1.3.a-2 Motore diesel 4 tempi

MOTORI DIESEL 4 T AD ACCENSIONE SPONTANEA

Nel 1892 l’ingegnere tedesco Rudolf Diesel brevetta un nuovo modello di motore, chiamato motore Diesel, proprio in nome del suo inventore. Questo nuovo motore è alimentato a gasolio, combustibile di qualità inferiore rispetto alla normale benzina (e quindi meno costoso), manca della fase di accensione elettrica e il combustibile non scoppia ma brucia lentamente. Tutte queste differenze contribuiscono ad aumentare il rendimento del motore diesel. Nei motori ad accensione spontanea o ad accensione per compressione il combustibile è iniettato durante la compressione dell’aria per cui si ha una combustione spontanea dovuta all’alta temperatura creatasi all’interno della camera di combustione durante questa fase. I motori ad accensione spontanea sono sempre ad iniezione, che può essere indiretta (a precamera) o diretta. 

Elementi principali di un motore diesel 4 tempi:

Fase di aspirazione: il pistone si muove verso il basso, (dal PMS al PMI) durante la fase di aspirazione. la valvola di aspirazione apre durante la fase di aspirazione per permettere all'aria esterna di entrare nel cilindro motore. Il movimento della valvola di aspirazione è controllato da un albero a camme. La valvola di scarico resta chiusa durante la fase di aspirazione.il movimento verso il basso del pistone crea una leggera depressione all'interno del cilindro. La differenza di pressione generata da questo movimento permette alle molecole di aria di entrare nel cilindro..Alla fine della fase di aspirazione la relativa valvola chiude. 

Fase di compressione: durante questa fase il pistone si muove dal PMI al PMS. Durante questa fase l'aria racchiusa nel cilindro viene compressa. Durante questa fase entrambe le valvole restano chiuse in modo da isolare la camera di combustione dall'ambiente esterno. La compressione aumenta sia la pressione che la temperatura dell'aria Vengono utilizzati rapporti di compressione da 12:1 a 22:1.Alla fine di questa fase, l'iniettore inietta nel cilindro una misurata quantità di carburante in modo finemente atomizzata.

Fase di espansione: La compressione fa aumentare la pressione e la temperatura dell'aria al punto di ottenere la temperatura per l'autoaccensione del diesel. Queste molecole di carburante assorbono calore dall'aria calda circostante e vaporizzano. Questo da come risultato una combustione e una generazione di energia. La combustione del carburante crea energia. La spinta prodotta dalla combustione spinge il pistone verso il basso dal PMS al PMI. Il movimento verso il basso del pistone produce un'energia di guida positiva per far ruotare la manovella. Quest'energia è incanalata alla manovella attraverso un complesso meccanismo.

Fase di scarico: la combustione produce gas che hanno una pressione e temperatura alta. I gas sono composti da particelle di carburante incombusto e da un numero di particelle nocive come la CO, CO2, NOx, HC e SOx. La valvola di aspirazione resta chiusa durante questa fase mentre resta aperta quella di scarico per permette ai gas di uscire. Il movimento verso l'alto del pistone e la differenza di pressione tra la camera di combustione e l'esterno aiuta i gas ad uscire in modo agevole.

IL PISTONE ROTANTE

Il pistone rotante è montato sul motore Sulzer ZA40. Invece di un cuscinetto e di uno spinotto convenzionale, la parte superiore è formata da un cuscinetto sferico in due metà (spherical bearing). All’interno delle due estremità sferiche ci sono due nottolini (pawl) caricati a molla. Questi nottolini impegnano con un anello a cricchetto (ratchet ring) che è collegato al pistone. L’anello a cricchetto ha un numero di denti dispari. Ad ogni corsa del pistone, i nottolini impegnano alternativamente i denti dell’anello a cricchetto facendolo ruotare. 

Vantaggi di questo sistema:

•    Ad ogni corsa il mantello del pistone si trova a toccare una zona diversa del cilindro
•    Le fasce non si trovano mai nella stessa posizione e quindi hanno un consumo omogeneo
•      Poiché il carico sul cuscinetto sferico è simmetrico (senza foro per spinotto), il pistone può essere costruito con un lasco minore eliminando in questo modo l’effetto dondolo del pistone durante la corsa.

Inclinata. Si tratta di un pistone con il piano del cielo inclinato rispetto al suo asse, questa disposizione è molto particolare e di raro utilizzo, un esempio di utilizzo è nel motore endotermico con configurazione dei cilindri a W della Bugatti Veyron.

LA CAVITAZIONE DELLA CAMICIA

L'albero motore è localmente riscaldato e viene quindi compresso assialmente per formare l'inizio dei colli. Successivamente le presse vengono settate per formare le manovelle. Questo sistema fa in modo che la pressa nel forgiare l’albero non crei zone deboli e a rischio di rottura, i grani interni del materiale con cui si forgia l’albero saranno continui lungo le flange e le manovelle, seguiranno tutte le curve senza mai avere interruzione.

LE VALVOLE

Le valvole lavorano in condizioni molto più dure di qualsiasi altra parte del motore; ciò è vero in particolare per le valvole di scarico. Le valvole si aprono e si chiudono in poco meno di un giro. Le valvole devono essere a tenuta stagna e devono essere in grado di sopportare delle pressioni che vanno fino a 35 Kg/cm2 (500 libbre/pollice). A pieno carico la valvola di scarico è sottoposta a delle temperature cosi elevate che la riscaldano fino a farla divenire incandescente. La temperatura delle valvole può salire fino a 650°C (1200°F) o più. La valvola di aspirazione è raffreddata dalla miscela aspirata (aria + combustibile); la valvola di scarico è invece esposta ai gas roventi che le passano attorno mentre escono dal cilindro. E' molto difficile raffreddare la testa delle valvole di scarico. La testa del cilindro, il cilindro e il cielo del pistone sono esposti alle stesse temperature, ma sono raffreddati dall'olio e dall'aria proveniente dalla ventola che è incorporata nel volano. Per la fabbricazione delle valvole di scarico è utilizzato un acciaio molto speciale, che deve resistere all'azione corrosiva dei caldissimi gas di scarico. Di norma le valvole montate per ogni testata cilindro sono 4, 2 di aspirazione e due di scarico.  Minore è il numero delle valvole, più queste sono importanti. In un motore monocilindrico una sola valvola difettosa provocherà una importante perdita di potenza o persino l'arresto del motore. In un motore policilindrico, quando una valvola è difettosa è compromessa solo 1/4, 1/6 o 1/8 della potenza complessiva, perchè il "cilindro" difettoso viene trascinato dagli altri. 

Il motore MAN B & W 32/40 ha un albero a camme separato per le pompe di iniezione che può essere avanzato o ritardato con il motore in moto. Il sistema è mosso idraulicamente che sposta il sistema in avanti e indietro facendo ruotare una camma che a sua volta comanda una pompa di iniezione. Normalmente il sistema prende il moto attraverso ingranaggi dall’albero motore, l’olio provvederà a spostare assialmente il sistema.