Jump to content

Recommended Posts

EMISSIONI INQUINANTI NEI MOTORI DIESEL

 

Lo scopo di questo intervento è quello di riepilogare alcuni tra i principali elementi inquinanti che i motori diesel emettono in atmosfera, per permettere la comprensione delle misure adottate dai costruttori per limitarne l’emissione e poter omologare i motori rispettando quindi le normative vigenti.

Cercherò di introdurre quindi i dispositivi utilizzati per il controllo e la riduzione delle emissioni e di fare alcune considerazioni a riguardo.

Ovviamente questa sarà solamente una panoramica visto che le emissioni inquinanti sono il principale oggetto di studio per quanto riguarda i motori Diesel odierni e i metodi per abbatterle sono in continuo sviluppo e spesso complessi.

Spero che l’articolo si riveli utile e vi prego di segnalare eventuali inesattezze o errori.

 

Matt

__________________________________________

 

 

SOMMARIO:

 

. Principali sostanze emesse dai motori

 

-Monossidi di Carbonio (CO)

-Idrocarburi incombusti (HC)

-Ossidi di Azoto (NOx)

-Particolato (PM)

-Anidride Carbonica (CO2)

 

. Problematiche di inquinamento nei motori Diesel

 

. Dispositivi utilizzati per l’abbattimento degli inquinanti

 

-Catalizzatore ossidante

-Filtro Antiparticolato

-EGR

-SCR

-Swirl Flap

 

. Normative di riferimento per i mezzi agricoli

 

. Considerazioni

 

_______________________________________________

 

 

PRINCIPALI SOSTANZE EMESSE DAI MOTORI:

 

. MONOSSIDI DI CARBONIO (CO)

 

Se all’interno della camera di combustione del motore si avesse una combustione completa si otterrebbe la formazione di andride carbonica CO2 ; la presenza di CO è indice di una combustione incompleta.

Durante la discesa del pistone, la temperatura e la pressione nella camera di combustione diminuiscono e la reazione si arresta prima del suo completamento, in una fase intermedia in cui si origina CO.

La formazione del monossido di carbonio CO dipende molto dal rapporto di miscela Aria/Combustibile.

Se il rapporto A/C è uguale a quello che chimicamente consentirebbe l’intera reazione di tutto il combustibile con l’aria, viene detto rapporto stechiometrico.

Una miscela di rapporto A/C minore di quello stechiometrico viene detta “grassa”, mentre se è superiore viene detta “magra”.

Vediamo in figura l’andamento (puramente qualitativo) delle emissioni di CO in base al rapporto A/C della miscela, nel quale si può vedere come utilizzando miscele magre si emettano minori quantità di CO.

In corrispondenza del rapporto stechiometrico i valori di CO non sono considerati trascurabili.

 

i14951_AndamentoCO2.bmp

 

 

Nel motore a benzina il monossido CO costituisce un problema in quanto il rapporto di miscela utilizzato viene mantenuto costante e il più possibile uguale a quello stechiometrico, mentre il Diesel, che utilizza miscele magre, emette circa 1/10 del CO emesso da un motore a benzina.

 

 

. IDROCARBURI INCOMBUSTI (HC)

 

Gli idrocarburi incombusti sono essenzialmente dovuti a combustibile che non prende parte alla combustione.

Ciò si verifica ad esempio a causa del riempimento del combustibile di cavità interne alla camera di combustione (come il gioco cilindro-pistone), all’assorbimento del combustibile da parte dell’olio, allo spegnimento della fiamma in vicinanza delle pareti della camera (più fredde), a combustioni non avvenute o incomplete in alcuni cicli.

Anche gli HC dipendono dal rapporto di miscela A/C e nel grafico (qualitativo) di figura possiamo vedere l’andamento degli inquinanti finora visti in funzione del rapporto A/C:

 

i14952_AndamentoCOHC2.bmp

 

Si vede dal grafico che il valore minimo di HC si ha per miscele leggermente grasse, con rapporto di miscela appena inferiore a quello stechiometrico, valore per il quale si ha la massima velocità di combustione che permette prima dell’apertura della valvola di scarico la combustione delle particelle “intrappolate” che vengono rigettate in camera.

L’aumento del rapporto di compressione del motore porta ad una diminuzione dell’emissione di HC in quanto aumenta la velocità di combustione, come accade anche anticipando l’accensione della miscela (permette maggior tempo e temperature maggiori per bruciare il combustibile “intrappolato” negli interstizi).

Un raffreddamento più efficiente del motore (che provoca pareti della camera di combustione più fredde) aumenta la quantità di HC.

Un aumento della turbolenza (moti del fluido) nella camera favorisce il rimescolamento della miscela quindi la diminuzione degli HC.

 

 

. OSSIDI DI AZOTO (NOX)

 

Gli NOx sono una miscela costituita da NO (circa il 98%) e NO2 (circa il 2%).

Si originano prevalentemente nella zona retrostante il fronte di fiamma (dove è appena passato), in quanto la temperatura e la pressione sono molto elevate.

Per limitarne la presenza occorre quindi diminuire la temperatura del processo di combustione.

