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Ecco come va il DIESEL

Individuate un bar di periferia, uno di quei localetti popolati, dalle sei del pomeriggio alle otto di sera, da schiere d'occupati (e non) alla fine della propria giornata lavorativa. Bene… una volta scovato un posto del genere; andateci, intrufolatevi in un gruppetto d'amici e iniziate a parlare d'auto; emergerà un quadro delle preferenze dell'italiano "tipo", che è orientato più o meno così: "la mia prossima auto sarà un diesel, un mio amico ha detto che con la sua "Pincopallo JTDI" ha bruciato una Thema Turbo e fa 38 km con un litro. Al gas ci ho pensato, ma ho paura a portarmi dietro una bombola piena di esplosivo. I benzina sono ormai superati, non hanno futuro". Questo è il pensiero dominante, non solo in Italia, ma anche in gran parte d'Europa.

I PROGRESSI
Effettivamente i diesel moderni hanno fatto passi da gigante, un turbodiesel "estremo" da circa due litri (leggasi VW TDI 1.9 150cv e BMW) è ormai al livello di un ottimo benzina aspirato di pari cilindrata (vedi Alfa Twin Spark, Fiat 5 cilindri o BMW 6 cilindri). Solo quindici anni fa il 2 litri turbodiesel più prestazionale (il 4 cilindri VM montato sulle Alfa) aveva "appena" 95 cv.
Quindi un aumento di potenza (e ovviamente di coppia) di oltre il 60% e una sostanziale riduzione dei consumi e delle emissioni. In pratica un diesel moderno sarebbe degno di motorizzare una sportiva, se non fosse per la soglia dei 5000 giri/min.
Mi spiego.

COME FUNZIONA?
Immagine di ... Le differenze tra un motore diesel e un corrispondente propulsore a benzina non consistono nel solo carburante impiegato, ma si spingono oltre, sfociando nella "termodinamica". Infatti, i motori diesel, o meglio, a ciclo diesel si dicono propulsori ad "accensione per compressione" (AC) perché all'interno dei cilindri il carburante s'infiamma per l'aumento della temperatura dell'aria. Tale incremento è generato dalla compressione, cui è soggetta la miscela combustibile-comburente per azione del pistone, che si muove verso la testa del cilindro.
Nei motori a benzina (ciclo Otto), detti ad accensione comandata (AS), l'accensione avviene Immagine di non per compressione, ma grazie alla presenza di un impianto elettrico ad alta tensione in grado di fa scoccare nel cilindro, per mezzo di un dispositivo detto "candela", una scintilla che da l'avvio alla combustione all'interno della camera.

Quindi emerge la prima, ovvia, differenza tra un diesel e un benzina: il rapporto di compressione. In un propulsore AS (benzina) il rapporto di compressione è inferiore a 12:1 (per evitare l'accensione spontanea e irregolare del carburante). In un motore AC (diesel) il rapporto di compressione arriva anche 23:1.

* Considerazione numero uno:
la termodinamica ci dice, in soldoni, che il rendimento di un motore a scoppio aumenta con l'aumentare del rapporto di compressione. Da ciò deduciamo che un motore a gasolio consuma meno di un benzina di pari cilindrata e "rende" di più, in altre parole ha più coppia. Con un solo esempio abbiamo capito dove nascono i pregi e le qualità dei diesel.

Ora però, vediamo il risvolto della medaglia. La combustione del gasolio è lenta. Proprio grazie a questa caratteristica, questo combustibile è stato utilizzato nei diesel che, per informazione, originariamente bruciava una polvere finissima di carbon-fossile.

Combustione lenta significa che il motore diesel ha un limitatore di giri naturale. Infatti oltre i 5000 giri/min il rendimento dei propulsori AC scende vistosamente non essendo più possibile la completa accensione della miscela con conseguente calo delle prestazioni.

