Come funziona un motore diesel

Tradizionalmente, i motori diesel sono sempre stati visti come motori rumorosi, puzzolenti e sottodimensionati di scarsa utilità se non in camion, taxi e furgoni. Ma poiché i motori diesel e i loro controlli del sistema di iniezione sono diventati più raffinati, gli anni '80 hanno visto quella situazione cambiare. Nel Regno Unito nel 1985 sono state vendute quasi 65.000 auto diesel (circa il 3,5 per cento del numero totale di auto vendute), rispetto a solo 5380 nel 1980.

Il motore ad accensione per compressione

Il principale vantaggio dei motori diesel rispetto ai motori a benzina è il loro minor costo di esercizio. Ciò è in parte dovuto alla maggiore efficienza del motore diesel ad alto rapporto di compressione e in parte al prezzo più basso del carburante diesel, anche se la differenza di prezzo varia, quindi il vantaggio di guidare un'auto diesel sarà leggermente ridotto se si vive in una zona con alta -carburante diesel a buon mercato Anche gli intervalli di manutenzione sono spesso più lunghi, ma molti modelli diesel richiedono cambi dell'olio più frequenti rispetto ai loro omologhi a benzina.

Potenziamento della potenza

Lo svantaggio principale dell'auto diesel sono le prestazioni inferiori rispetto ai motori a benzina di cilindrata equivalente. Un modo per aggirare il problema è semplicemente aumentare le dimensioni del motore, ma questo spesso si traduce in un aumento di peso significativo. Alcuni produttori aggiungono turbocompressori ai loro motori per renderli competitivi in ​​termini di prestazioni; Rover, Mercedes, Audi e VW sono tra i produttori che producono turbodiesel.

Come funzionano i motori diesel

Induzione Compressione Accensione Scarico

Un motore diesel funziona in modo diverso da un motore a benzina, anche se condividono i componenti principali ed entrambi funzionano sul ciclo a quattro tempi. Le principali differenze sono nel modo in cui il carburante viene acceso e nel modo in cui viene regolata la potenza erogata.

In un motore a benzina, la miscela carburante/aria viene accesa da una scintilla. In un motore diesel, l'accensione si ottiene mediante la sola compressione dell'aria. Un tipico rapporto di compressione per un motore diesel è 20:1, rispetto a 9:1 per un motore a benzina. Compressioni così grandi riscaldano l'aria ad una temperatura sufficientemente alta per accendere il carburante spontaneamente, senza bisogno di una scintilla e quindi di sistema di accensione.

Un motore a benzina aspira quantità d'aria variabili per ogni corsa di aspirazione, la quantità esatta a seconda dell'apertura dell'acceleratore. Un motore diesel, invece, aspira sempre la stessa quantità d'aria (a ogni regime del motore), attraverso un condotto di aspirazione non strozzato che viene aperto e chiuso solo dalla valvola di aspirazione (non c'è né carburatore né valvola a farfalla).

Quando il pistone raggiunge la fine effettiva della sua corsa di induzione, la valvola di aspirazione si chiude. Il pistone, trasportato dalla potenza degli altri pistoni e dalla quantità di moto del volano, viaggia verso la sommità del cilindro, comprimendo l'aria in circa un ventesimo del suo volume originale.

Quando il pistone raggiunge la massima corsa, nella camera di combustione viene iniettata una quantità di carburante diesel dosata con precisione. Il calore della compressione incendia immediatamente la miscela carburante/aria, provocandone la combustione e l'espansione. Questo forza il pistone verso il basso, facendo ruotare l'albero motore.

Quando il pistone risale il cilindro durante la corsa di scarico, la valvola di scarico si apre e consente ai gas bruciati ed espansi di scorrere lungo il tubo di scarico. Alla fine della corsa di scarico, il cilindro è pronto per una nuova carica d'aria.

Costruzione del motore

I componenti principali di un motore diesel assomigliano a quelli di un motore a benzina e svolgono gli stessi lavori. Tuttavia, le parti dei motori diesel devono essere molto più resistenti dei loro equivalenti a benzina a causa dei carichi molto più elevati coinvolti.

Le pareti di un blocco motore diesel sono normalmente molto più spesse di un blocco progettato per un motore a benzina e hanno più reti di rinforzo per fornire extraresistenza e assorbire le sollecitazioni. Oltre ad essere più robusto, il blocco per impieghi gravosi può anche ridurre il rumore in modo più efficace.

Pistoni, bielle, alberi a gomiti e cappelli dei cuscinetti devono essere più resistenti delle loro controparti con motori a benzina. Il design della testata deve essere molto diverso a causa degli iniettori di carburante e anche per la forma della sua combustione e delle camere di turbolenza.