Anche gli NOx dipendono dal rapporto di miscela A/C e nel grafico (qualitativo) di figura possiamo vedere l’andamento degli inquinanti finora visti in funzione del rapporto A/C:

 

i14953_AndamentoCOHCNOx2.bmp

 

Possiamo notare che la massima presenza di NOx si ha per miscele leggermente magre, di valore appena superiore a quello di miscela stechiometrica.

L’aumento del rapporto di compressione del motore porta ad un aumento dell’emissione di NOx in quanto aumentano le temperature nella camera di combustione, come accade anche anticipando l’accensione della miscela.

La turbolenza all’interno della camera fa aumentare gli NOx.

Nei motori Diesel il problema dovuto agli NOx è maggiore in quanto temperature e pressioni in camera sono più alte (si deve provocare l’autoaccensione), come infatti maggiore è anche il rapporto di compressione.

 

 

 

 

. PARTICOLATO (PM)

 

La composizione e la formazione del particolato sono ancora in fase di studio, è costituito da particelle solide con diametro da 10 a 100 micron (1 micron = 1 millesimo di mm) e sono molto dannose in quanto possono penetrare negli alveoli polmonari (sono quindi cancerogene).

Si formano in presenza di elevate temperature e pressioni; il massimo valore si ha durante il picco di pressione iniziale della fase di espansione, dopodichè durante la discesa del pistone nella quale le temperature e pressioni diminuiscono e la loro quantità cala, ma al momento dell’apertura della valvola di scarico sono presenti PM ancora in valore elevato.

La quantità emessa è relativamente ridotta a bassi e medi carichi mentre a pieno carico (accelerazione) il rapporto A/C si riduce e l’emissione è consistente.

Il particolato si forma solamente nei motori Diesel e nei benzina a iniezione diretta (è il responsabile del “fumo nero” che usciva dai motori Diesel più vecchi, specie in accelerazione o sotto sforzo).

Nei motori a iniezione diretta infatti nella zona centrale del getto di combustibile si ha miscela particolarmente ricca con grande produzione di particolato.

La formazione di PM è favorita perciò da zone di miscela ricche a temperature relativamente basse e da basso miscelamento tra aria e combustibile (la turbolenza in camera di combustione è quindi benefica per la riduzione di PM, perché aumenta il miscelamento).

 

. ANIDRIDE CARBONICA (CO2)

 

L’Anidride Carbonica è un inevitabile prodotto della combustione e dipende direttamente dal consumo di combustibile.

L’unico modo per ridurla è quindi diminuire i consumi del motore.

Si discute di ridurne l’emissione a livello mondiale in quanto ritenuta responsabile dell’effetto serra (riscaldamento globale).

Edited by Matt

Share this post


Link to post
Share on other sites

PROBLEMATICHE DI INQUINAMENTO NEI MOTORI DIESEL:

 

Nei motori Diesel i CO non costituiscono un grosso problema, come detto precedentemente, in quanto le miscele utilizzate sono magre.

Vi è la necessità invece di abbattere HC (non elevatissimi) e soprattutto NOx , maggiori rispetto ai motori a benzina per effetto delle temperature e pressioni più alte in camera di combustione.

Inoltre è presente il particolato PM, che nei motori a benzina (tranne quelli a iniezione diretta) non viene prodotto.

Per abbattere gli inquinanti si può agire cercando di limitarne la formazione oppure inserendo dei filtri che permettano di rimuovere gli inquinanti una volta formatisi; generalmente viene utilizzato un mix di tutte e due le strategie.

Nei motori benzina la rimozione degli inquinanti viene fatta utilizzando il catalizzatore a tre vie (la marmitta catalitica) nel quale opportuni materiali posti all’interno (Platino, Palladio, Rodio) permettono reazioni chimiche (o meglio, permettono che avvengano in un tempo ragionevole) che trasformano CO, HC ed NOx in sostanze non più dannose.

A causa della necessità di far avvenire contemporaneamente nel catalizzatore le reazioni di tutte e 3 le sostanze, l’efficienza del catalizzatore stesso è soddisfacente solo per valori di miscela stechiometrici.

Infatti nei motori benzina è presente la sonda lambda, la quale ha la funzione di mantenere costante, inviando segnali di misurazione dell’aria alla centralina, il rapporto di miscela sul valore stechiometrico.

 

i14955_catalizzatoriefiltriantiparticolato31215.jpg

Immagine tratta da omniauto.it Fotogallery Catalizzatori e Filtri Anti particolato

Nei motori benzina in cui è presente la sonda lambda che mantiene il rapporto aria combustibile intorno a quello stechiometrico pari a 14,7 (area verde nel grafico), viene garantita alta efficienza di conversione di CO, HC e NOx.

In corrispondenza di miscele magre (> 14,7), come nel caso dei Diesel, rimane adeguata l’efficienza di smaltimento di CO e HC ma crolla vistosamente quella degli NOx.

Per diminuire gli NOx bisogna ridurre temperature e pressioni in camera, tramite riduzione del rapporto di compressione (nei motori da auto tendenzialmente infatti stanno diminuendo), migliorando il sistema di iniezione (più graduale come permesso dai moderni common rail, con minori picchi di pressione), inserendo un sistema EGR o mediante post-trattamento (sistemi SCR).

