Candela di accensione
In questo approfondimento prenderemo in esame una tra le più importanti componenti presenti sui nostri amati veicoli a benzina; la candela di accensione.
Le candele svolgono un compito a dir poco fondamentale per il corretto funzionamento del nostro motore e tra poco capiremo il perché, ma andiamo per gradi.
Cos’è una candela e a cosa serve?
La candela è un componente elettrico, formato da diverse parti, avvitato nella testa di ogni cilindro. La parte inferiore, dove sono collocati gli elettrodi, si affaccia direttamente nella camera di combustione. La sua funzione è semplice ma complicata allo stesso tempo; deve innescare la miscela aria/carburante.
Beh semplice direte voi…ma non lo è affatto! Ci sono in ballo tante variabili affinché una candela riesca ad effettuare il suo compito.
Come fa la candela ad accendere la miscela?
L’accensione della miscela avviene tramite una scintilla, fatta scoccare in un preciso momento, che si viene a formare tra i due elettrodi della candela. Questa scintilla può raggiungere circa 30.000 Volt e se calcolate che in un minuto vengono scoccate dalle 500 alle 3500 scintille lascio immaginare a voi lo “stress” al quale è sottoposta una candela di accensione.
La corrente necessaria ad avviare questa reazione arriva dalla bobina, collegata alla candela tramite il cavo candela (approfondiremo a parte questi due componenti).
In quale momento deve scoccare la scintilla?
La scintilla che incendia la miscela deve essere formata in un momento ben preciso, esattamente alla fine della fase di compressione (vedremo a parte le fasi del motore), quando il pistone si trova in prossimità del punto morto superiore. E’ in questo preciso istante infatti che la miscela raggiunge la massima compressione ed una certa temperatura. Una volta scoccata la scintilla, intensissima, la temperatura sale anche oltre i 1000°C, la pressione arriva fino a 120 bar ed il pistone viene spinto verso il punto morto inferiore (fase di espansione) con una velocità fino a 20 metri al secondo.
Bene, a questo punto abbiamo capito cos’è una candela, qual’è il suo scopo e come funziona, seppur in modo superficiale. Ma andiamo avanti…
Da cosa è formata una candela?
Le parti che compongono una candela sono solitamente nove:
- Attacco o Connettore: è il terminale al quale viene collegata la pipetta del cavo candela.
- Isolatore ceramico: garantisce l’isolamento elettrico e trasferisce il calore verso la testa del motore.
- Coste: impediscono la scarica dell’alta tensione sulla massa del motore.
- Guarnizione anulare: impedisce la fuoriuscita di gas di combustione e aiuta lo scambio termico. Non è presente sulle candele con sede conica.
- Guarnizioni interne: sono poste tra corpo metallico e isolatore ceramico, impediscono la fuoriuscita di gas di combustione.
- Corpo metallico con filettatura: aiuta la dissipazione del calore di combustione.
- Resistore: garantisce la compatibilità elettromagnetica con l’elettronica di bordo.
- Elettrodo centrale: è l’elettrodo dal quale parte la scintilla. Può essere di diversa forma e dimensione.
- Elettrodo di massa: è l’elettrodo sul quale si scarica la scintilla. Possono essere presenti più elettrodi di massa e possono cambiare le dimensioni e la struttura.
Ora il quadro appare già più chiaro ma non è finita qui.
Qual’è la temperatura di esercizio ottimale per un candela di accensione?
Per permettere ad una candela di lavorare in modo ottimale la temperatura di esercizio deve essere compresa tra 450°C e 850°C. Questo range, chiamato “temperatura di autopulizia”, permette di bruciare eventuali accumuli di residui carboniosi sulla punta dell’isolatore.
Se la temperatura di funzionamento rimane costantemente al di sotto dei 450°C, i residui carboniosi si depositano sulla punta dell’isolatore, imbrattandolo. Diverso è il caso nel quale la temperatura sale oltre gli 850°C, in questo caso infatti l’isolatore si surriscalda a tal punto che la sua superficie potrebbe diventare fonte di accensioni incontrollate, le pericolose preaccensioni.
Per fare in modo che la temperatura rimanga all’interno del suddetto range esiste una caratteristica, tra le tante, che contraddistingue le candele di accensione; il grado termico.
Cos’è il grado termico di una candela?
Il grado termico indica la capacità di una candela di disperdere il calore generato dalla combustione.
Ogni motore, in base alle proprie prestazioni e caratteristiche, è in grado di sviluppare una certa quantità di calore. I motori sportivi ed i turbocompressi, per esempio, generano una temperatura maggiore rispetto ai classici motori più “tranquilli”.
Una candela termicamente corretta per un dato motore dovrebbe riuscire a cedere alla testata, una quantità adeguata di calore in modo da rimanere sempre nel range di funzionamento ottimale, descritto poco sopra.
E’ qui infatti, che entra in gioco il grado termico. Se il motore produce una grande quantità di calore, avremo bisogno di una candela che ne riesca a dissipare di più (candela fredda), nel caso opposto invece avremo bisogno di una candela che faccia disperdere meno calore (candela calda).
