motori diesel di ieri di oggi a confronto

[andrea-cesenat]

Parleremo dei motori a combustione appunto "spontanea", cioè che non necessitano delle candele per creare la combustione.
Quindi bisogna parlare anche delle differenze dei motori di all'ora come quelli di adesso e cioè:
rapporto compressione
cosa brucia e come
che tipi di iniezzioni ci sono
che cicli utilizza
che potenza può generare e consumo
insomma tutto quello che gira attorno a un motore a combustione spontanea.
Il fine è di dare oltre che farsi una cultura, come mantenere i motore a combustione spontanea in buona eficienza e scoprirlo questo misterioso motore.
ciao

 

[Melo81]

Vorrei aprire se Andrea me lo consente con un breve "riassunto" (è una parte di un lavoro che ho fatto per l'università....) sulle differenze fra l'iniezione diretta e indiretta

Ciclo Diesel:
Il motore Diesel per lunghi anni è stato principalmente adottato per veicoli industriali pesanti; a partire dagli anni ‘80 è apparso sempre di più nel campo “Automotive” dapprima in versione “aspirato” e poi “turbocompresso”.
Possiamo suddividere il motore Diesel in due tipologie:

Diesel a Iniezione indiretta (a precamera);

Diesel a Iniezione diretta;

Diesel a Iniezione Indiretta:
E’ stato il tipo di motore più utilizzato in campo “Automotive” dai primi anni ’80, fino alla metà degli anni ‘90; è costituito da una precamera in cui avviene la combustione del gasolio, per limitare le vibrazioni e il rumore; è chiaro che la presenza della precamera, rappresenta una limitazione in termini di efficienza energetica;


Diesel a iniezione Diretta:
E’ stato da sempre utilizzato nei veicoli industriali e nelle macchine agricole, ma non sulle automobili, per le grandi vibrazioni e rumorosità che generava;
Con l’evoluzione della tecnica, l’utilizzo di nuovi materiali, ma soprattutto la nascita di sistemi di gestione e controllo elettronici, nell’ultimo decennio l’iniezione diretta ha fatto la sua comparsa nel settore “Automotive”, con i sistemi di iniezione “Common-rail” e “ Iniettore pompa TDI”


Il sistema “common-rail”:
Il sistema di gestione dell’iniezione diretta che equipaggia tutti gli autoveicoli del gruppo FIAT, e che oggi ha sostituito completamente gli altri sistemi di iniezione è il “common-rail”; L’apparato è costituito da una pompa meccanica azionata dal motore, che mantiene il gasolio ad una pressione di oltre 1600 bar, all’interno di un condotto comune agli iniettori(rail).Questi ultimi sono particolarmente sofisticati, e presentano degli ugelli piccolissimi in grado di polverizzare il gasolio. Il tutto è ovviamente gestito da una centralina elettronica.

Ed ecco delle immagini:

 

[andrea-cesenat]

