Come funzionano gli iniettori di carburante?
I migliori iniettori di carburante consentono a un motore di generare la massima potenza, riducendo al contempo il consumo di carburante e l'inquinamento. Gli iniettori di carburante con la tecnologia più avanzata aiutano a ridurre le emissioni di carbonio e di gas serra grazie a un'alimentazione precisa e a una miscelazione dell'aria ottimizzata. Questo articolo descrive cos'è un iniettore di carburante e come funziona nei motori diesel, a gas naturale e a idrogeno, nonché nei veicoli a celle a combustibile a idrogeno.
Cosa fa un iniettore di carburante?
Un iniettore di carburante regola l'iniezione di carburante nella camera di combustione interna di un motore, dove viene miscelato con aria e acceso. La camera di combustione è il luogo in cui l'energia chimica in diesel, idrogeno e gas naturale viene convertita in energia per il veicolo. Quando azionato dall'unità di controllo elettronica (ECU), l'iniettore eroga una quantità precisa di carburante per garantire una combustione efficiente.
Come funziona un iniettore diesel?
Un iniettore di carburante in un motore diesel è costituito da un solenoide (un tipo di elettromagnete), un ugello e un ago all'interno del corpo dell'iniettore. I moderni motori diesel sono a iniezione diretta, il che significa che il carburante viene erogato direttamente nella camera di combustione.
Nel cilindro, l'aria viene compressa dal movimento verso l'alto del pistone. Quando il pistone si avvicina alla sommità del suo percorso, un segnale elettrico viene inviato al solenoide, causando il sollevamento dell'ago dell'iniettore e consentendo al carburante ad alta pressione (fino a 37,000 psi) di fluire attraverso l'ugello e nella camera di combustione per mescolarsi con l'aria. A causa dell'elevata temperatura creata dalla corsa di compressione, la miscela aria-carburante si accende automaticamente, creando potenza e azionando i pistoni del motore.
La combinazione di elevata pressione del carburante e fori eccezionalmente sottili dell'ugello dell'iniettore garantisce una miscelazione ottimale di aria e carburante per soddisfare gli standard sulle emissioni ancora più severi. Nei motori diesel, un iniettore di carburante può sparare più impulsi in una singola corsa di potenza che può essere utilizzata per la mitigazione del rumore e il controllo delle emissioni.
Come funziona un iniettore di gas naturale?
I motori a gas naturale funzionano in modo simile ai motori a benzina in quanto il loro processo di combustione utilizza una candela (a differenza dei motori diesel). Il gas naturale viene compresso e immagazzinato in un serbatoio di carburante, in genere situato nella parte posteriore del veicolo. Il gas ad alta pressione viene instradato attraverso un regolatore di pressione che riduce la pressione del carburante in entrata a un livello appropriato per garantire un rifornimento accurato dall'iniettore. Un segnale elettrico apre l'iniettore e assicura che il corretto volume di carburante venga erogato nel flusso d'aria aspirata. Tale miscela aria-carburante viene consegnata alla camera di combustione dove viene accesa dalla candela, creando energia.
Il gas naturale è un carburante a bassa intensità di carbonio rispetto al diesel ed è considerato una tecnologia fondamentale per aiutare le flotte a ridurre le emissioni di carbonio oggi. Il gas naturale può essere sfruttato per una riduzione immediata e, nel caso del gas naturale rinnovabile (RNG), può persino possedere un'intensità di carbonio negativa.
Come funziona un iniettore ICE di idrogeno?
I motori a idrogeno hanno un alto grado di componenti comuni ai motori a gas naturale e diesel. I motori a idrogeno di Cummins sono costruiti sulla piattaforma all'avanguardia del motore indipendente dal carburante. Sebbene condividano componenti comuni, i motori a idrogeno hanno requisiti specifici per la regolazione e l'iniezione del carburante. Questo perché l'idrogeno è più infiammabile del diesel ed è più facile da accendere in una camera di combustione. Per questo motivo, i motori a idrogeno possono avere problemi di "pre-accensione", che possono causare il ritorno di fiamma. Un modo per superare i problemi di pre-accensione è che un motore utilizzi un sistema di iniezione diretta. I sistemi di iniezione diretta introducono l'idrogeno direttamente nei cilindri. Cummins sta attualmente sviluppando un motore a idrogeno da 15 litri che utilizza l'iniezione diretta.
Cos'è il sistema di iniettori nei veicoli a celle a combustibile?
I veicoli a celle a combustibile a idrogeno sfruttano l'energia elettrica prodotta dividendo un atomo di idrogeno in protoni ed elettroni e facendolo reagire con l'ossigeno. Sulle celle a combustibile, il sistema di erogazione dell'idrogeno deve fornire un flusso di idrogeno fresco sufficiente al lato anodico della pila a combustibile per soddisfare le esigenze di energia elettrica dell'applicazione. Ciò può essere ottenuto utilizzando un iniettore di idrogeno o una valvola proporzionale, entrambi i quali regolano accuratamente il flusso di idrogeno al camino. A differenza dei motori a combustione interna (ICE) diesel, gas naturale e idrogeno, le celle a combustibile non hanno emissioni di carbonio o inquinanti. I sottoprodotti della scissione di un atomo di idrogeno in una cella a combustibile sono elettricità, calore e vapore acqueo.
Qual è il ruolo degli iniettori di carburante nella transizione energetica?
Gli iniettori di carburante sono più di un semplice componente nei motori. Possono svolgere un ruolo chiave nella transizione energetica dai combustibili fossili a fonti energetiche più pulite. Ottimizzando il consumo di carburante nei motori diesel tradizionali e facilitando il funzionamento di motori a combustibile alternativo come gas naturale, motori a combustione interna a idrogeno (ICE) e celle a combustibile a idrogeno, gli iniettori di carburante contribuiscono agli sforzi delle flotte di autotrasporti per ridurre le emissioni di carbonio e gas serra.
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Accelera™ by Cummins lavora allo sviluppo di nuove tecnologie nelle celle a combustibile. Accelera, un segmento di business di Cummins, è sia un fornitore che un integratore di componenti, focalizzato su batterie, celle a combustibile a idrogeno, assali elettrici, trazione ed elettrolizzatori. Per ulteriori informazioni sul variegato portafoglio Accelera di soluzioni a emissioni zero, visitare accelerazero.com.