L'evoluzione dei motori diesel ha trovato uno dei suoi momenti di svolta più significativi nell'introduzione dell'iniettore unitario (UI), un sistema di iniezione diretta integrato ad alta pressione. Questo componente rivoluzionario combina in un unico corpo l'ugello dell'iniettore e la pompa di iniezione, eliminando la necessità di tubi ad alta pressione che, nelle configurazioni tradizionali, rappresentavano un punto critico per guasti e dispersioni.
L'architettura dell'iniettore unitario
Il principio fondamentale dell'iniettore unitario risiede nella sua capacità di generare pressioni elevatissime, superiori a quelle raggiungibili dai sistemi a pompa rotativa convenzionali. La pompa a pistoni integrata è solitamente azionata da un albero a camme comune. L'iniezione ad alta pressione offre vantaggi in termini di potenza e consumo di carburante rispetto alla precedente iniezione di carburante a pressione inferiore, iniettando il carburante sotto forma di un numero maggiore di goccioline più piccole, offrendo un rapporto tra superficie e volume molto più elevato.
Il design dell'iniettore elimina la necessità di tubi del carburante ad alta pressione e con ciò i guasti associati, oltre a consentire il verificarsi di una pressione di iniezione molto più elevata. L'iniettore è montato nella testata del motore, dove il carburante viene fornito tramite condotti integrali ricavati direttamente nella testata. Ogni iniettore è dotato di un proprio elemento pompante e, nel caso del controllo elettronico, anche di un'elettrovalvola del carburante.
Evoluzione storica e sistemi HEUI
L'uso commerciale degli iniettori unitari negli Stati Uniti iniziò all'inizio degli anni '30 sui motori Winton che alimentavano locomotive, barche e perfino sottomarini della Marina statunitense. Nel 1934, Arthur Fielden ottenne il brevetto statunitense n. 1.981.913 sul design dell'iniettore unitario, successivamente utilizzato per i motori diesel a due tempi della General Motors.
Mentre la maggior parte dei motori diesel di medie dimensioni utilizzava una singola pompa e iniettori separati, alcuni produttori, come Detroit Diesel ed Electro-Motive Diesel, divennero famosi per preferire gli iniettori unitari, in cui la pompa ad alta pressione è contenuta all'interno dell'iniettore stesso. Nel 1993, CAT e International Truck & Engine Corporation hanno introdotto l'"iniezione elettronica ad azionamento idraulico" (HEUI), in cui gli iniettori non sono più azionati da un albero a camme e possono pressurizzare il carburante indipendentemente dal regime del motore.
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Il sistema di iniezione Lucas: peculiarità e manutenzione
Nel contesto delle vetture d'epoca o dei veicoli commerciali dotati di sistemi di alimentazione specifici, il marchio Lucas (spesso associato a CAV) rappresenta un capitolo a sé stante. A differenza dei moderni sistemi elettronici, il sistema di iniezione Lucas per motori a benzina o diesel datati richiede una comprensione meccanica profonda.
La pompa carburante elettrica aspira dal serbatoio ed invia la benzina in pressione al metering unit. Il carburante in pressione arriva al metering unit che provvede al suo dosaggio, in base alla depressione generata nel condotto di aspirazione, e alla distribuzione agli iniettori. Mentre è facile comprendere il sistema di distribuzione realizzato facendo aprire in sequenza dei fori attraverso i quali passa il carburante che va agli iniettori, più difficile è capire il sistema di dosaggio che utilizza un pistoncino flottante la cui corsa varia in base alla depressione generata nel condotto di aspirazione, producendo così l'invio di una quantità maggiore o minore di benzina agli iniettori.
Sfide tecniche e gestione del metering unit
Il metering unit è complesso e spesso dà problemi se ancora dotato di guarnizioni ed altre parti in gomma non adatte alla benzina verde. Sul metering unit sono installate 6 valvole di non ritorno: 4 si trovano all'interno dei raccordi che alimentano i cilindri 1-6-3 e 4, mentre le altre 2 sono le famose Banjo Bolt Valves che inviano benzina ai cilindri 2 e 5. Se il motore si avvia con meno di 6 cilindri il guasto spesso è imputabile al mancato afflusso di carburante ai cilindri 2 o 5.
È fondamentale ricordare che il metering unit è collegato al motore con un giunto di plastica che non è obbligato. Questo significa che può essere installato sfalsato di 180°. Per avere un corretto funzionamento del motore bisogna assicurarsi che il metering unit sia in fase con il motore.
Diagnostica degli iniettori e problematiche comuni
Nel tempo, gli iniettori accumulano sporco, il che può portare alla loro occlusione. Questo potrebbe causare perdite e problemi al motore, influenzando il suo funzionamento. Il problema più diffuso è l'usura ed il bloccaggio dello spillo, oppure l'accumulo d'impurità sulla sede dell'ugello che impedisce la corretta chiusura della valvola, causando il cosiddetto gocciolamento, oppure una non uniforme distribuzione del carburante.
Se il motore non funziona correttamente, una prova banale consiste nel vedere se agli iniettori arriva gasolio; basta rimuovere il collegamento dalla pompa e facendo girare il motore vedere se i tubi sparano gasolio. La prova si può fare anche con gli iniettori collegati, anche se più laboriosa, in quanto consente di verificare visivamente come lavorano gli iniettori.
Procedure di spurgo e manutenzione
Attenzione: lo spurgo dell'aria dall'impianto è lungo, noioso e richiede cura e pazienza. Prima di avventurarvi nella sostituzione di pezzi assicuratevi di aver spurgato l'aria dall'impianto. Se avete completamente svuotato l'impianto, scollegate la linea di alimentazione dal MU, accendete il quadro in modo da far girare la pompa carburante e spurgate l'aria fino a che non esce benzina.
Mantenete l'iniettore su cui state operando sollevato e con la punta rivolta verso l'alto in modo da favorire l'uscita dell'aria. I primi 3-4 iniettori si spurgano quasi subito, mentre gli ultimi richiedono più tempo. Inserite gli ultimi due iniettori e lasciate girare il motore al minimo per una decina di minuti. Se qualche iniettore non "spruzza" è facilmente identificabile sentendo con le dita la linea che non pulsa.
Considerazioni sulla compatibilità e sostituzione
Sulle pompe anziane con diversi chilometri sulle spalle, è comune riscontrare instabilità al minimo, causata dall'usura di parti interne. Trovare un pompista specializzato in grado di revisionare correttamente questi componenti può risultare oneroso e difficile. In alcuni casi, la sostituzione di una pompa Lucas/CAV con un'unità Bosch, ove compatibile, è considerata una soluzione più affidabile e semplice da gestire in termini di ricambi e manutenzione futura.
Tuttavia, l'adattamento di componenti diversi da quelli originali richiede una verifica accurata della compatibilità meccanica e della gestione dei comandi, come ad esempio il cablaggio dell'elettrovalvola di arresto o il sistema di azionamento del pedale dell'acceleratore. È sempre consigliabile consultare documentazione tecnica specifica, manuali di officina e, se possibile, avvalersi di kit di revisione che prevedano la procedura di scambio (exchange), che permette di contenere i costi garantendo al contempo la qualità dei componenti rigenerati.