Candelette e motori diesel: come funzionano, quando sostituirle

Le candelette sono un componente fondamentale per il motore diesel, indispensabili per assicurarne la piena efficienza. I motori a diesel funzionano per autoaccensione e, a differenza dei motori a benzina, non necessitano di candele per innescare la miscela di aria e carburante. Nel diesel l’aria viene aspirata e sottoposta nei cilindri ad una compressione molto più forte rispetto ai motori a benzina (il rapporto di compressione può arrivare fino a 25 a 1), portando l’aria aspirata ad una temperatura compresa tra 700-900°. Il carburante è introdotto solo quando viene raggiunta questa temperatura, ed è a questo punto che, grazie all’elevata temperatura, avviene la combustione. Per assicurare l’ avviamento anche a temperature esterne molto basse, i motori diesel sono dotati di candelette, un componente chiave per l’operatività e l’affidabilità di questi motori. Le candelette rendono infatti possibile il preriscaldamento. In fase di avvio, il motore e i suoi cilindri sono infatti freddi e sottraggono ulteriore calore all’aria. L’aria non riesce quindi a raggiungere la temperatura necessaria (700-900°) per effetto della sola compressione, ed è quindi necessario l’intervento della candeletta, che non appena viene applicato il voltaggio di alimentazione si riscalda fino a oltre 1000 gradi, riscaldando anche l’aria nella camera di combustione.

Candelette: non solo partenza a freddo

Ma le candelette non sono solo necessarie per la partenza “a freddo”. Il loro funzionamento, anche quando le temperature non sono così basse, è infatti fondamentale per il sistema di scarico e per le emissioni. Nella fase del “riscaldamento intermedio” le candelette vengono infatti attivate a motore caldo per contribuire alla rigenerazione del filtro antiparticolato. Il calore generato dalle candelette è inoltre fondamentale, come vedremo, per mantenere in buona salute la valvola EGR. I controlli alle candelette sono dunque necessari tutto l’anno, e non solo nei mesi più freddi.

Le candelette hanno comunque un ruolo essenziale nel rendere più pulita la combustione diesel e nell’assicurare che il motore operi con efficienza, assolvendo la funzione di post riscaldo finché non viene raggiunta la temperatura ottimale di esercizio del motore.

La candeletta è avvitata nella testata del motore, con il bulbo riscaldante che si affaccia nella camera di combustione.

I diversi tipi di candelette: bulbo metallico e bulbo ceramico

C’è una differenza fondamentale tra le candelette con bulbo metallico e quelle con bulbo ceramico. Nella candeletta con bulbo metallico, il calore è generato da una spirale di riscaldamento. Nelle candelette con bulbo ceramico l’elemento riscaldante è invece avvolto da uno speciale materiale ceramico, e non hanno quindi una guaina in metallo. Normalmente le candelette con bulbo cercamico si riscaldano più velocemente, raggiungendo temperature più alte rispetto a quelle metalliche. Hanno inoltre il vantaggio di essere più compatte, e dunque più facilmente alloggiabili nei motori moderni, che sono generalmente di dimensioni più ridotte per effetto del downsizing.

I principali elementi della candeletta

Spirale di riscaldamento: la spirale di riscaldamento di una candeletta con bulbo metallico è realizzata in metallo. La candeletta, una volta applicato il voltaggio, inizia a scaldarsi, riscaldando a sua volta l’ambiente circostante e l’aria presente nella camera di combustione. Variando il diametro o la lunghezza dei fili utilizzati per la costruzione della spirale di riscaldamento si varia anche il comportamento termico e si influisce sulla rapidità di riscaldamento.

Riempimento isolante: la punta delle candeletta viene riempita con una polvere compatta di ossido di magnesio, un materiale elettricamente isolante e dotato di ottima conducibilità termica. Il riempimento isolante serve a proteggere le spirali da urti e vibrazioni e assicura una conduzione ottimale del calore generato.

Bulbo riscaldante: in una candeletta con bulbo metallico, il il bulbo riscaldante è realizzato con una lega resistente alle alte temperature e fa in modo che le spirali non siano esposte direttamente alla combustione e alle variazioni di pressione generate della rapida espansione della miscela.

Nella candeletta con bulbo ceramico, l’elemento riscaldante è invece circondato da un materiale ceramico particolarmente resistente, il nitruro di silicio, che protegge l’elemento interno da alte temperature e vibrazioni e contemporaneamente è un ottimo conduttore termico. Ciò rende possibile il rapido trasferimento del calore verso la camera di combustione.

