30 settembre 2014

Storia, il motore Diesel

Il rendimento elevato è il suo pregio principale. Più pesante e costoso del “ciclo Otto”, con lo sviluppo tecnologico ha ottimizzato i lati positivi e minimizzato i difetti...

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I motori a gasolio, che oggi sempre più numerosi circolano sulle strade, devono la loro origine a Rudolf Christian Karl Diesel nato a Parigi il 18 marzo 1858 e scomparso, taluni dicono in modo misterioso, nel Canale della Manica il 30 settembre 1913. La sua formazione tecnica lo conduce già nel 1892 a brevettare un motore il cui rendimento teorico sia maggiore dei coetanei motori, a vapore o termici, a ciclo Otto. Si deve però aspettare fino al 1897 per vedere realizzato un esemplare di motore Diesel che funzioni in modo del tutto soddisfacente. Le vetture con motore a petrolio ormai hanno sette anni di vantaggio tecnologico. Il progetto originario di Diesel è ispirato da due criteri fondamentali: l’adozione di compressioni dell’aria molto più elevate per ottenere l’accensione spontanea del combustibile e un rendimento termico più elevato, e la possibilità di utilizzare qualsiasi combustibile liquido. Dopo le iniziali sperimentazioni, il primo motore di Diesel che funzioni correttamente si presenta con un cilindro verticale a quattro tempi.

La caratteristica distintiva dei motori Diesel è l’accensione spontanea del combustibile, che non scoppia come negli altri motori termici ma brucia. Grazie all’elevata compressione di una carica non infiammabile e al suo conseguente aumento della temperatura, alla fine della corsa di compressione, il combustibile iniettato si accende spontaneamente avviando il ciclo di funzionamento. Questo può essere a due o a quattro tempi. Nel primo caso, il ciclo si compie durante un solo giro dell’albero motore e quindi in due corse dei pistoni nei cilindri. Nella prima corsa avviene il lavaggio del cilindro e la ricarica, la compressione della nuova carica, l’iniezione del combustibile, la sua accensione e l’inizio della combustione. Durante la seconda corsa del pistone si completa la combustione, l’espansione dei prodotti della combustione con produzione di lavoro e l’inizio dello scarico dei gas combusti. Nel motore Diesel a quattro tempi, le fasi sono l’aspirazione dell’aria, la compressione della carica d’aria e l’iniezione del combustibile che si autoaccende, la combustione e l’espansione, lo scarico dei prodotti di combustione.

TRE EPOCHE
L’introduzione dei sistemi di iniezione meccanica ha poi consentito di eliminare il compressore dell’aria d’insufflazione, semplificando i meccanismi di distribuzione e di regolazione del motore e aumentando la velocità di rotazione. L’iniezione diretta del combustibile nasce tra il 1910 e il 1911, seguita dieci anni più tardi dalla costruzione dei primi motori Diesel veloci. Giusto per completare l’informazione sull’evoluzione del Diesel, il primo motore stazionario è del 1902, il primo marino è del 1903 mentre il primo treno diesel è del 1912, il primo aereo diesel è del 1928, mentre la prima auto Diesel è del 1933: la Citroen 8 CV “Rosalie” (non prodotta in serie).

Il motore Diesel -grazie al suo sistema di funzionamento a compressione- supera i problemi iniziali che avevano quelli a petrolio circa l’accensione e la carburazione. Operando però con grandi pressioni, i propulsori Diesel necessitano di una costruzione più robusta e pesante e inoltre emettono un forte rumore allo scoppio. Il petrolio da illuminazione era già distribuito sul territorio presso farmacie e drogherie, mentre il gasolio non aveva ancora una sua distribuzione: il riscaldamento domestico, infatti, avveniva perlopiù con legna o carbone. L’evoluzione del motore Diesel applicato alle automobili vive il suo più grande sviluppo a partire dagli anni Ottanta, anche se il suo utilizzo coincide con l’invenzione da parte della Bosch della pompa di iniezione ad alta pressione, che permette la costruzione di motori con cilindri sempre più piccoli.

Le auto Diesel hanno vissuto tre epoche ben distinte: le origini, che iniziano nel 1936 con il lancio della Mercedes-Benz 260 D, prima auto Diesel costruita in serie, e terminano con gli anni Ottanta e la diffusione dei motori a iniezione indiretta in precamera; si è poi aperta l’epoca del turbocompressore, con Mercedes-Benz e Peugeot in prima linea; infine l’era moderna dall’introduzione dell’iniezione diretta sulla Fiat Croma (1987) ai sistemi elettronici Common Rail fino al FAP (filtro antiparticolato), offerto di serie per la prima volta su un’auto di serie da Peugeot con la 607 del 2000. 