Interventi progettuali per ridurre gli HC riguardano il disegno opportuno della camera di combustione per favorire il minor assorbimento di combustibile da parte delle cavità (cercando di ridurle sostanzialmente) e miglioramenti della turbolenza all’interno della camera.

Il particolato viene ridotto con interventi progettuali come migliore polverizzazione del getto e mescolamento con l’aria (intervenendo perciò su sistemi di iniezione e sulla tipologia di turbolenza in camera ad esempio) e con sistemi di post-trattamento (filtri antiparticolato).

Noterete che molti accorgimenti progettuali da adottare sono opposti per quanto riguarda NOx e particolato (PM) e si rischia quindi di diminuire uno per aumentare l’altro e si necessita quindi della ricerca del giusto compromesso (nelle varie situazioni di funzionamento del motore).

Ad esempio favorendo un’adeguata turbolenza nella camera di combustione (dipende dalla conformazione della camera, del condotto di aspirazione e altro) si ottiene una diminuzione dell’emissione di particolato PM e degli HC ma un aumento di NOx.

Inoltre azioni intraprese per limitare lo sviluppo di inquinanti possono andare a diminuire l’efficienza del motore e quindi aumentare consumi e CO2.

 

 

 

DISPOSITIVI DI ABBATTIMENTO DEGLI INQUINANTI:

 

. CATALIZZATORE OSSIDANTE

 

Il catalizzatore ossidante permette di ridurre CO ed HC ed è costituito da un involucro metallico contenente una matrice ceramica generalmente a nido d’ape su cui vengono depositati i metalli nobili (platino, palladio, rodio) che rappresentano il materiale catalitico che permette di far avvenire le reazioni desiderate

in tempi adeguati.

 

Struttura interna di un catalizzatore ossidante:

 

i14957_catalizzatoriefiltriantiparticolato31214.jpg

 

Immagine tratta da omniauto.it Fotogallery Catalizzatori e Filtri Anti particolato

 

Esempio di catalizzatore ossidante inserito a monte del filtro antiparticolato:

 

i14958_catalizzatoriefiltriantiparticolato31206.jpg

 

Immagine tratta da omniauto.it Fotogallery Catalizzatori e Filtri Anti particolato

 

Edited by Matt

Share this post


Link to post
Share on other sites

. FILTRO ANTIPARTICOLATO (FAP)

 

Il filtro (o trappola) antiparticolato (FAP, DPF, ecc..) è in pratica un “setaccio” di materiale refrattario che permette di bloccare le particelle che hanno un diametro superiore a quello delle celle di cui è composto il filtro.

 

 

i14959_catalizzatoriefiltriantiparticolato31208.jpg

 

Immagine tratta da omniauto.it www.omniauto.it/foto/popup/31206/catalizzatori-e-filtri-anti-particolato

 

Intasandosi progressivamente l’efficienza di rimozione aumenta (diminuisce la sezione di passaggio delle celle) ma dopo in certo tempo si arriva ad un punto in cui sarebbe necessario il ricambio del filtro.

Per evitare tale ricambio, innalzando la temperatura dei gas di scarico, si bruciano le particelle carboniose intrappolate nel filtro, rigenerandolo.

 

Filtro antiparticolato in sezione:

 

i14962_catalizzatoriefiltriantiparticolato31207.jpg

 

Immagine tratta da omniauto.it www.omniauto.it/foto/popup/31207/catalizzatori-e-filtri-anti-particolato

 

L’intasamento del filtro provoca una differenza di pressione tra l’ingresso e l’uscita dello stesso, che viene misurato tramite sensori di pressione.

 

i14964_fap2.bmp

 

Quando la centralina legge una differenza di pressione superiore al valore impostato (filtro intasato), comanda all’iniettore del sistema Common Rail di effettuare una post-iniezione, cioè una iniezione di gasolio aggiuntiva alla fine della combustione, la quale non vi prende parte e va allo scarico, innalzando la temperatura e rigenerando quindi il filtro.

Questa fase di rigenerazione è quella che provoca un incremento temporaneo dei consumi (d’altronde si effettua una ulteriore iniezione di gasolio).

Nel seguente schema possiamo vedere una rappresentazione della fase di rigenerazione del filtro:

 

i14969_catalizzatoriefiltriantiparticolato31210.jpg

Immagine tratta da omniauto.it www.omniauto.it/foto/popup/31210/catalizzatori-e-filtri-anti-particolato

 

Alcune tipologie di filtri prevedono l’utilizzo di sostanze catalizzanti (cerio) che permettono di far avvenire la reazione a temperature più basse, richiedendo però manutenzione per ripristinare la quantità di tali sostanze.

Si prevedono nei motori di nuova generazione filtri del tipo “close coupled dpf”, cioè posizionati nel condotto di scarico più vicino alla testata, in modo da lavorare a temperatura maggiore per una più agevole rigenerazione (fase nella quale a volte si sono riscontrati problemi) e ottenere una diminuzione del combustibile necessario a farla avvenire.

