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Ciclo Diesel                                            

Il ciclo Diesel è il ciclo teorico dei motori a combustione interna ad accensione per compressione. E' costituito da quattro trasformazioni: due adiabatiche, una isobara ed una isocora

ciclo Diesel

1→ 2 : compressione adiabatica del gas con aumento di pressione e temperatura e diminuzione del volume; durante questa compressione si spende il lavoro L12.
2→ 3 : somministrazione del calore qs a pressione costante; aumentano la temperatura ed il volume del gas.
3→ 4 : adiabatica di espansione con diminuzione della pressione e della temperatura ed aumento del volume; si tratta della fase attiva del ciclo dalla quale si ottiene il lavoro L34 con aumento del volume; il lavoro ottenuto dal ciclo è dunque L=L34-L12.
4→ 1 : a volume costante viene sottratta una quantità di calore qi : diminuiscono temperatura e pressione ed il gas torna allo stato fisico iniziale.

come nel caso del ciclo Otto si ha il rapporto di compressione

viene inoltre introdotto il rapporto di combustione

La trasformazione 2→ 3 è isobara, dunque

   

con lo stesso procedimento visto nel caso del ciclo Otto si ottiene il rendimento del ciclo Diesel

                 con k=cp/cv

Il rendimento del ciclo Diesel differisce da quello del ciclo Otto per il termine    

che è sempre maggiore di 1 per qualsiasi valore di β . Si deduce che a parità di rapporto di compressione, il rendimento del ciclo Diesel è formalmente minore del rendimento del ciclo Otto.
In pratica questo non è vero perché nei motori Diesel, il gas compresso è aria che non è infiammabile all'aumentare di pressione e temperatura (soltanto nella trasformazione 2→ 3 si ha una iniezione di gasolio nebulizzato all'interno della camera e la conseguente combustione) perciò si possono raggiungere elevati rapporti di compressione (18÷20).
Nei motori a carburazione invece, si comprime una miscela di aria+benzina e il rapporto di compressione non supera mai 12 per evitare che sia abbia una autoaccensione del fluido durante la fase di compressione.

 

Anche il motore Diesel è un 4 tempi come il motore a carburazione anche se funziona in modo diverso da questo.
Questo tipo di motore è caratterizzato dall'aspirazione di sola aria, per cui è possibile raggiungere elevati rapporti di compressione (ρ=13÷23) in quanto l'aria non è infiammabile e non presenta il fenomeno dell'auto accensione nella fase di compressione.
Il ciclo teorico completo di un motore diesel è rappresentato in figura seguente.

Nella fase 0-1 di aspirazione che si suppone avvenga a pressione atmosferica, il cilindro aspira aria pura dall'esterno.

L'aria aspirata nel cilindro, è successivamente compressa fino alla pressione di 35÷55 bar raggiungendo temperature di 700÷900 °C,condizione utile per l'accensione spontanea del combustibile a contatto con essa secondo la trasformazione 1-2.

A pressione costante avviene la combustione 2-3; a questa segue la pressione adiabatica 3-4 e infine lo scarico spontaneo 4-1 ipotizzato a volume costante e lo scarico forzato 1-0 supposto a pressione costante.

Il combustibile,che generalmente è gasolio viene iniettato nella camera di combustione gradualmente tramite un iniettore che lo riduce in fini particelle polverizzate; l'iniettore conferisce al combustibile pressioni elevate fino a 500÷700 bar necessarie per consentirne l'entrata nella camera di combustione dove si trova aria compressa a pressione elevata. Il gasolio polverizzato al termine della fase di compressione; a contatto con l'aria caldissima a causa della compressione comincia a bruciare: questo fenomeno non ha carattere istantaneo, in quanto l'introduzione prosegue mentre lo stantuffo inizia la corsa discendente.

La combustione avviene,dunque, gradualmente. alla fine della combustione si hanno mediamente pressioni del gas all'interno del cilindro di 60÷90 bar e temperature di oltre 2000 °C.

I motori diesel non hanno dunque bisogno delle candele ne del carburatore;essi di solito hanno cilindrata e quindi dimensioni, maggiori rispetto a quelli a carburazione, essi, non solo possono, ma devono anche avere un forte rapporto di compressione, in quanto la combustione del gasolio è affidata unicamente all'alta temperatura dell'aria presente all'interno del cilindro al termine della fase di compressione.


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