Iniezione diretta di benzina

Introduzione
L’iniezione diretta di benzina è una tecnologia relativamente recente e sebbene venga ormai utilizzata con disinvoltura già da parecchio tempo, questa meodica rimane la chiave per l’evoluzione futura dei motori a combustione interna. Come altre tecnologie, ha spaventato un po’ tutti al suo apparire, come del resto succede quando vengono introdotte novità che sconvolgono il modo di pensare e di lavorare, soprattutto degli operatori del settore.

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I vantaggi dell’iniezione diretta di benzina rispetto all’iniezione indiretta si possono brevemente riassumere: più potenza e coppia, meno inquinanti, minori consumi e, più in generale, maggiore potenza e coppia specifica. Il tutto ovviamente arriva a scapito di una maggiore complicazione sotto ogni aspetto: tecnologie di lavorazione, layout di progetto e tipologie di materiali.

Differenze sostanziali
Una delle maggiori differenze è proprio il luogo in cui l’iniettore immette la quantità di combustibile: con l’iniezione indiretta la benzina veniva iniettata nei collettori di aspirazione a monte della valvola di scarico. Qui si formava la miscela aria/benzina che poi entrava nel cilindro. La pressione mediamente si aggirava intorno ai 2,5-5 bar. Nel caso dei sistemi ad iniezione diretta, il combustibile viene iniettato direttamente in camera di combustione. Sebbene ciò possa apparire come una semplice questione topografica, beh… le cose sono molto più complicate. A partire, ad esempio, dai valori di pressione. Già, perché se nel caso precedente bastavano i 5 bar, per iniettare in camera di combustione oggi bisogna superare i 70 bar, roba non da poco. Ma non solo. L’iniettore, ora, si affaccia in camera di combustione e quindi si capisce immediatamente come la sua resistenza al calore e alla pressione debba essere sensibilmente superiore.

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Inoltre, per ottenere quei livelli di pressione, a monte dell’iniettore ci dovrà essere un sistema di pompaggio in grado di produrre una pressione di ingresso abbastanza elevata. A tal punto che la pompa presente nel serbatoio delle vetture moderne ha solo il compito di raccogliere il combustibile e mandarlo ad una seconda pompa meccanica guidata dal motore. Quest’ultima si occuperà di elevare il valore della pressione.

Analisi dei vantaggi
Iniettare benzina all’interno della camera di combustione pone difficoltà che ormai sono state superate. D’altro canto, i vantaggi nell’iniettare direttamente in camera di combustione sono numerosi, anche se qui di seguito ci limitiamo ad indicare i più evidente. L’azione di iniezione del carburante avviene attraverso un processo di evaporazione che assorbe calore, provocando un raffreddamento della carica che quindi consente di aumentare la densità della stessa. Al contrario, nel caso di iniezione indiretta, il fluido di lavoro, cioè il combustibile, assorbe calore dalle pareti dei collettori, riscaldandosi prima di entrare in camera di combustione. Il raffreddamento della carica consente anche di elevare il rapporto geometrico di compressione e, se il sistema è tarato in modo ottimale, la combustione avviene ancora prima che il fluido stesso tocchi qualche componente meccanico. Si capisce immediatamente il valore dell’efficienza di un sistema siffatto. A questo punto possiamo anche sottolineare la maggior resistenza alla detonazione e la maggiore velocità di combustione. Quest’ultima caratteristica consente di elevare il regime massimo di giri. Sempre grazie all’iniezione diretta è possibile ottenere minori emissioni nella fase di warm-up del motore. Pensate ai casi di accensione a freddo.

Le complicazioni
In parte ne abbiamo già parlato, ma se volessimo andare un po’ più nel dettaglio, possiamo innanzitutto ricordare la complessità del sistema iniettore, sia sotto il punto di vista dei materiali, sia del layout costruttivo. Poi ci sono i pistoni. Nel caso dei motori ad iniezione diretta, i pistoni devono avere conformazioni particolari e con questo ci riferiamo soprattutto alla morofolgia del cielo, che deve essere tale da indirizzare la carica verso la candela, potendo così migliorare l’efficienza della fase di accensione e di combustione. Infine, ma certo non in ordine di importanza, non possiamo dimenticare che tutto il sistema di iniezione-accensione si basa su una fitta rete di sensori e di centraline le cui velocità di rilevazione e le potenze di calcolo devono essere altissime. Si tratta quindi di sistemi tendenzialmente costosi o, almeno, più costosi dei rispettivi sistemi ad iniezione indiretta, ma i vantaggi superano di gran lunga le difficoltà che si devono superare per ottenere un sistema di iniezione diretta ben fatto.

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