Combustione diesel
Il motore diesel è un dispositivo a pistone a combustione intermittente. Funziona su un ciclo a due tempi o quattro tempi( vedi figura); tuttavia, a differenza del motore a benzina con accensione a scintilla, il motore diesel induce solo aria nella camera di combustione alla sua corsa di aspirazione. I motori diesel sono in genere costruiti con rapporti di compressione compresi tra 14: 1 e 22: 1., Entrambi i modelli di motori a due tempi e quattro tempi possono essere trovati tra i motori con fori (diametri del cilindro) inferiori a 600 mm (24 pollici). I motori con fori superiori a 600 mm sono quasi esclusivamente sistemi a ciclo a due tempi.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Il motore diesel ottiene la sua energia bruciando carburante iniettato o spruzzato nella carica di aria calda compressa all’interno del cilindro. L’aria deve essere riscaldata ad una temperatura superiore alla temperatura alla quale il carburante iniettato può accendersi., Il carburante spruzzato in aria che ha una temperatura superiore alla temperatura di “autoaccensione” del carburante reagisce spontaneamente con l’ossigeno nell’aria e brucia. Le temperature dell’aria sono in genere superiori a 526 ° C (979 °F); tuttavia, all’avvio del motore, viene talvolta impiegato un riscaldamento supplementare dei cilindri, poiché la temperatura dell’aria all’interno dei cilindri è determinata sia dal rapporto di compressione del motore che dalla sua temperatura di esercizio corrente., I motori diesel sono talvolta chiamati motori ad accensione spontanea perché l’avvio della combustione si basa sull’aria riscaldata dalla compressione piuttosto che su una scintilla elettrica.
In un motore diesel, il carburante viene introdotto quando il pistone si avvicina al punto morto superiore della sua corsa. Il carburante viene introdotto ad alta pressione in una camera di precombustione o direttamente nella camera di combustione pistone-cilindro. Ad eccezione dei piccoli sistemi ad alta velocità, i motori diesel utilizzano l’iniezione diretta.
I sistemi di iniezione del carburante per motori diesel sono tipicamente progettati per fornire pressioni di iniezione nell’intervallo da 7 a 70 megapascal (da 1.000 a 10.000 libbre per pollice quadrato). Ci sono, tuttavia, alcuni sistemi ad alta pressione.
Il controllo preciso dell’iniezione del carburante è fondamentale per le prestazioni di un motore diesel. Poiché l’intero processo di combustione è controllato dall’iniezione del carburante, l’iniezione deve iniziare nella posizione corretta del pistone (ad esempio, angolo di manovella). All’inizio il carburante viene bruciato in un processo a volume quasi costante mentre il pistone è vicino al punto morto superiore., Mentre il pistone si allontana da questa posizione, l’iniezione del carburante viene continuata e il processo di combustione appare quindi come un processo a pressione quasi costante.
Il processo di combustione in un motore diesel è eterogeneo, ovvero il carburante e l’aria non vengono premiscelati prima dell’inizio della combustione. Di conseguenza, la vaporizzazione rapida e la miscelazione del carburante nell’aria sono molto importanti per la combustione completa del carburante iniettato. Questo pone molta enfasi sul design degli ugelli degli iniettori, specialmente nei motori ad iniezione diretta.
Il lavoro del motore si ottiene durante la corsa di potenza., La corsa di potenza include sia il processo a pressione costante durante la combustione che l’espansione dei prodotti caldi della combustione dopo la cessazione dell’iniezione di carburante.
I motori diesel sono spesso turbocompressi e post-raffreddati. L’aggiunta di un turbocompressore e aftercooler può migliorare le prestazioni di un motore diesel in termini di potenza ed efficienza.
La caratteristica più importante del motore diesel è la sua efficienza. Comprimendo l’aria piuttosto che usare una miscela aria-carburante, il motore diesel non è limitato dai problemi di preaccensione che affliggono i motori ad accensione a scintilla ad alta compressione., Pertanto, rapporti di compressione più elevati possono essere raggiunti con i motori diesel rispetto alla varietà di accensione a scintilla; proporzionalmente, maggiori efficienze teoriche del ciclo, se confrontate con quest’ultimo, possono spesso essere realizzate. Va notato che per un dato rapporto di compressione l’efficienza teorica del motore ad accensione comandata è maggiore di quella del motore ad accensione spontanea; tuttavia, in pratica è possibile azionare motori ad accensione comandata a rapporti di compressione sufficientemente elevati da produrre efficienze superiori a quelle ottenibili con i sistemi ad accensione comandata., Inoltre, i motori diesel non si basano sulla limitazione della miscela di aspirazione per controllare la potenza. Come tale, l’efficienza al minimo e ridotta potenza del diesel è di gran lunga superiore a quella del motore ad accensione comandata.
Il principale svantaggio dei motori diesel è la loro emissione di inquinanti atmosferici. Questi motori scaricano tipicamente alti livelli di particolato (fuliggine), composti azotati reattivi (comunemente designati NOx) e odore rispetto ai motori ad accensione comandata. Di conseguenza, nella categoria dei piccoli motori, l’accettazione dei consumatori è bassa.,
Un motore diesel viene avviato guidandolo da una fonte di alimentazione esterna fino a quando non sono state stabilite condizioni in cui il motore può funzionare con la propria potenza. Il metodo di partenza più semplice è quello di ammettere l’aria da una fonte ad alta pressione-da circa 1,7 a quasi 2,4 megapascal—a ciascuno dei cilindri a sua volta nella loro normale corsa di cottura. L’aria compressa viene riscaldata a sufficienza per accendere il carburante., Altri metodi di avviamento coinvolgono attrezzature ausiliarie e comprendono ammettendo esplosioni di aria compressa ad un motore ad aria attivata orientata a ruotare il volano di un grande motore; fornitura di corrente elettrica ad un motore di avviamento elettrico, analogamente orientata al volano del motore; e l’applicazione di un piccolo motore a benzina orientata al volano del motore. La scelta del metodo di avviamento più adatto dipende dalle dimensioni fisiche del motore da avviare, dalla natura del carico collegato e dal fatto che il carico possa essere scollegato o meno durante l’avviamento.