Candele Auto

L'accensione in un motore termico è la fase in cui la combustione della miscela aria-benzina viene innescata da una scintilla elettrica: è la candela di accensione che produce questa scintilla elettrica. I primi brevetti riguardanti un sistema di sincronizzazione di accensione risalgono al 1988 a nome di Nikola Tesla (Usa), richard Simms (Gb) e Robert Bosch (Germania), ma l'invenzione viene attribuita anche a Karl Benz (Germania). Serve a generare una scintilla che avvii la combustione. Le candele servono, quindi, per accendere al momento opportuno la miscela aria-carburante compressa nel cilindro e originare la combustione. Anche se potrebbe sembrare un compito banale, non lo è affatto. Alla candela viene applicata una ben precisa tensione di migliaia di volt generata dalla bobina, la differenza di tensione fra i due elettrodi è crescente fino a superare la capacità isolante della miscela di aria e benzina, che al ridursi della resistenza dialettrica incomincia a ionizzarsi. Un gas ionizzato diviene conduttore, generando una breve ma intensissima scarica di elettroni (dall'elettrodo centrale all'elettrodo di massa) con un meccanismo analogo a quello dei fulmini, tale scintilla induce un riscaldamento locale della carica fresca fino a temperature che vanno dai 700 ai 1000 °C (a seconda della bontà della candela). Le candele moderne, infatti, sono componenti dall'alto tasso tecnologico, per i quali è richiesto un know-how molto elevato. Ecco come funzionano e perché è importante il loro grado termico.

COME SONO FATTE LE CANDELE AUTO

Tipicamente una candela è costituita da un isolante ceramico inserito in un corpo metallico, in cui sono ricavati un esagono di manovra e una radice filettata. L'isolante è attraversato in tutta la sua lunghezza da un'anima conduttrice (solitamente interamente metallica) che termina con l'elettrodo centrale. Sulla radice filettata è fissato, tramite saldatura, l'elettrodo di massa. L'isolante è realizzato in materiale ceramico (di norma allumina), mentre il corpo metallico è in acciaio. Per gli elettrodi spesso vengono impiegati materiali pregiati molto costosi, come il platino o l'iridio. A volte, per migliorare la conduttività termica, l'anima centrale è realizzata in rame. Gli elettrodi, infine, possono avere disposizioni diverse, soprattutto riguardo a quello di massa, che in alcuni casi può anche mancare. Trovandosi nella camera di combustione ed essendo circondata dalla fiamma, la zona intorno agli elettrodi di ogni candela tende a degradarsi nel tempo. Nello specifico, si formano depositi carboniosi dovuti ai residui di combustione e all'eventuale trafilaggio di lubrificante, che alla lunga incrostano gli elettrodi e formano un rivestimento che favorisce la scarica laterale. Questo avviene perché la corrente sceglie sempre la via di propagazione dove trova meno resistenza.

GLI ELETTRODI DELLE CANDELE AUTO

La parte più delicata della candela sono gli elettrodi che determinano le caratteristiche della candela e ogni secondo devono scoccare un alto numero di scintille (quaranta al secondo in un motore che ruota a 5.000 giri/min), generate dal passaggio di corrente ad alta tensione. Gli elettrodi stessi e il piede dell'isolante possono raggiungere anche temperature di 850° e sono sottoposti ad attacchi non trascurabili da parte di agenti chimicamente molto attivi. Inoltre, la pressione nella camera di combustione può anche superare picchi di 200 bar, nei motori a iniezione diretta. A tutto questo si aggiungono anche le vibrazioni e gli choc termici, dovuti all'alternarsi di fasi calde e fasi fredde. Maggiori sono le temperature a cui un elettrodo può lavorare e la sua resistenza alla corrosione, minore potrà essere il diametro, che è fondamentale perché permette alla candela di entrare prima in temperatura operativa e di originare scariche meno nascoste possibile dall'ingombro degli elettrodi stessi.

