Ricambi auto

Cosi nascono le candelette diesel

Le candelette di preriscaldamento per motori nacquero nel 1929 per aiutare l'avviamento dei motori diesel

LA NASCITA: CANDELETTE CON RESISTENZA ESTERNA

Le candelette di preriscaldamento Le prime candelette erano alquanto spartane, come elemento riscaldante utilizzavano un filo di diametro elevato di alcuni millimetri in materiale resistivo resistente alle alte temperature avvolto per formare una o più spire. Erano in genere a basso voltaggio e venivano collegate tra loro in serie. L'interruzione di una candeletta interrompeva, però, l'intero circuito di alimentazione e la resistenza esposta ai gas e alle temperature della combustione avevano una durata limitata, per non parlare della loro velocità di incandescenza estremamente lenta.
 

 

 

ANNI 70: CANDELETTE CORAZZATE

CANDELETTE CORAZZATEIn seguito all'evoluzione tecnologica dei motori la richiesta per candelette più rapide, affidabili e in grado di essere alimentate a tensioni più elevate per poter essere collegate in parallelo, portò alla nascita delle candelette corazzate. L'elemento resistivo, il filo, invece di essere esterno veniva ora realizzato con diametri più sottili formando una spirale racchiusa all'interno di un tubo riempito di polveri isolanti e saldata alla sua estremità. Il tubo veniva poi innestato a pressione in un corpo in acciaio così come le candelette a resistenza esterna. Questo tipo di candelette nacque alla fine degli anni settanta e gettò le basi per le moderne tecniche di costruzione ancora oggi utilizzate sebbene notevolmente migliorate ben più avanzate. Le candelette corazzate erano caratterizzate inizialmente da un tubo di circa 6 millimetri di diametro e venivano utilizzate su motori europei. Avevano tempi di accensioni rivoluzionari per l'epoca, intorno ai 17 secondi.

 

ANNI 80: CANDELETTE RAPIDE

Negli anni ottanta i costruttori di motori puntarono a rendere più veloci i sistemi di preriscaldo, nacquero così le candelette rapide e sul finire degli anni 80 le super rapide, in grado accendersi in meno di 10 secondi. Da evidenziare la soluzione costruttiva escogitata dai costruttori di candelette diesel giapponesi installate sui motori diesel a 12V e 24V. I tubi impiegati per contenere le resistenze avevano diametro 5 mm invece di 6 mm, una soluzione rivoluzionaria per l'epoca.

 

CANDELETTE DOPPIO FILAMENTO

Alla fine degli anni 70 nacque una tecnologia rivoluzionaria che segnò lo sviluppo delle candelette diesel. Fino ad ora le candelette erano sempre state costruite con un solo filo avvolto per formare una resistenza a spirale, filo normalmente in nichel, queste candelette venivano definite come monofilamento. Beru, il principale nonché più vecchio costruttore di candelette diesel, brevettò il sistema a doppio filamento, in cui due resistenze realizzate in due differenti materiali venivano collegate in serie tra loro. Il primo aveva una resistenza che aumentava in funzione della temperatura, limitando così il flusso di corrente che alimentava la resistenza di punta, costruita invece utilizzando un materiale con elevata resistenza alle alte temperature. Queste candelette erano in grado di accendersi in tempi relativamente ridotti e di capacità di autostabilizzazione, ossia raggiungere una determinata temperatura e mantenerla nel tempo per periodi assai prolungati.
 

ANNI 90: CANDELETTE CON POST RISCALDO

Negli anni 90 la comunità europea introdusse nuove normative per diminuire le emissioni inquinanti, polveri sottili e gas serra dei veicoli. Venne quindi varata una normativa che prevedeva un'accensione prolungata delle candelette diesel ben oltre il tempo di preriscaldo. Sebbene questo sistema abbatteva effettivamente le missioni inquinanti, creò la necessità di candelette in grado di mantenere temperature elevate per periodi prolungati uniti ad un tempo di accensione di circa 7-8 secondi. Molte soluzioni furono quindi introdotte, le candelette doppio filamento si dimostrarono particolarmente adatte a questo genere di applicazione, ma erano coperte da brevetto e molti costruttori che non avevano accesso alla tecnologia coperta da tale brevetto continuarono a sviluppare la tecnologia delle candelette monofilamento ottenendo, grazie a nuove leghe e sistemi costruttivi innovativi, candelette in grado di sopportare tempi rapidi e tecnologie di postriscaldo, colmando nel corso degli anni quella differenza prestazionale tra le due tecnologie.