Edited by Matt

Share this post


Link to post
Share on other sites

. SISTEMA DI RICIRCOLO DEI GAS DI SCARICO (EGR)

 

Il sistema EGR cerca di rimuovere gli inquinanti NOx direttamente in camera di combustione, diminuendone la temperatura tramite l’inserimento di gas di scarico che non partecipano alla combustione e diluiscono la miscela aspirata (è quindi un intervento “a monte”).

L’EGR può essere di tipo “interno” oppure “esterno”.

L’EGR interno realizza, mediante opportuni incroci delle valvole di aspirazione e scarico, il mantenimento di parte dei gas di scarico nella camera insieme alla miscela aspirata che prenderà parte alla combustione.

E’ realizzabile se è presente la possibilità di variare la fasatura delle valvole (variatore di fase).

Nell’EGR esterno, come si può vedere in figura, i gas dal collettore di scarico (CS) vengono rimandati in quello di aspirazione (CA) sfruttando la differenza di pressione tra i due collettori (creata mediante una valvola o una strozzatura).

 

 

i14971_shortroute.jpg

 

Short route EGR

 

Immagine tratta da G. Ferrari, Motori a Combustione interna

 

A seconda delle condizioni di funzionamento del motore è necessaria una quantità differente di EGR, pertanto si inserisce una valvola di regolazione, che viene comandata dalla centralina.

Un problema dato dall’EGR è il conseguente aumento del particolato in quanto si rimettono in camera di combustione delle particelle che possono facilmente fungere da centri di agglomerazione per altri residui (come detto in precedenza il PM è composto da particelle carboniose).

L’EGR determina aumento del consumo di combustibile e presenta problemi di imbrattamento delle pareti della camera; altro problema è il fatto che venga aumentata la temperatura dell’aria in ingresso.

Infatti nei moderni sistemi si ha un sistema di raffreddamento con uno scambiatore (EGR cooler) oppure i gas di scarico vengono prelevati in una zona dell’impianto di scarico più vicina all’uscita (quindi a temperatura minore).

In quest’ultimo caso si parla di “long route EGR” o “low pressure”.

 

 

i14973_longroute.jpg

 

Long route EGR

 

Immagine tratta da G. Ferrari, Motori a Combustione interna

 

.RIDUZIONE SELETTIVA CATALITICA (SCR)

 

Il sistema SCR permette l’abbattimento degli NOx e prevede l’introduzione di urea, cioè un composto a base di ammoniaca (commercializzato con il nome di ADblue e contenente il 32,5% di urea), che viene inserito mediante un iniettore all’interno del catalizzatore SCR, su comando della centralina.

Il principio del sistema SCR è di recentissima applicazione nei veicoli ma è conosciuto da anni nelle centrali elettriche e nei grandi motori marini.

Deve essere presente un serbatoio di liquido ADblue che alimenti il sistema ed il catalizzatore viene adeguatamente coibentato per evitare il congelamento dell’additivo (che avviene a -11°).

Essendo una soluzione di urea in acqua demineralizzata, l’additivo ADblue non è tossico e può essere maneggiato con sicurezza, mentre può essere corrosivo per alcuni metalli e pertanto viene immagazzinato e trasportato con materiali appositi.

L’iniettore utilizzato è di costruzione simile a quella di un iniettore usato nei common rail, al quale vengono adottate alcune modifiche per adeguarlo al tipo di fluido utilizzato, in particolare si utilizzano materiali più resistenti (anelli O-Ring più robusti ed acciaio inossidabile al posto dell’ottone).

Uno schema a grandi linee di questo post-trattamento di ossidi di azoto è quello fornito ad esempio nell’opuscolo pdf distribuito da Mercedes Benz sezione Truck, dove si può notare come l’unità di alimentazione prelevi l’additivo dal serbatoio (mediante una pompa) e lo convogli all’unità di dosaggio che provvede a iniettarlo nei gas di scarico caldi, che attraverseranno poi il catalizzatore.

 

i21513_SchemaBlueTec.jpg

 

http://truck.mercedes-benz.it/download/pdf/pdf/Adblue.pdf

 

I gas di scarico, quindi, prima di entrare nel catalizzatore SCR attraversano un mixer all’interno del quale vengono miscelati con l’additivo, iniettato dall’apposito iniettore, allo scopo di trasformare l’ADblue in ammoniaca mediante processo di idrolisi.

All’interno del catalizzatore, l’ammoniaca permette la reazione degli ossidi di azoto con l’ossigeno mediante la seguente reazione:

 

i21514_ReazioneSCR.jpg

 

http://www.ctm.it/pdf/Catalogo%20ITA.pdf

 

Allo scarico si ottengono pertanto azoto ed acqua.

A valle dell’SCR è presente un sensore di ossidi di azoto, che fornisce alla centralina informazioni sulla quantità di additivo da iniettare nel ciclo successivo.

La quantità di ADblue necessaria è stimata pari al 3-5% del consumo di gasolio del motore.

Generalmente il catalizzatore SCR viene inserito nel sistema di scarico a valle del catalizzatore ossidante e del filtro antiparticolato.

Possiamo vedere un esempio di dispositivo SCR inserito in un filtro combinato, il quale riunisce anche gli altri sistemi di post-trattamento.

E’ reperibile anch’esso in opuscoli pdf di Mercedes Benz sezione EVOBus.

