- Il motore diesel accende il carburante per compressione, non tramite scintille.
- Rudolf Diesel introdusse l’accensione per compressione nel 1892.
- La differenza chiave è l’accensione: compressione contro scintille della benzina.
- Viene usato in camion, trattori, navi, con elevata efficienza termica.
Il motore diesel è un motore a combustione interna in cui il carburante si accende a causa dell’alta temperatura creata dalla compressione dell’aria necessaria per la combustione. In questo tipo di motore, il carburante non si accende tramite l’uso di un motore ausiliario, come una candela nei motori a scoppio. Di seguito, impareremo tutto sul motore diesel, a partire dalla sua storia.
Breve storia del motore diesel
Inizialmente, il diesel veniva ignorato e considerato un rifiuto. Invece di essere visto come una preziosa fonte di carburante, veniva scartato come un prodotto inutilizzabile della raffinazione del petrolio per oltre 40 anni. Ma quando Rudolf Diesel introdusse il motore ad accensione nel 1892, fu un’innovazione ingegneristica perché il carburante non doveva accendersi da una fonte esterna.
All’inizio, Diesel voleva progettare un motore che funzionasse con carbone in forma di polvere, ammoniaca o olio di arachidi, ma scoprì che il diesel era un’opzione migliore.
Comprese che affinché il motore funzionasse, il diesel doveva essere compresso a una temperatura elevata per accendere il carburante all’interno del cilindro. Quando avviene la combustione, muove un pistone e avvia il motore.
Il successo di questo motore per auto piccole si è evoluto in veicoli più grandi. Nei 20 anni successivi alla sua invenzione, ha azionato camion, trattori, treni e navi. Il motore è stato continuamente perfezionato nel corso degli anni ed è ancora utilizzato su larga scala.
Differenze / similitudini tra motore diesel e motore a benzina
Non possiamo parlare del motore diesel senza confrontarlo con il suo grande “rivale”: il motore a benzina. I due possono essere confrontati da vari punti di vista, che discuteremo in seguito.
Diesel contro benzina
In primo luogo, entrambi i motori funzionano con combustione interna. Il carburante si mescola con l’aria quando entra nel motore e questa miscela viene compressa dentro i cilindri del motore.
A un certo punto, il carburante si accende, il che muove il pistone e fa ruotare l’albero motore, che a sua volta è connesso alla trasmissione e muove le ruote. Inoltre, il pistone si muove verso l’alto nel cilindro e spinge i gas di combustione fuori dal motore attraverso lo scarico. Questo ciclo si ripete più volte al secondo.
Più cilindri ha un motore, più funzionerà in modo fluido e più potenza libererà. Ciò accade perché i processi di combustione avvengono a breve distanza tra loro.
Tuttavia, il numero di cilindri può anche essere uno svantaggio, perché quanto più grande è l’insieme, tanto più complesso e meccanicamente inefficiente diventa un motore. La configurazione dei cilindri influisce anche sulle prestazioni e sul grado di vibrazione. Tutti questi aspetti sono validi per entrambi i tipi di motori.
La principale differenza tra il motore diesel e il motore a benzina risiede nel modo in cui il carburante si accende nel motore. In un motore a benzina, l’aria e il carburante vengono compressi e, in un punto critico del ciclo, una candela accende la miscela.
D’altra parte, i motori diesel non sono dotati di candele normali, usano candelette. Quindi, quando il diesel e l’aria sono sufficientemente compressi, l’estrema compressione genera calore sufficiente affinché la miscela si accenda. Questo processo si chiama accensione a compressione ed è la base del funzionamento di un motore diesel.
Un’altra differenza è che il diesel ha più energia potenziale, il che significa che i motori diesel necessitano di meno carburante per la stessa quantità di chilometri. Inoltre, i proprietari di motori diesel hanno un’opzione aggiuntiva: il biodiesel, un carburante ottenuto da fonti diverse dal petrolio.
Potenza e coppia
L’efficienza del motore si misura in potenza e coppia. La prima si misura in cavalli di potenza, la seconda definisce la forza di rotazione del motore nel sistema di trasmissione. Idealmente, entrambi dovrebbero essere grandi. Se l’auto ha molti cavalli di potenza, ma una coppia ridotta, partirà con più difficoltà dall’inizio.
La coppia è la principale responsabile del movimento, per cui i motori diesel vengono spesso utilizzati per veicoli pesanti. D’altra parte, i motori diesel non accelerano così rapidamente, quindi hanno meno cavalli di potenza in media rispetto ai motori a benzina. Questa è la principale ragione del numero ridotto di auto sportive diesel.
Affidabilità
Dato che i motori diesel utilizzano l’accensione a compressione, sono molto potenti, affidabili e richiedono meno manutenzione. Per queste ragioni, in passato, i motori diesel pesavano molto. Tuttavia, grazie ai moderni metodi di produzione, il peso dei motori diesel si è ridotto considerevolmente.
Inoltre, i motori diesel sono più semplici dei motori a benzina perché non usano candele né il sistema elettrico associato ad esse. Oggi, le auto diesel raggiungono prestazioni simili ai motori a benzina, ma con il grande vantaggio di un minore consumo di carburante e una maggiore affidabilità. In generale, i motori diesel superano i motori a benzina per quanto riguarda il numero di chilometri/ore tra le manutenzioni. Questo significa meno soldi spesi.