 

SISTEMI QGS

La tecnologia Quick Glow SystemLa soluzione giapponese per fronteggiare le nuove normative fu assai differente da quella europea. La tecnologia venne denominata Quick Glow System, in questo sistema le candelette erano semplici candelette monofilamento estremamente veloci, in grado di accendersi in 3 secondi. Ma con nessuna capacità di post riscaldo e una accensione prolungata massima di meno di 10 secondi. Il cuore del sistema era la centralina che alimentava le candelette, in grado di ridurre la tensione di alimentazione dopo i primi secondi, con stratagemmi di vario tipo, come nel caso del motore RD28T del Nissan Patrol in cui il collegamento di alimentazione tra le candelette veniva modificato da parallelo a serie dopo il preriscaldo, dimezzando di fatto la loro tensione di alimentazione. Unico neo di questo sistema era un impianto assai complicato, composto da due candelette di tipo differente, realizzate in ceramica, e di una centralina con ben due rele molto più a rischio rottura di una europea: rottura che in questo caso poteva difettare tutte le sei candelette. 

 

 

ANNO 2000: MOTORI A INIEZIONE DIRETTA

MOTORI A INIEZIONE DIRETTAEra la seconda metà degli anni 90. E tutte le candelette fino a qui prodotte venivano utilizzate su motori diesel a iniezione indiretta, in cui la candeletta veniva alloggiata insieme all'iniettore in una precamera all'interno della testata, in cui avveniva inizialmente la fase di combustione i cui gas solo successivamente si espandevano all'interno del cilindro. In questi anni si iniziano però a realizzare motori a iniezione diretta più piccoli, meno rumorosi e leggeri, in grado di essere alloggiati anche su automobili e non solo su pesanti veicoli movimento terra o autocarri come nel passato. Nascono così i moderni motori turbo diesel (che sarebbero successivamente stati equipaggiati con sistemi common rail, jtd) spingendo i motori diesel verso nuove frontiere. Sebbene i motori diesel a iniezione diretta fossero in grado di avviarsi per compressione e non necessitassero di candelette di preriscaldo come i motori a precamera, le candelette erano comunque assai utili per consentire un buon avviamento a temperature esterne basse. E soprattutto per contenere le emissioni inquinanti e i gas serra. Le candelette si trasformavano sempre più in candelette di postriscaldo anziché preriscaldo, spesso intervenendo dopo l'avviamento e solo in caso di temperature rigide per facilitare l'avviamento del veicolo. Inoltre erano ora alloggiate all'interno del cilindro, soggette a condizioni di lavoro totalmente differenti rispetto a quelle delle precamere. Nasceva così un nuovo tipo di candeletta, più sottile con diametro tubo riscaldante di 5mm (come le candelette già utilizzate nei motori giapponesi), spesso rastremato sulla punta, fino a 4 mm, per creare minor turbolenza all'interno del cilindro, più lunghe, essendo le testate di maggior spessore dovendo insonorizzare meglio i motori e resistere a pressioni interne più elevate. Erano anche in grado di sostenere lunghi tempi di post riscaldo a tensioni elevate, tensioni dettate dalla tendenza da parte dei costruttori dei veicoli di aumentare le tensioni operative dell'impianto di bordo, fino a toccare i 14V.

 

ANNO 2004: LE CANDELETTE BULBO 4 MM, SEMPRE PIU' SOTTILI

LE CANDELETTE BULBO 4 MM, SEMPRE PIU' SOTTILIDal 2004 in avanti si assiste alla diffusione di un nuovo tipo di candeletta diesel, con un tubo di 4 mm o 4,4 mm e un corpo più sottile dei precedenti modelli. Queste candelette strettissime e lunghe non hanno particolari differenze prestazionali o elettriche rispetto alle precedenti di 5 mm ma sono appositamente progettate per i motori a iniezione diretta di tipo JTD, common rail, e a tutti quei sistemi con iniezione ad alta pressione. Nelle versioni con punta rastremata si arriva addirittura a diametri di 3,5 mm.

