Diesel vs Benzina e Temperature di combustione

[cbwin]

On 17/1/2020 at 11:28, Gengis26 scrive:

Quindi sostanzialmente il benzina ha temperature di combustione più alte. Però mi chiedo. Nei motori diesel durante la combustione si formano NOx, e ho sempre pensato fossero dovuti alle elevate temperature di combustione unite all'eccesso di aria. E' una mia convinzione errata dunque, giusto? 
 

 

Il diesel ha una temperatura media di combustione inferiore a quella dei motori a benzina quindi in teoria minori NOx ma temperature locali molto più elevate e caratteristiche del processo di combustione diffusiva dei motori a gasolio.

Quello che genera una maggiore quantità di NOx nei motori diesel è il processo di miscelazione e combustione unito alle proprietà fisiche del combustibile: per sua natura il gasolio ha tempi di evaporazione più lunghi rispetto alla benzina che fa si che, una volta introdotto in camera di combustione, il passaggio da liquido a vapore per ogni goccia richieda più tempo rispetto alla medesima goccia ma di benzina.

Compreso questo devi passare a valutare il meccanismo di accensione di un motore diesel e la velocità di reazione in funzione di pressione e temperatura.
Concentriamoci sulla prima goccia di carburante entrata in camera, questa sarà verosimilmente la prima a bruciare in quanto sarà la prima che compirà i passi necessari alla combustione:

1) evaporazione
2) miscelazione con l’aria
3) avviamento delle reazioni chimiche di pre-ossidazione necessarie alla combustione
4) combustione

Mentre la prima goccia segue il percorso che abbiamo descritto sopra l’iniezione di altro carburante continua e anch’esso segue gli stessi passaggi: quando però la nostra “prima goccia” brucia allora inizia una velocizzazione della sequenza (per la variazione di pressione e temperatura) che ha diversi effetti:

A) l’aumento di temperatura porta a una accelerazione esponenziale delle reazioni chimiche ( pre-ossidazione e combustione)

B ) le gocce introdotte in camera dopo la prima non sono completamente evaporate: sono ancora gocce ma di dimensioni più piccole contornate da una miscela di aria e combustibile a titolo variabile (da ricco a magro allontanandosi dalla goccia)

L’aumento di temperatura fa si che l’altro combustibile già evaporato e miscelato bruci generando altro calore che accelera ulteriormente le reazioni e così via fino a esaurimento del combustibile iniettato.

Ogni goccia però contribuisce a sua volta ad accelerare ulteriormente la combustione. Questa repentina accelerazione fa si che i punti 1 e 2 del primo elenco abbiano sempre meno tempo per avvenire con un impatto diretto sulle emissioni:

- visto che parte del combustibile non è totalmente evaporato, la sua parte liquida, a contatto con la fiamma, tende a rilasciare idrogeno (deidrogenizzazione) andando a formare una “goccia” solida di carbonio: ecco fatto il particolato...

- la miscelazione e l’omogeneizzazione della miscela non avviene a dovere e in camera troviamo tanti punti estremamente caldi quante sono le goccioline iniettate: al centro di questi punti la temperatura è quella di fiamma (migliaia di gradi) e, oltre ad eccitare la formazione di PM per il motivo di cui sopra, promuove la produzione di NOx grazie anche all’elevato eccesso d’aria.

CB

 

 

 

 

 

 

Modificato 30 Gennaio 2020 da cbwin

[Gengis26]

3 ore fa, cbwin scrive:

 

Il diesel ha una temperatura media di combustione inferiore a quella dei motori a benzina quindi in teoria minori NOx ma temperature locali molto più elevate e caratteristiche del processo di combustione diffusiva dei motori a gasolio.

Quello che genera una maggiore quantità di NOx nei motori diesel è il processo di miscelazione e combustione unito alle proprietà fisiche del combustibile: per sua natura il gasolio ha tempi di evaporazione più lunghi rispetto alla benzina che fa si che, una volta introdotto in camera di combustione, il passaggio da liquido a vapore per ogni goccia richieda più tempo rispetto alla medesima goccia ma di benzina.

Compreso questo devi passare a valutare il meccanismo di accensione di un motore diesel e la velocità di reazione in funzione di pressione e temperatura.
Concentriamoci sulla prima goccia di carburante entrata in camera, questa sarà verosimilmente la prima a bruciare in quanto sarà la prima che compirà i passi necessari alla combustione:

1) evaporazione
2) miscelazione con l’aria
3) avviamento delle reazioni chimiche di pre-ossidazione necessarie alla combustione
4) combustione

Mentre la prima goccia segue il percorso che abbiamo descritto sopra l’iniezione di altro carburante continua e anch’esso segue gli stessi passaggi: quando però la nostra “prima goccia” brucia allora inizia una velocizzazione della sequenza (per la variazione di pressione e temperatura) che ha diversi effetti:

A) l’aumento di temperatura porta a una accelerazione esponenziale delle reazioni chimiche ( pre-ossidazione e combustione)

B ) le gocce introdotte in camera dopo la prima non sono completamente evaporate: sono ancora gocce ma di dimensioni più piccole contornate da una miscela di aria e combustibile a titolo variabile (da ricco a magro allontanandosi dalla goccia)

L’aumento di temperatura fa si che l’altro combustibile già evaporato e miscelato bruci generando altro calore che accelera ulteriormente le reazioni e così via fino a esaurimento del combustibile iniettato.

Ogni goccia però contribuisce a sua volta ad accelerare ulteriormente la combustione. Questa repentina accelerazione fa si che i punti 1 e 2 del primo elenco abbiano sempre meno tempo per avvenire con un impatto diretto sulle emissioni:

- visto che parte del combustibile non è totalmente evaporato, la sua parte liquida, a contatto con la fiamma, tende a rilasciare idrogeno (deidrogenizzazione) andando a formare una “goccia” solida di carbonio: ecco fatto il particolato...

- la miscelazione e l’omogeneizzazione della miscela non avviene a dovere e in camera troviamo tanti punti estremamente caldi quante sono le goccioline iniettate: al centro di questi punti la temperatura è quella di fiamma (migliaia di gradi) e, oltre ad eccitare la formazione di PM per il motivo di cui sopra, promuove la produzione di NOx grazie anche all’elevato eccesso d’aria.

CB

 

 

 

 

 

 

Risposta incredibile. Ti ringrazio tantissimo, risposte del genere sono il motivo per cui amo questo Forum!