SVILUPPO

ANDAMENTO LENTO
Nei condotti di aspirazione di un motore Diesel entra esclusivamente aria e il combustibile è iniettato nel cilindro quando il pistone è al punto morto superiore. L’aria, compressa alla massima pressione, raggiunge la temperatura ottimale. L’immissione di gasolio compresso provoca l’incendio della miscela aria/ combustibile e quindi la combustione. L’incendio che avanza lento spinge indietro il pistone. Questa lentezza -al contrario dello scoppio in un motore a ciclo Otto- determina a sua volta la combustione più lenta: ecco perché i motori Diesel hanno regimi di rotazione più bassi rispetto a quelli a benzina. Per agevolare la partenza dei motori diesel siriscalda la camera di combustione mediante una candeletta di che contiene una resistenza elettrica. I motori Diesel si dividono in quelli con iniezione diretta, quando il gasolio è iniettato direttamente nella camera di combustione, o indiretta, quando l’iniezione avviene in una precamera in comunicazione con la camera di combustione.

La prima permette l’ottimizzazione del ciclo di combustione, minor consumo e coppia più elevata. La seconda aiuta a diminuire la rumorosità. La prima in serie Al Salone Internazionale dell’Automobile e della Motocicletta di Berlino del 1936, Mercedes- Benz lancia la prima automobile del mondo prodotta in serie con motore Diesel. È la 260 D, serie W 138, spinta dal quattro cilindri di 2,6 litri di cilindrata dotato di pompa di iniezione Bosch e accreditato di 45 CV a 3.200 giri. Sono trascorsi dieci anni da quando a Stoccarda si iniziano a sviluppare i progetti sui motori Diesel. Il primo è quello relativo a un 6 cilindri per i camion. Si passa poi a un altro sei cilindri da 3,8 litri di cilindrata (82 CV a 2.200 giri) provato su un’automobile con scarsi risultati a causa della pesantezza e delle forti vibrazioni.

SVILUPPO
Lo sviluppo prosegue nel 1934 con i motori a tre cilindri OM 134 che equipaggiano sei auto di prova. Sono le 175 D, ma anche su queste le vibrazioni sono ancora elevate. Nel novembre 1934 si decide poi di modificare il già operativo sei cilindri portandolo a quattro cilindri e riducendone la cilindrata 2,6 litri. Viene perfezionata la combustione adottando un pompa Bosch con quattro iniettori (uno per cilindro) e un albero motore con cinque supporti che aiutano a smorzare le vibrazioni. La produzione della neonata 260 D (allestita sui telai della serie W 21 Landaulet) comincia nell’autunno 1935. La vettura si dimostra subito perfetta come taxi, mentre nel 1937 trova anche una buona diffusione tra i privati: è disponibile con il nuovo telaio della serie W 143 e carrozzerie convertibile a due e quattro porte, Landaulet e Limousine.

Fino al 1940 se ne producono circa 2000 esemplari. Peugeot da record Con i motori statici marchiati CLM, Peugeot si affaccia alla costruzione dei propulsori Diesel già nel 1928. Nella fabbrica Compagnie Lilloise de Moteurs (CLM) di Fives- Lille -fondata da Armand Peugeot nel 1908- inizia infatti la produzione di motori Diesel a due tempi con pistoni contrapposti su licenza della tedesca Junkers.

Questi motori sono utilizzati in svariate applicazioni: trattori, littorine, motori per lavori pubblici, battelli, compressori, gruppi elettrogeni, postazioni di saldatura, e la gamma si evolve con versioni a due e tre cilindri. In seguito, per il Salone di Parigi del 1939 -che non si terrà a causa della guerra- Peugeot prepara la 402 B diesel con un motore quattro cilindri in linea (licenza degli svizzeri Oberhaensli) con valvole in testa, di 2.300 cc e 55 CV a 3.250 giri, che evidenzia un consumo inferiore del 40 % alla versione benzina. Quando negli anni Cinquanta l’impostazione dei motori diesel CLM a pistoni contrapposti diventa obsoleta e inadatta all’applicazione automobilistica, si rischia di chiudere l’officina di Lille. E’ allora, nel 1955, che il direttore George Taylor lancia la produzione del Diesel veloce denominato TMD85 che equipaggerà la 403 Diesel in vendita dal 1959. Il motore è una proposta del britannico Ricardo, specialista mondiale dei Diesel per veicoli industriali. In due anni Peugeot mette a punto il suo primo motore a gasolio dotato di testa Ricardo: il TMD di 1.816 cc che sviluppa 49 CV.