Melo hai appena fatto una scaletta da ieri fino ai nostri giorni, così manteniamo una discussione lineare e comprensibile
Questo tipo di combustione si abbasa al principio della temperatura che genera la combustione, cioè se mettiamo sopra a un ferro incandescente per via del calore un foglio di carta, prenderà fuoco ed è così per qualsiasi materiale tranne il cemento e rare cose; i vigili del fuoco hanno una scaletta dei materiali, che man mano che si sale di temperatura, prendono fuoco spontaneamente, certamente che ci vuole anche l'aria.
Rudolf Diesel nel lontano 1892 inventò e brevettò il motore che in seguito sostituì il motore a vapore basandosi sul pricipio, che i gas compressi generano calore e infatti arrivò ad raggiungere il suo primo motore a 4 tempi, dove nel PMS il pistone, dai 700°C ai 900°C e viene iniettato il combustibile, fù tra i primi motori a combustione interna, con un particolare allora provò con l'olio vegetale poi venne il gasolio.
Se l'aria nel PMS arriva a 12 bar, per iniettare il gasolio bisogna iniettarlo a una pressione superiore e visto che è un attimo, dove iniettare il combustibile, per avere una combustione decente bisogna arrivare attorno dai 300 bar in poi, infatti i mezzi industriali pesanti disponevano di motori lenti, dove i migliori giravano intorno poco più dei 2000 giri/min.
Il funzionamento sopra riportato spiega alcune delle caratteristiche che differenziano il motore Diesel da quello a benzina.
Per fronteggiare le forze che si creano durante l'intero processo il motore diesel dovrà avere un rapporto di compressione molto più elevato di quello di un analogo motore a benzina.
Questa necessità influenza anche il peso di un motore diesel, che sarà maggiore di quello di un motore a benzina di analoga cilindrata, in quanto le parti del motore dovranno essere costruite per resistere a stress più elevati.
Per il suo funzionamento, il motore diesel trae maggiori vantaggi dall'impiego di sistemi di sovralimentazione che effettuano una compressione dell'aria già prima che questa entri nel cilindro.
In questo tipo di motori è di fondamentale importanza il sistema di alimentazione ed in particolare la pompa del combustibile, che regola la quantità di carburante immessa nei cilindri.
Sulla base della quantità di carburante immesso ad ogni regime di rotazione il motore fornisce più o meno potenza in quanto l'aria da questo aspirata è un valore costante che corrisponde sempre al massimo possibile (non esiste un carburatore).
Nei motori Diesel, a differenza di quelli a benzina, non è necessario gestire l'accensione con dispositivi esterni, è lo stesso fatto della iniezione che direttamente agisce per l'"accensione" della miscela.
La potenza non è direttamente basata sulla quantità di miscela aria-carburante che è immessa nel cilindro, ma solo sulla quantità di carburante iniettato.

Un'altro motivo è che non s'incendia il gasolio per scintilla, perchè è olioso e denso, quindi anche se si riscalda davanti alla candela rimane "soffocato", provate a nebulizzare l'olio di motore per vedere cosa ricavate in una parete.
Iniettandolo invece fa come un lancia fiamme, dove la fiammela (aria incandenscente nel PMS) investe il carburante (iniezzione nebulizzata del gasolio) e brucia, perchè lo investe.

Ho spiegato l'anima della combustione spontanea, adesso parliamo pure dei mezzi aspirati dei anni '80.
:decoccio:

 

[Noyz]

io ho avuto modo di guidare un transit diesel aspirato.... immagino a pre-camera, come mai all'accensione non necessitava di tempo per scaldare le candelette? si accendeva come un benzina, ma la precamera dovrebbe utilizzare delle resistenze sulle pareti per riscaldare il gasolio prima dell'iniezione, come mai non serviva tempo per scaldare all'avvio del motore....? beh in ogni caso è come un benzina come erogazione (posto che lavora in un minor range di giri) ma è pigrissimo a prendere giri, in compenso credo vada ad aria a guardare i consumi.


tornando sulla questione "diesel a inieizione indiretta": ho guidato il 1.9 TD da 75cv della Marea diverse volte... beh sarebbe l'antenato del 1.9 MJT (JTDm in Alfa), che oggi ha raggiunto i 190cv col doppio turbo! in ogni caso, mi ricordo di aver letto sul libretto che gli iniettori lavorano con pressioni bassissime, tipo 150bar.... ricordo che il TD non utilizzava ancora la tecnologia del common-rail (introdotta con gli Unijet di FPT e in contemporanea un motore Mercedes che sinceramente non ricordo), inoltre utilizzava una piccola turbina a geometria fissa. per capire le differenze, aveva la coppia massima a 2750giri, alla guida in effetti anche a 2000 giri è abbastanza fermo, la spinta massima ce l'ha ai 3000 giri ma già da 3500 giri inizia a plafonare.

oggi con i turbo a geometria variabile, non avendo più la valvola waste-gate "dei geometria fissa" anche a giri alti la turbina continua a fornire sovralimentazione anche se con la parte mobile delle palette richiusa (per la cronaca oggi solo il 1.6 MJT da 105cv ha la geometria fissa nei motori di FPT).

