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Il mwbamotore Diesel è un tipo di mwbqmotore alternativo mwbga combustione interna, alimentato in origine a mwbwolio vegetale e oggi a mwcagasolio, che sfrutta il principio della mwcqcompressione per ottenere l'accensione del mwcgcombustibile in maniera spontanea, quindi non tramite l'azione delle mwcwcandele d'accensione, impiegate invece dal mwdamotore ad accensione comandata. È stato mwdqbrevettato nel 1892 dal tedesco mwdgRudolf Diesel, dal quale ha preso il nome.

• Storia

• Cronistoria

• Evoluzione tecnica

• Funzionamento

• L'iniezione nei motori Diesel

• Iniezione indiretta

• Iniezione diretta

• Tipi di motore Diesel

• Motori Diesel a due tempi

• Motori Diesel a quattro tempi

• Note

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Il motore Diesel è stato usato inizialmente per i mezzi d'opera, esteso poi ai mezzi industriali e infine, a partire dalla fine del mwfwXX secolo, con la sua continua evoluzione, ha conosciuto una vasta diffusione anche nel mercato dell'automobile.cite-ref-ogata-1-0[1]

• 1892: il 23 febbraio mwhwRudolf Diesel deposita a Berlino il brevetto n° 67207

• 1893: Diesel pubblica il saggio mwiq"Teoria e costruzione di un motore termico razionale, destinato a soppiantare la macchina a vapore e le altre macchine a combustione finora conosciute"

• 1897: ad mwiwAugusta Diesel costruisce il prototipo funzionante

• 1898: la svizzera mwjqSulzer Maschinenfabrik, per la quale Diesel aveva lavorato nel 1879, costruisce su licenza il suo primo motorecite-ref-2[2], così come la tedesca mwkgDeutz che però ne inizierà la produzione in serie solo dopo la scadenza del brevetto nel 1907cite-ref-3[3]

• 1900: all'mwmaEsposizione mondiale di Parigi Diesel presenta il suo motore, alimentato da olio di arachidi

• 1902: la mwmgMAN (mwmwMaschinenfabrik Augsburg Nürnberg AG) inizia la produzione di motori stazionari per la centrale elettrica di mwnaKiev, alcuni di questi motori sono rimasti in funzione fino al 1955cite-ref-4[4]

• 1903: prima applicazione su un'imbarcazione, il battello francese mwogPetit Pierre, operante nel canale mwowMarna-mwpaRenocite-ref-5[5]

• 1904: il francese mwqgAigrette è il primo sottomarino a utilizzare un motore Diesel per la navigazione di superficie ed elettrico in immersionecite-ref-6[6]

• 1909: l'ingegnere tedesco di origine libanese Prosper L'Orange, in forza alla mwsqBenz & Cie., brevetta la precamera di combustione (DPR 230517 del 14 marzo 1909)

• 1910: un motore ausiliario Diesel viene installato sul veliero mwswFram utilizzato per la mwtaspedizione Amundsen in Antartidecite-ref-7[7]cite-ref-8[8]

• 1910: vengono varate il cargo italiano mwvgMN Romagna con motore Sulzer, affondato nel 1911, e la nave cisterna olandese "Vulcanus" con motore Werkspoor, rimasta in servizio fino al 1932

• 1911: viene varata la mwwqMS Selandia, è la più grande nave transoceanica equipaggiata di motore Diesel fino ad allora, il suo viaggio inaugurale nel 1912 ha risonanza mondiale

• 1912: il primo treno a trazione con motore Diesel viene costruito in Germaniacite-ref-9[9]

• 1913: muore Rudolf Diesel, scomparso in mare durante una traversata della Manica, in circostanze mai chiarite

• 1914: la mwyqJunkers realizza il prototipo di motore Diesel aeronautico, il 4 cilindri Mo3cite-ref-10[10]

• 1928: nel mwzwMichigan primo volo di un aereo con motore Diesel, lo Stinson SM-1DX "Detroiter" con motore mwaaPackard DR-980cite-ref-11[11]

