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Nov 15, 2023

EGR, iniezione aria secondaria e gestione delle emissioni

The perfect internal combustion vehicle would be able to put the exact amount of

Il perfetto veicolo a combustione interna sarebbe in grado di immettere la quantità esatta di carburante e aria nella camera di combustione nel momento esatto.

Se dovesse verificarsi l'evento di combustione perfetta, non si otterrebbe altro che acqua e anidride carbonica come sottoprodotto, senza ottenere né carburante incombusto né ossigeno. La combustione avverrebbe alla giusta temperatura in modo che gli ossidi (ossigeno "iperattivo" attivato da temperature più elevate) non si combinino con azoto e carbonio per formare ossidi nitrici (NOx) e monossido di carbonio (CO). Questa vettura perfetta non avrebbe bisogno di un convertitore catalitico o di qualsiasi altro dispositivo di controllo delle emissioni.

Cosa è necessario affinché ciò accada? L'iniezione diretta nella camera di combustione è un buon inizio. Avresti anche bisogno di una camera di combustione perfetta, priva di punti caldi, ovvero aree di turbolenza indesiderata o accumulo di carbonio.

Ma l’ingrediente più importante di cui avresti bisogno è un computer di controllo del motore e sensori in grado di misurare perfettamente aria e carburante per calcolare la migliore fasatura di accensione possibile e una combustione ottimale. Ciò richiederebbe che la capacità di calcolo del supercomputer esegua milioni di calcoli che cambierebbero costantemente a causa della velocità e del carico del motore.

Non disponiamo di questa tecnologia, ma ogni anno il design delle camere di combustione migliora, i computer del motore migliorano e i sensori diventano più sensibili.

Nel frattempo disponiamo di sistemi di ricircolo dei gas di scarico (EGR), iniezione di aria secondaria e convertitori catalitici per ridurre le emissioni

Questi sistemi immettono una piccola quantità di gas inerte nella camera di combustione per controllare le temperature. Poiché i gas di scarico in genere non bruciano, ciò abbassa la temperatura di combustione e riduce le emissioni di NOx dal motore.

Quando nella camera di combustione gli oggetti si riscaldano a temperature intorno ai 1.300° C o 2.500° F, l'ossigeno e l'azoto iniziano a combinarsi tra loro e formano NOx e CO.

Immettendo i gas di scarico nella camera di combustione, la miscela aria/carburante viene diluita dai gas di scarico inerti. Ciò rallenta il processo di combustione e abbassa le temperature di combustione a livelli in cui non si formano NOx.

A differenza dei vecchi sistemi EGR, i moderni sistemi EGR funzionano costantemente, non solo durante la decelerazione o in condizioni di acceleratore chiuso. Tienilo a mente quando cerchi di risolvere una perdita di potenza o un problema di inciampo.

I veicoli più recenti con fasatura variabile delle valvole sia sugli alberi a camme di scarico che di aspirazione possono regolare la fasatura in modo che una piccola quantità di gas di scarico venga risucchiata nella camera durante la corsa di aspirazione.

I sistemi di iniezione dell'aria secondaria pompano l'aria esterna nel flusso di scarico in modo che il carburante incombusto possa essere bruciato. I primi sistemi hanno una pompa dell'aria azionata da cinghia. I sistemi aspirati più recenti utilizzano il vuoto creato da un impulso di scarico per aspirare l'aria nel tubo. I sistemi più recenti utilizzano un motore elettrico per pompare l'aria. Questi sistemi sono fondamentali per la vita del convertitore catalitico.

I sistemi di motori elettrici possono essere trovati su molti nuovi veicoli come la serie GM LS, i Toyota V8 e i Ford 3.8L V6 con emissioni della California. Questi sistemi tipicamente sono attivi durante i primi 20-120 secondi di funzionamento del motore forzando l'aria a valle nei collettori di scarico per ossidare gli idrocarburi e il monossido di carbonio creati dall'arricchimento all'avvio. Ciò può ridurre drasticamente il tempo di spegnimento dei precatalizzatori. Il sistema inietta la corretta quantità di aria utilizzando input come la temperatura del liquido di raffreddamento, la temperatura dell'aria e i sensori di ossigeno.

Il convertitore catalitico necessita di due elementi forniti dai sistemi EGR e di iniezione dell'aria: temperature adeguate per ridurre gli NOx e ossigeno per bruciare gli idrocarburi. In condizioni ideali, un catalizzatore a tre vie può ridurre tra il 50 e il 95% delle emissioni di NOx e il 99,9% del carburante incombusto.

È l’ultima fermata per gli inquinanti e, se un sistema di emissioni a monte è compromesso, può compensare solo una certa misura prima che le emissioni di scarico aumentino.

Per diagnosticare correttamente un veicolo ad alte emissioni, è necessario guardarlo come un ingegnere osserva l'intero sistema, dalla presa d'aria al tubo di scarico. Quando un veicolo è progettato, deve soddisfare un livello di emissioni specificato. Per fare ciò, un team di ingegneri bilancerà i sistemi e li farà funzionare in armonia in modo che il prezzo sia conveniente.