cosa ne dite, e se prima facessimo un breve riassunto di come funziona una turbina FGT e VGT?

molto bello questo thread.... :decoccio::decoccio:

 

[andrea-cesenat]

Il ciclo diesel aspirato è stato utilizzato nei mezzi industriali pesanti per diversi anni, era lento come descrive Noyz, sulle candelette non è detto che tutti i motori lo avevano, io infatti ho un muletto motorizzato MV a due cilindri a regime medio 1500 giri/min di più no, non dispone di candelette e devi insistere nell'aviamento e quando parti vedi una bella fumata "nera", infatti biogna controllare con periodicità la pompa e gli iniettori.
Sono motori da fatica, perchè nello sforzo non si surriscaldano come un benzina, però avevano una fasamento fisso per via della pompa collegata per lo più nella cinghia di distribuzione.
Limite più rilevante era dato dal fatto che l'immissione di carburante era rigidamente collegata con il regime di rotazione del motore stesso, dato che la combustione è un fatto fisico costante, a basse velocità di rotazione la combustione rischia di essere troppo anticipata rispetto al moto del pistone (che è relativamente più lento), mentre a velocità elevata il moto accelerato (veloce) del pistone combinato con la combustione fa risultare la combustione relativante ritardata, quindi c'era anche una filosofia come fasare la pompa in base all'uso del mezzo.
Girando lenti questi motori non fanno pieghe negli sforzi, basta osservare i trattori che arano i campi, è lo stesso motore di un camion di pari CV, però non hanno coppie esaltanti da fare sorpassi spettacolari, infatti era un regime costante, il problema era il consumo ma ti dava una mano il costo del gasolio, dove stradale aveva un costo vantaggioso rispetto a una presunta locomozione a benzina, gasolio detto "agricolo" (una fraffineria più grezza) per i trattori e tutti quei mezzi da agricoltura, dove costa un pò meno ancora.
Oggi giorno sono utilizzati nei generatori elettrogeni, dove l'alternatore per stare in frequenza 50hz, deve girare a 1500 giri/min e accoppiando un motore diesel lento proporzionato CV/KW direttamente o nelle moto-pompe.
Certo Noyz parleremo anche del common rail e le versioni evolute di questo, un passo alla volta diciamo tutto, anche dei cicli non diesel, cioè 2Tempi.
La foto 3 del post #2
si nota la fossa nella testata, dove si trova l'iniettore e quello a destra incandenscente la candeletta.
qualcuno a un'idea di che cilindrate si può parlare con questi motori?
come sono fatte le pompe del gasolio?
a quanto può arrivare un consumo?
che cos'è la candeletta?

 

[andrea-cesenat]

le cilindrate
Sono motori molto spaziosi e pesanti quelli aspirati e lenti, tanto per capirci da 2000 cc benzina per competere a diesel bisogna salire intorno ai 3000 cc e anche oltre, se si usano tirandoci non sono per niente brillanti, se tiri può consumare il doppio, se lo usi con parsimonia può contenersi, però la macchina ha una frenata sempre pronta, perchè sono pesanti, un mezzo industriale invece viene usato in base alla portata che dispone e si tara una messa apunto della pompa per l'uso del motore e il rapporto di compressione varia, possono essere da 7:1 fino anche a 12:1, logico che cambiano le potenze.
La compressione serve per rendere l'aria calda attorno ai 700-900°C nel PMS e ci vuole un anticipo idoneo che serve solamente da bruciare il gasolio, una volta che il fronte di fiamma si è completato, deve solo sendere e con una fasatura fissa non è proprio facile.
Sono molto rumorosi con quel classico martellamento, questo succede per la quantità iniettata, per evitare o smorzare questo, si ha ottenuto una fossa nella testata, dove si trovano spesso l'iniettore e la candeletta e si ragruppa tutto quì l'aria aspirata, cioè concentrata in un unico punto.
L'olio si colora quasi subito di nero e ti da il segnale che c'è qualcosa che non va dalla fumata, che possono essere delle autentiche nuvole nere, a volte si vedono questi casi ed è il gasolio non combusto.
Questi motori non sono soggeti al NOx perchè non sale poi di più di tanto la caloria, solo in quei casi a carico elevato e continuo, ricordiamoci, questi girano massimo ai 2000 giri poc più.
Le detonazioni esistono anche nel diesel e vogliono un calcolo.
ciao

