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Il nuovo motore diesel emette fumi più puliti
Un nuovo motore progettato in Germania riduce gli inquinanti nelle emissioni di scarico diesel a livelli appena misurabili. Il motore si basa su pressioni di iniezione e combustione estremamente elevate per bruciare il carburante in modo più completo, riducendo drasticamente le emissioni di fuliggine e di ossido di azoto.
Macchina pulita: I ricercatori del Politecnico di Monaco hanno utilizzato questo motore di prova per dimostrare la riduzione simultanea di ossidi di azoto e fuliggine, senza un convertitore catalitico.
I motori diesel utilizzano il carburante in modo più efficiente rispetto ai motori a benzina ed emettono meno anidride carbonica, ma il compromesso è che di solito sono più inquinanti. Le temperature di combustione più elevate necessarie per bruciare il diesel comportano un aumento delle emissioni di ossido di azoto. E poiché il diesel è pesante e meno volatile della benzina, non tutto il carburante viene bruciato durante la combustione, con conseguente formazione di particelle di fuliggine. I peggiori trasgressori sono gli autobus e i camion pesanti.
Ingegneri al Università Tecnica-Monaco (TUM) ha progettato il nuovo motore in un progetto triennale chiamato Motore diesel per camion con emissioni più basse (NEMo), che si traduce in motore diesel per autocarri a emissioni più basse. Georg Wachtmeister, presidente di motori a combustione interna nel dipartimento di ingegneria meccanica dell'università, ha guidato lo sforzo. Utilizzando un motore di ricerca monocilindrico, il team di Wachtmeister ha trovato un equilibrio tra il ricircolo dei gas di scarico, la pressione del turboboost e la configurazione dell'ugello dell'iniettore di carburante che ha permesso loro di ridurre al minimo la formazione di fuliggine e ossido di azoto.
I moderni motori diesel riducono la formazione di ossido di azoto raffreddando parte del loro scarico e facendolo ricircolare nuovamente nella camera di combustione (insieme all'aria fresca utilizzata per bruciare il carburante). In questa miscela l'anidride carbonica e l'acqua dei gas di scarico moderano il processo di combustione, tenendo sotto controllo la temperatura. Di conseguenza, si formano meno ossidi di azoto, ma aumenta la produzione di fuliggine, poiché la proporzione di ossigeno nella miscela aria-scarico è inferiore e il carburante brucia meno completamente.
I ricercatori TUM hanno progettato il loro motore di prova in modo che il turbocompressore comprima la miscela aria-scarico a 10 bar, circa 10 volte la pressione atmosferica a livello del mare, prima di introdurla nella camera di combustione. Al contrario, i motori di serie possono comprimere la miscela fino a un massimo di circa 3,5 bar. Una volta compressa in questo modo, la miscela aria-scarico nel nuovo motore contiene abbastanza ossigeno per consentire al gasolio di bruciare più completamente. La pressione massima dell'aria all'interno della camera di combustione è di 300 bar, il doppio di quella utilizzata nella maggior parte dei motori di produzione.
Per compensare l'aumento della produzione di fuliggine causata dalla modifica della velocità di ricircolo dei gas di scarico, il team NEMo ha modificato l'ugello dell'iniettore di carburante in modo che nebulizzi il carburante diesel a una pressione di oltre 3.000 bar, generando una nebbia di carburante di particelle microscopiche che brucia molto rapidamente e praticamente senza fuliggine. I motori di produzione più avanzati oggi utilizzano una pressione di iniezione di circa 1.800 bar.
Con il ricircolo dei gas di scarico modificato, la pressione di sovralimentazione e la configurazione degli ugelli, il motore TUM soddisfa quasi gli standard europei sulle emissioni che entreranno in vigore entro il 2014. Tali standard stabiliscono che un motore diesel per autocarri pesanti può emettere solo cinque milligrammi di particelle di fuliggine e 80 milligrammi di ossidi di azoto per chilometro. Wachtmeister afferma che il motore di prova TUM ha soddisfatto i limiti di ossido di azoto senza problemi ed è molto vicino ai limiti di fuliggine.
George Anitescu, ricercatore presso la Syracuse University, è scettico sulla praticità del progetto. La ricerca potrebbe risolvere, in qualche modo, il compromesso tra particolato e formazione di ossido di azoto inerente alla combustione del diesel, dice. Ma pensa che l'energia necessaria per raggiungere le alte pressioni utilizzate ridurrà l'efficienza del motore. Un'altra preoccupazione, dice, è trovare materiali, particolarmente economici, in grado di resistere a pressioni estreme.
Per il momento, non è pratico trasformare questo progetto in un motore di produzione, ammette Wachtmeister. L'officina dei motori a combustione interna TUM ha dovuto produrre appositamente 95 componenti per il motore di prova. Tuttavia, utilizzando questi componenti speciali, il team è stato in grado di applicare con successo le modifiche al motore di un camion di produzione.
Wachtmeister prevede che ci vorranno dai cinque ai 10 anni per trovare soluzioni che consentano la produzione di motori sufficientemente affidabili da funzionare per centinaia di migliaia di chilometri senza fallire. Il turbocompressore e il sistema di iniezione del carburante saranno particolarmente difficili da adattare sia per autocarri pesanti che per motori di automobili.
Nel frattempo, dice, il progetto potrebbe essere facilmente implementato oggi in alcuni motori industriali come i generatori diesel, il tipo più comune utilizzato nei sistemi di alimentazione di emergenza e di riserva. E, dice Wachtmeister, le aziende automobilistiche sia in Germania che in Giappone hanno espresso interesse per la tecnologia.