Dispositivi di riduzione sostanze inquinanti. Semplificazioni e dettagli base sull'argomento. Versione per il formatore

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1 Regione Peimonte IL MOTORE DEL VEICOLO Venere Fabrizio DATA EMISSIONE Dicembre 2014 DATA REVISIONE Dispositivi di riduzione sostanze inquinanti Semplificazioni e dettagli base sull'argomento Versione per il formatore 1

2 Le emissioni degli autoveicoli Il Motore endotermico, crea una combustione con l utilizzo di combustibile e comburente. Se la combustione fosse perfetta il gas di scarico sarebbe composto da CO2(Anidride carbonica), H2O (Acqua) e N2(Azoto). In realtà, la combustione non avviene mai in modo perfetto, causando così la formazione di sostanze nocive ed inquinanti come: Il monossido di carbonio (CO), idrocarburi incombusti (HC), ossidi di azoto (NOx), ed altri componenti di minore interesse come l anidride solforosa (SO2). La loro percentuale varia in funzione della miscela aria/combustibile, in più sono determinanti l istante di accensione, la geometria della camera di combustione, il rapporto di compressione, la temperatura dell aria aspirata, ecc. Allo scopo di ridurre l inquinamento atmosferico molti Paesi, per primi gli stati uniti, hanno emanato norme per contenere entro determinati limiti le emissioni nocive dei veicoli. 2

3 I motori AC: emissioni e metodi di riduzione Per imporre alle case automobilistiche la riduzione delle emissioni inquinanti da parte dei veicoli a motore, molti Paesi hanno inserito delle normative di riferimento, che in Europa vengono classificate con il nome EURO ed un numero successivo che ne indica la rigidità in ordine crescente. Attualmente la normativa in vigore è la EURO 5. Per rientrare in queste normative le case automobilistiche hanno via via sviluppato nuove tecnologie che permettono la riduzione di emissioni inquinanti. Le prime applicazioni fanno riferimento all iniezione meccanica di benzina ed a controlli elettronici sul carburatore. Furono applicate per prime dagli Stati Uniti e successivamente in Europa con il numero 0. La normativa EURO 1, comprendeva già, oltre i limiti di emissione, l utilizzo del catalizzatore. Di seguito elenchiamo i dispositivi antinquinamento che vengono utilizzati. - Ricircolo dei vapori dell olio: In principio i vapori dell olio motore caldo venivano fatti fuoriuscire nell atmosfera, ora vengono utilizzati dal motore in aspirazione; - Vaschetta di recupero vapori serbatoio: permette di recuperare i vapori causati dal riscaldamento del carburante e rimetterli in aspirazione; - Catalizzatore: dispositivo che permette di trasformare in modo chimico i gas incombusti in anidride carbonica e acqua (sia su AC che AS); - Valvola EGR: permette che una parte dei gas di scarico ritorni nel condotto di aspirazione; - Filtro anti particolato: trattiene le particelle di particolato per ridurne il volume successivamente; - DeNox: dispositivo riduttore degli ossidi di azoto; - Altri accorgimenti come ottimizzazione del motore, gestione elettronica del motore, tipo e qualità della preparazione della miscela, sovralimentazione con intercooler. 3

4 La Valvola EGR La valvola EGR è un organo meccanico, inserito nei veicoli Diesel e successivamente nei veicoli a benzina, che permette di limitare la fuoriuscita delle emissioni inquinanti. L acronimo EGR significa Exaust Gas Ricirculation, ovvero ricircolo dei gas di scarico: La valvola permette ad una piccola parte dei gas di scarico di ritornare nel condotto di aspirazione per essere, successivamente, ricombusti. Viene controllata in modo elettromeccanico (tramite un motorino elettrico) oppure tramite il circuito di depressione del veicolo e delle elettrovalvole che lo gestiscono. Il ricircolo dei gas combusti, gas inerti e che non partecipano alla combustione, diminuendo la quantità di miscela utile al fine della combustione e della potenza erogata, serve ad abbassare le temperature massime del ciclo, riducendo, in tal modo, le emissioni di ossidi di azoto (NOx). Oggi le valvole EGR vengono installate anche sui motori benzina pur essendo nate per risolvere le elevate emissioni di NOx dei motori diesel causate dall'elevato rapporto di compressione e della elevata temperatura di combustione tipiche di questi motori. Non è raro che la valvola EGR sia soggetta a malfunzionamenti, ciò a causa dello stretto contatto che ha con i gas di scarico. Si riscontrano malfunzionamenti della valvola soprattutto nei piccoli diesel, dove l'utilizzo prevalentemente cittadino vi penalizza la funzione, soprattutto a motore non ancora in temperatura. 4