• 1931: l'aereo mwbgBellanca CH-300 "Pacemaker" con motore Packard DR-980 conquista il record in volo senza rifornimento in 84 ore e 32 minuti: il primato resterà imbattuto per 55 anni da qualunque tipo di aereocite-ref-12[12]

• Febbraio 1936: viene presentata la mwdaMercedes Benz 260 D, la prima autovettura con motore Diesel prodotta in grande seriecite-ref-13[13]

• Ottobre 1936: la mwegCitroën installa su un mwewfurgoncino derivato dal modello mwfaRosalie un motore Diesel di 1767 cc progettato dall'inglese mwfqHarry Ricardo. Anche se mai entrato in una reale produzione di serie è stato il primo autoveicolo leggero dotato di motore Diesel.cite-ref-14[14]

• mwgw1953: la mwhaFiat 1400 fu la prima vettura italiana ad adottare il motore Diesel, venendo pertanto battezzata mwhq1400 Diesel. Montava un propulsore di cilindrata 1901mwhg cm³ da 40mwhw CV a 3.200 giri al minuto, con mwiainiezione Spica ad alta mwiqpressione, lo stesso impiegato dall'autocarro mwig615 e dalla mwiwfuoristrada mwjaCampagnola.

La prima auto di serie spinta da un motore alimentato a gasolio fu la mwjwMercedes-Benz 260D del 1936. Il motore Diesel era noto però già da molto tempo, perché applicato su vasta scala in marina e in impianti fissi ancor prima della mwkaprima guerra mondiale, e a partire dal 1927 su mwkqautocarri e mwkgautobus.

In prima fase si provvide (dato che la compressione del motore era limitata) al preriscaldamento del combustibile in modo che il combustibile preriscaldato riuscisse a incendiarsi anche con aria relativamente fredda. Il sistema a preriscaldamento si mostrò piuttosto complesso e inaffidabile, nonché eccessivamente legato alla temperatura esterna. L'attenzione si concentrò, quindi, nello sviluppo di sistemi in grado di ottenere le stesse condizioni di riscaldamento in modo sovrabbondante, e quindi sicuro, direttamente mediante la compressione preventiva dell'aria. La mwlacombustione è preceduta dalla vaporizzazione e innesco del combustibile immerso in aria arroventata.

Il riscaldamento dell'aria è ottenuto con l'aumento della sua pressione, riducendo il volume (cioè le dimensioni) della camera di combustione, in modo che lo spazio rimanente all'aria nel fine corsa superiore sia il minore possibile, e inoltre con l'adozione di motori "sottoquadri", cioè dove i pistoni avevano una corsa maggiore dell'alesaggio. L'elevato lavoro di compressione (doppio rispetto ai motori a benzina) rese più "ruvido" il funzionamento del motore e violentemente smorzata la rotazione dello stesso. Occorreva poi, nell'aria maggiormente compressa, giungere a iniettare Il gasolio. Le varie case motoristiche, nel tempo, hanno ideato sistemi diversi.

Il primo sostanziale risultato di rendere sufficientemente efficace e stabile (con progresso uniforme) la fiammata di combustione fu ottenuta dalla casa motoristica statunitense Continental che stava studiando il modo di utilizzare il motore Diesel sugli aerei. Il sistema consisteva nel creare una cavità nella testata dove veniva costretta l'aria, e in quello spazio avveniva una migliore miscelazione di combustibile e di aria e vi era alloggiata una candeletta per aiutare la combustione. Il sistema fu poi utilizzato soprattutto dalla mwmaCaterpillar, per i suoi mezzi da lavoro e per mezzi militari.

La Caterpillar, che produceva prevalentemente motori di grandi dimensioni, per avere una combustione sempre più regolare, ebbe l'idea di aumentare il numero degli iniettori (fino a tre) e quindi i punti di accensione, allo scopo di uniformare il procedere della combustione. La necessità di lasciare un adeguato spazio di miscelazione e di inizio della combustione per ogni iniettore ridusse il rapporto di compressione. Negli mwmganni ottanta la casa tedesca mwmwVolkswagen sviluppò motori in cui, mediante compressori a elevata pressione, il gasolio veniva iniettato nel vano di testata.

