IMPIANTO DI SCARICO DELL’AUTO, COME FUNZIONA E COME RIDUCE LE EMISSIONI?

Il traffico su gomma è uno dei principali responsabili dell’emissioni di CO2 nell’atmosfera. In un’epoca storica in cui il cambiamento climatico incombe e il tema dell’ecosostenibilità risulta sempre più pressante, è di vitale importanza far tutto il possibile per ridurre la produzione di sostanze inquinanti, a partire dalla stessa progettazione dell’impianto di scarico dell’auto.

Come funziona quest’ultimo e quali sono le ultime tecnologie applicate che consentono una migliore riduzione delle emissioni? A tutto ciò proveremo a fornire una risposta nelle prossime righe.

A cosa serve l’impianto di scarico dell’auto?

Sfatiamo subito un falso mito: l’impianto di scarico dell’auto non si limita soltanto a convogliare i gas prodotti dalla combustione fuori dal motore. Si tratta piuttosto di un sistema complesso progettato per svolgere una serie di funzioni, come ad esempio filtrare, depurare e silenziare i gas generati dal veicolo. 

Tale attività riduce l’impatto ambientale e acustico dell’auto. Inoltre, va sottolineato anche quanto l’impianto di scarico influisca direttamente sulle prestazioni del motore e sull’efficienza nei consumi.

Nel corso degli anni, ha subito un’evoluzione importante. Infatti, soprattutto grazie alle normative europee sempre più stringenti sul tema dell’inquinamento atmosferico, si è passati da semplici tubi di scarico a veri e propri sistemi integrati di trattamento delle emissioni.

Quali sono i principali componenti dell’impianto di scarico?

Nel paragrafo precedente abbiamo sottolineato come l’impianto di scarico dell’auto sia un sistema complesso, in grado di compiere tutta una serie di funzioni volte alla riduzione delle emissioni di CO2 e al miglioramento delle prestazioni del motore. Ma quali sono i componenti che lo caratterizzano? Osserviamoli uno ad uno!

Collettore di scarico

È il primo elemento del sistema. È collegato direttamente alla testata del motore e raccoglie i gas combusti prodotti da ciascun cilindro. Il collettore canalizza questi gas verso il catalizzatore. Deve resistere ad altissime temperature e a forti sollecitazioni meccaniche.

Catalizzatore

Posizionato immediatamente dopo il collettore, il catalizzatore (o convertitore catalitico) è responsabile della trasformazione chimica dei gas inquinanti. Contiene al suo interno un substrato ceramico a nido d’ape rivestito di metalli nobili come platino, palladio e rodio. 

Questi catalizzano appunto le reazioni chimiche che trasformano idrocarburi incombusti (HC), monossido di carbonio (CO) e ossidi di azoto (NOx) in anidride carbonica (CO₂), acqua (H₂O) e azoto (N₂). Il catalizzatore lavora a temperature comprese tra 250° e 400°C.

Filtro antiparticolato (FAP/DPF)

Il filtro antiparticolato si trova nei motori diesel. La sua funzione è quella di catturare e trattenere le polveri sottili (PM10) generate dalla combustione. La rigenerazione, ovvero la combustione del particolato accumulato, può avvenire:

Le rigenerazioni possono avvenire:

• passivamente: quando le condizioni di guida (velocità costante, temperatura elevata) consentono di bruciare naturalmente i residui;
• attivamente: la centralina modifica l’iniezione o il timing per innalzare la temperatura dei gas
• forzatamente: in officina, utilizzando attrezzature diagnostiche e additivi

Quando il filtro si intasa e la rigenerazione non è più sufficiente, è necessario procedere con la sostituzione.

Valvola EGR

La valvola EGR (Exhaust Gas Recirculation) riduce la formazione di ossidi di azoto reintroducendo una parte dei gas combusti nel processo di combustione. Ciò consente di abbassare la temperatura interna del motore. Se la valvola si incrosta o resta bloccata, può causare problemi seri alla combustione e alle emissioni.

Sonda lambda e sensori ausiliari

La sonda lambda misura la quantità di ossigeno presente nei gas di scarico, prima e dopo il catalizzatore. Queste informazioni vengono inviate alla centralina motore (ECU), che regola la miscela aria-carburante per garantire un’efficienza ottimale. Un valore errato può causare aumenti nei consumi o emissioni elevate. Altri sensori importanti sono quelli di pressione, temperatura dei gas di scarico, e Nox (ossido di azoto).

 Silenziatore

Il silenziatore è un elemento spesso sottovalutato. Tuttavia, è fondamentale per abbattere il rumore prodotto dai gas in uscita. Funziona grazie a una serie di camere interne e materiali fonoassorbenti

Tubo di scarico

Dulcis in fundo troviamo il tubo di scarico: è il canale finale attraverso cui i gas depurati vengono espulsi nell’atmosfera. Deve essere ben sigillato, senza perdite o fessurazioni, altrimenti si rischiano sia perdite di efficienza, sia un aumento delle emissioni e dei rumori.

Come funziona l’impianto di scarico dell’auto?

Dopo aver analizzato i diversi componenti, è arrivato il momento di comprendere come funziona nella pratica un impianto di scarico. Si basa su una sequenza precisa e coordinata di passaggi che accompagnano i gas combusti dal momento in cui vengono generati nel motore fino al rilascio finale nell’ambiente. Ogni fase del processo ha una funzione specifica e coinvolge uno o più componenti che operano in sinergia.

Generazione dei gas di scarico

Durante la combustione interna, una miscela di aria e carburante esplode all’interno dei cilindri del motore termico. Questo processo genera energia meccanica (che muove il veicolo) e una quantità significativa di gas esausti, tra cui:

• monossido di carbonio (CO);
• ossidi di azoto (NOx);
• idrocarburi incombusti (HC);
• particolato (PM);
• vapore acqueo (H₂O);
• anidride carbonica (CO₂).