Spirale di regolazione: è saldata all’elettrodo centrale che conduce la corrente e alla spirale di riscaldamento. All’aumentare della temperatura aumenta anche la resistenza elettrica della spirale di regolazione, che in tal modo riduce il flusso di corrente destinato alla spirale di riscaldamento in maniera inversamente proporzionale.

Elettrodo centrale: conduce la corrente dal connettore alle spirali.

Filettatura: nelle candellette di qualità è ottenuta per rullatura e non per tornitura, garantisce il corretto accoppiamento con la testata e ne previene il danneggiamento della filettatura.

Corpo metallico: il corpo metallico di una candeletta costituisce anche il collegamento a massa

Connettore: in corrispondenza del connettore viene applicata la tensione della batteria. Può essere di due tipi: filettatura con dado di serraggio oppure ad attacco rapido.

Isolatore: serve a garantire ‘isolamento elettrico tra polo positivo e negativo della candeletta, contribuendo inoltre alla tenuta ai liquidi (acqua, oli del motore, ecc) della stessa.

La candeletta autoregolante (SRM) è una delle tipologie usate più di frequente

Candelette ceramiche

Come si è detto, le candellette ceramiche presentano alcune sostanziali differenze rispetto a quelle metalliche. L’elemento riscaldante è infatti circondato da un materiale ceramico in nitruro di silicio, che protegge l’elemento interno da alte temperature e vibrazioni. L’ottima conducibilità di questo materiale consente il rapido trasferimento del calore verso la camera di combustione.

Sede conica: la sede conica assicura la tenuta ai gas di combustione senza la necessità di ulteriori guarnizioni, permettendo al tempo stesso di minimizzare il diametro del foro di alloggiamento all’interno della testata motore. Come il corpo metallico, anche la sede conica assicura il collegamento a massa

Anello di collegamento: assicura la continuità elettrica tra l’elettrodo centrale e l’ elemento riscaldante.

I motori evolvono, e anche le candelette

Anche la candeletta, così come gli altri componenti, ha visto negli anni una continua evoluzione per soddisfare le esigenze dei motori più recenti e delle normative sulle emissioni. L’evoluzione tecnologica ha reso quasi impercettibile la fase di preriscaldamento, rendendo l’avviamento di un motore diesel del tutto simile a quello di un motore a benzina. Le ultime generazioni di candelette ceramiche ad alte temperature sono in grado di raggiungere i 1000° C in meno di 2 secondi. Il rapido pre-riscaldamento consente al motore di avviarsi immediatamente e di funzionare in maniera più fluida.

Ma anche sul versante dei requisiti ambientali sono stati fatti significativi passi avanti: nei primi chilometri, per consentire ai motori di rispettare i limiti sulle emissioni, le candelette devono infatti assolvere una funzione di post riscaldo fino a che il motore non raggiunge la temperatura di esercizio. Il post riscaldo porta dunque il motore a funzionare più efficientemente e dunque a ridurre le emissioni inquinanti.

Il riscaldamento intermedio

Ma c’è anche un’altra funzione fondamentale che, con le nuove normative Euro6, le candelette sono chiamate a svolgere. Si tratta del cosiddetto “riscaldamento intermedio”, fase in cui le candelette vengono attivate anche a motore caldo per contribuire alla rigenerazione del filtro antiparticolato. La rigenerazione attiva avviene infatti con il veicolo in movimento, solitamente ad alta velocità, quando cioè il motore è abbastanza caldo (circa 600° per circa 10 minuti) per ossidare la fuliggine e trattenerla nel filtro. La rigenerazione attiva avviene frequentemente, senza che l’automobilista se ne accorga.

La centralina può dunque attivare il cosiddetto “riscaldamento di rigenerazione”, in cui le candelette raggiungono i 1000°C a motore già avviato. Questo comporta un aumento della temperatura della camera di combustione, che conseguentemente porta a un aumento della temperatura del gas di scarico. Un malfunzionamento della candeletta può dunque impattare sul DPF, impedendo una corretta rigenerazione del filtro antiparticolato e rendendone necessaria la sostituzione.