Negli mwnqanni novanta si propose di eliminare le precamere e i vani di testata, creando invece un vano sulla testa del pistone. Furono poi utilizzate pompe di iniezione rotative della mwngBosch ad alta pressione, accoppiate con iniettori a getti multipli. Precedendo la mwnwFIAT, la mwoaPerkins Engines, mediante l'utilizzo di sistemi bilanciati fluidodinamici all'interno della camera di combustione, riuscì a ottenere un sistema maggiormente soddisfacente di combustione a diversi regimi, senza complicare il sistema con dispositivi elettronici.

Le pompe d'iniezione rotative però presentavano il problema di un'incostante pressione di iniezione, dato che erano legate al regime di rotazione del motore stesso. Tale incostanza riduceva il rendimento e aumentava gli inquinanti a causa di una combustione incompleta. Si arrivò così a un'idea semplice e molto efficace: immagazzinare in qualche modo il gasolio già in pressione all'interno di un "serbatoio" che costituisse un accumulo di combustibile compresso, riuscendo per la prima volta a sganciare il concetto di "pressione" da quello di "portata".

La mwowMagneti Marelli brevettò nel 1988 un sistema denominato Unijet, sostanzialmente un tubo (detto "flauto") comune a tutti i cilindri del motore, al cui interno il gasolio era tenuto a pressione costante (ed elevatissima) e che alimentava tutti gli iniettori. Nacque così il mwpamwpqcommon rail, inventato da mwpgMario Ricco nel centro ricerche Fiat ed industrializzato e prodotto dopo il 1994 dalla mwpwBosch, che nelle sue successive evoluzioni ha reso possibile la progressiva riduzione delle cilindrate, grazie a una perfetta gestione dei fenomeni di combustione, possibile in passato solo su motori con grandi cilindrate unitarie.

Bosch fu in grado di sviluppare anche le successive evoluzioni di tale sistema, rendendolo sempre competitivo sul mercato. Quasi contemporaneamente, la casa tedesca Volkswagen sviluppò un sistema di iniezione diretta denominato mwqqiniettore pompa (PDE), rimpicciolendo il sistema che all'epoca riscuoteva molto successo su motori a gasolio di grossa cilindrata usati su trattori per autotrazione (mwqgMAN e Mach che equipaggia i trattori del gruppo mwqwRenault). Tale sistema presenta il vantaggio di fornire altissime pressioni d'iniezione (oltre 2mwra 000 mwrqbar), anche a regimi bassissimi, permettendo un'ottima nebulizzazione del gasolio, a tutto vantaggio di una combustione uniforme. Il fatto negativo più importante si presentò presto ed era intrinseco nella progettazione del motore stesso. Mentre il sistema mwrgcommon rail era direttamente applicabile a tutti i preesistenti motori a gasolio senza che questi dovessero subire una riprogettazione, il sistema iniettore-pompa richiedeva una modifica progettuale per le testate dei motori, per permettere loro di alloggiare gli iniettori-pompa, relativamente grossi, che dovevano essere singolarmente azionati meccanicamente da alberi motori, o da camme.

L'evoluzione finale del mwsacommon-rail è il sistema a iniezioni multiple (o "stratificate"), tra i quali sono particolarmente celebri il Volkswagen TDI e il mwsqmwsgmulti jet, inventato e brevettato da FIAT, che consiste semplicemente in un normale mwswcommon rail il cui funzionamento è frazionato in tante piccole iniezioni, che possono variare nel numero a seconda delle condizioni di necessità (da 2 a 9 iniezioni per ciclo).

Le pluriniezioni sono rese necessarie dal fatto che il gasolio ha un alto potere calorifico e suddividono il quantitativo di gasolio necessario in sempre più piccole dosi iniettate a forti pressioni, facendo sì che la combustione sia quanto più rotonda possibile (è proprio dalle irregolarità nella combustione che deriva il caratteristico rumore ritmico e cadenzato prodotto dai motori Diesel). Le fasi sono suddivisibili in:

1. mwtwpreiniezione: viene iniettata una piccola quantità di gasolio che fa da mwuafiamma pilota per la combustione vera e propria.