 

[andrea-cesenat]

le pompe (il cuore d'accensione)
Le pompe risultano robuste sia quelle di ieri che di oggi, dove quelle di ieri era costruite da una carcassa simile al banco del motore (un blocco di ferro), con vari fori in base al numero dei cilindri, cioè se è un 5 in linea, ci sono 5 fori, 6 in linea avrà 6 fori e così via.
In ogni foro corre uno stantuffo comandato da un'albero simile al cammes, dove quando l'unghia punta lo stantuffo, inizia l'iniezzione in camera di scoppio, il gasolio percorre tubini in metallo collegati dalla pompa all'iniettore.
Quest'albero di solito è collegato alla cinghia di distribuzione, quindi s'intuisce che le iniezzioni sono a impulsi e non permette un fasamento corretto a tutti i regimi, invece quelle di oggi dei vari sistemi common rail, che spiegheremo in seguito, riescono ad avere un getto "continuo", perchè c'è sempre un stantuffo che spinge nei tubini.
In genere sono due alberi uno di fronte a un'altro, ma a V, dove uno ha un disco con fori all'interno e l'altro con dei stantuffi, comandato di solito dalla corona dentata esterna che fa presa nel primo albero e fa correre i stantuffi, dove i due piatti si avvicinano, lo stantuffo è tutto in alto, dove si alontana lo stantuffo è tutto in basso.
Questa pompa può essere collegata al motore o con cinghia o nel fianco della bancata, spesso l'albero prolugato della pompa dell'olio, che raggiunge la pompa.
Tutte le pompe necessitano di combustibile filtrato per evitare possibili guasti nell'impianto d'iniezzione, infatti prima c'è un filtro in genere di una fibra di cantorne per trattenere tutte le impurità che pesca la pompa nel sembatoio, che raggiunge circa 2 bar per garantire l'alimentazione all'altra per l'iniezzione.
Ogni motore a combustione spontanea, se rimani senza combustibile, vuol dire immettere aria in tutto l'impianto d'iniezzione e per ripartire infatti si dispone di una pompetta manuale pompando il gasolio e diversi sfiatatoti per cavare l'aria lungo l'impianto e raggiunto la pompa, si consiglia solamente svitare un tubino soprastante a un iniettore per poter rempirla al momento dell'avvio, altrimenti ritorna aria in circolo, quando inizia a dare qualche colpo d'accensione si spegne e si riavvia il tubino, poi dovrebbe essere tutto a posto.
Questo succede perchè l'iniettore non avendo il combustibile che è imcorimibile, la valvola sopra alla parte che nebulizza rimane aperta permettendo l'ingresso dell'aria nelle versioni meccaniche, invece quelle elettroniche entra quando riceve l'impulso elettronico aprendo il condotto.
al prossimo post sarebbe bene spiegate l'iniettore.

 

[andrea-cesenat]

l'iniettore
In meccanica l'iniettore è un componente che ha il compito di immettere un fluido in un modo diverso dal semplice travaso ed è presente nei motori a combustione spontanea, sono costruiti con materiale di acciaio inossidabile martensitico o un acciaio chiamato X16CrNi16.
Iniettore polverizzatore (simile all'emulsionatore del carburatore) per il motore diesel, destinato all'estinzione nell'autotrazione ma ancora di largo uso in campo navale ed industriale.
Questo tipo di iniettore funziona tramite una pompa comandata dal movimento dell'albero motore, che immette il carburante tramite un polverizzatore che lo emulsiona (lo polverizza) nella camera di combustione, nel momento in cui l'aria, a causa della compressione, ha raggiunto una temperatura tale da innescare il processo di combustione.
I vantaggi di questo sistema sono il basso costo di realizzazione, visto che la produzione richiede componenti relativamente più semplici rispetto ai altri sistemi, un altro vantaggio è l'affidabilità, poiché la semplicità costruttiva ne rende semplice la manutenzione e gestione.
Queste caratteristiche sono state il fondamento del suo successo, soprattutto nei mezzi pesanti, però non presenta solo vantaggi, infatti essendo un sistema a pompa meccanica, risultava avere il problema di un non costante rapporto stechiometrico durante le diverse dosature dell'acceleratore, costringendo questo sistema soprattutto nei suoi ultimi anni ad essere utilizzato nei soli mezzi pesanti, che non richiedono questa dosabilità, perchè mantengono un'andatura costante.