Questi gas, altamente inquinanti e in alcuni casi tossici, devono essere trattati prima di essere immessi nell’atmosfera.

Raccolta dei gas dal collettore di scarico

I gas prodotti vengono immediatamente convogliati verso il collettore, una struttura in ghisa o acciaio che unisce i condotti di uscita di ciascun cilindro in un unico flusso. Questo componente ha il compito di canalizzare i gas senza disperderli, mantenendo la temperatura elevata e limitando la perdita di pressione.

Trattamento chimico nel catalizzatore

Il gas passa a questo punto nel catalizzatore, dove avviene la trasformazione chimica delle sostanze nocive. I metalli nobili (platino, palladio, rodio) che costituiscono la sua struttura a nido d’ape innescano reazioni di ossidazione e riduzione. Le principali sono: 

• ossidazione di CO (monossido di carbonio) in CO₂;
• ossidazione di HC (idrocarburi incombusti) in CO₂ e H₂O;
• riduzione di NOx (ossidi di azoto) in N₂ (azoto) e O₂ (ossigeno);

Le reazioni avvengono solo a temperature elevate, motivo per cui il catalizzatore funziona al meglio quando è completamente riscaldato (sopra i 250°C). Non a caso, nei primi minuti di avviamento del motore, la sua efficacia è ridotta.

Trattamento del particolato (solo nei motori diesel)

Nei motori diesel i gas trattati passano in seguito attraverso il filtro antiparticolato (FAP o DPF), che intrappola le particelle solide (fuliggine). La sua funzione è quella di mantenerle fino a quando non si accumula una quantità tale da richiedere una rigenerazione (che, come visto in precedenza, sarà passiva, attiva o forzata), ossia una combustione controllata per bruciare il particolato accumulato e liberare i canali filtranti.

Controllo elettronico con sensori e centralina

Durante tutto il percorso dei gas, una serie di sensori elettronici monitora costantemente temperatura, pressione e composizione dei gas:

• sonde lambda: misurano la quantità di ossigeno prima e dopo il catalizzatore;
• sensori NOx: misurano gli ossidi di azoto nelle emissioni;
• sensori temperatura e pressione: controllano l’efficienza del FAP;

I sensori comunicano in tempo reale con la centralina elettronica del motore (ECU), che adatta il rapporto aria-carburante, gestisce l’apertura della valvola EGR e controlla la rigenerazione del filtro antiparticolato.

Riduzione del rumore con il silenziatore

In seguito al trattamento chimico e meccanico, i gas passano attraverso il silenziatore, un componente progettato per ridurre le vibrazioni e il rumore del flusso di scarico. È costituito da una serie di camere di risonanza e materiale fonoassorbente che riflette e attenua le onde sonore generate dalla combustione. In alcune vetture è presente anche un pre-silenziatore o un risonatore, utile per ottimizzare ulteriormente l’acustica del veicolo.

Emissione dei gas depurati nell’atmosfera

Infine, i gas trattati vengono espulsi dal terminale di scarico, ormai depurati della maggior parte delle sostanze inquinanti. Idealmente, ciò che fuoriesce è una miscela di vapore acqueo, anidride carbonica e azoto, incolore e inodore.

L’evoluzione del sistema SCR e l’utilizzo dell’AdBlue

Nei motori diesel di ultima generazione, i cosiddetti Euro 6, gli impianti di scarico delle auto sono dotati anche del sistema SCR. Di che cosa si tratta?

Rappresenta una tecnologia avanzata per la riduzione selettiva degli ossidi di azoto. Per riuscire nel suo intento sfrutta un additivo che prende il nome di AdBlue: è composto perlopiù da urea e viene iniettato nei gas di scarico a valle del catalizzatore.

L’AdBlue reagisce con gli ossidi di azoto (NOx), trasformandoli in:

• vapore acqueo (H₂O);
• azoto (N₂), gas inerte e già presente nell’aria;

L’additivo è capace di limitare le emissioni di NOx fino all’80%. Il sistema SCR è gestito completamente dalla ECU, che calcola il dosaggio ideale in base alla quantità di ossido di azoto rilevata dai sensori.

Come gli endoscopi industriali contribuiscono alla riduzione delle emissioni?

Abbiamo visto fin qui come sia a dir poco fondamentale il corretto funzionamento dell’impianto di scarico dell’auto per ridurre le emissioni nocive nell’aria. Anche gli endoscopi industriali possono contribuire a raggiungere tale obiettivo. In che modo?

• individuazione precoce di difetti: attraverso le sonde endoscopiche è possibile ispezionare l’interno dei tubi di scarico, dei catalizzatori e dei collettori senza smontare i componenti. Così facendo si rivelano crepe, corrosioni o ostruzioni che potrebbero compromettere l’efficienza del sistema di scarico e aumentare le emissioni;
• manutenzione preventiva: l’ispezione regolare con endoscopi consente di pianificare interventi di manutenzione prima che si verifichino guasti gravi, mantenendo il sistema di scarico in condizioni ottimali;
• verifica dell’efficacia dei sistemi di controllo delle emissioni: gli endoscopi sono utili anche per controllare senza smontaggio l’integrità e il funzionamento di componenti come i catalizzatori e i filtri antiparticolato.

Fiber Optic nel corso della sua attività ha progettato numerosi endoscopi industriali per il settore automotive. I nostri dispositivi si caratterizzano per la massima flessibilità e sono realizzati in base alle esigenze dell’azienda committente. Dai un’occhiata al nostro catalogo: siamo qui per facilitare le tue operazioni di manutenzione e ispezione!