3.1 Condizioni di esercizio |
Per ottenere una buona preparazione della miscela il gasolio deve
essere fornito dal polverizzatore al motore Diesel, ad una pressione molto elevata (motori
a precamera: 10 ... 350 bar; motori a iniezione diretta: fino a 1000 bar).
Per questo motivo la quantità di carburante deve essere dosata con precisione di pochi
millimetri cubici per ogni iniezione.
Per ottenere il compromesso ottimale fra consumo di carburante e rumore (durezza di
funzionamento) del motore Diesel è necessaria una precisione di inizio iniezione fino a
1° di manovella.
Per ottimizzare l'inizio della combustione e per compensare l'influsso del ciclo dell'onda
di pressione nella tubazione di iniezione viene impiegato un correttore anticipo
iniezione, che anticipa l'inizio di mandata della pompa con il crescere del numero di
giri.
In casi particolari si prevede anche un comando dipendente dal carico.
Nel motore Diesel la quantità di aria aspirata ad ogni fase di aspirazione rimane
pressoché costante al variare del numero giri e del carico motore.
Per tale motivo viene dosata solo la quantità di carburante adatta al carico ed al
regime, senza regolazione dellaria aspirata.
Mantenendo fissa la posizione dell'asta del regolatore, il numero di giri di un motore
Diesel non caricato può aumentare fino alla sua autodistruzione.
Pertanto è necessario un regolatore del numero di giri con limitazione del numero di giri
massimo.
In base a quanto descritto, è evidente che ogni condizione di
esercizio richiede:
la quantità adatta di carburante
l'iniezione nel momento più adatto
la pressione di mandata più adeguata
l'iniezione nel punto adatto (in modo stabile nel tempo anche dopo miliardi di cicli).
Per il dosaggio del carburante devono essere tenute in considerazione oltre a tutte le necessità sopra descritte anche altri limiti di funzionamento imposti dal motore o dal veicolo come per esempio:
Limite di emissione dei fumi
Nel motore Diesel la miscelazione aria carburante avviene, come abbiamo visto durante la
combustione.
Nonostante il motore funzioni sempre con un eccesso di aria, si formano localmente in
camera di combustione miscele particolarmente ricche con conseguente emissione di fumo
nero e idrocarburi incombusti.
Il motore a precamera deve funzionare con un eccesso d'aria dal 10 al 25% (minimo), mentre
il motore ad iniezione diretta deve funzionare con un eccesso d'aria dal 40 al 50%.
Funzionamenti sotto questi valori limite rischiano lemissione di fumo nero ed
idrocarburi incombusti (HC).
Limite di emissione dei gas di scarico
Come per i motori a benzina, anche per il motore Diesel, l'aumento di temperatura dei gas
in camera di combustione provoca un aumento di reazione dell'azoto presente nell'aria con
conseguente aumento degli ossidi di azoto (NOx) emessi.
Limite della pressione di combustione
Il carburante evaporizzato dal polverizzatore e miscelato con l'aria brucia
improvvisamente con sviluppo di un elevato valore di pressione (quasi un'onda d'urto).
Si parla infatti di combustione "dura" dei Diesel ed il rumore metallico emesso
dal motore si sviluppa proprio in camera di combustione a causa dell'improvviso aumento
della pressione.
La potenza e le forze messe in gioco provocano degli sforzi sui pistoni, le bielle, le
manovelle, i cuscinetti di banco ecc. che impongono una adeguata costruzione robusta e
soprattutto un controllo preciso delle pressioni sviluppate.
Le pressioni in camera di combustione dipendono in primo luogo dalla pressione, dalla
quantità e dal modo di polverizzare il carburante oltre che naturalmente dal rapporto di
compressione del motore.
Limite del numero giri del motore
Nel motore Diesel non viene regolata l'aria in entrata (il collettore d'aspirazione
è libero) ma viene regolata la quantità di carburante ad ogni iniettata.
Per aumentare il numero di giri del motore basta aumentare la quantità di carburante
iniettata.
Se il motore non ha un adeguato carico di coppia l'aumento di carburante provoca un forte
aumento di numero giri e se il carburante non viene correttamente limitato alla condizione
di esercizio il motore "va in fuga", in altre parole può autodistruggersi.
Il motore Diesel richiede quindi un limitatore di giri massimo proporzionato alla
resistenza dei suoi organi meccanici.
Per adattare il numero di giri alle condizioni di esercizio, il pedale dell'acceleratore
agisce sulla dosatura di carburante tramite un apposito regolatore di numero giri del
massimo e del minimo oppure tramite un regolatore di tutti i numero giri.