Cosa sono le candele d’accensione: una guida introduttiva

Nelle autovetture ci sono molte parti che sono facili e relativamente economiche da sostituire, ma che sono fondamentali per il corretto funzionamento del veicolo. Tra queste componenti troviamo le candele, essenziali per i motori a benzina.

Potrebbe sembrare un argomento semplice, ma in realtà è molto più complesso di quanto si pensi.

Nell’articolo di oggi parleremo della fonte della scintilla e di come essa sia fondamentale per il funzionamento di molti dispositivi.

Panoramica storica

A chi va il merito di aver inventato questo dispositivo, come nella maggior parte delle situazioni come questa, è un punto controverso.

Nel 1860, Étienne Lenoir dotò il suo motore, il primo motore a pistoni a combustione interna con una candela elettrica. Per questo motivo, Lenoir viene considerato l’inventore della candela. Tuttavia, va considerato che un’invenzione simile era  stata realizzata in precedenza il 2 febbraio 1839, da Edmond Berger, con la differenza che si dimenticò di brevettarla.

I primi brevetti sulle candele di accensione erano detenuti da Nikola Tesla (luogo e data di emissione: Stati Uniti, 1898), Frederick Richard Simms (Regno Unito, 1898) e Robert Bosch (Regno Unito, 1898).

Tuttavia, il motore ad accensione comandata è diventato possoibile solo graie all’invenzione della prima candela ad alta tensione commercialmente praticabile come parte di un sistema di accensione magnetica, creato da Gottlob Honold nel 1902.

Principio di funzionamento

Il compito della candela è quello di effettuare una scarica elettrica sotto forma di scintilla, grazie alla quale la miscela di carburante viene accesa nella camera di combustione. L’alta tensione generata dalla bobina di accensione o dal magnete deve essere applicata alla candela. Quando la corrente scorre attraverso la bobina, viene creata una tensione tra gli elettrodi centrale e laterale.

Inizialmente la scintilla non si verifica perché la miscela di carburante e aria, che penetra nell’intercapedine dell’elettrodo, funge da isolante. All’aumentare della tensione nello spazio vuoto, la struttura dei gas che circondano l’elettrodo cambia. Dopo che la tensione supera la rigidità dielettrica dei gas, vengono ionizzati.

Il gas ionizzato diventa un conduttore e consente alla corrente di fluire attraverso lo spazio vuoto. Le candele richiedono in genere una tensione da 12.000 a 25.000 V o più per funzionare correttamente, anche se questo valore può arrivare fino a 45.000 V. Durante una scarica elettrica, la corrente scorre attraverso l’elettrodo, riscaldandolo, che crea una scintilla: più forte è maggiore è la scintilla è la corrente.

Quando gli elettroni iniziano a fluire attraverso lo spinterometro, la temperatura del canale della scintilla sale a 60.000 K. L’intenso calore nel canale della scintilla fa sì che il gas ionizzato si espanda molto rapidamente: in poche parole, esplode. È quindi possibile osservare fulmini e tuoni in miniatura.

Sotto l’influenza del calore e della pressione, i gas reagiscono tra loro e poi si accendono, con la comparsa di una piccola palla di fuoco. La dimensione di questa sfera dipende dalla composizione della miscela tra gli elettrodi e dal livello di turbolenza nella camera di combustione quando si genera la scintilla.

La composizione

La composizione di una candela prevede un corpo un isolante e un filo centrale. Durante l’utilizzo, la candela deve essere sigillata contro l’alta pressione e il calore, poiché passa attraverso la parete della camera di combustione. I principali parametri di una candela sono le dimensioni, la dimensione del filetto/dado (solitamente Euro-dado), il tipo la guarnizione (cono o rondella di compressione) e il magnete. Le dimensioni della filettatura (dado) più comuni in Europa sono 10 mm (16 mm), 14 mm (21 mm; a volte 16 mm) e 18 mm (24 mm, a volte 21 mm).

• Terminale di connessione:

Questa è la parte che si collega al cavo ad alta tensione dal distributore. Fornisce alta tensione all’elettrodo centrale.

• Isolante in ceramica:

È realizzato in ceramica di allumina e funge da isolante. Fornisce l’isolamento dell’elettrodo centrale da terra fino a 40.000 V. Può essere prodotto in versione base o con profili.

• Corpo in metallo:

Guscio in acciaio con filettature laminate di precisione per una vestibilità sicura e una facile installazione/rimozione. Fornisce una messa a terra elettrica alla testata del cilindro e aiuta a raffreddare la candela dissipando il calore alla testata del cilindro.

• Elettrodo centrale:

È fatto di una lega di nichel con un nucleo di rame incorporato. A seconda del tipo, l’elettrodo centrale può essere di platino o di iridio. L’alta tensione raggiunge l’elettrodo centrale dall’avvolgimento secondario attraverso il distributore.

• Elettrodo di terra:

La candela è saldata ad un corpo metallico che funge da elettrodo di terra. Questo elemento è solitamente realizzato in leghe di nichel (con eventuali rinforzi in iridio o titanio).

• Rondella/guarnizione di tenuta:

Sigilla la testata e aiuta a dissipare il calore.

• Punta isolante:

La punta dell’isolante penetra nella camera di combustione e determina in gran parte le caratteristiche termiche della candela.

• Distanza tra gli elettrodi:

Questa è la distanza tra l’elettrodo centrale e l’elettrodo di terra. Se la candela non ha la distanza corretta, non sarà in grado di creare una scintilla sufficiente per accendere il carburante, il che può causare un guasto.

Intervallo di temperatura, potere calorifico

La temperatura operativa della candela è la temperatura fisica effettiva sulla punta della candela all’interno di un motore in funzione, tipicamente tra 500 e 800 °C. Questo è importante perché determina l’efficacia dell’autopulizia.

Si dice che una candela sia “calda” se è un buon isolante termico, intrappolando più calore sulla punta della candela. Una candela è chiamata “fredda” se può dissipare più calore dalla punta della candela e abbassare la temperatura della punta. Questo parametro è chiamato caratteristica termica. L’intervallo di calore di una candela viene solitamente indicato numericamente, con alcuni produttori che utilizzano numeri crescenti per candele più calde e altri che fanno il contrario, assegnando numeri crescenti per candele progressivamente più fredde.

Prima dell’era dell’iniezione di carburante a controllo elettronico, le candele venivano prodotte per diverse gamme di calore. Le prese “più calde” erano per le auto che si guidavano lentamente in condizioni urbane, e le prese “più fredde” erano per i veicoli che si muovevano velocemente sulle autostrade.

Tuttavia, questa pratica è in gran parte un ricordo del passato, poiché le auto mantengono la miscela aria-carburante e la temperatura del cilindro entro un intervallo ristretto per ridurre le emissioni di scarico.

Tuttavia, per i motori da corsa, è comunque vantaggioso scegliere la giusta gamma di calore. I motori da corsa molto vecchi a volte hanno due set di candele, uno solo per l’avviamento e uno per il funzionamento quando il motore è caldo.

Fonte:

https://en.wikipedia.org/wiki/Spark_plug#/media/File:Spark_plug_gauge.jpg

https://en.wikipedia.org/wiki/Spark_plug#/media/File:Four_stroke_engine_diagram.jpg

https://en.wikipedia.org/wiki/Spark_plug#/media/File:Spark_plug_heat.svg

https://en.wikipedia.org/wiki/Spark_plug