Per capire come si comportano questi carburanti nei motori a combustione interna (IC), devi prima capire le proprietà dei carburanti e come differiscono.
Proprietà del carburante
Sia la benzina (benzina) che il diesel sono liquidi organici più leggeri dell'acqua, prodotti più comunemente dal petrolio. Il diesel richiede molto meno sforzo per la produzione: puoi farlo da solo con olio da cucina con pochi prodotti chimici prontamente disponibili.
La benzina è più leggera del diesel, con una densità di circa i tre quarti dell'acqua e molto volatile. Ciò significa che evapora rapidamente a temperatura ambiente, motivo per cui ha un odore così forte e viene immagazzinato in contenitori chiusi come questi quando non alimenta direttamente un veicolo. Oltre all'odore, i vapori di benzina sono anche agenti cancerogeni e precursori molto potenti per la formazione di smog fotochimico ("marrone"), che durante un incidente particolarmente grave scambiato per un attacco di armi chimiche .
Il diesel, rispetto alla benzina, non è affatto volatile. Questo è in parte perché è meno raffinato; più il distillato è vicino al greggio, più tende a essere stabile. Puoi conservarlo diesel in un contenitore aperto per brevi periodi senza perdite significative.
Punto d'infiammabilità
Strettamente correlato alla volatilità del liquido è il suo punto di infiammabilità , la temperatura alla quale la pressione di vapore del liquido è abbastanza alta da consentire ai suoi vapori di incendiarsi in presenza di una fonte di accensione. Al di sotto di questa temperatura, lo stato di equilibrio sarà tale che mentre si può bruciare il vapore, ad esempio con un fiammifero acceso, la reazione di combustione sarebbe localizzata. Al di sopra del punto di infiammabilità, la fiamma provocherebbe una reazione a catena che si diffonde ( accende ) il volume del combustibile vaporizzato.
Come prevedibile, l'elevata volatilità della benzina si traduce in un punto di infiammabilità molto più basso rispetto al diesel. Wikipedia fornisce i valori come -43 ° C (benzina) e 52 ° C (diesel). Per riferimento, ciò significa che se riempi una piscina coperta di benzina e lasci che la stanza raggiunga l'equilibrio, dovresti raffreddare quella stanza sotto -43 ° C ( circa le temperature antartiche ) prima che un fiammifero acceso non causi il spazio per esplodere. E anche a una temperatura ben al di sotto del punto di infiammabilità, quella partita brucerebbe molto velocemente.
D'altra parte, riempi la stessa piscina con gasolio e dovresti riscaldare la stanza a temperature superiori a 52 ° C ( circa le temperature della Death Valley ) prima che un fiammifero acceso causi l'esplosione della stanza.
Questo è diverso dalla temperatura di autoaccensione, indicata anche nell'articolo di Wikipedia, che è il punto in cui non è più necessario accendere la partita. Kaboom! Sebbene la benzina abbia il punto di infiammabilità più basso, è il diesel ad avere la temperatura di autoaccensione più bassa (256 ° C, rispetto ai 280 ° C, dall'articolo WP sopra).
Mentre passiamo dal parlare di carburanti al parlare di motori, il punto n. 1 da ricordare è che con una fonte di accensione, la benzina si accende per prima; senza una fonte di accensione, il diesel si accende per primo.
Proprietà del motore
"Motore IC" è un'ampia categoria che comprende molti tipi e tecnologie di motore. La principale differenza tra i motori diesel e a gas convenzionali ha a che fare con il modo in cui il combustibile viene acceso (vedere il punto 1 sopra!): I motori a benzina in genere usano l' accensione a scintilla e i motori diesel usano l' accensione a compressione .
Iniezione
Prima dell'accensione, il carburante nel serbatoio deve essere miscelato con l'aria. Questo può essere fatto in vari modi e sebbene il concetto generale sia semplice, le proprietà del carburante hanno un grande impatto sul modo in cui questa miscela viene ottenuta.
Tipicamente, il carburante viene atomizzato nel cilindro — spruzzato attraverso piccoli ugelli chiamati iniettori di carburante — producendo molte goccioline di carburante molto piccole sospese nell'aria. (Le auto più vecchie utilizzavano una tecnologia diversa per creare la miscela aria-carburante.) Più omogenea è la miscela aria-carburante (o "carica"), più efficiente e completa brucerà e migliore sarà il funzionamento generale del motore.
