Oggi che ho un po' di tempo libero faccio un po' lo "sborone" e spiego a tutti perchè i moderni diesel ad iniezione diretta hanno in genere un'erogazione di potenza che finisce a 4.000 g/m o poco più in alto.
Il problema è dato dal ritardo totale di combustione, ovverosia dal tempo che intercorre tra il momento in cui una gocciolina di gasolio entra nel cilindro e quello in cui s'incendia.
Il ritardo totale di combustione è dato dalla somma del ritardo fisico e dal ritardo chimico.
Il secondo dipende dal carburante il quale, a differenza della benzina, impiega un certo tempo per bruciare ed è un parametro direttamente dipendente dal numero di cetano, per cui non si può minimizzare con l'impiego dei carburanti commerciali.
Il secondo è determinato dal tempo che il gasolio impiega per passare allo stato gassoso (la combustione avviene infatti a tale stato) e combinarsi il più possibile uniformemente con l'aria immessa nel cilindro.
In pratica il problema del ritardo nei benzina non si pone perchè il carburante è molto più volatile e venendo (di solito) iniettato nel collettore di aspirazione, ha tutto il tempo di miscelarsi con l'aria grazie alla turbolenza presente nel collettore e nel cilindro in fase di compressione (di qui l'importanza degli effetti di squirl, squish e tumble generati dalla conformazione della camera di combustione). Il problema poi del ritardo chimico non si pone perchè l'accensione è comandata da una fonte di energia ad altissima temperatura (la scintilla prodotta dalla candela) per cui il fronte di fiamma si irradia pressochè uniformemente da tutti i lati fino a raggiungere i posti più estremi, con una velocità di combustione che aumenta pressochè linearmente all'aumentare dei giri in virtù della maggiore turbolenza. Si badi bene infatti che i diagrammi dell'anticipo di accensione di solito prevedono un picco in corrispondenza del regime di coppia massima per poi ridiminuire progressivamente all'aumentare dei giri motore, appunto perchè la velocità di combustione aumenta di pari passo, richiedendo minori anticipi. Ecco spiegato perchè un 4 tempi a benzina può arrivare anche a 20.000 giri/min senza incorrere in problemi legati al ritardo di combustione.
Ma torniamo al diesel: in questi propulsori la velocità di combustione aumenta men che proporzionalmente all'aumentare dei giri, per cui ad un certo punto (i fatitici 4.00-4.500 giri) il gasolio iniettato non farebbe in tempo a bruciare tutto entro il campo untile del lavoro del pistone (in genere 90-max 120° dopo il p.m.s.) per cui la parte di gasolio in ipotesi iniettata in più rimane incombusta (man mano che il pistone scende si riduce la compressione geometrica e si allontanano le condizioni ideali per l'autoaccensione della miscela gasolio/aria) e passa nello scarico senza aver effettuato alcun lavoro utile.
Questo spiega perchè ad esempio le nostre nasone, anche con marce basse, "muoiono" verso i 4.300-4.500 giri come se ci fosse un limitatore di giri. In realtà l'effetto è dato dal limitatore naturale dato dal ritardo di combustione.
Nel ritardo ha un discreto ruolo anche il problema della penetrazione delle goccioline di gasolio.
Come detto, la combustione avviene a livello molecolare, ovvero quando le molecole di gasolio, a seguito dell'evaporazione, intercettano e si mescolano con quelle di ossigeno presenti nell'aria. L'evaporazione inizia dagli strati superficiali della goccia e quindi sarà tanto più veloce quanto minore sarà la dimensione della goccia (perchè così aumenta il rapporto superficie/volume). Ecco allora che le goccie di gasolio iniettate (sotto forma di spry) devono essere piccolissime, quindi gli iniettori devono avere ugelli microscopici. Al ridursi della dimesioni la capacità "balistica" delle goccie si riduce nel senso che perdono capacità di penetrazione venendo spazzate via dalla turbolenza prima di arrivare all'estremo della camera di combustione, il che ostacola l'uniformizzazione della carica con creazione di aree troppo magre (che non producono potenza) e troppo grasse (che non si incendiano).
Ecco allora che per aumentare la penetrazione, si aumenta la pressione di iniezione, e questo spiega l'escalation delle pressioni sviluppate dai moderni sistemi di iniezione.
Posto che la potenza è il prodotto della coppia per in n° di giri, è chiaro che per aumentarla o si aumentano i giri, o si aumenta la coppia, ovvero la p.m.e. (la coppia è data dalla p.m.e per il braccio di leva offerto dalla manovella).
Nei diesel più di tanto (poco) i giri non si possono aumentare, per cui l'aumento di potenza si ottiene prioritariamente con l'aumento della p.m.e. ed in primis ciò si ottieme aumentando il fattore di sovralimentazione.
Si tenga poi conto che i diesel hanno però un innegabile vantaggio: la grande coppia già a basso o bassissimo regime, imputabile a tre fattori: a) alimentazione a miscela di concentrazione variabile; b) alto rapporto di compressione; c) assenza (normalmente) della valvola a farfalla.
