Un successo made in Italy: il Common Rail

Quando ci si introduce nel vastissimo panorama dell’Automotive viene naturale parlare del grande contributo che la genialità a marchio Made in Italy ha dato al suddetto settore: una tra le tante invenzioni italiane è il sistema Common Rail (detto anche collettore comune), un prezioso strumento che ha rivoluzionato la realtà tecnica dei giorni nostri.

Il sistema Common Rail si applica unicamente ai motori Diesel, una delle tipologie di motori a combustione interna attualmente più utilizzate a livello mondiale.

Le differenze tra motori Diesel e motori a benzina (con questo secondo tipo inglobiamo anche il motore a metano e a GPL in quanto questi due hanno un funzionamento molto simile al motore a benzina) sono risapute, come ad esempio il diverso rapporto di compressione e la diversa regolazione del carburante. Nei motori a benzina la regolazione dei giri della coppia e della potenza avviene tramite l’utilizzo di una valvola a farfalla che ne parzializza l’aria, nei motori Diesel la regolazione dei giri, della coppia e della potenza avviene tramite la parzializzazione del carburante a pressione d’aria costante, tranne nei motori turbocompressi in cui vi è anche una variazione di pressione dell’aria.

Introduciamo il discorso sul funzionamento dando alcuni cenni storici:
il sistema C-R è stato ideato e sviluppato dal gruppo Fiat (Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat) e industrializzato da Bosch,il lancio mondiale per le vetture di serie avvenne nel 1997 con la prima applicazione su Alfa Romeo 156 1.9 e 2.4 JTD, consacrando questo nuovo sistema di alimentazione nel (vasto) panorama ingegneristico italiano.

Caratteristiche del sistema Common Rail 

Il sistema di iniezione Common Rail consente di regolare elettronicamente la quantità di combustibile iniettata, l’anticipo d’iniezione e la pressione di iniezione in funzione delle condizioni di funzionamento del motore. Elenchiamo di seguito le principali caratteristiche di questo sistema di iniezione:

• Completa flessibilità nella gestione della pressione di iniezione indipendentemente dal regime di motore e dal carico;
• Possibilità di effettuare iniezioni multiple per ogni ciclo (per esempio è possibile praticare una pre-iniezione o iniezione pilota, utile per la riduzione del rumore di combustione);
• Completa flessibilità nella gestione dell’anticipo di iniezione di ciascuna parte dell’iniezione;
• Elevata precisione nel controllo della quantità iniettata, anche colpo a colpo, quando necessario (per esempio in condizioni di transitorio);
• Capacità di operare a velocità motore elevate (fino a 6000 giri/min);
• Possibilità di controllare elettronicamente i principali parametri di iniezione, ottimizzando così il funzionamento del motore senza dover ricorrere a complessi sistemi di tipo meccanico.

Alleghiamo un’immagine dell’architettura del sistema mostrando i principali componenti:

Principio di funzionamento

Una pompa di alimentazione estrae il combustibile dal serbatoio e lo manda alla pompa di alta pressione che porta il gasolio ad una pressione regolata, pari a quella di iniezione. Una elettrovalvola a due vie spilla dalla mandata della pompa un’adeguata quantità di combustibile al fine di regolare la pressione al valore desiderato.

Il gasolio in pressione non viene inviato direttamente dalla pompa di alta pressione agli iniettori, ma viene accumulato in un collettore (rail) che svolge la funzione di contenere le oscillazioni di pressione provocate dalla erogazione pulsante della pompa di alta pressione e dalle improvvise estrazioni di combustibile causate dalle aperture degli iniettori.

Sul rail è montato un sensore di pressione il cui compito è quello di fornire un segnale in retroazione al circuito di regolazione della pressione. Più precisamente, il valore misurato da tale sensore viene comparato con il valore previsto in sede di progetto e memorizzato nella centralina elettronica. Se il valore misurato ed il valore previsto differiscono, allora viene aperto o chiuso un foro nel regolatore di pressione della pompa di alta pressione. Nel caso di apertura di tale luce di efflusso, il combustibile in eccesso viene quindi rinviato al serbatoio tramite un apposito condotto di ricircolo.

Gli iniettori sono alimentati dal rail ed il loro funzionamento viene determinato dall’eccitazione di un veloce attuatore elettromagnetico a solenoide (integrato nel corpo di ogni elettroiniettore). L’eccitazione del solenoide determina l’apertura di una luce di efflusso presente in un apposito volume di controllo che provoca uno squilibrio delle pressioni agenti sullo spillo di un otturatore. Lo squilibrio di pressione consente il sollevamento dello spillo otturatore e la conseguente apertura degli ugelli d’efflusso del polverizzatore. Al controllo di tutto il sistema di iniezione è adibita una centralina elettronica, in cui sono integrate sia l’unità di controllo (ECU) sia quella di potenza (EPU) necessarie per il pilotaggio degli iniettori.

Abbiamo descritto brevemente il funzionamento del Common Rail, presente attualmente su tutti i veicoli dotati di motori Diesel dove ogni marchio utilizza un nome diverso per dimostrarne l’utilizzo (ad esempio TDCI per Ford, CDTI per Opel, TDI per il Gruppo Volkswagen, MultiJet per il Gruppo Fiat).