Soggetti:
- Generale
- Origine delle particelle di fuliggine
- Funzionamento di un filtro antiparticolato
- Filtro antiparticolato autogenerante
- Filtro antiparticolato semiaperto
- Gas di scarico di un motore diesel
nel complesso:
Sui motori diesel viene utilizzato un filtro antiparticolato. Lo scopo di un filtro antiparticolato è quello di far passare i gas di scarico e trattenere le particelle di fuliggine. Al giorno d'oggi, ogni motore diesel di un'auto nuova è dotato di un filtro antiparticolato per soddisfare i severi requisiti ambientali. In alcune grandi città è già vietato circolare alle auto diesel "sporche" senza filtro antiparticolato e alle auto a benzina senza catalizzatore.
Origine delle particelle di fuliggine:
Le particelle di fuliggine vengono sempre prodotte durante il processo di combustione di un motore diesel. La fuliggine è un segno di combustione incompleta. Le particelle di fuliggine sono piccole sfere di carbonio con un nucleo di carbonio puro, con un diametro di circa 0,05 micromillimetri. Alcune sostanze nocive, tra cui idrocarburi, zolfo e ossidi metallici, aderiscono al nucleo di questo carbonio. Alcuni idrocarburi possono essere dannosi per la salute.
La formazione e la quantità delle particelle di fuliggine dipendono principalmente dall'utilizzo, dall'alimentazione dell'aria, dall'iniezione e dalla combustione del motore. Soprattutto quando c'è carenza di ossigeno, le emissioni di fuliggine aumentano perché la miscela è troppo ricca e quindi la combustione è incompleta. Anche il chip tuning può essere causa di eccessive emissioni di fuliggine.
Nei motori diesel a iniezione indiretta con camera di turbolenza, a iniezione diretta, Common Rail e con iniettori unitari le dimensioni delle particelle di fuliggine sono praticamente le stesse.
Funzionamento di un filtro antiparticolato:
Il filtro antiparticolato è costituito da un corpo ceramico a forma di nido d'ape in carburo di silicio alloggiato in un alloggiamento metallico. Il corpo ceramico è costituito da numerosi passaggi microscopici paralleli, alternativamente chiusi su un lato.
Quando i gas di scarico attraversano il filtro antiparticolato, le particelle vengono trattenute nei canali di ingresso, mentre gli altri componenti gassosi dei gas di scarico passano attraverso le pareti porose del filtro.
Filtro antiparticolato autogenerante:
Un filtro antiparticolato autogenerante blocca circa il 90% della fuliggine emessa dal motore. Poiché dopo un po' di tempo nel filtro antiparticolato autorigenerante rimangono molte particelle di fuliggine, senza misure adeguate questo si ostruirebbe. Per evitare ciò, il filtro deve essere rigenerato regolarmente (ogni 200-1000 km). Questo è chiamato il “processo di rigenerazione”. Ciò significa che le particelle di fuliggine accumulate vengono bruciate. Quando vengono bruciate, le particelle vengono convertite nelle sostanze innocue anidride carbonica e acqua. Nei filtri antiparticolato senza rivestimento catalitico la temperatura di combustione delle particelle di fuliggine è di almeno 600ºC, ma spesso i gas di scarico non sono abbastanza caldi per questo. Per bruciare le particelle di fuliggine si possono utilizzare i seguenti metodi:
- Filtro antiparticolato con rivestimento catalitico:
Questo tipo di filtro antiparticolato è dotato di un rivestimento catalitico che consente di bruciare le particelle di fuliggine ad una temperatura di 250ºC. Tuttavia, il filtro antiparticolato deve essere posizionato il più vicino possibile al motore, altrimenti si perderà molto calore. Questo metodo di rigenerazione viene utilizzato, tra l'altro, per i filtri antiparticolato semiaperti e a rigenerazione continua. - Utilizzare un catalizzatore ossidante: Con un catalizzatore ossidante gli ossidi di azoto presenti nei gas di scarico vengono parzialmente convertiti in biossido di azoto. Questo biossido di azoto è molto reattivo, il che significa che la fuliggine si accende molto più facilmente e quindi a una temperatura più bassa. Il catalizzatore ossidante è quindi sempre posto prima del filtro antiparticolato, solitamente anche immediatamente dopo il collettore di scarico. A volte vengono installati anche 2 di questi catalizzatori. (vedi l'immagine)
- Riscaldamento esterno: inserendo una bobina di preriscaldamento o un iniettore di carburante nello scarico è possibile raggiungere la temperatura necessaria per accendere le particelle di fuliggine. Questo viene controllato tramite la centralina del motore. Questo registra i valori dei sensori di pressione differenziale che misurano prima e dopo il filtro che il filtro antiparticolato sta iniziando a riempirsi.
- Iniezione di carburante aggiuntiva: aggiungendo carburante extra agli ugelli durante la corsa di scarico, la temperatura dei gas di scarico aumenta, consentendo la rigenerazione.
Filtro antiparticolato semiaperto:
I filtri antiparticolato semiaperti sono progettati per le automobili che non sono dotate di filtro antiparticolato di serie. Questo tipo di filtro antiparticolato viene quindi installato successivamente. Il numero di filtri antiparticolato semiaperti diminuisce sempre più, perché tutte le nuove auto sono ora dotate di filtro antiparticolato di serie.
I filtri antiparticolato semiaperti hanno una struttura aperta che consente ai gas di scarico di fluire senza ostacoli attraverso il filtro. Alcune particelle di fuliggine si attaccano alle pareti. Il filtro ha un rivestimento catalitico all'interno, che rende possibile rigenerare (bruciare) le particelle di fuliggine a basse temperature. La rigenerazione avviene continuamente ad alta temperatura. La possibilità che il filtro si ostruisca è minima, a condizione che il filtro venga riscaldato di tanto in tanto. Lo svantaggio principale è che in condizioni ottimali le emissioni possono essere ridotte solo al massimo del 60%, mentre in condizioni meno ottimali, come spesso accade durante l'uso normale, possono essere ridotte solo del 30%.
Gas di scarico di un motore diesel:
Nell'immagine a destra e nella spiegazione qui sotto potete vedere in cosa consistono i gas di scarico di un motore diesel.
- 67% azoto (N2)
- 12% Anidride carbonica (CO2)
- 11% Acqua (H2O)
- 10% di ossigeno
- 0,3% altre sostanze, tra cui particelle di fuliggine (PM), Idrocarburi (HC), Ossidi di azoto (NOx), Monossido di carbonio (CO).
Per ridurre le emissioni di NOx, i motori diesel ne utilizzano sempre più uno Catalizzatore SCR con sistema di dosaggio AdBlue.
