La storia del common rail
Con l’introduzione di normative sempre più severe per il controllo delle emissioni dei motori a combustione interna, le Case Automobilistiche sono state costrette a progettare e produrre nuovi motori e sistemi di gestione per poter rispettare i limiti imposti.
Nel 1998 l’Associazione Europea dei Costruttori di Automobili (ACEA) si è assunta l’impegno di una progressiva riduzione delle emissioni e del consumo medio di combustibile delle nuove automobili prodotte.
Considerato questo scenario è chiaro che gli sforzi della ricerca e sviluppo nei motori Diesel si sono concentrati nello stabilire tecnologie adatte a raggiungere i futuri limiti di emissione, mantenendo gli attuali vantaggi in termini di consumo di combustibile e costo del veicolo. Prima di accennare alla realizzazione dei motori ad iniezione diretta e del sistema “Common Rail” è opportuno rivedere i principi generali che presiedono alla combustione nei motori Diesel.
Affinché si verifichi l’autoaccensione del gasolio è necessario creare un’adeguata miscela di combustibile e di aria in un
ambiente ove la temperatura sia tale da provocare l’accensione dell’idrocarburo (gasolio). A questa esigenza si provvede comprimendo opportunamente l’aria, ma il passaggio del gasolio dallo stato di liquido a vapore ha, da sempre,
costituito il problema di base del motore Diesel sia nei riguardi delle prestazioni sia per le emissioni di fumo, idrocarburi e particolati. Un combustibile liquido viene più facilmente vaporizzato quanto più piccole sono le gocce nelle quali esso è stato
trasformato poiché la superficie totale è più grande e, di conseguenza, il cambiamento di stato avviene più agevolmente (ovviamente, esso è favorito da una temperatura ambiente più alta). Il sistema più classico per aumentare il grado di polverizzazione sfrutta la pressione di iniezione. I costruttori dei tradizionali sistemi di iniezione, puntarono, anzitutto, sull’alta pressione di iniezione. Era possibile così ridurre idrocarburi (HC), particolati,(PM) e abbassare gli ossidi di azoto (NOx). Inoltre, si creavano le premesse per migliorare le prestazioni del motore, specie ai medi e bassi regimi, poiché, data la bontà della polverizzazione, era possibile iniettare maggiori quantità di gasolio sfruttandone la relativa energia senza incorrere in fumosità
inaccettabili.
Nella metà degli anni ´80 i tecnici del Centro Ricerche Fiat iniziarono uno studio per un sistema di alimentazione combustibile innovativo, destinato ai motori ad iniezione diretta. Il progetto prevedeva un sistema di iniezione “ad accumulazione” ove gli iniettori venivano alimentati da un condotto unico mantenuto a pressione costante detto “COMMON-RAIL”.
Schema del primo impianto Common Rail: Pompa nel serbatoio (1), Filtro del gasolio (2), Pompa di alta pressione (3), Accumulatore di pressione (4), Iniettori (5), Regolatore di pressione (6), Sensore di pressione (7).
Dopo cinque anni circa, il progetto fu considerato valido e venne iniziata l’attività di preindustrializzazione che si considerò completata nel 1993. L’anno successivo il sistema “Common-Rail” venne ceduto da Fiat al Gruppo Robert Bosch, che ne completò lo sviluppo e l’industrializzazione.
Nel settembre 1997, al Salone di Francoforte debutta l’Alfa Romeo 156. Prima automobile ad essere equipaggiata, nelle motorizzazioni diesel 1.9 e 2.4 TD, l’innovativo sistema di iniezione Common Rail noto in ambito Fiat con il nome UNIJET, da cui deriva la sigla JTD (uniJet Turbo Diesel). Da tale data, la disponibilità industriale del sistema di iniezione Common Rail (CR) ha permesso una crescente penetrazione nel mercato automobilistico europeo di una nuova generazione di motori Diesel ad Iniezione Diretta (DID), risultati molto attraenti grazie alle loro alte prestazioni combinate con bassi consumi, eccellente guidabilità e contenuta rumorosità.
Da allora molti altri costruttori si sono lanciati nel perfezionamento di questa tecnologia: Delphi, Siemens, Denso, ecc.
Attualmente lo stato dell'arte del Common Rail è l'impianto Bosh di IV° generazione. Questo si contraddistingue per gli iniettori piezoelettrici con pressione al ritorno e la pompa CP4 con regolatore di portata. Questo impianto è stato adottato per la prima volta da Volkswagen nel 2008 sui nuovi motori 2.0TDI, 2.7TDI e 3.0TDI.
1. Pompa
2. Regolatore di portata
3. Sensore di pressione
4. Rail
5. Iniettori
6. Valvola di mantenimento della pressione
7. Regolatore di pressione