Se l'argomento interessa se ne può fare una FAQ oppure se a qualcuno interessa la prossima volta vado oltre sulle possibilità di incremento di potenza.
Il problema è dato dal ritardo totale di combustione, ovverosia dal tempo che intercorre tra il momento in cui una gocciolina di gasolio entra nel cilindro e quello in cui s'incendia.
Il ritardo totale di combustione è dato dalla somma del ritardo fisico e dal ritardo chimico.
Il secondo dipende dal carburante il quale, a differenza della benzina, impiega un certo tempo per bruciare ed è un parametro direttamente dipendente dal numero di cetano, per cui non si può minimizzare con l'impiego dei carburanti commerciali.
Il secondo è determinato dal tempo che il gasolio impiega per passare allo stato gassoso (la combustione avviene infatti a tale stato) e combinarsi il più possibile uniformemente con l'aria immessa nel cilindro.
In pratica il problema del ritardo nei benzina non si pone perchè il carburante è molto più volatile e venendo (di solito) iniettato nel collettore di aspirazione, ha tutto il tempo di miscelarsi con l'aria grazie alla turbolenza presente nel collettore e nel cilindro in fase di compressione (di qui l'importanza degli effetti di squirl, squish e tumble generati dalla conformazione della camera di combustione). Il problema poi del ritardo chimico non si pone perchè l'accensione è comandata da una fonte di energia ad altissima temperatura (la scintilla prodotta dalla candela) per cui il fronte di fiamma si irradia pressochè uniformemente da tutti i lati fino a raggiungere i posti più estremi, con una velocità di combustione che aumenta pressochè linearmente all'aumentare dei giri in virtù della maggiore turbolenza. Si badi bene infatti che i diagrammi dell'anticipo di accensione di solito prevedono un picco in corrispondenza del regime di coppia massima per poi ridiminuire progressivamente all'aumentare dei giri motore, appunto perchè la velocità di combustione aumenta di pari passo, richiedendo minori anticipi. Ecco spiegato perchè un 4 tempi a benzina può arrivare anche a 20.000 giri/min senza incorrere in problemi legati al ritardo di combustione.
Ma torniamo al diesel: in questi propulsori la velocità di combustione aumenta men che proporzionalmente all'aumentare dei giri, per cui ad un certo punto (i fatitici 4.00-4.500 giri) il gasolio iniettato non farebbe in tempo a bruciare tutto entro il campo untile del lavoro del pistone (in genere 90-max 120° dopo il p.m.s.) per cui la parte di gasolio in ipotesi iniettata in più rimane incombusta (man mano che il pistone scende si riduce la compressione geometrica e si allontanano le condizioni ideali per l'autoaccensione della miscela gasolio/aria) e passa nello scarico senza aver effettuato alcun lavoro utile.
Questo spiega perchè ad esempio le nostre nasone, anche con marce basse, "muoiono" verso i 4.300-4.500 giri come se ci fosse un limitatore di giri. In realtà l'effetto è dato dal limitatore naturale dato dal ritardo di combustione.
Nel ritardo ha un discreto ruolo anche il problema della penetrazione delle goccioline di gasolio.
Come detto, la combustione avviene a livello molecolare, ovvero quando le molecole di gasolio, a seguito dell'evaporazione, intercettano e si mescolano con quelle di ossigeno presenti nell'aria. L'evaporazione inizia dagli strati superficiali della goccia e quindi sarà tanto più veloce quanto minore sarà la dimensione della goccia (perchè così aumenta il rapporto superficie/volume). Ecco allora che le goccie di gasolio iniettate (sotto forma di spry) devono essere piccolissime, quindi gli iniettori devono avere ugelli microscopici. Al ridursi della dimesioni la capacità "balistica" delle goccie si riduce nel senso che perdono capacità di penetrazione venendo spazzate via dalla turbolenza prima di arrivare all'estremo della camera di combustione, il che ostacola l'uniformizzazione della carica con creazione di aree troppo magre (che non producono potenza) e troppo grasse (che non si incendiano).
Ecco allora che per aumentare la penetrazione, si aumenta la pressione di iniezione, e questo spiega l'escalation delle pressioni sviluppate dai moderni sistemi di iniezione.
Posto che la potenza è il prodotto della coppia per in n° di giri, è chiaro che per aumentarla o si aumentano i giri, o si aumenta la coppia, ovvero la p.m.e. (la coppia è data dalla p.m.e per il braccio di leva offerto dalla manovella).
Nei diesel più di tanto (poco) i giri non si possono aumentare, per cui l'aumento di potenza si ottiene prioritariamente con l'aumento della p.m.e. ed in primis ciò si ottieme aumentando il fattore di sovralimentazione.
Si tenga poi conto che i diesel hanno però un innegabile vantaggio: la grande coppia già a basso o bassissimo regime, imputabile a tre fattori: a) alimentazione a miscela di concentrazione variabile; b) alto rapporto di compressione; c) assenza (normalmente) della valvola a farfalla.
Se l'argomento interessa se ne può fare una FAQ oppure se a qualcuno interessa la prossima volta vado oltre sulle possibilità di incremento di potenza.