 

 

i21515_SCRTfiltrocombinatoMercedes.jpg

 

ftp://ftp.mobilitytech.it/Atti/2007/MercedesBenz%20%20MOTE%2030102007.pdf

 

Il “condotto di idrolisi” in figura non è altro che il mixer, citato in precedenza.

Alcuni costruttori, come ad esempio Iveco, riescono, utilizzando l’SCR, ad evitare l’utilizzo di filtri antiparticolato in certe applicazioni, mediante una progettazione del motore indirizzata alla minor produzione di particolato rispetto a quella di ossidi di azoto che vengono comunque eliminati successivamente nell’SCR.

Si è visto in considerazioni precedenti infatti come sia differente la strategia da adottare a livello motoristico per eliminare alla fonte i due tipi di inquinanti.

L’abbattimento delle emissioni mediante sistemi di post-trattamento permette inoltre di ricercare maggiore efficienza del motore, ottenendo un consumo di combustibile (e conseguenti emissioni di CO2) inferiore.

. SWIRL FLAP

 

Lo Swirl Flap, è una valvola posta nel condotto di aspirazione che serve a modificare in base alla sua posizione il moto detto di “Swirl” all’interno della camera di scoppio.

Per le varie condizioni di funzionamento c’è un valore ottimale di posizione della valvola per quanto riguarda le emissioni di particolato PM ed NOx.

Pertanto, se è presente nel motore, la sua posizione è regolata in ogni ciclo di funzionamento, dal segnale inviatole dalla centralina.

Questo componente, come anche l’EGR, fa parte degli accorgimenti progettuali per ridurre la formazione di inquinanti, a differenza di catalizzatore ossidante, FAP e SCR che sono sistemi di post-trattamento.

 

Edited by Matt
Aggiunta informazioni sistema SCR

Share this post


Link to post
Share on other sites

NORMATIVE DI RIFERIMENTO PER I MEZZI AGRICOLI:

 

Per dare un’idea dei limiti posti ai costruttori, vediamo le quantità ammesse delle sostanze citate in precedenza in base alle varie normative, riferite a vari intervalli di potenza.

E’ stata presa in un catalogo John Deere e vi sono indicati anche gli anni in cui viene applicata la normativa.

 

i14978_normative.jpg

 

www.deere.com/it_IT/brochure/engine/brochure/index.html

 

La misurazione della quantità di inquinanti viene effettuata facendo compiere al motore prove in condizioni standard seguendo un ciclo prestabilito definito anch’esso dalle normative.

 

 

CONSIDERAZIONI:

 

La coperta, come si suol dire, è corta.

Si nota infatti come sia difficile riuscire a coniugare varie esigenze, come riduzione dei consumi (e della CO2 conseguentemente) e dei vari tipi di inquinanti.

Modificare alcuni parametri si è visto che può andare a favore dell’abbattimento di un inquinante ma allo stesso tempo aumentare l’emissione di un altro.

Un elevato EGR ad esempio riduce notevolmente la quantità di NOx ma aumenta l’emissione di particolato PM; diminuire il rapporto di compressione diminuisce le temperature e quindi gli NOx ma diminuisce anche il rendimento termodinamico del motore e perciò aumenta i consumi.

Occorre quindi che i progettisti riescano a mettere in campo un mix di soluzioni che utilizzino i metodi e i sistemi visti regolandoli opportunamente tramite la centralina in funzione di tutte le condizioni possibili del motore, evitando quindi difetti di calibrazione tipo “buchi di erogazione” in certe condizioni, mantenendo consumi bassi e garantendo affidabilità al motore.

La centralina ha un ruolo assolutamente centrale in quanto riceve segnali dai sensori e in funzione della mappatura (la cui definizione è una procedura ormai complicata e costosa), per ogni ciclo di funzionamento del motore, regola l’iniezione (quantità di gasolio, durata e sequenza delle iniezioni, eventuali post-iniezioni) e i parametri dei dispositivi antinquinamento (quantità di EGR, quantità di urea da inserire nell’SCR, eventuale rigenerazione del FAP, posizione degli swirl flap, ecc..).

Personalmente ritengo che una bella sfida sarà mantenere bassi i consumi viste certe modifiche ai motori che richiedono i limiti di emissione.

La modifica di una normativa può richiedere ai costruttori consistenti variazioni progettuali, perché come si è visto, la riduzione degli inquinanti non viene fatta solo “a valle” utilizzando appositi filtri o dispositivi, ma anche “a monte”, modificando ad esempio il rapporto di compressione, la turbolenza nel cilindro, il sistema di iniezione, il controllo della centralina, ecc...

Ad esempio modificare certi parametri può portare alla ridefinizione della geometria del pistone, della camera di combustione, dei condotti di aspirazione e scarico, ecc..

La progettazione del motore e le soluzioni adottate hanno come base la normativa di riferimento che devono rispettare; così in campo automobilistico in America circolano già ora Mercedes e Audi dotate di SCR (le normative Diesel americane sono severissime per gli NOx), mentre in Europa i costruttori sperano di riuscire a utilizzare il solo EGR per superare le future EURO 6 (le EURO 5 restringono i limiti di PM ma non quelli di NOx).