Il nostro obiettivo è quello di ottenere rapidamente una buona miscela carburante-aria, accendere il carburante, estrarre la sua energia (sotto forma di lavoro utile) e passare al colpo successivo. È così che otteniamo energia ( lavoro nel tempo ) dal motore. L'atomizzazione del combustibile liquido lo disperde e aumenta la sua superficie, permettendogli di evaporare più rapidamente. L'elevata volatilità della benzina rispetto al diesel rende molto più facile la vaporizzazione completa, ottenendo una carica omogenea. Questo non è necessariamente sempre un vantaggio, tuttavia, il che ci porta a considerare le proprietà dei motori stessi.
Accensione
L'accensione a scintilla è forse il metodo più semplice da capire; è paragonabile all'analogia della partita illuminata di prima. La differenza è che dopo aver vaporizzato il combustibile e averlo miscelato con l'aria, la fonte di accensione è una scintilla elettrica anziché una fiamma aperta. Poiché la scintilla controlla il momento esatto dell'accensione, possiamo assicurarci che accada nel punto migliore durante la corsa del pistone per trasferire la potenza alla trasmissione. Se l'accensione avviene nel momento sbagliato, potrebbe spingere il pistone nella direzione sbagliata o bruciare il carburante in modo incompleto. Questo si chiama bussare e può causare danni permanenti al motore.
Nel corso del secolo scorso sono stati utilizzati molti additivi per impedire l'accensione della benzina senza scintilla, tra cui piombo e MTBE . Altre formulazioni sono progettate per essere utilizzate nei motori a benzina ad alte prestazioni (che hanno rapporti di compressione più elevati) o per migliorare le caratteristiche di emissione .
Accensione a compressione
In un motore diesel, non c'è scintilla; invece, l'aria nel cilindro viene compressa rapidamente, riscaldandola oltre il punto di autoaccensione del carburante. Quando c'è abbastanza energia termica disponibile per rendere spontanea la reazione di combustione, kaboom! Ottieni la tua accensione. Ma ci vuole molta compressione per raggiungere quel punto, molto più di quanto è necessario per un funzionamento efficiente di un motore ad accensione comandata. Questo viene misurato in termini di rapporto tra il volume del cilindro chiuso all'inizio e la fine di una corsa, noto anche come rapporto di compressione del motore.
Senza entrare in tutti i dettagli dei cicli del motore, ecco un'animazione che mostra come il volume del cilindro cambia mentre il pistone si muove su e giù:
4StrokeEngine Ortho 3D Small ( CC BY-SA 3.0 o
GFDL ), di Zephyris (opera propria), da Wikimedia Commons
Un tipico motore ad accensione comandata a benzina ha un rapporto di compressione di circa 10: 1, il che significa che il volume del cilindro all'inizio della corsa di compressione è 10 volte il volume del cilindro alla fine della corsa. I motori ad accensione spontanea con motore diesel hanno rapporti di compressione più elevati, in genere intorno a 17: 1 ma possono essere più elevati. I rapporti di compressione di benzina e diesel variano da motore a motore; la cosa da ricordare è che i motori diesel hanno rapporti di compressione significativamente più alti rispetto ai loro equivalenti benzina.
Usando il carburante sbagliato
Quindi, cosa succede quando si utilizza benzina (benzina) in un motore diesel o viceversa? Molte cose, ma in generale, ciò che interessa alle persone sono:
1. Il motore funziona?
Diesel in un motore a benzina
Come osserva Trevor , esistono misure di sicurezza per impedire il rifornimento di un gasolio di un veicolo a benzina. Il diesel è anche più spesso della benzina, il che può significare ostruzioni delle tubazioni del carburante e degli iniettori, ma supponiamo che il diesel arrivi effettivamente nel motore.
