Articoli | 01 Aprile 2002 | Autore: Redazione

Sistema di scarico a temperatura controllata

L'azienda tedesca Eberspächer, ha realizzato un prototipo per sistemi di scarico, che comprende un accumulatore catalitico e un sistema per la gestione del calore, per risolvere i problemi dovuti alla conversione dell'ossido di azoto nei motori benzina a iniezione diretta e basso consumo, che l'industria automobilistica immetterà sul mercato nei prossimi anni.

Parallelamente alle ricerche condotte per la realizzazione di sistemi di alimentazione alternativi, l'industria automobilistica sta continuando quelle per migliorare le prestazioni dei motori benzina. Queste continueranno a predominare nei prossimi anni. Molti costruttori sono in uno stadio avanzato della ricerca per lo sviluppo di motori benzina a iniezione diretta (GDI), che offrano migliori prestazioni in termini di consumi e riduzione di emissioni di anidride carbonica.
Nei motori GDI, i convertitori catalitici sono un elemento importante dei sistemi di scarico per assicurare una conversione rapida ed efficiente degli inquinanti. Tuttavia, nelle fasi a miscela magra, la concentrazione dell'ossido di azoto (NOx) non può essere ridotta con un convertitore catalitico standard a tre vie. Dei risultati migliori si ottengono invece con un ulteriore catalizzatore-adsorbitore per NOx ("NOx-Trap"). Il suo substrato (ceramico) è dotato di uno speciale rivestimento a base di bario: l'ossido di azoto del gas di scarico si accumula su questo rivestimento; al suo interno una sonda rileva l'aumento della concentrazione di NOx e comunica quest'informazione al sistema di gestione del motore, che provvede ad arricchire la miscela aria-benzina (con più carburante) a intervalli di circa un minuto in risposta al segnale della sonda, che agisce quindi come agente di riduzione per separare l'NOx e convertirlo in innocuo azoto (più acqua e CO2). Il catalizzatore-adsorbitore viene poi nuovamente scaricato e l'ossido di azoto viene convertito. Tuttavia, il processo di accumulazione funziona solo a una temperatura compresa fra i 300 e 550°C; mentre a temperature superiori a 750°C c'è il rischio che l'accumulatore venga distrutto. Per questo motivo è necessario un "sistema per la gestione del calore", così come è bene posizionare il catalizzatore per l'NOx a una certa distanza dal motore, fonte di enorme calore.
L'azienda tedesca Eberspächer, già produttrice di una linea di catalizzatori, ha realizzato un prototipo per sistemi di scarico, che comprende un accumulatore catalitico e un sistema per la gestione del calore, per risolvere i problemi sopra descritti.
In questo modello, per ottenere i risultati desiderati, il gas di scarico è deviato verso un piccolo elemento di raffreddamento, che assomiglia a un piccolo silenziatore, posizionato fra il convertitore catalitico a tre vie (anche vicino al motore se richiesto) e il catalizzatore per NOx. Il suo effetto raffreddante cresce in proporzione all'aumentare della temperatura del gas di scarico. Al suo interno, un foglio di metallo perforato aumenta la superficie dell'elemento refrigerante, assorbendo il calore del gas di scarico e liberandolo nell'atmosfera. In questo modo, perciò, il gas di scarico arriva al catalizzatore-adsorbitore di NOx a una temperatura accettabile.
Oltre a questa funzione, il corpo contribuisce alla riduzione del rumore, il che significa che il silenziatore posto all'estremità del sistema di scarico può essere di un modello meno sofisticato. Questo tipo di sistema può essere realizzato come un circuito monodirezionale, ma una soluzione bi-tubo rappresenta una migliore alternativa: in fase di accensione o a basso carico, il gas di scarico è inviato direttamente all'adsorbitore NOx, by-passando il raffreddatore e raggiungendo rapidamente la "temperatura di esercizio" di 300°C. In situazioni di alta temperatura o carico un deflettore controllato elettronicamente si apre per permettere l'accesso al silenziatore di raffreddamento, dal quale il gas prosegue per il catalizzatore-adsorbitore a una temperatura ideale.
Questo sistema per motori a benzina con alimentazione diretta è pronto per entrare in produzione. Le prospettive per un futuro sviluppo di questo sistema riguardano l'utilizzo di elementi di raffreddamento ancora più efficaci, che permettano al catalizzatore-adsorbitore di essere posizionato più vicino al motore. Una miglior efficacia si tradurrà in un volume minore e nell'uso di una quantità inferiore di metallo prezioso, riducendo il costo del catalizzatore stesso.

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