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iniezióne (meccanica)

sistema utilizzato per l'alimentazione dei motori endotermici, che si avvalgono di combustibili fluidi (autoveicoli, turbine a gas, alcuni tipi di caldaie, ecc.). Tipici dei motori a ciclo Diesel, i sistemi a iniezione hanno trovato sempre maggior diffusione anche nei motori a ciclo Otto perché assicurano, in qualsiasi condizione di funzionamento, un'esatta dosatura del carburante e una sua distribuzione uniforme nei cilindri, con la conseguenza di ottimizzare il rendimento del motore e di ottenere potenze specifiche elevate, diminuendo nel contempo i consumi e le emissioni inquinanti. Nei motori Diesel l'iniezione del carburante è una fase fondamentale del ciclo di funzionamento del motore stesso; il gasolio, infatti, deve essere immesso nei cilindri, fortemente compresso e polverizzato, onde permettere la sua autocombustione alla fine della fase di compressione dell'aria aspirata. Schematicamente, l'apparato d'iniezione è costituito da tanti iniettori quanti sono i cilindri del motore, da una pompa di alimentazione collegata al serbatoio del carburante che fa affluire questo a una pompa d'iniezione (dosatore del carburante), che può essere a stantuffo rotante o a distributore rotante, e dai circuiti di alimentazione dotati di opportuni filtri; nei motori turbodiesel vi è anche un compressore volumetrico o del tipo centrifugo a recupero di gas di scarico, il quale ha la funzione di aumentare la pressione dell'aria aspirata e immessa nei cilindri, e quindi di consentire una maggiore potenza del motore con relativa diminuzione dei consumi specifici di carburante. L'apparato d'iniezione è generalmente di tipo meccanico o elettronico-meccanico; negli autoveicoli, che adottano motori Diesel veloci, l'iniezione può essere diretta o indiretta; i due sistemi differiscono solo per la posizione dell'iniettore nel cilindro e, di conseguenza, per la forma della camera di scoppio. Nel sistema a iniezione diretta il carburante viene iniettato direttamente nel cilindro mediante l'iniettore che si affaccia nel cielo del cilindro stesso; in tal caso la camera di scoppio è ricavata generalmente sulla testa del pistone. Nel sistema a iniezione indiretta, invece, l'iniettore è affacciato a una piccola camera di scoppio, detta “precamera”, di forma e dimensione diverse a seconda del progetto, posta nella parte superiore del cilindro e che comunica con questo attraverso un piccolo orificio la cui geometria viene appositamente studiata; l'iniettore spruzza nella precamera parte del carburante che bruciando, grazie a una piccola resistenza elettrica incandescente (candeletta d'accensione), provoca un elevato aumento di pressione che richiama, attraverso l'orificio, il rimanente carburante polverizzato dall'iniettore nel cilindro in cui è stata compressa l'aria, innescando così la fase d'espansione; il fronte di fiamma, inoltre, subisce, attraversando l'orificio, una sorta di laminazione il cui effetto riduce le sollecitazioni sul pistone dovute ai picchi di pressione. La candeletta, inoltre, facilita anche l'avviamento a freddo del motore in quanto riscalda l'interno della precamera. Con tale sistema il carburante può essere iniettato a pressioni sensibilmente più basse rispetto al sistema a iniezione diretta, quindi il motore risulta meno sollecitato e il suo funzionamento è meno ruvido e rumoroso; inoltre si avvia più facilmente e ha un rendimento termodinamico superiore a parità di consumi. La circolazione del carburante avviene lungo i due circuiti, a bassa pressione collegato al serbatoio e ad alta pressione collegato agli iniettori: fra questi è posta la pompa d'iniezione che per ogni ciclo del motore dosa, comprime e invia il carburante agli iniettori che lo polverizzano; la regolazione della portata della pompa si ottiene mediante un'asta di regolazione comandata dall'acceleratore che, tramite un manicotto, fa ruotare i pompanti di questa intorno al proprio asse in modo da far variare e sincronizzare l'afflusso di carburante agli iniettori. Onde migliorare tale sistema, anche per gli autoveicoli sono sperimentati