Perché il diesel non brucia nel common rail anche a oltre 2.000 bar?

Quando si parla di motori diesel moderni, una delle domande più curiose riguarda il sistema common rail:

“Se il carburante raggiunge pressioni altissime, perché non prende fuoco dentro la pompa o nel rail?”

È una domanda più che legittima. Oggi molti sistemi diesel lavorano con pressioni che superano i 2.000 bar, numeri impressionanti se si pensa che nel passato i sistemi diesel lavoravano a pressioni molto più basse.

Per molti automobilisti è naturale associare “alta pressione” a “esplosione” o combustione. Ma nei motori diesel la realtà è molto diversa.

La verità è che il diesel non può bruciare nel rail o nella pompa alta pressione semplicemente perché manca l’elemento fondamentale necessario alla combustione: l’ossigeno.

Vediamo nel dettaglio come funziona davvero il sistema common rail e perché queste pressioni enormi non provocano incendi all’interno dell’impianto di alimentazione.

Il problema: 2.000 bar sembrano sufficienti per far esplodere tutto

I moderni motori diesel common rail utilizzano pressioni elevatissime per alimentare gli iniettori.

In molti sistemi recenti, la pressione del rail può superare:

$2000\ \text{bar} \approx 30000\ \text{psi}$

Per confronto:

• nei vecchi diesel le pressioni erano molto più basse;
• alcuni sistemi camion più datati lavoravano intorno ai 500 bar;
• la pressione massima nel cilindro diesel durante la combustione è spesso compresa tra 180 e 200 bar.

A questo punto molti si chiedono:

• “Come fa il gasolio a non incendiarsi?”
• “Non dovrebbe esplodere nella pompa?”
• “Con tutta quella pressione non si scalda?”
• “Perché la combustione avviene solo nel cilindro?”

La risposta sta nel modo in cui funziona davvero la combustione diesel.

La verità: la pressione da sola non basta per accendere il diesel

Per avere combustione servono sempre tre elementi:

• combustibile;
• calore;
• ossidante (ossigeno).

Nel sistema common rail c’è solo carburante pressurizzato. Non c’è aria e quindi manca completamente l’ossigeno necessario alla combustione.

Senza ossigeno, il diesel non può bruciare.

Questo è il motivo principale per cui il carburante non prende fuoco nella pompa alta pressione o nel rail, anche quando raggiunge pressioni molto elevate.

Molti pensano che sia la pressione ad accendere il diesel, ma in realtà il motore diesel funziona in modo diverso.

Nel cilindro si accende l’aria, non il carburante

Nel motore diesel la combustione avviene perché l’aria all’interno del cilindro viene compressa fino a raggiungere temperature molto elevate.

Quando il pistone comprime l’aria:

• la temperatura aumenta;
• l’aria diventa estremamente calda;
• il carburante viene iniettato;
• il diesel atomizzato entra in contatto con aria ad alta temperatura;
• avviene l’autoaccensione.

La fonte di accensione non è quindi la pressione del carburante, ma la temperatura generata dalla compressione dell’aria nel cilindro.

Nel rail, invece, il carburante resta liquido e non entra mai in contatto con aria compressa e calda.

Il diesel nel rail resta liquido: non si comporta come un gas

Un altro punto importante riguarda la comprimibilità del carburante.

Il diesel è leggermente comprimibile, ma molto poco, in modo simile all’acqua. Questo significa che aumentare la pressione nel rail non produce un aumento di temperatura sufficiente per provocare autoaccensione.

Nel sistema common rail:

• il carburante è liquido;
• la compressione del liquido è minima;
• non si genera calore significativo;
• non ci sono le condizioni per la combustione.

Per questo il diesel può raggiungere pressioni enormi senza incendiarsi.

La combustione avviene solo quando il diesel viene atomizzato

Nel cilindro il carburante non entra come “getto liquido compatto”.

Gli iniettori diesel moderni nebulizzano il carburante in una nebbia finissima.

Questo processo si chiama atomizzazione.

Più il diesel viene suddiviso in gocce microscopiche:

• migliore è la miscelazione con l’aria;
• più efficiente è la combustione;
• minori sono consumi ed emissioni;
• migliore è il rendimento del motore.

La combustione avviene quindi solo quando:

1. il carburante viene atomizzato;
2. entra in contatto con aria molto calda;
3. si crea la miscela corretta aria/carburante.

