Un motore diesel funziona aspirando aria, comprimendola ad un rapporto molto elevato (tipicamente tra 14:1 e 23:1 ), quindi iniettando il carburante direttamente nell'aria calda e compressa in modo che si accenda da solo senza candela. Questo processo, noto come accensione per compressione, è la caratteristica distintiva che separa un motore diesel da un motore a benzina, ed è il motivo per cui le centrali diesel sono preferite nei camion, nei generatori, nelle navi marittime e nelle macchine edili pesanti dove la coppia e l'efficienza del carburante contano più delle prestazioni ad alti regimi.
I quattro tempi dietro ogni motore diesel
Ogni motore diesel, indipendentemente dalle dimensioni, segue la stessa sequenza a quattro tempi che converte l'energia chimica del carburante in rotazione meccanica dell'albero motore.
Corsa di aspirazione
Il pistone si muove verso il basso all'interno del cilindro mentre la valvola di aspirazione si apre, aspirando solo aria fresca, senza carburante miscelato in questa fase. Questo è diverso da un motore a benzina, dove carburante e aria vengono solitamente miscelati prima di entrare nella camera.
Corsa di compressione
La valvola di aspirazione si chiude e il pistone si sposta verso l'alto, comprimendo l'aria in un volume molto più piccolo. Poiché i rapporti di compressione del diesel sono così elevati, la temperatura dell'aria all'interno del cilindro può salire al di sopra 700 gradi Celsius , che è abbastanza caldo da accendere il gasolio senza una scintilla esterna.
Colpo di potenza
Vicino alla parte superiore della corsa di compressione, un iniettore di carburante spruzza una sottile nebbia di diesel direttamente nell'aria surriscaldata. Il carburante si accende quasi istantaneamente e l'espansione risultante spinge il pistone verso il basso, generando la forza di rotazione che alla fine raggiunge le ruote o l'albero motore.
Corsa di scarico
Il pistone si rialza, la valvola di scarico si apre e i gas esausti della combustione vengono espulsi dal cilindro attraverso il collettore di scarico, dopodiché il ciclo ricomincia con una nuova corsa di aspirazione.
Perché i tempi di iniezione del carburante determinano le prestazioni
Il sistema di iniezione del carburante è probabilmente il più importante parte automobilistica in un motore diesel, perché i tempi e la pressione dell'iniezione controllano direttamente la potenza, il rumore e le emissioni.
I moderni motori diesel utilizzano un sistema di iniezione common rail, in cui il carburante viene mantenuto a una pressione estremamente elevata, spesso compresa tra 1.500 e 2.500 bar , all'interno di un rail condiviso prima di essere distribuito ai singoli iniettori controllati elettronicamente. Questa configurazione consente all'unità di controllo del motore di emettere più piccoli impulsi di iniezione per ciclo anziché un unico grande scoppio, attenuando la combustione e riducendo il caratteristico battito in testa del diesel.
| Sistema di iniezione | Pressione tipica | Uso comune |
|---|---|---|
| Ferrovia comune | Da 1.500 a 2.500 bar | Autocarri passeggeri, SUV |
| Iniettore unitario | Fino a 2.000 bar | Autocarri autostradali pesanti |
| Pompa distributore | Da 300 a 1.000 bar | Motori diesel più vecchi, attrezzature agricole |
Turbocompressori e lato aria della combustione
Un motore diesel brucia con la stessa efficienza dell'aria che riceve, motivo per cui quasi tutti i motori diesel moderni si affidano a un turbocompressore per forzare aria extra nei cilindri. Il turbocompressore gira utilizzando l'energia dei gas di scarico che altrimenti andrebbe sprecata, e la ruota del compressore che gira immagazzina più ossigeno in ogni fase di aspirazione.
- Una maggiore quantità di aria consente di bruciare più carburante per ciclo, aumentando la potenza senza ingrandire il blocco motore.
- Un intercooler spesso si trova tra il turbo e il collettore di aspirazione per raffreddare l'aria compressa, poiché l'aria fredda più densa racchiude più molecole di ossigeno rispetto all'aria calda dello stesso volume.
- I turbocompressori a geometria variabile regolano gli angoli delle palette per fornire spinta su una gamma più ampia di regimi del motore, aiutando un motore diesel a tirare con forza già a bassi regimi.
Questo è uno dei motivi per cui i motori diesel producono una coppia elevata a bassi regimi, spesso con picchi ben al di sotto 2.000 giri al minuto , che li rende adatti ai lavori di traino e trasporto.
Parti di automobili che rendono possibile l'accensione per compressione
Diverse parti dell'automobile lavorano insieme per sostenere il processo di accensione per compressione all'interno di un motore diesel e ciascuna svolge un ruolo meccanico distinto.
- Le candelette riscaldano la camera di combustione durante gli avviamenti a freddo, poiché l'aria fredda da sola potrebbe non raggiungere la temperatura di accensione quando il motore è freddo.
- Gli iniettori di carburante atomizzano il diesel in uno spruzzo fine in modo che si mescoli uniformemente con l'aria compressa.
- L'albero motore e le bielle traducono il movimento su e giù del pistone in uscita rotazionale.
- La valvola di ricircolo dei gas di scarico reindirizza una parte dei gas di scarico nell'aspirazione per abbassare le temperature di combustione e ridurre la formazione di ossido di azoto.
- Il filtro antiparticolato diesel intrappola le particelle di fuliggine dal flusso di scarico prima che i gas escano dal tubo di scappamento.
Perché i motori diesel funzionano in modo più efficiente rispetto ai motori a benzina
Il vantaggio in termini di efficienza termica di un motore diesel deriva direttamente dal suo rapporto di compressione più elevato. Secondo i dati tecnici pubblicati dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, i motori diesel possono convertire in modo approssimativo Dal 30 al 35%. di energia del carburante in lavoro utilizzabile, rispetto a circa il 20-25% dei tipici motori a benzina, poiché una compressione più elevata consente un'espansione più completa dei gas di combustione contro il pistone.
Il carburante diesel trasporta anche più energia per gallone rispetto alla benzina, il che aumenta il vantaggio in termini di chilometraggio. Questa combinazione di maggiore efficienza di compressione e di energia del carburante più densa spiega perché i camion a lungo raggio, i motori marini e i generatori fissi si affidano quasi universalmente all’energia diesel piuttosto che alla benzina.
I proprietari di punti di usura comuni dovrebbero guardare
Il mantenimento del corretto funzionamento di un motore diesel dipende dal monitoraggio di una manciata di parti dell'automobile che subiscono maggiori sollecitazioni nel tempo.
Filtri del carburante
Gli iniettori di carburante diesel funzionano con tolleranze estremamente strette, quindi anche piccole quantità di detriti o acqua nel carburante possono causare l'usura degli iniettori. I filtri del carburante devono essere cambiati agli intervalli elencati nel manuale del proprietario per proteggere il sistema di iniezione.
Guarnizioni del turbocompressore
Perché il turbocompressore gira a velocità che possono superare 100.000 giri al minuto , i suoi cuscinetti e guarnizioni interni sono sensibili alla qualità dell'olio. L'utilizzo del tipo di olio specificato dal produttore aiuta il turbo a durare tanto quanto il resto del motore diesel.
Condizioni delle candelette
Una candela usurata può rendere notevolmente più difficili gli avviamenti a freddo, soprattutto a basse temperature, poiché la camera di combustione non raggiunge la temperatura di accensione così rapidamente senza assistenza.