2. mwuginiezione: si sviluppa in vari step successivi, più ve ne sono e meglio riesce la totale combustione.

3. mwvapostiniezione: viene iniettata una piccola quantità di gasolio a combustione ormai avvenuta in piena fase di espansione. Tale iniezione è fondamentale per la rigenerazione dei filtri e quindi per l'abbattimento degli inquinanti da combustione, che nei motori a gasolio sono di particolare pericolosità e dannosità.

Il concetto di base del funzionamento del motore Diesel è che quando un mwwagas viene compresso si riscalda. In questo motore viene utilizzata tale proprietà comprimendo all'interno del cilindro la sola aria a valori elevati, tali per cui il combustibile, che viene iniettato quando il pistone si trova circa al punto morto superiore, si accende spontaneamente, in quanto la compressione ha portato l'aria nel cilindro ad una temperatura superiore alla temperatura di accensione del gasolio. Il motore Diesel vene pertanto definito mwwqmotore ad accensione spontanea, in contrapposizione al mwwgmotore ad accensione comandata, nel quale non viene compressa solamente l'aria ma una miscela di combustibile ed aria e l'accensione viene innescata dalle candele.

In un motore Diesel con ciclo a quattro tempi l'aria viene immessa nel mwxacilindro, richiamata dal movimento discendente del pistone, attraverso la valvola di aspirazione; quando il mwxqpistone risale comprime l'aria, ed in tale compressione l'aria può raggiungere valori di mwxgtemperatura tra i 700 e i 900mwxw mwya°C. Poco prima che il pistone raggiunga il mwyqpunto morto superiore, cioè il punto di massima salita dello stesso, viene immesso per mezzo di un mwyginiettore il combustibile nell'aria arroventata e compressa nello spazio residuo sopra il pistone; si ha quindi l'autoaccensione e poi la combustione della miscela aria combustibile, cui segue la fase di espansione che riporta il pistone verso il basso generando così la rotazione dell'mwywalbero motore; la spinta conseguente tale rotazione costituisce l'erogazione di energia meccanica che è lo scopo del motore stesso. Si ha infine la fase di scarico, in cui i gas combusti vengono espulsi dal cilindro attraverso l'apertura della valvola di scarico. È anche costruito il motore Diesel con ciclo due tempi.

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 e per riuscire a comprimere l'aria al punto tale da portarla alle temperature adatte ad innescare la combustione del gasolio, 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. D'altra parte, proprio 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 la precisione del sistema di alimentazione e in particolare della mw1apompa del combustibile, che regola la quantità esatta di combustibile immessa nei cilindri, nonché il momento esatto dell'immissione stessa. Sulla base della quantità di combustibile immesso a ogni regime di rotazione il motore fornisce più o meno mw1qpotenza in quanto l'aria viene aspirata in quantità sempre costante e corrispondente al massimo possibile (non esiste un mw1gcarburatore). Nei motori Diesel, a differenza di quelli a benzina, non è necessario gestire l'accensione con dispositivi esterni.

La potenza non è direttamente basata sulla quantità di miscela aria-combustibile che è immessa nel cilindro, ma solo sulla quantità di combustibile iniettato. Nei primi motori Diesel questo sistema di regolazione era di tipo meccanico con una serie di mw2aingranaggi che prelevavano energia dal motore stesso. Il limite più rilevante era dato dal fatto che l'immissione di combustibile 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 relativamente ritardata.

