Sarà capitato a tutti di provare auto con diverse motorizzazioni e sicuramente vi sarete accorti che un motore Diesel opera con un numero di giri più basso rispetto al benzina. A cosa è dovuto questo fenomeno? Perché un propulsore Diesel già dopo 4500 giri non spinge più mentre un benzina allunga fino anche a 7000 giri? Come già accennato in questo articolo, Il fattore che limita fortemente il regime di rotazione di un motore Diesel è il fenomeno del ritardo all’auto-accensione.

Ma in che cosa consiste esattamente questo fenomeno?

Il ritardo all’auto-accensione è dovuto alla mancata autocombustione del gasolio che viene iniettato nel cilindro, nonostante le condizioni di pressione e temperatura lo consentano. Questo ritardo è dovuto sia ad aspetti fisici che chimici. Il combustibile infatti viene iniettato in fase liquida e prima che si incendi deve disintegrarsi in goccioline piccolissime, riscaldarsi, evaporare e miscelarsi con l’aria fino a raggiungere gli adeguati rapporti di dosatura.
Questo rallentamento non costituisce un problema nei motori lenti come quelli della navi che operano anche a 60 giri/min ma può risultare un limite per motori più “veloci” impiegati nel mondo automotive, che si vedono costretti a lavorare anche a 4500 giri/min.

Infatti, nel caso in cui un motore Diesel operasse a regimi troppo elevati, il processo di combustione non avrebbe modo di avvenire correttamente in quanto il tempo che intercorre tra una corsa del pistone e l’altra è inferiore al tempo richiesto per l’evaporazione e la miscelazione del gasolio.

Perché i motori a benzina non risentono di questo ritardo?

Nei propulsori a benzina più datati il problema proprio non si pone in quanto durante la fase di aspirazione, il cilindro si riempie già della miscela che è stata preparata in anticipo dal carburatore. Nel caso dei moderni motori a benzina dotati di iniettori, il problema non si presenta in quanto la benzina viene spruzzata all’interno del cilindro già durante la fase di aspirazione, per cui ha tutto il tempo di evaporare e miscelarsi. Il motore a benzina quindi non deve mai “aspettare” che il carburante si mescoli con l’aria come accade nei Diesel e ciò permette di spingersi a regimi ben più elevati, con punte anche di 18.000 giri/min nelle vecchie Formula 1.

Come si può arginare questo problema che affligge i motori Diesel?

Tutte le soluzioni che sono state individuate dagli ingegneri fino ad oggi hanno come obiettivo quello di ridurre il più possibile il ritardo. Ma come è possibile fare ciò? Per ridurre il tempo di evaporazione è necessario che l’area di contatto tra il gasolio e l’aria calda presente nella camera di combustione sia la più alta possibile. Bisogna quindi innalzare la pressione degli iniettori cosicché il getto esca molto più velocemente e, incontrando la resistenza dell’aria, si frantumi in goccioline finissime nebulizzandosi. Su questo aspetto ha fatto scuola il mitico Common Rail ideato dal gruppo Fiat che garantiva pressioni elevatissime anche di 1500/2000 bar.

Questa immagine è stata creata o migliorata dai Wikigrafici del Laboratorio grafico (fr).- Opera propria, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6745212

È poi possibile velocizzare il miscelamento giocando con le geometrie dei collettori di aspirazione e della testa del pistone in modo da indurre delle turbolenze di “squish”, “swirl” e “tumble” all’interno della camera di combustione che favoriscono il mescolamento del gasolio.Tutti questi accorgimenti consentono di spingere il regime di rotazione dei motori Diesel da poche centinaia di giri al minuto fino a 4000-5000 giri/min. Nel prossimo articolo vi proporrò un confronto tra i propulsori Diesel e benzina, spiegando pregi e difetti di ognuno.