Iniezione

Iniezione diretta

Affinché qualsiasi motore a combustione interna funzioni in modo fluido ed efficiente, il carburante e l'aria devono essere miscelati correttamente. I problemi di miscelazione del carburante e dell'aria sono particolarmente importanti in un motore diesel, dove l'aria e il carburante vengono immessi in momenti diversi del ciclo e devono essere miscelati all'interno dei cilindri.

Esistono due approcci principali:l'iniezione diretta e l'iniezione indiretta. Tradizionalmente, l'iniezione indiretta è stata utilizzata perché questo è il modo più semplice per introdurre la turbolenza in modo che lo spray di carburante iniettato si mescoli bene con l'aria altamente compressa nella camera di combustione.

In un motore a iniezione indiretta è presente una piccola camera di turbolenza a spirale (detta anche precamera di combustione) in cui l'iniettore spruzza il carburante prima che raggiunga la camera di combustione principale stessa. La camera di turbolenza crea turbolenza nel carburante in modo che si mescoli meglio con l'aria nella camera di combustione.

Lo svantaggio di questo sistema è che la camera di turbolenza diventa effettivamente parte della camera di combustione. Ciò significa che la camera di combustione nel suo insieme ha una forma irregolare, causando problemi di combustione e ostacolando l'efficienza.

Iniezione diretta

Iniezione indiretta

Un motore a iniezione diretta non ha una camera di turbolenza in cui viene iniettato il carburante, il carburante va invece direttamente nella camera di combustione. Gli ingegneri devono prestare molta attenzione al design della camera di combustione nel cielo del pistone per garantire che crei abbastanza turbolenza .

Controllo della velocità

Candele a incandescenza

Un motore diesel non è strozzato come un motore a benzina, quindi la quantità di aria aspirata a un determinato regime del motore è sempre la stessa. La velocità del motore è regolata esclusivamente dalla quantità di carburante spruzzato nella camera di combustione:con più carburante nella camera, la combustione è più intensa e viene prodotta più potenza.

Il pedale dell'acceleratore è collegato al dosatore del sistema di iniezione del motore anziché alla farfalla dell'acceleratore come con un motore a benzina.

L'arresto di un diesel comporta sempre lo spegnimento della chiave di 'accensione' ma, anziché spegnere le scintille, questo chiude un solenoide elettrico che interrompe l'alimentazione del carburante alla pompa iniettore del gruppo dosaggio e distribuzione carburante. Il motore deve quindi utilizzare solo un piccola quantità di carburante prima che si fermi. Infatti i motori diesel si fermano più velocemente rispetto ai motori a benzina, perché la compressione molto più elevata ha un maggiore effetto di rallentamento sul motore.

Avviare un diesel

Come per i motori a benzina, i motori diesel vengono avviati girando con un motore elettrico, che avvia il ciclo di accensione per compressione. A freddo, tuttavia, i motori diesel sono difficili da avviare, semplicemente perché .comprimendo l'aria non si raggiunge una temperatura sufficientemente alta per accendere il carburante.

Per aggirare il problema, i produttori montano candelette. Si tratta di piccoli riscaldatori elettrici, alimentati dalla batteria dell'auto, che si accendono pochi secondi prima di tentare di avviare il motore.

Carburante diesel

Il carburante utilizzato nei motori diesel è molto diverso dalla benzina. È leggermente meno raffinato, risultando in un liquido più pesante, più viscoso e meno volatile. Queste caratteristiche fisiche lo portano spesso a chiamarlo "olio diesel" o "olio combustibile". Sulle pompe diesel sui piazzali dei garage viene spesso chiamato "derv", abbreviazione di veicoli stradali con motore diesel.

Il carburante diesel può iniziare a irrigidirsi leggermente o addirittura a solidificarsi quando fa molto freddo. Ciò è aggravato dal fatto che può assorbire quantità molto piccole di acqua, che potrebbe congelare. Tutti i combustibili assorbono piccole quantità di acqua dall'atmosfera e le perdite nei serbatoi di stoccaggio sotterranei sono abbastanza comuni. Il carburante diesel può gestire un contenuto d'acqua fino a 50 o 60 parti su un milione senza problemi:per mettere in prospettiva questo è circa un quarto di tazza piena d'acqua per ogni dieci galloni di carburante.

Qualsiasi congelamento o "ceratura" può bloccare le linee del carburante e gli iniettori e impedire il funzionamento del motore. Questo è il motivo per cui, quando fa molto freddo, di tanto in tanto vedrai persone che fanno funzionare le lampade a stantuffo sui tubi del carburante del loro camion.