 

 

 

UNO SGUARDO AL GIAPPONE

Candelette prodotte in GiapponeDall'altra parte del mondo, in Giappone, la tecnologia dei motori diesel segue e a volte anticipa l'evoluzione europea. E le candelette, sebbene già molto più sottili delle nostre, seguono un’ulteriore modifica, riducendo ulteriormente i propri diametri. I costruttori giapponesi però utilizzano sistemi costruttivi differenti, le loro candelette fanno largo uso della tecnologia ceramica, sostituendo il tubo classico in acciaio nichel-cromo con tubi ceramici di circa 3 mm sinterizzati intorno a un filo resistivo, spesso incamiciato a sua volta all'interno di un tubo metallico poi montato sul corpo in acciaio della candeletta finita. Ma anche quando la tecnologia ceramica non è presente i diametri rimangono assai sottili e il ricorso ad un doppio piantaggio assai frequente. Le candelette hanno ormai da tempo caratteristiche di post riscaldo come quelle europee. E l'uso di complessa elettronica è stato abbandonato da tempo. La candeletta giapponese al giorno d'oggi si presenta molto sottile ed estremamente lunga. Un vero capolavoro di ingegneria meccanica.

 

OGGI: SISTEMA AD ACCENSIONE RAPIDA, CANDELETTE CERAMICHE E SENSORATE

Il sistema ad accensione rapida è l'ultima tecnologia in fatto di candelette applicata ai motori diesel. In realtà dietro a questa sigla non si nasconde altro che una nuova e più moderna versione dei vecchi sistemi QGS giapponesi. Si tratta di candelette progettate a basso voltaggio che vengono sovralimentate a 11V-13V e comandate da una sofisticata centralina elettronica. La centralina comanda individualmente ogni singola candeletta, regolandone voltaggio e tempi di riscaldamento alimentandole in PWM (pulse-width modulation) e raccoglie dati sulla temperatura del relativo cilindro grazie ad appositi sensori. Questo sistema garantisce tempi di preriscaldo ridottissimi (circa 2 secondi) e a temperature elevate nonchè il mantenimento per tempi lunghissimi di questa temperatura. La  seconda generazione comprende anche una flangia resistiva per riscaldare l'aria aspirata dai cilindri per ridurre ulteriormente le emissioni inquinanti a freddo. A differenza del suo predecessore giapponese, può intervenire anche in fase di discesa o a bassissime temperature per mantenere in temperature i singoli cilindri ed evitare irregolarità di funzionamento del motore, mantenendo bassi livelli di emissione. Nell’era dei motori a iniezione diretta molti si chiedono come mai ancora si utilizzino candelette diesel, la risposta è semplice: mantenere bassi livelli di emissioni e funzionamenti ottimali dei motori regolandone la temperatura di combustione, punto nevralgico per l’ottimale combustione dei motori diesel. A tale scopo un’ulteriore ottimizzazione della candelette diesel ha portato all’utilizzo della tecnologia ceramica, dove la funzione riscaldante della candeletta non è più demandata ad un filamento resistivo ma a ceramiche piezoelettriche resistive. L’elemento riscaldante non è, quindi, più in acciaio ma in materiale ceramico resistivo.

VANTAGGI DELLA NUOVA TECNOLOGIA

Sono le elevatissime temperature operative, addirittura superiori ai reali fabbisogni, la velocità di incandescenza della candeletta. Lo svantaggio principale sta nella fragilità del prodotto che deve essere maneggiato con cura e sostituito velocemente in caso di interruzione, oltre naturalmente il costo elevato. Altra tecnologia adottata per la riduzione delle emissioni è quella delle candelette con sensore di pressione incorporato, munite di sensore in grado di misurare la pressione all’interno del cilindro e regolare il voltaggio della candeletta alimentata in PWM. Questa tecnologia ha il vantaggio di riuscire a includere in un solo componente quello che viene normalmente ottenuto con sensori, candelette e cablaggi separati, di contro presenta un costo elevato e un certo grado di vulnerabilità ai residui di combustione.

 

Cristiano Bondani – CEO ETECNO1



 

Commenta