La scintilla che accende

La scintilla che accende

Villach in Carinzia ha quasi segnato la fine della candela elettrica. Nel centro di ricerca non universitario Carinthian Tech Research, in breve CTR, è stato possibile accendere la miscela aria-carburante in un motore di prova con una precisione ed un'efficienza finora irraggiungibili, utilizzando la luce laser al posto della scintilla elettrica. "L'impulso laser dura solo pochi nanosecondi, crea una nuvola di plasma di diverse centinaia di migliaia di gradi, può essere regolato con precisione sull'angolo ideale dell'albero motore e può accendere ugualmente bene tutti i combustibili convenzionali e alternativi", spiega Gerhard Kroupa, responsabile del progetto di accensione laser presso CTR. Ma nonostante questi vantaggi convincenti, la candela laser sviluppata insieme alla AVL List GmbH di Graz è stata per il momento accantonata dai produttori di automobili. "Apparentemente è ancora troppo costoso per il momento", Kroupa commenta brevemente la decisione e si consola con il fatto che la candela high-tech, maturata in anni di lavoro di sviluppo, sarà presto utilizzata in un settore in cui non ogni centesimo viene girato tre volte: nei viaggi spaziali.

Sono necessarie innovazioni
Anche se per il momento le candele laser spareranno solo razzi, lo sviluppo nel campo delle candele elettriche per automobili non si è fermato. Mentre nei motori ad aspirazione naturale è sufficiente una tensione di accensione compresa tra 20.000 e 30.000 volt per un'accensione affidabile della miscela aria-carburante, i motori altamente caricati dell'ultima generazione richiedono tensioni di accensione fino a 40.000 volt. "Quando si tratta di candele, non solo la purezza della ceramica, ma anche il design complessivo deve essere corretto", spiega Tobias Ruf, Vice President Engineering Spark Plugs di Bosch. A suo avviso, il tema principale nello sviluppo delle candele è attualmente la miniaturizzazione. “Oggi assistiamo al passaggio dai connettori con filettatura M14 a M12, e dal 2020 i connettori con filettatura M10 svolgeranno un ruolo importante”, afferma Ruf. Bosch ha recentemente iniziato a produrre l'elettrodo centrale delle sue candele ad alte prestazioni utilizzando la lega di nichel Alloy 602, che è significativamente più resistente alla corrosione ad alta temperatura rispetto alle leghe utilizzate in precedenza.

Nuovo design delle candele 
Il produttore giapponese NGK, che produce anche primo equipaggiamento per importanti case automobilistiche e motociclistiche, vede il futuro in diversi tipi di candele d'accensione in metalli preziosi monomassa. Nel 2011, NGK ha introdotto un design innovativo della coppa per il contatto della candela, che consente tensioni di accensione estreme in motori altamente caricati senza il rischio di guasti o scariche elettriche. NGK dimostra quanta alta tecnologia può esserci in una candela con la sua candela di serie per il quattro cilindri turbo Mercedes A45 AMG da 360 CV. Oltre al citato “design a tazza”, è dotato di un lungo isolante in nuova ceramica particolarmente resistente dielettrica. La base isolante a riscaldamento rapido garantisce buone proprietà di avviamento a freddo, la sottile filettatura M12 lascia più spazio per i canali di raffreddamento. L'elettrodo centrale in iridio a due stadi fine da 0,8 mm riduce l'usura, l'elettrodo di terra SPE smussato con blocchi di platino sul bordo migliora l'accessibilità della miscela e la propagazione della fiamma. 
Anche il fornitore giapponese Denso utilizza il prezioso metallo argentato, simile al platino, per le sue candele “Iridium Power”. Denso presenta i risultati delle misurazioni secondo cui le candele all'iridio aumentano le prestazioni del motore di almeno mezzo cavallo rispetto alle candele convenzionali. Quando si tratta di design, Denso va per la sua strada e modella la punta dell'elettrodo di terra a forma di cono sottile. Ciò riduce il calore assorbito dall'elettrodo e migliora le prestazioni di accensione perché l'area dell'elettrodo di massa che entra effettivamente in contatto con la fiamma pilota è molto piccola. Il cono aerodinamico consente alla miscela aria-carburante di fluire con meno attrito, consentendo un'accensione coerente. 
Il fornitore tedesco BorgWarner Beru Systems ha sviluppato una soluzione intelligente per l'uso alle tensioni di accensione più elevate con la sua bobina di accensione a innesto “Plug Top Coil”. Uno speciale collegamento a molla di compressione consente l'utilizzo di candele con collo isolante allungato e un nuovo collegamento a “scodella” a forma di scodella, che garantisce un'accensione affidabile della miscela aria-carburante. Un'altra innovazione di Beru è il "Dual Coil Ignition System" con due bobine magnetiche in un unico alloggiamento. I vantaggi rispetto alle bobine di accensione convenzionali: intervalli di accensione più brevi e fasatura più precisa a diverse velocità e rapidi cambi di carica.

Il futuro dell'accensione
Il produttore statunitense di candele Federal Mogul Motorparts ha sviluppato l'innovativo sistema di accensione Corona appositamente per i motori a benzina nel funzionamento a combustione magra e nei test ha dimostrato un risparmio di carburante fino al 10%. L'unità di accensione di una candela a corona è composta da una bobina di induzione e da un'unità di controllo che converte la tensione di ingresso di dodici volt in una tensione alternata con una frequenza di circa un MHz. Dai quattro elettrodi di accensione si irradia un forte campo elettrico alternato fino alla camera di combustione, trasformando la miscela aria-carburante nella zona degli elettrodi di accensione in un plasma che accende la carica in pochi nanosecondi. Klaus Bolay, formatore tecnologico presso Federal Mogul: "L'accensione Corona viene già utilizzata con successo nei motori industriali stazionari e ha buone probabilità di essere utilizzata nei motori delle autovetture nel prossimo futuro."