* Considerazione numero due:
più lentamente gira il motore, migliore è la combustione. Ecco perché i motori a gasolio hanno molta coppia ai bassi regimi. A differenza di un ciclo Otto, infatti, nei diesel la miscela aria - carburante si forma all'interno della camera di combustione. Ciò permette ai diesel di avere un riempimento sempre ottimale ed elimina i problemi di coppia ai bassi regimi. In un benzina, invece, la miscela stechiometrica si forma nel collettore di aspirazione. Ciò comporta una combustione poco redditizia ai bassi regimi, perché l'aria aspirata non si distribuisce nel modo migliore all'interno della camera, come avviene ai regimi più elevati. Quindi, in un benzina, più alto è il regime di rotazione, migliore è il riempimento e la distribuzione del carburante (entro determinati limiti). Il contrario di ciò che avviene in un diesel in cui, inoltre, la potenza massima che, lo ricordiamo è sempre legata non solo alla coppia ma anche al regime di rotazione, è limitata essendo limitato quest'ultimo (al contrario di un propulsore AS).

Abbiamo detto prima che i motori AC hanno un rapporto di compressione elevatissimo. Dal valore del rapporto di compressione deriva la "ferocia" della combustione (indipendentemente dalla velocità con cui s'infiamma il combustibile). Una combustione violenta equivale ad una "sonora" e brutale martellata sui pistoni, sulle pareti dei cilindri e sulla testa.

* Considerazione numero tre:
i diesel sono mediamente più pesanti dei motori AS perché devono resistere a ripetute esplosioni nei cilindri (molto più "crudeli" rispetto a quelle di un ciclo Otto), quindi tutti i componenti in movimento devo essere adeguatamente dimensionati.

* Considerazione numero quattro:
dalla veemenza della combustione deriva la tipica rumorosità dei propulsori a gasolio.

Ricapitolando: a fronte di un migliore rendimento, il diesel paga il gap di un regime limitato a 5000 giri che ne limita la potenza massima (anche se poco importa, vista l'ampia disponibilità di coppia), di una maggior sollecitazione degli organi meccanici e di una rumorosità poco piacevole. Cosa hanno fatto i progettisti per ridurre questi problemi?

IL TURBO, IL TITANIO E I PANNELLI FONOASSORBENTI
Immagine di una turbina Sul fronte "prestazioni", hanno adottato in massa sistemi per il miglioramento dell'alimentazione: si è partiti dal turbocompressore, che soffia più aria di quanta il motore ne potrebbe aspirare da solo e, siccome più ossigeno c'è, più combustibile si può bruciare; ciò ha comportato un primo incremento delle prestazioni, ma un peggioramento della guidabilità.

Infatti, in un turbodiesel l'intervallo di giri in cui il motore è meglio sfruttabile è inferiore rispetto ad un diesel aspirato. Immagine iniezione Common Rail
Il TD soffre del ritardo di risposta del turbo: fin quando questo dispositivo non entra in azione, la spinta, pur essendo comunque notevole, è ridotta; per poi impennarsi dal momento in cui la turbina inizia a soffiare. Cio comporta una riduzione sensibile del campo d'utilizzo del propulsore. Per rendere meno avvertibile il fenomeno, recentemente i progettisti hanno sviluppato particolari tipi di turbina: i turbo a geometria variabile. In seguito sono arrivati i sistemi di iniezione diretta "soft" in sostituzione della precamera. Ovvero, per ridurre la violenza della combustione (e quindi la rumorosità), i costruttori adottarono un sistema di iniezione a precamera. In pratica, il combustibile era iniettato in una camera precedente a quella di scoppio, dove subiva un primo riscaldamento. Da qui poi, attraverso un ugello, il combustibile arrivava finemente polverizzato nella camera di combustione dove si miscelava col comburente (aria) ed era bruciato.