Le candelette contribuiscono in maniera decisiva anche alla salute della valvola EGR producendo quello che viene definito “calore intermedio”. “A basse temperature del gas di scarico, la valvola EGR tende ad accumulare depositi carboniosi,che la rendono meno efficace nel ridurre le emissioni di particolato e di ossido di azoto. Nel lungo termine ciò può provocare un danno alla valvola, rendendone necessaria la sostituzione. L’attivazione delle candelette da parte della centralina (ECU) mentre il motore è in funzione può dunque ridurre il formarsi di questi depositi di carbonio. Il calore previene infatti l’abbassamento della temperatura dei gas di scarico sotto la soglia critica.

C’è anche un’altra modalità in cui entrano in gioco le candelette. Quando si viaggio a lungo in discesa, le candelette intervengono per far in modo che la camera di combustione non si raffreddi troppo, facendo abbassare la temperatura dei gas di scarico e provocando fuliggine in eccesso quando si riaccelera.

Montaggio candeletta: la corretta coppia di serraggio

Per montare correttamente una candeletta è consigliabile l’uso di una chiave dinamometrica. Senza lo strumento adatto è infatti pressoché impossibile individuare la giusta coppia di serraggio. Se la coppia è eccessiva il corpo della candeletta può rompersi, sia in fase di smontaggio che di montaggio. La coppia, come è noto, è data da due grandezza moltiplicate tra loro: la forza applicata e la distanza tra il punto di applicazione e l’asse di rotazione. Una coppia eccessiva potrebbe causare anche una deformazione del corpo metallico, alterando di fatto lo scambio termico verso la testa motore con il rischio di rompersi per surriscaldamento. La corretta coppia di serraggio da applicare dipende dal diametro della filettatura della candeletta. Anche per il connettore filettato bisogna applicare la coppia corretta, conformemente alle dimensioni della filettatura. È sempre opportuno consultare le istruzioni fornite dal costruttore del veicolo.

Sostituzione candelette: rimozione dei depositi carboniosi con l’alesatore

Alcuni motori diesel possono essere soggetti ad una maggiore tendenza alla formazione di depositi carboniosi. Tali depositi potrebbero creare qualche problema quando si sostituiscono le candelette. È dunque opportuno pulire il foro corrispondente con un alesatore, in modo tale che gli accumuli carboniosi non vadano ad alterare lo scambio termico verso la testa motore provocando un eccessivo surriscaldamento. Per evitare questi inconvenienti occorre quindi scegliere un alesatore adatto alla candeletta; cospargere l’alesatore con un po’ di grasso nella parte anteriore; avvitare manualmente l’alesatore nella testata; svitare l’alesatore e pulirlo bene.

Alcuni consigli di montaggio delle candelette

Riportiamo alcuni consigli utili per un agevole smontaggio/montaggio delle candelette: 1. smontare la candeletta possibilmente a motore caldo. 2. allentare con cautela la candeletta. 3. rimuovere eventuali incrostazioni e tracce di sporcizia con aria compressa. 4. svitare la vecchia candeletta e rimuovere i residui nella zona del foro, eventualmente con un alesatore. 5. avvitare a mano la candeletta per quanto possibile. 6. utilizzare la chiave dinamometrica impostando la coppia di serraggio corretta. 7. inserire esattamente l’estremità della chiave dinamometrica sul dado di serraggio della candeletta e stringerlo bene.

Candeletta danneggiata: cause e possibili problemi

Osservare con attenzione una candeletta da sostituire può essere estremamente utile per risalire alla causa del danno e individuare eventuali problemi ad esso correlati.

Surriscaldamento: la candeletta può rompersi a seguito di un surriscaldamento, che può presentarsi ad esempio se il funzionamento dell’ iniezione o la quantità di carburante non sono corretti. Una delle cause potrebbe anche essere un infiltrazione di olio in camera di combustione sia dalle fasce pistoni che dai guidavalvole.

Eccesso di tensione di alimentazione: danni da eccessiva tensione si possono avere in caso di montaggio di una candeletta errata (12 volt invece di 24 volt), oppure nel caso in cui la centralina generi troppa tensione o interrompa l’alimentazione troppo tardi (in questo caso occorre controllare la centralina e l’alternatore).

Rottura del corpo metallico o del collettore filettato: questi danni si verificano quando viene applicata una coppia di serraggio errata o se la chiave non viene utilizzata correttamente.

Rottura del bulbo: la causa può risiedere nelle caratteristiche dell’ iniezione o nella quantità di carburante.

Punta riscaldante gonfiata (candela ceramica): potrebbe essere la conseguenza del montaggio di una candeletta con errato voltaggio, oppure derivare del malfunzionamento della centralina che provoca un eccesso di tensione o interrompe troppo tardi l’alimentazione.