Il grado termico è espresso con un numero che troviamo solitamente nel codice della candela stessa. Naturalmente sarà la casa costruttrice ad indicarci, nel libretto di uso e manutenzione, il codice e quindi il grado termico corretto da utilizzare nel nostro motore.
Ogni quanto bisogna sostituire le candele e perchè?
Anche gli intervalli di sostituzione delle candele sono indicati nel libretto di uso e manutenzione del costruttore, e dobbiamo attenerci il più possibile a tali indicazioni. Questi intervalli variano da costruttore a costruttore ma in media stanno sui 40.000-60.000 km circa (in alcuni casi anche di più).
Il motivo che ci porta a doverle sostituire invece sta nel fatto che con il passare dei chilometri, scintilla dopo scintilla, gli elettrodi si consumano (erosione da scintilla), seppur molto lentamente, e la distanza fra di loro aumenta. Per limitare tale consumo vengono impiegati più elettrodi di massa su alcune candele o materiali sempre più resistenti all’usura come il platino e l’iridio.
Una candela efficiente e con il giusto grado termico permette di scoccare scintille sempre efficienti durante l’intera vita del motore, migliorando le prestazioni e riducendo i consumi e le emissioni nocive.
Distanza tra gli elettrodi, GAP
Un’altra caratteristica che permette alla candela di accensione di svolgere il proprio compito in maniera efficiente è la distanza tra l’elettrodo centrale e l’elettrodo di massa.
Questa distanza, che viene chiamata GAP, può variare la potenza e l’efficacia della scintilla. Più il gap è ampio e più avremo una scintilla di grandi dimensioni che però richiederà più tensione e si alzerà quindi la probabilità che possa non scoccare affatto. Più il gap è piccolo invece e più avremo una scintilla meno ampia che richiederà meno tensione, ma si alzerà la probabilità che non riesca ad innescare totalmente la miscela.
Il corretto gap degli elettrodi viene specificato dal costruttore ma è già regolato in maniera adeguata e non necessita, a meno di particolari condizioni, di essere modificato.
Candela di accensione e impianto a gas
Una delle condizioni nella quale potrebbe essere necessario modificare leggermente il gap degli elettrodi è infatti quella dell’alimentazione a gas, ma vi consigliamo di consultare, anche in questo caso, le specifiche tecniche del costruttore.
Le alimentazioni “bifuel” (benzina – GPL/metano), inoltre, comportano condizioni di lavoro più severe per le nostre candele. La combustione del gas infatti, sviluppa una temperatura maggiore e viene quindi richiesta una maggior capacità di dissipare il calore alla candela. L’accensione del gas, per caratteristiche chimiche diverse dalla benzina, richiede inoltre maggiori tensioni di innesco e l’intero sistema di accensione è quindi soggetto a maggiori sollecitazioni elettriche e maggiori temperature.
Ma quanti tipi di candele esistono?
Le tecnologie sempre più avanzate e gli studi sempre più approfonditi hanno permesso, negli anni, di sviluppare diversi tipi di candele di accensione, con caratteristiche, materiali e strutture diverse. Di seguito ne vediamo alcune:
Come avvitare correttamente una candela?
Il modo migliore e più sicuro per avvitare una candela è senza dubbio quello di utilizzare una chiave dinamometrica con la quale riusciremo a stringerla impostando la corretta coppia di serraggio. Non è consigliato serrare una candela “a mano” dato che potremmo stringerla troppo, rischiando di rovinarne la filettatura o addirittura romperla, oppure potremmo stringerla troppo poco, rischiando perdite di compressione, surriscaldamenti o addirittura rotture dovute a elevate vibrazioni.
Come cambiare le candele alla nostra auto?
A tal proposito vi rimando alla relativa guida: come cambiare le candele.
Vediamo ora l’aspetto di alcune candele dopo l’utilizzo con relativo significato
Dall’aspetto di una candela di accensione usata possiamo capire diverse cose come per esempio la qualità della combustione, ma non solo. Vediamo quindi di seguito alcuni esempi di candele usate, più o meno fortunate:
- Senza particolari problemi o anomalie: la combustione è normale e regolare, il color nocciola è corretto.
- Depositi sugli elettrodi: tali depositi possono derivare da un carburante di bassa qualità o da un forte consumo di olio.
- Depositi carboniosi: questa è una tipica candela che ha lavorato in buona parte sotto la temperatura ottimale di esercizio (450°C).
- Depositi di olio: può indicare un’eccessiva presenza di olio nella camera di combustione.
- Elettrodi fusi: questo fenomeno indica solitamente un’eccessiva temperatura di esercizio.
- Isolatore rotto: la rottura dell’isolatore può essere causato da improvvisi shock termici.
Bene, questo approfondimento finisce qui, ci sono altri aspetti e caratteristiche delle candele che andrebbero approfonditi ma credo che questi siano gli argomenti principali che ogni automobilista dovrebbe conoscere sulle candele, o perlomeno chi si dedica alla manutenzione della propria auto.