particolari iniettori-pompa di derivazione marina, ciascuno alimentato da una sua pompa d'iniezione: questi presentano sullo stesso asse un pompante tradizionale che viene mosso direttamente da un eccentrico affacciato al cilindro; un cinematismo di regolazione comandato dall'acceleratore pilota tutti i pompanti allo stesso modo, assicurando medesime fasature e quindi la regolare alimentazione dei cilindri a ogni regime del motore. L'adozione degli iniettori-pompa ha consentito di introdurre sistemi d'iniezione meccanico-elettronica nei quali una centralina interviene a pilotare il funzionamento di questi in base ai parametri elementari del motore (carico, velocità, temperatura aria); a causa della densità del carburante e del sistema di combustione, l'iniezione elettronica richiede, per i motori Diesel, una messa a punto molto sofisticata. Nei motori a ciclo Otto, l'iniezione elettronica è, invece, di sempre maggior impiego, anche se viene usata l'iniezione meccanica che è del tutto simile a quella dei motori Diesel: in questo caso l'iniezione si dice diretta quando la polverizzazione del carburante avviene nella camera di combustione dei cilindri, indiretta quando avviene nel collettore di aspirazione; inoltre, data la minor pressione cui è sottoposto il carburante, i pompanti della pompa d'iniezione richiedono un idoneo sistema di lubrificazione. L'iniezione elettronica a benzina si avvale invece di elettroiniettori la cui apertura viene comandata da un generatore d'impulsi elettrici azionato dallo spinterogeno; la durata dell'apertura è regolata dalla pressione dell'aria esistente nel collettore d'aspirazione e dalla velocità angolare del motore, valori trasformati in impulsi elettrici da idonei trasduttori collegati a una centralina elettronica che li elabora in tempo reale in funzione di ogni regime d'esercizio del motore. I sistemi adottati possono essere con un solo elettroiniettore posto nella parte superiore del collettore (single-point) o con un elettroiniettore affacciato a ogni singolo cilindro (multi-point); questi ultimi possono avere funzionamento legato al ciclo di ciascun cilindro (iniezione fasata o sequenziale) oppure contemporaneo per tutti gli elettroiniettori (iniezione non fasata). Al microcalcolatore della centralina giungono anche i segnali relativi al numero di giri, alla misura dell'angolo della farfalla, alla portata d'aria, alla temperatura, pressione, potenza del motore; i dati vengono elaborati per ogni ciclo e confrontati con quelli ottimali di progetto, per cui i comandi inviati agli elettroiniettori consentono di ottimizzare il titolo della miscela. La centralina può elaborare, contemporaneamente, i dati dei sensori posti allo scarico dello scappamento, per cui è in grado di correggere in modo opportuno l'erogazione di carburante (iniezione closed loop) e di pilotare altresì la valvola wastergate che regola la pressione di alimentazione nei motori turbocompressi sovralimentati; per tale motivo l'iniezione elettronica è l'unica veramente in grado di garantire il corretto funzionamento delle vetture con marmitta catalitica. § Per l'alimentazione di caldaie, generatori di vapore, turbine a gas, turboreattori, sono adottati sistemi di iniezione continua: in questi utilizzatori, dove il tempo di combustione non è legato al ciclo, l'iniettore praticamente spruzza il combustibile per cui prende anche il nome di polverizzatore o spruzzatore, in quanto buona parte della gassificazione del combustibile è affidata alla temperatura della camera di combustione. Nel campo delle macchine idrauliche l'iniezione si effettua generalmente richiamando entro un tronco di tubo a sezione contratta rispetto alla rimanente tubazione il fluido da iniettare per azione di un altro fluido (fluido motore). L'iniezione così realizzata è possibile quando la mescolanza tra i due fluidi è voluta o ammessa; esempi di iniezione idraulica sono quelli relativi all'eduzione di acqua da pozzi profondi con sistema motore in superficie nei quali si invia una piccola portata d'acqua con forte pressione e velocità in grado di ritornare in superficie trascinando altra acqua presa dal pozzo.