 

[andrea-cesenat]

Il consumo
Pur essendo motori lenti uno può pensare, che non consumano tanto, però cìè il rovesio della medaglia e cioè che per avere CV devi avere delle cilindrate grandi a volte enormi.
Tutti i mezzi definiti pesanti o comunque bisogna disporre della C in poi, si fà un calcolo della massa totale incluso il carico e i CV del motore e si aggiravano intorno i 2 kmt al litro da carichi, da scarichi più dei 4 kmt era fatica, bisognava tenere sempre la V senza fermarsi mai, con svariate cilindrate che potevano essere 4000 cc come anche 15000 cc in uno a tre assi, quindi pensiamo un TIR.
Con l'aumento del gasolio si ha avuto l'esigenza di guardare anche i consumi là intorno gli anni '90 e si iniziarono a vedere i primi "turbo" e un diesel per le sue caratteristiche si sposa bene con la "sovralimentazione", dando più potenza e meno consumi però necessitano dell'interculer (non è proprio scritto così), un radiatore messo tra il turbo e il colettore del motore per rafreddare l'aria, altrimenti non rende, si suriscalda rapidamente e ritorna a consumare.
Di versione sovralimentate ce ne sono diverse, le prime furono meccaniche, cioè con una cinghia la turbina era collegata al motore ed non rendeva al basso ed era troppo nell'alto, infatti esistono anche delle valvole per regolare l'abbondanza.
La sua più indicata è il turbo compressore, dove non da il colpo d'ariete se bene calcolata, che consiste usare i gas combusti come moto, per far girare un'altra turbina per comprimere nel colettore, questo perchè va in base al carico di sforzo esercitato dal motore.
Avendo più aria si crea più rapporto di compressione, però si inizia anche a guardare i NOx, perchè i regimi si alzano col turbo e iniziano ad arrivare ai 4000 giri/min e anche qualcosa in più, si può iniettare più gasolio e si può creare il CO, insomma ci iniziano ad essere tanti più che vanno calcolati.
Una macchina aspirata era lenta ma un autentico mulo se il motore era indovinato, perchè rispetto al suop fratello a benzina riusciva sempre a fare diverse centinaia di kmt in più, con l'ingresso del turbo è calato il consumo, ma riducendo la vita del motore, questo perchè facendo diversi giri/min in più, i pistoni percorro più volte il cilindro.

 

[andrea-cesenat]

La candeletta
Le candelette sono gli elementi incandescenti alimentati dall'impianto elettrico, piazzati vicino agli iniettori dei motori a gasolio per favorire l'accensione del combustibile a motore freddo.
Entrano in funzione prima dell'avviamento e sono in grado di raggiungere valori elevati di calore in un tempo molto breve, tra i 3 e i 5 secondi. Esse non vanno confuse con le candele d'accensione che invece hanno il compito, nei motore a ciclo Otto, di scoccare la scintilla quando tra i due suoi elettrodi si stabilisce una differenza di tensione.
Benché i moderni motori diesel a iniezione diretta possano avviarsi senza candelette, queste sono tuttavia ancora utilizzate in tali motori, in quanto utili per la riduzione sia delle immissioni che della rumorosità.
Se ben funzionanti, parte ai primi colpi, l'unica pecca che parte del calore generato nella combustione nella combustione succesiva tramite la dissipazione tramite la testata, mandandolo nel liquido di raffredamento.