Emissioni inquinanti nei motori Diesel - Problematiche di inquinamento dei motori diesel

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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.

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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.