Per i mezzi agricoli sembra quasi certo l’impiego di sistemi SCR per la riduzione di NOx (unito a filtri antiparticolato per il PM), anche perché il sistema SCR non sembra avere effetto penalizzante sui consumi di combustibile (molto importanti per le aziende), a differenza di un massiccio uso di ricircolo di gas di scarico EGR.

 

 

Riferimenti bibliografici:

 

- G. Ferrari, Motori a Combustione interna

- G. Cantore, Macchine

- www.deere.com/it_IT/brochure/engine/brochure/index.html

- www.omniauto.it/foto/popup/31206/catalizzatori-e-filtri-anti-particolato

- ftp://ftp.mobilitytech.it/Atti/2007/MercedesBenz%20%20MOTE%2030102007.pdf

- http://truck.mercedes-benz.it/download/pdf/pdf/Adblue.pdf

- http://www.ctm.it/pdf/Catalogo%20ITA.pdf

Edited by Matt

Share this post


Link to post
Share on other sites

Molto molto interessante, complimenti per l'ottima guida! Davvero molto utile! O0

Share this post


Link to post
Share on other sites

Davvero ottimo riassunto di quella che sarò senz'altro una sfida, nel breve periodo, per i costruttori.

Ne consiglio a tutti la lettura.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Grazie degli apprezzamenti..

Spero che possa essere utile per dare un po' spunto ad alcune discussioni che erano state poste sui nuovi motori.

Ovviamente chiunque vuole aggiungere qualcosa o fare precisazioni su quello che è stato inserito è libero di farlo.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Mi piacerebbe, se possibile, leggere qualcosa in piu sull'SCR (abbattimento inquinanti con urea).

 

C'è qualche bello schema di impianto da vedere?

 

Grazie e complimenti a Matt per l'assoluta preparazione in materia :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Grazie Filippo, ho inserito qualche informazione in più sui sistemi SCR.

Purtroppo non ho trovato molto su questi sistemi, sia perchè sono parecchio recenti e sia perchè si dovrebbe sconfinare a parlare delle reazioni chimiche che avvengono e non sarei sinceramente in grado.

 

Matt

Share this post


Link to post
Share on other sites

Io sono per l'urea....si certamente è una rottura di scatole riempire sempre sia gasolio che urea, tocca avere i camioncini con doppio serbatoio ecc...

 

Ma ad esempio nel caso del gruppo CNH è più semplice un motore Tier IIIB che un motore TIER IIIA.

 

I NEF Tier IIIA hanno la camma profilata in modo che la valvola stia per qualche secondo aperta e permetta il ricircolo del gas di scarico (Egr interna).

 

I NEF Tier IIIB non avranno l'Egr interna saranno dei semplici NEF Tier II con l'aggiunta dell'iniezione dell'Urea.

 

La mancanza di Egr sul Tier IIIB permette di ridurre la dimensione del sistema di raffreddamento (meno potenza persa per il raffreddamento), infatti la reimmissione di gas combusti nella camera di scoppio oltre che ridurre l'efficienza della combustione aumenta la temperatura del motore per cui a parità di cv sviluppati un motore con Egr (che sia interna o esterna non cambia nulla) avrà bisogno di un sistema di raffreddamento più grande.

 

I filtri permettono di eliminare il problema di aggiungere il 3-5 % di Urea rispetto al consumo di carburante ma comportano:

 

  • Utilizzo di VGT: più complicato, più delicato, e visto il basso range di giri dove lavorano i motori agricoli non da tutti i vantaggi che può dare su una BMW 320 D da 180 cv che fa 5000 giri.
  • Utilizzo di EGR: minore rendimento della combustione, consumi maggiori, e impianto di raffreddamento più grande (ulteriore spreco di potenza).
  • Filtri per NOx non so le problematiche ma non penso che duri 10 mila ore senza mai cambiarlo o rigenerarlo....
  • Filtri per Particolato anche questo sicuramente (vista l'esperienza e i problemi che crea nelle auto) un po' di manutenzione ogni tanto andrà fatta.

 

Tutti gli ammennicoli che servono per non avere l'urea creano un motore sicuramente più "chiuso", che magari tira anche meno, consuma sicuramente di più, ed è molto più complicato...

 

I costruttori di motori Europei invece hanno deciso la via più breve e più facile, prendiamo un Tier II lo facciamo fumare quanto fumava prima, e poi sistemiamo tutto con il trattamento di post combustione con l'Urea.

 

Per il Tier IIIB con le tecnologie attuali sono sufficienti i filtri per non usare l'Urea, ma dal 2014 quando arriverà il Tier IV i filtri non basteranno più per limitare il particolato e l'NOx per cui anche JD e Cummins dovranno passare all'Urea a meno che nel frattempo esca una nuova tecnologia e penso che i costruttori americani scommettano proprio su questa eventualità.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Io sono per l'urea....si certamente è una rottura di scatole riempire sempre sia gasolio che urea, tocca avere i camioncini con doppio serbatoio ecc...

 

Ma ad esempio nel caso del gruppo CNH è più semplice un motore Tier IIIB che un motore TIER IIIA.

 

I NEF Tier IIIA hanno la camma profilata in modo che la valvola stia per qualche secondo aperta e permetta il ricircolo del gas di scarico (Egr interna).

