A cosa serve e come funziona una candela

Come i motori diesel, anche quelli a benzina si basano sulla combustione di una miscela di carburante e aria all'interno dei cilindri per mantenere il motore in funzione, motivo per cui sono noti come motori a combustione interna. Tuttavia, a differenza di un diesel, dove la combustione può avvenire spontaneamente sotto la compressione della miscela aria-carburante, un motore a benzina richiede una scintilla per accendere la miscela, e ciò si ottiene attraverso l'uso di candele.

Questa scintilla è controllata dal sistema di gestione del motore, ma, al momento giusto, il sistema di accensione eroga una breve scarica di energia ad alta tensione alla candela, che genera una scintilla che viaggia attraverso un piccolo spazio dall'elettrodo centrale all'elettrodo di massa sulla punta della candela, che è avvitata nella parte superiore del cilindro del motore. Al centro di questa scintilla la temperatura può raggiungere o superare brevemente i 10.000°C, fornendo così il calore sufficiente per accendere la miscela nel cilindro.

Il processo di combustione è, quindi, una delle parti più importanti dell'intero ciclo di funzionamento del motore e se la combustione non è efficiente il motore non produrrà la potenza richiesta. Inoltre, una combustione inefficiente genera alti livelli di inquinanti e comporta un consumo eccessivo di carburante.

Il calore prodotto dal processo di combustione fa sì che i gas compressi nel cilindro si espandano e spingano il pistone lungo il cilindro, ma è la candela a generare la scintilla iniziale ad alta temperatura che avvia l'intero processo di combustione e deve poter continuare a fornire una scintilla per molte migliaia di chilometri e molti milioni di cicli di combustione.

Quindi, sebbene lo scopo della candela sia quello di garantire un'accensione costante ed efficiente della miscela aria-carburante, il suo ruolo principale è utilizzare l'energia ad alta tensione per produrre una scintilla molto rapida e ad alta temperatura. Le tensioni sono tipicamente comprese tra 10.000 e 40.000 volt (da 10kV a 40kV), ma la tendenza crescente è quella di arrivare a tensioni pari o superiori a 45kV. La struttura della candela deve, quindi, prevedere un buon isolamento tra i diversi componenti per garantire che l'alta tensione non fuoriesca o generi cortocircuiti con altri componenti.

Il ciclo di compressione e combustione genera anche pressioni molto elevate, il che significa che deve esserci una tenuta efficace tra l'involucro della candela e il motore. Tuttavia, la struttura della candela deve prevedere anche una tenuta interna per impedire il passaggio di gas caldi e ad alta pressione tra i diversi componenti, in quanto, oltre alla perdita di pressione, se i gas riuscissero a passare attraverso il gruppo candela, danneggerebbero i componenti della candela stessa.

Le caratteristiche importanti della progettazione di una candela sono, quindi, la capacità di resistere alle alte temperature e agli sbalzi termici, oltre alla capacità di tollerare pressioni elevate; allo stesso tempo, però, la candela deve funzionare con tensioni elevate per produrre una scintilla ad alta temperatura ogni pochi millesimi di secondo per la sua intera vita utile.

Per evitare gli effetti dannosi delle alte temperature, la candela deve essere in grado di dissipare o trasferire il calore all'involucro del motore. Ma, soprattutto, se dalla candela viene allontanata o dissipata una quantità eccessiva di calore, questo può ridurre la temperatura della scintilla e causare un’accensione e una combustione non ottimali. Inoltre, se viene dissipato troppo calore, la candela potrebbe non essere in grado di bruciare i contaminanti.

Struttura della candela

Per poter funzionare in modo efficace ed efficiente in queste difficili condizioni operative e raggiungere i corretti requisiti di prestazione, le candele sono strutturate in tre sezioni principali: l'involucro, l'isolante e gli elettrodi; queste sezioni contengono poi singoli componenti realizzati con materiali accuratamente selezionati.

L'esempio riportato sopra mostra la struttura di una candela DENSO Iridium Power.