In una fase successiva, l'evoluzione delle pompe di iniezione ha permesso di migliorare il controllo dei tempi e delle quantità di gasolio iniettate, con l'implementazione di dispositivi di autoregolazione dell'anticipo dell'iniezione (ad esempio il variatore dell'anticipo dell'iniezione a masse centrifughe, tipico delle pompe di iniezione in linea). Nei motori moderni l'immissione di combustibile è invece regolata attraverso il ricorso all'mw2gelettronica. Si hanno quindi dei moduli di controllo elettronici (ECM – Electronic Control Module) o delle unità di controllo (ECU – Electronic Control Unit) che altro non sono che dei piccoli calcolatori montati sul motore. Questi ricevono i dati da una serie di sensori e li utilizzano per calibrare, secondo tabelle (dette anche mw2wmappe) memorizzate nell'ECM/ECU, la quantità di combustibile da iniettare e (soprattutto) il tempo, inteso come momento esatto di immissione, in modo da ottenere sempre il valore ottimale, o il più vicino a questo, per quel determinato regime di rotazione.

In questo modo si massimizza il rendimento del motore e se ne abbassano le emissioni. In questo caso il mw3qtempo, misurato in gradi mw3gangolari di rotazione, assume un'importanza critica in quanto sia un ritardo sia un anticipo rispetto al momento ottimale comportano dei problemi. Infatti se si anticipa troppo si ritroveranno nei gas di scarico valori rilevanti di mw3wossidi di azoto (NOmw4ax) anche se il motore raggiunge un'efficienza maggiore dato che la combustione avviene a una pressione più alta. Un ritardo invece, a causa della combustione incompleta, produce mw4qmw4gparticolato (polveri sottili) ovvero fumosità nera allo scarico. Non esiste un valore ottimale valido per tutti i motori ma ogni motore ne ha uno proprio.

Due sono oggi i tipi di iniezione dei motori Diesel: indiretta e diretta. Il primo tipo, quasi scomparso dai motori Diesel mw5qautomobilistici di ultima generazione, era molto utilizzato per la sua semplicità dato che i primi pistoni erano a testa mw5gpiatta, per cui era facilitata la sistemazione dell'iniettore. Oggi invece si utilizzano pistoni dal disegno della testa più complessa accoppiati al sistema di iniezione di tipo mw5wdiretto.

Nell'iniezione indiretta il gasolio viene iniettato in una precamera di combustione che si trova sulla testata del motore. L'iniettore ha un solo foro di nebulizzazione del gasolio. La pressione di iniezione del gasolio è di circa 150 bar. Nella precamera c'è una candeletta elettrica che serve a facilitare l'avviamento del motore. La candeletta non riscalda l'aria, ma il gasolio e le pareti della precamera di combustione. Con questo sistema si rallenta il ritardo di accensione e si riduce il mw6wrumore emesso. Viene ridotto anche lo stress della combustione e quindi le pressioni sui singoli componenti.

Diversi sono i sistemi di mw7winiezione diretta impiegati sui motori Diesel. Per iniezione diretta si intende l'immissione del combustibile direttamente nella camera di combustione (senza precamera quindi). In questo caso il sistema di alimentazione deve operare a pressioni molto più alte del sistema di iniezione indiretta (gli iniettori hanno tre o più fori, di diametro più piccolo) e sono stati eliminati alcuni di quei componenti che rendevano il motore Diesel particolarmente rumoroso. L'iniezione diretta ha avuto diverse interpretazioni, la più famosa è il sistema denominato mw8acommon rail e mw8qmultijet, ma è esistito anche il sistema a mw8giniettore pompa. I primi motori Diesel a iniezione diretta dotati di pompa rotativa sono ormai scomparsi in virtù delle notevolmente superiori prestazioni dei due sistemi sopracitati.

I motori Diesel a due tempi sono di impiego prevalentemente industriale e navale, vengono installati su navi mercantili (portacontainer, mw9wbulk carrier, mw-apetroliere) in accoppiamento con un'mw-qelica a passo fisso.

Rispetto ai motori navali a 4 tempi, i motori a due tempi sono generalmente più grandi e sviluppano potenze molto maggiori, con regimi di rotazione massimi di circa qualche centinaio di giri al minuto, inoltre hanno una notevole semplificazione costruttiva. Attualmente il motore più grande del mondo è il finlandese mw-wWärtsilä 14RTFLEX96-C, usato come motore principale sulle più grandi navi portacontainer del mondo, prodotte dall'azienda danese mw-aMaersk. Questo motore sviluppa una potenza di 82 MW e riesce a garantire una velocità di crociera di 25 mw-qnodi.