 

TAXI

Per ottenere una perfetta messa a punto, Peugeot fa girare per due anni, nel totale anonimato, una ventina di taxi. Nessuno conosce ancora i vantaggi di questa motorizzazione e la direzione di Peugeot teme l’insuccesso. Invece, già nel dicembre 1959, su 12.000 taxi parigini 2.500 sono Diesel Peugeot. L’officina di Lille, diventata la Filiale Indenor, accresce il suo potenziale. Il lancio nel 1963 della 404 Diesel afferma definitivamente il motore Peugeot a gasolio. Esso si sviluppa costantemente: l’Indenor XD88 -un 1.938 cc da 68 CV- permette di raggiungere i 130 km/h. Tra il 4 e il 14 giugno 1965, Peugeot compie una dimostrazione spettacolare. Costruisce una barchetta 404 equipaggiata con motore Diesel. Dipinta del caratteristico Blu Francia con la sola scritta Diesel sulle porte, la 404 si lancia sull’autodromo di Montlhéry: in dieci giorni si aggiudica 40 record internazionali di velocità e durata tra i quali quelli dei 5.000 e dei 10.000 km a più di 160 km/h di media. Anche piccolo è bello La tecnologia dell’epoca richiedeva nel diesel grandi cilindrate, quindi motori adatti a vetture di medie dimensioni. Peugeot rompe il tabù nel settembre 1967 presentando la 204 Break diesel. La vettura è spinta da un motore di 1.255 cc da 40 CV a 5.000 giri. Con la crisi energetica il differenziale di prezzo tra la benzina e il gasolio mette Peugeot e Mercedes-Benz, che dispongono già di una notevole esperienza con questa tecnologia,

in una posizione di vantaggio. Le 504 berlina si vendono facilmente e riempiono le casse della Peugeot che sviluppa ancora questa motorizzazione per l’ammiraglia 604. Il 13 dicembre 1978 Peugeot omologa la prima 604 turbodiesel con compressore Garrett. L’ammiraglia si basa su un motore a 4 cilindri di 2.304 cc con 80 CV in grado di spingere la vettura a 157 km/h. Per dimostrare ulteriormente il potenziale del motore Diesel, a metà anni 2000, alcune Case si spingono fino a correre la 24 Ore di Le Mans con prototipi spinti da evolutissimi motori a gasolio. Tra queste, la Peugeot, domina nel 2008 con la 908 HDI-FAP, motore V12 di 5,5 litri biturbo da 550 CV con filtro antiparticolato, che nel 2008 monopolizza il podio della maratona sul circuito della Sarthe.

IL MOSTRO MARINO È alto 13,5 metri, lungo 26,59 e pesa oltre 2300 tonnellate, di cui 300 per il solo albero motore; la potenza è di 114.800 CV a 102 giri al minuto, regime al quale sviluppa anche la coppia massima di 7.603.850 Nm (pari a circa 775.112 kgm): si chiama Wärtsilä-Sulzer RT-flex96-C ed è probabilmente il motore diesel più grosso del mondo. Nella versione a 14 cilindri, a cui si riferiscono gi straordinari numeri di cui sopra, spinge navi portacontainer quali la Emma- Maersk (a destra), lunga 397 metri. Altri numeri impressionanti di questo motore 2T sovralimentato: alesaggio 930 mm, corsa 2.500 mm, cilindrata unitaria 1.820 cc, regime minimo 22 giri/min, velocità media del pistone 8,5 metri al secondo, potenza unitaria 7.779 CV per cilindro. Al febbraio 2011 in giro per il mondo ce n’erano 25 operativi e 86 ordinati. È costruito dalla coreana Doosan su licenza della finlandese Wärtsilä e appartiene alla categoria dei motori diesel a basso regime (sotto i 300 giri/min), di solito 2T alimentati a olio pesante. Le altre due categorie in cui si dividono questo tipo di propulsori sono a regime alto (oltre 1000 giri/min) usati su veicoli e motori leggeri e relativamente leggeri (autocarri anche pesanti, autoveicoli, bis, trattori, motoscafi e yacht, generatori etc.); e regime medio (300-1000 giri/min) per motori marini, generatori elettrici di grosse dimensioni e applicazioni meccaniche come pompe e compressori. I motori ad alto e medio regime sono di solito 4T.

 

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