Nel rail e nella pompa tutto questo non succede.

Perché allora servono pressioni così alte nel common rail?

Questa è la vera domanda.

Se la pressione non serve ad accendere il diesel, allora perché i moderni sistemi common rail lavorano oltre i 2.000 bar?

La risposta riguarda efficienza, prestazioni ed emissioni.

1. Pressione alta = atomizzazione migliore

La funzione principale dell’alta pressione è migliorare la nebulizzazione del carburante.

Più la pressione è elevata:

• più piccole diventano le gocce di gasolio;
• migliore è la miscelazione con l’aria;
• più uniforme è la combustione.

Questo permette al motore di lavorare in modo più efficiente.

2. Riduzione di consumi ed emissioni

I motori diesel moderni devono rispettare normative antinquinamento sempre più severe.

Una migliore atomizzazione aiuta a:

• ridurre particolato;
• ridurre emissioni;
• migliorare la combustione;
• abbassare i consumi;
• aumentare il rendimento termico.

Ecco perché le pressioni dei moderni sistemi common rail sono aumentate così tanto negli ultimi anni.

3. Iniezioni multiple e maggiore precisione

I moderni sistemi diesel non fanno una sola iniezione per ciclo.

Molti motori effettuano:

• pre-iniezioni;
• iniezione principale;
• post-iniezioni.

Questo permette di:

• rendere il motore più silenzioso;
• migliorare la combustione;
• controllare meglio le emissioni;
• favorire la rigenerazione del FAP.

Per ottenere questa precisione servono pressioni elevate e un controllo estremamente accurato di pompa e iniettori.

4. La pressione del rail deve superare quella del cilindro

Per far uscire il carburante dall’iniettore, la pressione del rail deve essere superiore alla pressione presente nel cilindro.

Se la pressione del carburante fosse inferiore, il diesel non riuscirebbe a entrare nella camera di combustione.

Anche per questo i sistemi common rail lavorano con valori molto elevati.

Pressione rail e pressione cilindro: il confronto

Molti automobilisti restano sorpresi quando scoprono che la pressione del rail è molto più alta della pressione massima nel cilindro.

Indicativamente:

$P_{rail} \approx 2000\ \text{bar} \quad > \quad P_{cilindro} \approx 200\ \text{bar}$

Questo non significa che il cilindro sia “meno violento”, ma semplicemente che il rail deve garantire una pressione sufficiente per controllare con precisione l’iniezione del carburante.

Perché pompa e iniettori diesel sono componenti così delicati

Lavorare a oltre 2.000 bar richiede componenti estremamente precisi.

Pompa alta pressione e iniettori diesel lavorano con tolleranze minime e sono molto sensibili a:

• carburante contaminato;
• limatura metallica;
• acqua nel gasolio;
• filtri sporchi;
• impurità;
• manutenzione non corretta.

Anche piccole contaminazioni possono compromettere il funzionamento del sistema common rail.

Per questo è fondamentale utilizzare componenti affidabili e compatibili con il veicolo.

Quando pompa o iniettori iniziano ad avere problemi

I sintomi più comuni di problemi al sistema common rail includono:

• difficoltà di avviamento;
• perdita di potenza;
• pressione rail insufficiente;
• recovery mode;
• fumo allo scarico;
• minimo irregolare;
• consumi elevati;
• spie motore;
• battiti anomali;
• presenza di limatura nel filtro gasolio.

Quando il problema viene trascurato troppo a lungo, il rischio è che vengano coinvolti più componenti del sistema diesel.

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FAQ

Perché il diesel non brucia nel common rail?

Perché manca l’ossigeno necessario alla combustione. Nel rail c’è solo carburante pressurizzato, senza aria.

La pressione da sola può accendere il diesel?

No. Nei motori diesel la combustione avviene grazie all’alta temperatura dell’aria compressa nel cilindro, non per la sola pressione del carburante.

Quanto lavora in pressione un common rail moderno?

Molti sistemi moderni superano i 2.000 bar di pressione nel rail.

Perché servono pressioni così alte nel diesel?

Per migliorare l’atomizzazione del carburante, aumentare l’efficienza, ridurre emissioni e controllare meglio l’iniezione.

Gli iniettori diesel lavorano più volte per ciclo?

Sì. I moderni sistemi common rail possono effettuare più iniezioni per ogni ciclo di combustione.