 

I NEF Tier IIIB non avranno l'Egr interna saranno dei semplici NEF Tier II con l'aggiunta dell'iniezione dell'Urea.

 

La mancanza di Egr sul Tier IIIB permette di ridurre la dimensione del sistema di raffreddamento (meno potenza persa per il raffreddamento), infatti la reimmissione di gas combusti nella camera di scoppio oltre che ridurre l'efficienza della combustione aumenta la temperatura del motore per cui a parità di cv sviluppati un motore con Egr (che sia interna o esterna non cambia nulla) avrà bisogno di un sistema di raffreddamento più grande.

 

I filtri permettono di eliminare il problema di aggiungere il 3-5 % di Urea rispetto al consumo di carburante ma comportano:

 

  • Utilizzo di VGT: più complicato, più delicato, e visto il basso range di giri dove lavorano i motori agricoli non da tutti i vantaggi che può dare su una BMW 320 D da 180 cv che fa 5000 giri.
  • Utilizzo di EGR: minore rendimento della combustione, consumi maggiori, e impianto di raffreddamento più grande (ulteriore spreco di potenza).
  • Filtri per NOx non so le problematiche ma non penso che duri 10 mila ore senza mai cambiarlo o rigenerarlo....
  • Filtri per Particolato anche questo sicuramente (vista l'esperienza e i problemi che crea nelle auto) un po' di manutenzione ogni tanto andrà fatta.

 

Tutti gli ammennicoli che servono per non avere l'urea creano un motore sicuramente più "chiuso", che magari tira anche meno, consuma sicuramente di più, ed è molto più complicato...

 

I costruttori di motori Europei invece hanno deciso la via più breve e più facile, prendiamo un Tier II lo facciamo fumare quanto fumava prima, e poi sistemiamo tutto con il trattamento di post combustione con l'Urea.

 

Per il Tier IIIB con le tecnologie attuali sono sufficienti i filtri per non usare l'Urea, ma dal 2014 quando arriverà il Tier IV i filtri non basteranno più per limitare il particolato e l'NOx per cui anche JD e Cummins dovranno passare all'Urea a meno che nel frattempo esca una nuova tecnologia e penso che i costruttori americani scommettano proprio su questa eventualità.

 

Completamente d'accordo su tutti i punti!:)

 

E poi un rifornimento di urea (50 lt.) ogni due di gasolio (1180 lt.) credo sia un "sacrificio sopportabile"....... soprattutto se poi si ha un motore che tira, e di brutto.

Share this post


Link to post
Share on other sites

I costruttori di motori Europei invece hanno deciso la via più breve e più facile, prendiamo un Tier II lo facciamo fumare quanto fumava prima, e poi sistemiamo tutto con il trattamento di post combustione con l'Urea.

 

Per il Tier IIIB con le tecnologie attuali sono sufficienti i filtri per non usare l'Urea, ma dal 2014 quando arriverà il Tier IV i filtri non basteranno più per limitare il particolato e l'NOx per cui anche JD e Cummins dovranno passare all'Urea a meno che nel frattempo esca una nuova tecnologia e penso che i costruttori americani scommettano proprio su questa eventualità.

 

Il filtro anti-particolato sulle auto si toglie...tra l'altro non è nemmeno compatibile con i biocombustibili che tendono ad intasarlo più velocemente.

 

La futura tier IV sarà molto pesante per i costruttori, se nelle auto si può mettere una pezza utilizzando sistemi di recupero energia e migliorando i vari coefficienti aereodinamici ma sui motori agro/industriali che si fa?

Oggi non esistono tecnologie in grado di rispettare il futuro step normativo ed il 2014 è maledettamente vicino...a meno che la legge non venga cambiata (c'è stato un tentativo nel 2008 per sospendere le normative Euro...) potremo assistere ad uno dei primi passi verso il declino del buon motore a pistoni oramai vecchio di 100 anni.

 

(sempre se il mondo non finisce nel 2012 :asd:)

Share this post


Link to post
Share on other sites

per il consumo di gasolio non sò se con l'urea si possa diminuire.

a meno che il computer di bordo non dicesse il falso, il consumo del massey con urea non era per nulla inferiore a quello dato dal 936

Share this post


Link to post
Share on other sites

Sono due motori prodotti da costruttori diversi, e con cilindrata diversa.

Il confronto va fatto tra sullo stesso motore nelle due versioni (mi sembra che alcuni modelli MF, prevedano l'SCR a richiesta).

Share this post


Link to post
Share on other sites

il problema dell'urea che sei costretto a fare impianti per riscaldarla perchè gela a qualche grado sotto zero.... inoltre con lo stage IV si è obbligati ad utilizzarla... insieme a dpf, egr e altri sistemi che al momento hanno grossissime dimensioni...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Completamente d'accordo su tutti i punti!:)

 

E poi un rifornimento di urea (50 lt.) ogni due di gasolio (1180 lt.) credo sia un "sacrificio sopportabile"....... soprattutto se poi si ha un motore che tira, e di brutto.

 

Si soprattutto se poi trovi il modo di non mettercela l'urea...

