Candela di accensione

Nei motori ad accensione comandata (a ciclo Otto) la candela d'accensione è il dispositivo elettrico inserito nella testa di ognuno dei cilindri atto a generare una scintilla che avvii la combustione della carica fresca. Nei motori ad accensione spontanea la combustione è invece avviata da una compressione, e le cosiddette candelette hanno il solo scopo di riscaldare il combustibile in una precamera durante gli avviamenti a freddo.

Storia

I primi brevetti riguardanti un sistema di sincronizzazione di accensione risalgono al 1898 a nome di Nikola Tesla (USA), Richard Simms (Gran Bretagna) e Robert Bosch (Germania), ma l'invenzione viene attribuita anche a Carl Benz (Germania).Serve a generare una scintilla che avvii la combustione della carica fresca.

Funzionamento

Alla candela viene applicata una 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 dielettrica incomincia a ionizzarsi. Un gas ionizzato diviene conduttore, generando una breve ma intensissima scarica di elettroni con un meccanismo analogo a quello dei fulmini: la scintilla, che 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 possono essere utilizzate anche in altri campi, come i forni e le fornaci, nei quali la miscela combustibile può dover essere innescata. In questo caso, vengono detti "candele" gli innescatori a fiamma.

Parti della candela

File:Spark plug construction.jpg

Schema di una candela d'accensione

La candela si può schematizzare in varie parti. Dall'alto della foto:

Terminale

La parte superiore della candela ha un terminale, che viene connesso alla pipetta (componente dell' impianto d'accensione). La costruzione del terminale varia in funzione dell'impiego della candela stessa e generalmente ogni candela ha il terminale dotato di un adattatore che si svita, in modo da permettere l'adattamento del terminale a più tipi di pipetta.

Questo terminale fa parte di un estremo dell'anima metallica della candela, dove all'altro capo si trova l'elettrodo centrale.

Corpo ceramico

Percorre per tutta la lunghezza la candela, tale corpo viene classificato in varie parti:

Corpo, costituisce la parte superiore del corpo, realizzato in ceramica a base di ossido di alluminio, presenta il tipico aspetto dotato di risalti circonferenziali smussati.
- Coste, esse hanno la funzione di incrementare il potere isolante e di impedire che una scarica elettrica si instauri tra il terminale e l'involucro metallico muovendosi parallelamente alla superficie del corpo isolante. Infatti, i risalti allungano il percorso che la scarica dovrebbe seguire e lo rendono tortuoso, in modo da incrementare la resistenza incontrata.
Isolatore, costituisce la parte inferiore del corpo ceramico, giunge fino alla base dell'elettrodo centrale ed è quindi all'interno della camera di combustione, per questo deve resistere fino a 1500° C e 60.000 V, le sue misure sono importanti per determinare il grado termico della candela.

Corpo metallico

Costituisce la parte della candela che permette l'avvitamento sulla testata del motore e il collegamento di un elettrodo a massa, in modo da poter generare la scintilla e supportare il corpo ceramico che ingloba l'altro elettrodo, esso è costituito anche da:

Filettatura

È la parte del corpo metallico, che viene avvitata all'interno della testata.

Guarnizione

Tale guarnizione è un elemento deformabile, situata tra il corpo metallico e la filettatura dello stesso, evita il trafilamento verso l'esterno dei gas dalla camera di combustione evitando così perdite di pressione.

Elettrodi

Gli elettrodi sono due:

Uno centrale (polo positivo) che sbuca dall'isolatore e da dove parte la scintilla elettrica. Con maggiori diametro e lunghezza viene garantita una maggiore durata; restringendo questi valori si ha una maggiore affidabilità nello scoccare della scintilla a svantaggio della durata del pezzo. I motori da competizione utilizzano generalmente candele con elettrodi molto sottili realizzati in leghe speciali.
L'altro elettrodo viene saldato o ricavato dal corpo metallico; regolando la sua apertura o chiusura è possibile decidere la distanza dall'altro elettrodo.

Gli elettrodi possono essere realizzati in platino: in questo caso la velocità di usura è notevolmente ridotta.

Distanza degli elettrodi

La distanza degli elettrodi è un parametro di settaggio della candela, l'unico che può essere modificato. Questo valore deve essere piuttosto preciso, dato che modificandolo si possono avere comportamenti anche molto differenti, per questo bisogna utilizzare uno spessimetro e verificare che la distanza degli elettrodi sia quella prescritta dal costruttore del motore.

Condizioni di gap (distanza elettrodi):

Gap troppo stretto: la scintilla potrebbe essere troppo debole e/o piccola per incendiare la miscela carburante.
Gap stretto: scintilla sempre presente.
Gap ampio: la scintilla è piu forte, garantendo una migliore combustione.
Gap troppo ampio: difficoltà nello scoccare della scintilla, porta a riduzioni della potenza, soprattutto ad alti regimi.

Il costruttore del motore fornisce un range del gap, al cui interno la candela riesce a funzionare a dovere. Generalmente i meccanici installano candele nuove con la distanza (gap) al valore minimo, in modo che con l'usura e la formazione di depositi non perdano subito la loro funzione, ma anzi in un primo momento la migliorino leggermente, così da permettere intervalli fra gli interventi di manutenzione più lunghi, sebbene i principali produttori forniscano le candele già predisposte con una distanza degli elettrodi ottimale per il motore su cui andranno installate, di solito tra 0,8 e 1,1 mm.