L'alloggiamento (1) forma un rivestimento esterno che circonda e sostiene l'isolatore e fissa il gruppo candela al motore. La rondella o guarnizione ad anello (2) garantisce una tenuta isolante tra l'alloggiamento della candela e il motore per evitare la fuoriuscita di gas durante la compressione e la combustione. L'elettrodo di massa (10) è montato sulla sezione inferiore filettata dell'alloggiamento, che consente alla corrente elettrica di fluire attraverso il motore verso la batteria.

L'isolatore in ceramica (3) garantisce l'isolamento elettrico tra il terminale, l'albero centrale, l’alloggiamento e l'elettrodo centrale. Con tensioni di accensione su alcuni moderni sistemi di accensione superiori a 40kV, l'isolatore, con uno spessore di soli millimetri, deve garantire le proprietà isolanti richieste. Per questo motivo, le candele DENSO sono dotate di un materiale ceramico con ossido di alluminio di elevata purezza, in grado di garantire una resistenza al calore una forza meccanica superiori e un eccellente isolamento elettrico. Le due guarnizioni ad anello (4) garantiscono un accoppiamento sicuro e una perfetta tenuta tra l'alloggiamento e l'isolatore.

L'alta tensione viene erogata attraverso il terminale (5), o da un accoppiamento diretto alla base della bobina di accensione, o utilizzando un filo/cavo per candele che collega il terminale della candela alla bobina.

L'albero centrale in acciaio (6) collega il terminale e l'elettrodo centrale e consente il passaggio della corrente ad alta tensione dal terminale al centro. Il resistore (7), chiamato anche soppressore, riduce la corrente di picco dell’accensione. Senza un resistore, la corrente di picco creerà esplosioni di campi elettromagnetici o disturbi radio, che possono interferire con le apparecchiature elettriche dell'auto.

L'elettrodo centrale (9) è realizzato con materiali resistenti alle alte temperature, come le leghe di nichel. Questi materiali devono anche essere estremamente duri e resistenti per ridurre al minimo l'usura causata dall'erosione della scintilla. La sezione centrale dell'elettrodo (8) contiene un nucleo di rame, che migliora la conduttività termica.

Per migliorare le prestazioni e la durata, gli elettrodi centrali possono essere prodotti anche con una punta in metalli preziosi, ancora più resistenti dei materiali tradizionali. Questi materiali più resistenti possono funzionare a temperature più elevate con un’usura ridotta, ma offrono anche un altro vantaggio importante, ovvero l'uso di elettrodi più sottili, con il risultato di avere migliori prestazioni al momento dell’accensione. Questi elettrodi riducono la tensione necessaria, assicurano una scintilla affidabile e limitano l'effetto di spegnimento, migliorando così le prestazioni di accensione.

L'elettrodo di massa (10) è soggetto alle estreme variazioni di temperatura all'interno della camera di combustione e, sebbene per la maggior parte di questi elettrodi venga utilizzata una lega di nichel-cromo, è possibile aggiungere del platino per prolungarne la durata. Alcune candele, tuttavia, sono dotate di un elettrodo di massa con nucleo in rame per una migliore conduttività termica. Come per l'elettrodo centrale, anche gli elettrodi di massa ad ago più piccoli riducono la tensione richiesta, garantendo una scintilla affidabile, limitando l'effetto di spegnimento e migliorando le prestazioni di accensione.

Per maggiori dettagli sulla tecnologia delle candele, consultare il Manuale Candele DENSO.

Devono essere sostituite?

Indipendentemente dalla qualità della candela, dato che funziona in un ambiente particolarmente ostile soggetto ad alta temperatura/alta pressione, con il tempo la sua efficienza si riduce e deve essere sostituita. Per questo motivo, i costruttori di veicoli includono la sostituzione della candela tra le attività di manutenzione programmata.

La gamma di candele DENSO

Come trovare la candela giusta?

Anche se ci sono molti fattori da considerare, come le dimensioni, la proiezione e l’intervallo di calore, per trovare l'opzione DENSO più adatta in base alle informazioni su marca e modello o ai riferimenti incrociati basta semplicemente consultare il catalogo online.

Ulteriori dettagli sulle candele DENSO sono disponibili online nell'area prodotti DENSO e nell'area download.