Share this post


Link to post
Share on other sites

e sempre se trovi chi te la porta.......

specie qui in sicilia, immagino già , sacchi di urea immersi nel acqua.....nella migliore delle ipotesi.

 

il filtro fap è rigenerante , un mezzo non credo che si usi per brevi tragitti quindi durerebbe abbastanza.

sulle auto, io ne so qualcosa , mai sostituito , c'e' una procedura di rigenerazione e controllando i due sensori e facendo la differenza si vede quanto è intasato, risultato......se fai autostrade e statali, dura a vita.

 

Sui mezzi agricoli, mettere un altro "combustibile" insieme al gasolio è una rottura......

Soluzione che prima o poi verrà abbondonata per avere un altra novità di settore che sarà la scusa per copiare da john deere e rifare di nuovo modelli nuovi......

Share this post


Link to post
Share on other sites

Non ne capisco praticamente nulla di come possa funzionare l'urea, ma sono curios, come penso molti di quelli che leggono, ma ho alcune domande:

L'urea si trova allo stato liquido?

Quanto costa al litro/Kg?

Quali sono le normative per lo stoccaggio?

Che differenza c'è con quella che si usa per la concimazione?

Da chi la vado a comprare?

ancora più stupoidamente:

E' possibile farla in casa come ha detto il conte?

Che possibilità abbiamo di trovarla nei trattori di più piccola potenza?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Non ne capisco praticamente nulla di come possa funzionare l'urea, ma sono curios, come penso molti di quelli che leggono, ma ho alcune domande:

L'urea si trova allo stato liquido?

Quanto costa al litro/Kg?

Quali sono le normative per lo stoccaggio?

Che differenza c'è con quella che si usa per la concimazione?

Da chi la vado a comprare?

ancora più stupoidamente:

E' possibile farla in casa come ha detto il conte?

Che possibilità abbiamo di trovarla nei trattori di più piccola potenza?

 

- In condizioni normali è un solido.

- L'Adblue, il principale additivo impiegato, ha costi variabili, di molto anche, in funzione di come e da chi ci si approvvigiona. Nei distributori in Germania ad esempio la si trova (trovava) a 20-40 €cent/L.

- Quella per concimazione non può essere assolutamente utilizzata, troppe impurità. A livello di impianti fissi, dove l'utilizzo dei catalizzatori SCR avviene da anni, si utilizza anche ammoniaca direttamente, al posto dell'urea. Questa non è stata prevista sui mezzi a causa di una maggior difficoltà e pericolosità di stoccaggio. L'Adblue è una soluzione pure di Urea al 32 %

- A seconda delle quantità e degli usi è possibile stoccare direttamente in azienda l'Adblue, diversamente c'è una rete distributiva, la cui capillarità varia da Paese e zona. FindAdBlue.com - Home Page

- Produrla in casa non penso sia economicamente conveniente.

Edited by Mapomac

Share this post


Link to post
Share on other sites

Grazie ora ho più chiaro il concetto di quello che si deve mettre in questi serbatoi.

Prima di essere mandato a quel paese, pongo altre domande elementari:

- Quanti litri ne vanno utilizzati in un pieno di 100 lt?

- Posso lavorare con il serbatotio urea scarico?

- Ribadisco di nuovo, la troveremo nei trattori fino a 100 cv?

- E' possibile in un futuro trovare magari il modo di addizionarla direttamente al carbrante, o agendo come catalizzatore dei fumi, è necessario che svolga la sua azione dopo la combustione?

Share this post


Link to post
Share on other sites

- Indicativamente il consumo è del 2-4 % rispetto al carburante, ovvero 2,3,4ecc litri per 100 di carburante. Queste sono indicazioni inerenti al settore autotrasporti.

- Su alcuni camion l'eventuale esaurimento di Adblue in marcia, consente di "finire" il viaggio, senza intaccare le prestazioni del motore (questo nel breve periodo). Immagino rimanga però traccia di quanto si è usato il motore senza l'uso del catalizzatore e ci saranno pure i dovuti controlli. Senz'altro sulle macchine agricole un'eventuale mancanza di additivo, consente comunque l'uso della macchina, ma ad esempio a regime ridotto. Soluzioni ovviamente da adottare, direi.

- Non credo sia possibile addizionarla al combustibile direttamente. Andrebbe trovata una formula "inerte", tale da non interferire nella combustione, ma rimanere comunque efficace una vola arrivata al catalizzatore. Questo significherebbe comunque stoccare 2 tipi diversi di combustibile, non essendo tutte le macchine dotate di tecnologie compatibili. Insomma direi abbastanza improbabile.

- Per quanto riguarda un'introduzione massiccia dell'SCR sulle medio-piccole potenze, davvero non saprei cosa rispondere. Se posso, perché tanto interesse per questo "dettaglio" ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Assoluta ed innata curiosità che hai gentilmente e pazientemente soddisfatto. Visto che oltre ad essere le macchine più diffuse, sono anche quelle che uso nel quotidiano.

Grazie come sempre.

Spero di aver semplificato la comprensione dell'argomento a chi è profondamente ignorante come me.

Mi ritiro a semplice lettore, per non far scadere l'argomennto molto tecnico in una chiacchierata da strada.

Edited by ilmarronaro

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.


×
×
  • Create New...