Immagine Iniettora a pompa Il passaggio del diesel dalla precamera al cilindro, attraverso l'ugello, provocava una brusca "laminazione": il combustibile si trovava improvvisamente ad una pressione più bassa (dovuta all'ampiezza della camera di combustione), si raffreddava e si contraeva. Il risultato era un calo della potenza ma anche della rumorosità. Era ciò che volevano i progettisti, non fa niente se il rendimento era inferiore del 15 / 20% rispetto all'iniezione diretta.
Nel decennio appena conclusosi, poi, s'iniziò ad utilizzare pompe ad altissima pressione e sistemi di iniezione a controllo elettronico che consentivano un dosaggio preciso e prolungato del combustibile (da cui derivano il common-rail e l'iniettore - pompa). Tutto ciò portò ad un'iniezione diretta dal funzionamento "morbido" e meno rumoroso. La precamera cadde nel dimenticatoio e i diesel subirono il secondo incremento generalizzato di potenza (lo ricordiamo il primo è stato generato dall'adozione del turbo).
Il terzo incremento di potenza deriva dall'adozione di testate multivalvole e bialbero che hanno il pregio di migliorare la respirazione del motore apportando ulteriori vantaggi in termini di rendimento.

Immagine Iniezione Common Rail Sul fronte "sollecitazione organi meccanici", la soluzione viene dalle nuove leghe di titanio: leggere e robustissime anche se, ovviamente, non sono la panacea che risolve tutti i problemi. I potentissimi turbodiesel attuali sono motori sofisticatissimi sui quali pende, inesorabile, la spada di Damocle dell'affidabilità.

Per quanto riguarda la rumorosità, il problema è stato risolto con la suddetta iniezione a più stadi che ha eliminato la tipica rumorosità da motozappa. Per migliorare la ulteriormente la silenziosità, poi, i costruttori hanno preso l'abitudine di imbottire le scocche di schiume e pannelli fonoassorbenti.

A CHE SERVE IL "BENZINA"?
Insomma il diesel di oggi è veloce, economico, potente e piacevole da guidare. A che serve mantenere ancora in vita il motore a ciclo Otto? Un motivo c'è, ed è pure valido!

Immagine Iniezione Diretta Tralasciando i possibili sviluppi dell'iniezione diretta di benzina (che promette un discreto aumento del rendimento) e la possibilità di avere ottime doti di potenza (e sufficiente coppia) senza l'utilizzo del turbocompressore (che è comunque uno degli organi meccanici più delicati in assoluto) e con rapporti di compressione più bassi; il motivo principale della sopravvivenza del "benzina" sta nella sua duttilità.

A differenza del "diesel" che ha il delicato problema della condensa d'acqua nel serbatoio e può essere alimentato solo dal gasolio (che deriva direttamente dal petrolio) o da un combustibile Immagine Bio-Diesel assurdo come il bio-diesel (il quale ha bisogno, per essere prodotto, di immensi campi di girasole e costerebbe più del gasolio attuale); il motore a ciclo Otto può essere alimentato senza gravi problemi con benzina tradizionale, con benzina additivata con ETBE (la benzina "ossigenata"), con etanolo, c on gas GPL, con metano e al limite con idrogeno.

Insomma, tenendo presente che l'auto elettrica a batterie ha ancora oggi un'autonomia quasi "comica" (nel senso che fa ridere) e costa troppo, che difficilmente si deciderà di coltivare il deserto del Sahara a girasole (ammesso che fosse possibile), che le pile a combustibile costano ancora come un appartamento e che il petrolio finirà sul serio; il futuro a medio - lungo termine è in mano al motore a ciclo Otto alimentato a metano, a etanolo o (ma in un futuro ancora molto lontano), a idrogeno e, magari, utilizzato come generatore in un'auto a propulsione ibrida.

Per quanto riguarda il futuro prossimo… facciamo vivere al diesel i suoi anni di gloria. Se li merita!

Immagine BMW 750 Diesel

Informazioni e immagini tratti dal sito:
www.Omniauto.it
Autore: Salvatore Loiacono
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