Un vantaggio dei motori diesel è l’assenza del corpo farfallato. Quando si preme l’acceleratore, si apre una valvola all’entrata del motore, permettendo all’aria di entrare nel motore, creando così più potenza.
Il computer del motore rileva che è necessario iniettare più carburante per l’aria aggiuntiva. Per i motori diesel, non è richiesta la valvola a farfalla. In questo caso, il pedale dell’acceleratore regola la quantità di carburante iniettato. Il corpo farfallato utilizzato nei motori a benzina agisce come una restrizione, e questa è una delle ragioni per cui le auto diesel consumano meno carburante.
Iniezione
Affinché un motore a combustione interna funzioni in modo efficiente, il carburante e l’aria devono mescolarsi correttamente. Il motore diesel ha diversi problemi a questo riguardo, poiché il diesel e l’aria vengono introdotti in momenti diversi durante il ciclo.
Ci sono due approcci principali per i motori diesel: iniezione diretta e iniezione indiretta.
Nell’iniezione indiretta, c’è una piccola camera di vortice, in cui l’iniettore spruzza il carburante prima che arrivi alla camera di combustione principale. La camera di vortice crea turbolenze nel carburante in modo che si mescoli meglio con l’aria nella camera di combustione. Lo svantaggio di questo sistema: la camera di vortice praticamente diventa parte della camera di combustione. Cosa significa? La camera di combustione nel suo insieme avrà una forma irregolare, che può influenzare la combustione e l’efficienza.
Il motore di iniezione diretta non ha una camera di vortice. Invece, il carburante va direttamente alla camera di combustione. Al progettare questo motore, deve essere prestata particolare attenzione al design della camera di combustione per garantire che ci sia una combustione sufficiente.
Costruzione
I componenti principali dei due tipi di motori sono simili e sono responsabili di circa gli stessi processi. Tuttavia, i componenti del motore diesel devono essere più potenti di quelli del motore a benzina a causa delle maggiori carichi coinvolti nei processi.
Le pareti del blocco motore sono normalmente molto più spesse con i motori diesel e hanno più ammortizzatori per fornire maggiore resistenza, assorbire gli urti e ridurre il rumore in modo più efficiente.
Inoltre, i pistoni, le bielle, l’albero motore, i cuscinetti, devono essere molto più forti di quelli dei motori a benzina. Il design della testata deve essere differente, per via degli iniettori, ma anche per la forma delle camere di combustione.
Inquinamento e rumore
Questi sono due temi chiave oggi, in cui il riscaldamento globale e l’impatto ambientale sono diventati così importanti. L’inquinamento è una delle principali ragioni per cui i motori diesel sono appena entrati nei mercati delle auto nuove.
Fortunatamente, la tecnologia diesel si sta modernizzando e oggi i motori diesel sono più puliti che mai. La maggior parte dello zolfo (uno dei principali responsabili del fumo nero dei motori diesel) è stata eliminata dai motori nuovi attraverso metodi di filtrazione innovativi.
I motori diesel e i motori a benzina si sono uniformati quanto a suono, soprattutto se si considerano i rumori inauditi che facevano decenni fa le auto diesel, che si riconoscevano da lontano.
Come ottenere il diesel?
Attualmente, esistono due tipi principali di diesel: diesel a base di petrolio (derivato del petrolio) e biodiesel (ottenuto da materiali organici).
Il diesel di petrolio inizia come petrolio greggio, risultato di grandi quantità di biomassa vegetale e animale, a cui si aggiungono processi di pressione e riscaldamento. Una volta raccolto l’olio base, viene trasportato a una raffineria dove subisce tre processi principali: separazione, conversione, purificazione.
Il processo di separazione avviene in torri di alta distillazione, dove l’olio viene esposto a temperature estreme, per provocare la sua separazione in gas e liquidi.
I prodotti si separano in funzione della differenza di temperatura tra la parte superiore e la parte inferiore della torre. La divisione all’interno della torre è la seguente: gas propano verso l’alto, diesel al centro, lubrificanti verso il basso.
Il successivo processo è la conversione, che implica applicare un catalizzatore ai petroli pesanti per creare più benzina, diesel e propano. La purificazione è l’ultimo passaggio e implica esporre i prodotti a idrogeno e un catalizzatore per eliminare lo zolfo.
Come ottenere la benzina?
Come per il diesel, la benzina inizia la sua vita come petrolio greggio. Ma una volta che arriva alla raffineria, viene raffinata mediante un processo chiamato distillazione frazionata. Il processo di estrazione utilizza la distillazione per scomporre il petrolio greggio in vari distillati, inclusa la benzina.
Il processo di distillazione inizia riscaldando il greggio a 400 gradi Celsius. Il calore fa sì che l’olio passi da una forma liquida a una forma di vapore, che esce dal forno in una torre di distillazione, nel qual punto si raffreddano.
Quando i vapori raggiungono i 150 gradi Celsius, gli idrocarburi che compongono la benzina iniziano a entrare in stato liquido. La benzina inizia ad accumularsi sulle piastre di distillazione e viene sifonata in un serbatoio di stoccaggio.
Il carburante grezzo che esce dalla torre di distillazione non è pronto per arrivare alle stazioni di servizio prima dell’ultimo passaggio, cioè aggiungere gli additivi necessari per ridurre le emissioni e il consumo.
Fonte della foto: mechanicshub.com, carmudi.com.ph, wonderfulengineering.com, cummins.com, bbc.com, cnbc.com