5 SCAMBIATORE ASPIRAZIONE EGR SCARICO 5

6 Vaschetta di recupero vapori serbatoio -Impedisce, durante la fase di avviamento, ai gas di venire aspirati dal motore; -Durante il funzionamento modula il passaggio dei gas in base alla ricchezza della miscela. La valvola di controllo sul serbatoio fa poi una doppia funzione in quanto impedisce alla benzina liquida di passare nel canister, in caso di serbatoio troppo pieno o ribaltamento della vettura. I vapori che si formano nel serbatoio dei veicoli a benzina sono altamente nocivi, per questo motivo vengono intercettati, raccolti e successivamente bruciati dal motore. Per effettuare tutto questo esiste un sistema chiuso composto da diversi elementi: serbatoio, contenitore del carbone attivo (Canister), valvola polifunzionale di controllo. Nel suo normale funzionamento, la valvola di controllo permette ai gas del serbatoio di fuoriuscire per andare ad intrappolarsi nel canister, il quale avrà una valvola che ne doserà la fuoriuscita. Tutto il sistema è controllato da una centralina elettronica che: 6

7 Catalizzatore Ossidante Questo elemento funge da abbattitore delle emissioni nocive di gas di scarico del motore, favorendo la completa ossidazione e riduzione dei gas di scarico, inoltre contribuisce assieme al silenziatore a ridurre il rumore di scarico.tale abbattimento consiste nel promuovere, tramite un'apposita spugna di materiale catalitico, la completa ossidazione dei gas di scarico, convertendo gli idrocarburi incombusti (CnHm), gli ossidi di azoto (NO) e il monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) e azoto (N2). Possono essere utilizzati a questo scopo catalizzatori a base di rane, nichel, vanadio e platino; il loro costo è, ovviamente, elevato ed il loro uso è ostacolato dalla necessità di utilizzare benzine povere di piombo, in quanto ne riducono la durata. Il loro funzionamento viene gestito tramite la sonda Lambda, che permette di conoscere la quantità di ossigeno nei gas di scarico e quindi di regolare la miscela per permettere al catalizzatore di lavorare al 100% ed inquinare il meno possibile. Nei modelli senza sonda lambda, si utilizzava un immissione di aria secondaria nella tubazione di scarico per arricchire la miscela di incombusti e permetterne una seconda bruciatura nel catalizzatore. 7

8 Il filtro Anti-Particolato Questa tecnologia è stata adottata da Peugeot già nel 2000, col passare del tempo alcune province, come quella di Bolzano nel 2003 e nel 2004 la RegioneEmilia- Romagna, hanno deliberato a favore delle automobili dotate di una qualche tecnologia di abbattimento del PM10, A tal proposito si ricorda che la normativa italiana pone limiti esclusivamente sul PM10, e non su particelle più fini. Il sistema FAP raccoglie il particolato dei gas di scarico miscelando al gasolio una sostanza chimica detta "cerina" (ossido di cerio) Tali agglomerati essendo più grossi del particolato originario, diventano "imprigionabili" dal filtro e non si disperdono in atmosfera. Il processo è controllato in modo automatico dal sistema FAP. Gli agglomerati catturati dal filtro tendono ovviamente ad intasarlo ma, grazie alla cerina, hanno un'infiammabilità minore rispetto all'originario particolato (~450 C secondo Peugeot). Periodicamente il filtro viene quindi "ripulito" bruciando gli agglomerati catturati: questo viene fatto mediante una post-iniezione di gasolio e quindi rendendo più caldi i gas di scarico che a loro volta, nel filtro, scaldano gli agglomerati bruciandoli. Il sistema automatico del FAP decide il momento opportuno per la rigenerazione del filtro valutando la differenza di pressione tra l inizio e la fine del filtro che andrà ad aumentare durante il suo riempimento. Esistono soluzioni alternative, definite genericamente dall'acronimo DPF, funzionano in modo analogo al FAP. La differenza sostanziale è data dall'assenza di additivi, pertanto, i DPF non hanno la necessità di rabboccare la cerina, ma d'altra parte, l'assenza di additivi comporta la necessità di eseguire la fase di rigenerazione a temperature più alte rispetto ai FAP. 8

9 Il Denox L ultimo sistema di scarico integrato nel settore automotive, soprattutto per veicoli commerciali, è l impianto Denox. Questo tipo di sistema permette l abbattimento delle particelle di ossido d Azoto e tutte le sue miscele (NoX), andando ad agire in un post trattamento dei gas di scarico sui veicoli Diesel. Chiamato comunemente Denox, il filtro catalitico in questione è collocato al termine dell impianto di scarico e permette di convertire gli Nox in vapore acqueo ed azoto, tramite l aggiunta di un additivo nel processo chimico al suo interno: l AdBlue. L additivo è contenuto in un serbatoio dedicato, impossibilitato in modo meccanico dall essere ricaricato da una pompa a gasolio, è composta da ammoniaca o urea e acqua distillata e viene iniettato all interno del Denox a piccolissime dosi per permettendo che le molecole si leghino agli Nox, abbassino la temperatura dei gas di scarico ed attivino la reazione chimica. 9

10 Bibliografia: Aa. Vv.: Tecnica dell Automobile, Editrice San Marco Dante Giacosa: Motori Endotermici, Hoepli 10