IL GRADO TERMICO DELLE CANDELE

Il grado termico di una candela si individua dalla sua sigla, così come le misure della radice filettata e del tipo di elettrodi. La gradazione termica è importante perché la temperatura di lavoro degli elettrodi e dell'isolante deve risultare compresa tra i 350° e gli 850°. Al di sotto del valore più basso la candela si imbratta, mentre al di sopra del più alto dà origine all'autoaccensione, con pessime conseguenze per il motore. Il grado termico, che indica la capacità di smaltire il calore assorbito, è quindi fondamentale. Le candele cosiddette 'fredde' sono indicate nei motori ad alte prestazioni, viceversa quelle 'calde'; la differenza è nel grado di esposizione ai gas del piede dell'isolante. Il grado termico descrive la capacità della candela di smaltire il calore generato dalla combustione: la quantità di calore sviluppata in camera di combustione varia da motore a motore; come ovvio, risulta minore nei motori meno prestazionali, maggiore nei motori dalle prestazioni più elevate. Tutto questo calore determina giocoforza un aumento della temperatura della candela stessa, la parte esterna della quale ha funzione di negativo (chiude il circuito di accensione a massa sul motore), è in metallo ed è collegata alla testata, quindi disperde calore molto in fretta. In funzione del suo grado termico, una candela si dice "calda" se ha bassa attitudine a disperdere calore, ed è idonea per motori di bassa potenza. Si dice, invece, "fredda" se ha buona attitudine a disperdere calore ed è idonea per motori di elevata potenza. La giusta capacità di dissipazione del calore è molto importante perché con una candela troppo calda (un basso numero su scala NGK) il surriscaldamento derivante porterebbe a un decadimento delle prestazioni, fino ad arrivare a fenomeni di grippaggio o di autoaccensione in grado di danneggiare il cielo del pistone. Si tende ad avere inoltre un marcato effetto dieseling. Viceversa, candele con temperature troppo basse (un alto numero sulla scala NGK) comporterebbero un più difficile avviamento a motore freddo e formazioni di depositi carboniosi sull'isolante ceramico, capaci di cortocircuitare a massa l'energia fornita dal circuito di accensione, impedendo la scintilla. Il grado termico di una candela influenza anche la sua temperatura di esercizio, che se inferiore a 450 gradi Centigradi, non permetterà la corretta combustione e pulizia degli elettrodi.

Il positivo, è separato dal corpo esterno metallico da una struttura isolante, ed è proprio la forma e la composizione dell'isolante che determina in buona misura il grado termico. L'isolante raccoglie il calore nella camera di combustione e lo conduce verso la parte alta della candela per poi trasmetterlo al corpo metallico esterno e quindi al motore. In tutti i punti in cui entra in contatto con il corpo metallico, si verifica una cessione di calore. Ampliando o riducendo questa superficie di contatto, quindi, si può quindi definire la maggiore o minore quantità di calore dissipata dalla candela attraverso il corpo. Interessante sapere che secondo NGK la dissipazione del calore avviene per il 60% circa attraverso il corpo della candela e la filettatura; poco meno del 40% del calore viene evacuato dalla guarnizione anulare della testata ed una infinitesima parte attraverso l'elettrodo centrale ed il suo collegamento alla bobina.

SCELTA DELLA CANDELA OTTIMALE

Con quanto detto finora sembrerebbe un non problema, basta fare una candela fredda e quella va bene su tutti i motori. In realtà le cose sono ben più complesse, in definitiva ogni motore ha bisogno della sua candela, perché una candela troppo calda o troppo fredda comporta problemi diversi.

Con una candela troppo calda l'elettrodo centrale aumenta talmente tanto di temperatura da diventare incandescente col risultato che appena viene investito dal flusso della miscela in entrata dall'aspirazione innesca la combustione. Si verifica cioè l'auto-accensione, quanto di più deleterio ci possa essere per un motore ad accensione comandata, perché, oltre ad effetti minori come il ritardo in spegnimento sulle moto alimentate a carburatore, comporta un sensibile calo delle prestazioni e addirittura l'insorgere della detonazione con risultati distruttivi per valvole e pistoni.

Diversamente una candela troppo fredda fatica a raggiungere l'ottimale temperatura di esercizio degli elettrodi (indicativamente fra i 400 ed i 500 °C), il che implica scarse prestazioni nella partenze a freddo, con scintille poco vive o addirittura fenomeni di miss firing (mancata accensione), che portano ad un degrado repentino delle prestazioni per la formazione di depositi carboniosi sugli elettrodi. Nelle candele con capacità termica più elevata, la superficie di contatto fra isolatore e negativo è più grande. Nelle candele con capacità termica inferiore la superficie è più piccola. Il grado termico si valuta con apposite scale numeriche, purtroppo non ne esiste una sola, c'è quella "Bosch", vecchia ormai di un secolo, che associa numeri crescenti all'aumento del grado termico; poi una seconda scala Bosch definita negli anni settanta con andamento inverso, la scala Champion; o quella NGK, quest'ultima abbastanza diffusa e accettata come standard di riferimento. Al di là dei valori numerici, una candela si dice "calda" se ha bassa attitudine a disperdere calore, ed è idonea per motori di bassa potenza; si dice, invece, "fredda" se ha buona attitudine a disperdere calore ed è idonea per motori di elevata potenza.

MALFUNZIONAMENTI DELLE CANDELE

Il bello delle candele, comunque sia, è che "parlano", ovvero è sufficiente una rapida analisi visiva per determinare con buona approssimazione il loro stato di salute, nonché lo stato della carburazione del motore. La candela perfetta presenta una uniforme colorazione marroncino chiaro (gli esperti dicono color nocciola) diffusa sia sugli elettrodi che sull'isolante. Da li in poi tutte le variazioni sul tema sono indice di qualcosa che non va. Se si hanno dubbi sul grado termico bisogna fare attenzione, sia al colore (troppo chiaro è indice di alte temperature), sia allo stato dell'elettrodo centrale che, se mostra evidenti segni di usura irregolare, è indice di una candela troppo calda; mentre, evidenti depositi carboniosi, o comunque una colorazione tendente al nero, possono essere frutto di una carburazione troppo magra, ma anche di una candela troppo fredda.