Materiale elettrodo centrale

Il materiale dei elettrodi è molto importante, perché determina le caratteristiche della candela, infatti maggiore sarà la temperatura a cui questo può essere sottoposto, così come la resistenza alla corrosione, in modo da adoperare un diametro minore e piu si avrà una candela per uso sportivo, la quale riesce a entrare rapidamente in temperatura, fornire una scintilla piu costante e resiste alle elevate temperature che generalmente si generano in questi motori e a cui si tengono queste candele, in modo che rimangano piu pulite possibili, in modo da non perdere qualità nella scarica.

Variazioni sul modello di base

Nel corso degli anni le modifiche progettuali e costruttive sulle candele sono state indirizzate ad ottenere una migliore ignizione o una maggiore durata (o entrambe):

L'uso di due, tre, o quattro elettrodi di terra equamente distanziati fra di loro e posti intorno ad un elettrodo centrale (candela a scarica semisuperficiale).
Schermatura della candela, accorgimento che permette l'annullamento quasi totale delle interferenze generate da apparecchiature elettriche, tra cui i cavi dell'alta tensione. Tali candele tuttavia richiedono che anche l'intero impianto d'accensione (o di alimentazione, se integrati) sia schermato, perché altrimenti non si avrà alcun beneficio.
Uso di un elettrodo resistivo: l'elettrodo centrale è munito di una resistenza collegata in serie, che permette l'aumento della vita della candela, dato che si riducono l'intensità dell'arco elettrico e i disturbi radio prodotti da eventuali apparecchiature elettroniche.

Grado termico

Il grado termico della candela è molto importante, perché definisce la capacità della candela di dissipare il calore, che altrimenti porterebbe a un surriscaldamento e a un decadimento delle prestazioni e della vita utile della candela, o a temperature troppo basse dell'elettrodo centrale che comportano un più difficile avviamento a motore freddo e formazioni di depositi sulla candela. Inoltre se la candela non disperde sufficientemente il calore, potrebbe provocare l'autoaccensione della miscela, che in pratica non verrebbe incendiata dalla scintilla ma dal corpo della candela stessa, molto caldo. Il grado termico della candela dipende prevalentemente dall'isolante (porcellana), che impedisce la dissipazione del calore dalla candela alla testata motore. Una candela si dice calda se ha bassa attitudine a disperdere calore, ed è idonea per motori di bassa potenza; si dice fredda se ha alta attitudine a disperdere calore ed è idonea per motori di elevata potenza.

Il grado termico si trova stampato sulla candela. I costruttori per definire la capacità dissipante usano scale differenti: per esempio il costruttore NGK utilizza una scala che all'aumentare del valore, aumenta il potere dissipante della candela (valore alto, candela fredda), mentre il costruttore Bosch utilizza una scala inversa (valore alto, candela calda).

Dimensioni

Tre esempi differenti

Le candele non sono tutte uguali, possono variare per:

Diametro: nei quattro tempi più performanti e con valvole a fungo molto larghe, si utilizzano candele di diametro ridotto, mentre in quasi tutte le altre condizioni si utilizzano candele con diametro largo, ovviamente oltre a variare la filettatura si variano le misure dell'esagono utilizzato per l'avvitamento.
Lunghezza filettatura: le candele hanno varie misure per la lunghezza del filetto, generalmente le filettature lunghe vengono utilizzate sui mezzi più grandi, mentre per le apparecchiature più piccole come le motoseghe o i ciclomotori più semplici come il Piaggio Ciao si utilizzano candele con filettatura corta.
Tipo di sede: la sede per la candela può essere cilindrica o conica.
Lunghezza corpo ceramico: in alcuni modelli la lunghezza del corpo ceramico è più corta rispetto al normale, questo formato si chiama compatto e viene utilizzato su piccole apparecchiature come tosaerba, motoseghe, ecc.

Lettura della candela

Tramite la visualizzazione della candela dopo un determinato periodo d'utilizzo è possibile comprendere se il motore lavora bene o male

Candela	Causa	Rimedio
	Il motore funziona perfettamente	non è necessaria alcuna misura di correzione
	Candela corrosa e fusa	Detonazione, controllare sia il combustibile e la candela, che siano adatti al motore
	Candela sovrariscaldata	Controllare la carburazione (povera di benzina), il grado termico della candela
	Candela ricoperta di fuliggine nera e in alcuni casi è umida	Miscela fresca troppo ricca di carburante o candela troppo fredda, controllare il grado termico della candela, la carburazione, controllare il corretto uso dello starter
	Deposito d'olio sulla candela	Per i motori a due tempi, bisogna regolare il rapporto miscela olio-benzina Per i motori a quattro tempi bisogna verificare la tenuta dei raschiaolio, il livello dell'olio e la pompa dell'olio
	Sbalzo termico della candela	verificare il tipo di candela, il grado termico, la sua qualità e l'istallazione corretta
	La candela si smalta	Controllare la qualità della candela, il grado termico e le impostazioni del motore
	Elettrodo corroso	Controllare il carburante e l'anticipo d'accensione
	elettrodo centrale consumato ai bordi, mentre l'elettrodo laterale è surriscaldato e squamoso	Preaccensione del combustibile, controllare il grado termico della candela e il combustibile
	residui di idrocarburi sulla candela	Motori a quattro tempi: Controllare il gioco tra pistone e cilindro e le varie tenute per il contenimento dell'olio motore Motore a due tempi: ridotta tenuta dei paraoli, con infiltrazioni d'olio dal cambio Verificare anche la qualità della benzina
	Candela danneggiata meccanicamente	Controllare i danni al motore, il pistone sbatte contro la candela