Ricordi il punto n. 1 della nostra discussione sui carburanti? Quando si tratta di accensione a scintilla, il diesel è più difficile da accendere della benzina. Ha un punto di infiammabilità molto più alto, quindi dobbiamo alzare un po 'la sua temperatura prima che il motore abbia qualche possibilità di funzionare. Il rapporto di compressione del motore ad accensione comandata è inferiore, il che significa che il carburante non si surriscalda. Di conseguenza, è molto probabile che il motore non funzioni affatto .
Se il motore ha un rapporto di compressione abbastanza alto e / o se è un giorno abbastanza caldo, ricordate, il punto di infiammabilità del diesel si trova da qualche parte intorno all'estremità più alta delle temperature della Death Valley, quindi il motore funzionerà, ma non molto bene. Inoltre potrebbe non funzionare per molto tempo; potresti ottenere l'accensione in alcuni cilindri ma non in altri, in alcuni tratti ma non in altri, e alla fine o il carburante stesso o i suoi avanzi parzialmente bruciati intaseranno alcune parti del sistema. Anche quando ottieni l'accensione, otterrai meno potenza perché i giri / min sono più alti (il diesel brucia più lentamente della benzina) e la temperatura è più bassa.
Benzina in un motore diesel
Questo è per molti versi un caso più interessante: è più facile montare un ugello di benzina in un veicolo diesel sulla pompa e la benzina più sottile potrebbe non avere così tanti problemi a muoversi attraverso un sistema di alimentazione progettato per diesel più spesso, quindi possiamo essere certi che il carburante raggiungerà il motore.
Ora siamo nella situazione opposta rispetto a prima. Abbiamo un combustibile che non solo è molto più facile da accendere tramite la scintilla che la compressione (ricordate, la sua temperatura di autoaccensione è superiore a quella del diesel), è anche formulato con additivi per evitare che si accenda senza una scintilla in modo da non danneggiare i motori è progettato per funzionare. E di nuovo, c'è la possibilità che il motore non funzioni affatto .
Ma ciò non significa necessariamente nessuna accensione! Citerò The Straight Dope per questa parte della spiegazione:
Poiché la benzina è progettata per resistere all'autoaccensione, la benzina di un motore diesel non si accende o si accende al momento sbagliato. Alcuni motori diesel sono più snelli dei motori a benzina (il che significa che la miscela aria-carburante ha una proporzione di aria più elevata rispetto a un motore a benzina). Ciò aumenta le possibilità che la benzina non si accenda e che il carburante non bruciato venga inviato nel sistema di scarico caldo - dove, ironia della sorte, potrebbe accendersi, portando a possibili danni allo scarico.
Questo ci porta a:
2. Il motore sarà danneggiato?
I motori diesel sono spesso percepiti come "più duri": sono costruiti per resistere alle pressioni molto più elevate che derivano dai loro elevati rapporti di compressione e, almeno negli Stati Uniti, sono generalmente commercializzati in veicoli e camion più grandi. Forniscono più coppia, spostano carichi pesanti, sono utilizzati in generatori e apparecchiature industriali; quindi è ironico che mettere benzina in un motore diesel abbia molte più probabilità di causare gravi danni al veicolo rispetto al contrario.
Oltre al rischio di vapori di benzina che passa attraverso il motore di esplodere in altri sistemi, se il motore non riesce a accendere la benzina nel cilindro, Trevor sottolineato che la benzina sottile fornirà meno lubrificazione al motore; anche a regime diesel, non ci vorrà troppo tempo perché il motore si stacchi senza una lubrificazione adeguata. L'articolo Straight Dope menziona anche la perdita di lubrificazione che potrebbe danneggiare la pompa del carburante.
Linea di fondo
Ad ogni modo, è possibile accendere il carburante e azionare i pistoni, il che significa che il motore potrebbe funzionare — male. Ma è molto meglio per il veicolo se il motore non funziona, specialmente per il veicolo diesel, che ha maggiori probabilità di essere danneggiato dalla benzina (e potrebbe teoricamente esplodere!). Non siamo qui per fornire consigli sulla manutenzione automatica, ma se capisci il problema dal punto di vista ingegneristico, dovrebbe essere chiaro che lo scenario migliore qui è che scopri il problema prima di avviare il veicolo, in modo che il serbatoio del carburante possa essere scaricato e riempito con il tipo di carburante corretto.
E ricorda, ragazzi: non provatelo a casa!
