello elettronico del common rail, invece, ha un solenoide comandato dalla centralina tramite un impulso ad onda quadra. La semionda positiva quantifica il tempo di iniezione: maggiore è la lunghezza della semionda, per maggior tempo l'iniettore resterà aperto e manderà gasolio al motore.

In commercio sono adottati diversi tipi di common rail: la struttura è sempre la stessa ma cambia il lavoro che svolge, il software che lo gestisce.

Ad esempio, il sistema multijet della Fiat, quello di ultima generazione, può arrivare a fare ben cinque iniezioni nel tempo preposto per farne una sola.

I primi modelli di multijet, invece, facevano tre iniezioni: la prima avveniva quando c’era la fase di aspirazione, con gasolio e aria che si mescolavano. La seconda iniezione veniva fatta nella fase di compressione. Nel frattempo, il gasolio immesso nel motore si riscaldava. L’ultima iniezione era quella che incendiava effettivamente il gasolio, che era già stato preriscaldato. Il sistema multijet permette di avere un guadagno in termini di prestazioni del motore.

Vantaggi e svantaggi del common rail

Come tutti i sistemi innovativi, anche il common rail presenta vantaggi e svantaggi.

Vantaggi del common rail

I vantaggi del common rail sono molteplici.

Essendo un sistema elettronico, può essere gestito totalmente elettronicamente: ciò garantisce una grande elasticità del motore, che può essere gestito per regimi di rotazione, con anticipi e si può sempre regolare la quantità di gasolio iniettato a seconda della temperatura esterna e della pressione, cosa che non poteva essere fatta elettronicamente con le pompe meccaniche, ma solo manualmente.

Il common rail ha permesso di risolvere un problema tipico dei motori diesel: quando sono di freno motore, questi salgono di giri in maniera esponenziale. All'interno delle vecchie pompe meccaniche vi era il regolatore di giri, un grande corpo composto da bilancieri e a seconda del regime, il singolo bilanciere si apriva e chiudeva, regolando la quantità di gasolio inviata al motore e mantenendo stabile il numero di giri. A lungo andare, però, le molle presenti nel regolatore di giri cominciavano a perdere taratura e il sistema, di conseguenza, perdeva di precisione.

Con il common rail questo problema non sussiste poiché il sistema è gestito elettronicamente. Questo fa sì che il motore sia prestante e preciso, che i consumi siano notevolmente ridotti, grazie all'iniezione precisa ed efficace.

Ha soppiantato gli altri tipi di iniezione poiché, oltre ad essere più efficiente, è anche più economico: la sua precisione porta al risparmio di carburante e si hanno prestazioni maggiori a parità di cilindrata. Inoltre, non sono necessari filtri molto costosi da posizionare allo scarico per limitare le emissioni di fumi poiché non viene bruciato più gasolio del necessario.

Per quanto riguarda i consumi, si può adattare la carburazione del motore, ovvero la quantità di gasolio iniettata rispetto all’aria, a seconda delle informazioni che fornisce la sensoristica del motore.

La quantità d’aria cambia a seconda di dove ci si trova rispetto al livello del mare, il misuratore di masse d’aria dell'auto sa quanta aria entra e il sistema adegua la carburazione. La lunghezza del picco della semionda quadra è proporzionale a quanto deve essere lungo il tempo d’iniezione di gasolio. Allo scarico c’è un ulteriore sensore, chiamato sonda lambda, che analizza la quantità di ossigeno e di idrocarburi presenti nel gas di scarico: se l’ossigeno è troppo alto bisogna "ingrassare" la carburazione, ovvero inviare più gasolio nel motore, mentre se ci sono troppi idrocarburi vuol dire che c’è troppo gasolio incombusto.

Svantaggi del common rail

Il common rail, però, presenta anche degli svantaggi.

É un sistema molto delicato perché la sensoristica può rovinarsi e la pressione all’interno della pompa, che è estremamente alta, può portare alla rovina degli iniettori.

Se si rovina la pompa del common rail si spengono tutti i cilindri, mentre con le pompe meccaniche questo può essere evitato: se si rompe un pompante, gli altri continuano a funzionare. Se, ad esempio, l’auto è a quattro cilindri, con la pompa meccanica se ne spegne solo uno mentre gli altri tre continuano a funzionare. Le prestazioni dell’auto non sono più ottimali, ovviamente, con notevoli fumi di scarico e perdita di potenza, ma l'auto continua a funzionare.

Con il common rail l’auto perde potenza finchè non si spegne completamente. In quel caso, il motore si avvia ma l'auto non parte poichè non vi è pressione del gasolio.

La pompa, essendo gestita elettronicamente, è molto delicata. Capita spesso che questa tipologia di pompe, lavorando a pressioni molto alte, possano rovinarsi.

Per abbattere gli agenti inquinanti, il gasolio odierno ha un livello di zolfo più basso rispetto a quello utilizzato in precedenza, ma questo elemento era essenziale poichè veniva utilizzato per lubrificare le varie parti del motore. Dove si ha sfregamento vi è usura del materiale e se il sistema non è abbastanza lubrificato, il pezzo finirà per consumarsi: questo può portare alla rottura delle pompe common rail.

Per ovviare a questo problema, le pompe ad ultima generazione hanno iniettori piezoelettrici: sono velocissimi nell’apertura e chiusura e hanno dimensioni molto ridotte.

Per quanto riguarda la manutenzione periodica, le vecchie pompe meccaniche erano più accessibili a tutti ed era possibile fare modifiche anche senza rivolgersi direttamente a uno specialista del settore: la regolazione della portata gasolio, il numero di giri motore massimo, regolato dal bilanciere, e l’eventuale riparazione possono essere effettuate anche dal singolo.

Il common rail, invece, richiede che la manutenzione venga gestita da una figura professionale specializzata in riparazione degli organi di iniezione, ovvero dal pompista.

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