Motore testacalda

1. carter di aspirazione

2. travasi dell'aria e luce nel cilindro

3. cilindro

4. calotta

5. iniettore del combustibile

6. luce di scarico

7. pistone

8. biella

9. volano

10. albero motore

Motore non a testacalda

1. valvola d'ammissione al cilindro

2. cilindro

3. calotta

4. iniettore del combustibile

5. luce di scarico

6. pistone

7. biella

8. volano

9. albero motore

Questo motore ha la caratteristica di avere, al posto delle luci di scarico, una valvola a fungo sulla testata da dove vengono scaricati i prodotti della combustione, quindi si ha un migliore e maggiore controllo della fase, riducendo le perdite d'aria fresca che altrimenti ci sarebbero con una luce di scarico. Inoltre, tale motore non necessita del riscaldamento della calotta, dato che l'aria riesce a essere maggiormente compressa.

Attualmente questo risulta essere il tipo di motore Diesel due tempi più apprezzato, per via del suo maggiore rendimento termico.

Il motore due tempi Diesel testacalda fu brevettato nel 1890 da Stuart e Binney e segue il principio di funzionamento del motore mwasua due tempi a benzina inventato nel 1879 da mwasyDugald Clerk, quindi ovviamente utilizza come carburante, assieme al gasolio, anche l'olio combustibile.

Il motore testacalda ha un carter di precompressione dove l'aria entra passando nelle feritoie delle valvole del carter quando il mwasgpistone va dal punto morto inferiore al punto morto superiore, cioè quando nel carter di precompressione si crea una depressione, che permette quindi l'aspirazione dell'aria.

L'aria passa dal carter di precompressione al cilindro attraverso i travasi quando il pistone scopre i travasi e quindi si trova nei pressi del PMI, finita tale fase con la chiusura delle luci di travaso e successivamente anche di scarico, si ha la compressione.

Il ruolo fondamentale è svolto sicuramente dalla calotta, cioè quella parte della testata che, essendo riscaldata a una temperatura che varia dai 400mwass °C ai 700mwasw °C, permette assieme all'elevata temperatura dell'aria compressa che si trova nel cilindro la combustione del combustibile che viene iniettato nel cilindro anche con 180° d'anticipo, cioè 180° prima del punto morto superiore. Questi motori venivano montati soprattutto dai mwas0trattori.

I motori Diesel a quattro tempi sono quelli maggiormente diffusi nel campo automobilistico, ferroviario, nelle centrali di generazione Diesel-elettrica, nelle imbarcazioni da diporto e nelle mwauynavi da crociera, traghetti e piccole navi mercantili.

Per quanto riguarda i tipi di motori si possono realizzare Diesel con qualunque configurazione di cilindri dato che i problemi e i vantaggi di una determinata configurazione restano immutati, sia che si tratti di motori a mwaugciclo Otto o di motori a ciclo Diesel. Nelle mwaukauto la configurazione più diffusa è quella a quattro cilindri in linea. Molti motori Diesel sono sovralimentati proprio per sfruttare i vantaggi che si hanno con questo tipo di motore. Infatti i motori a ciclo Otto per raggiungere lo stesso livello di rendimento, per le loro caratteristiche, devono avere una cilindrata (quindi dimensioni di motore) superiore a quella dei motori Diesel. Questo determina che a parità di cilindrata, il motore Diesel vanta una maggiore efficienza (oltre il 40%).

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Altri progetti

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• citereftreccani-itdiesel, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.

• citerefbritannica-com(EN) Charles Lafayette Proctor e Lloyd Van Horn Armstrong, diesel engine, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

• mwaeuUna pagina dedicata al motore diesel 2 tempi a testa calda, su xoomer.alice.it.

• mwaecMotore diesel 2 tempi moderno, su people.bath.ac.uk. URL consultato il 9 novembre 2010 (archiviato dall'url originale il 17 gennaio 2010).