Come mantenere pulito il motore con EGR e DPF?

I brevi viaggi urbani frequenti impediscono la rigenerazione autonoma del DPF, condannando silenziosamente il motore a intasarsi.
I brevi viaggi urbani frequenti impediscono la rigenerazione autonoma del DPF, condannando silenziosamente il motore a intasarsi.

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I sistemi EGR e DPF/GPF sono due tecnologie complementari per le emissioni che aiutano il motore a rimanere pulito: l'EGR restituisce una parte dei gas di scarico al cilindro abbassando la temperatura di combustione e prevenendo fin dall'inizio la formazione degli ossidi di azoto (NOx); il DPF e il GPF nei motori a benzina catturano invece le particelle di fuligene generate nello scarico e le bruciano attraverso una rigenerazione periodica. Entrambi i sistemi sono progettati per la pulizia, ma soprattutto nei frequenti brevi tragitti urbani non riescono a completare i loro cicli di autopulizia e col tempo si intasano.

In evidenza

  • L'EGR, nei motori a benzina, tipicamente 5-15% dei gas di scarico; nei diesel, in alcune condizioni, questa percentuale 50% puo' salire fino al.
  • Gli NOx si formano quando azoto e ossigeno si combinano ad alta temperatura; l'EGR riduce questa temperatura prevenendo la formazione alla fonte.
  • Per bruciare il fuligene nel DPF serve nello scarico una temperatura di circa 600 °C .
  • Nei viaggi inferiori a 15-20 km, il motore raramente raggiunge la temperatura necessaria per la rigenerazione passiva.
  • Il GPF, nei motori a benzina, ha una struttura a nido d'ape ceramico a flusso parietale ed e' montato vicino al catalizzatore o integrato con esso.

Perche' la valvola EGR restituisce i gas di scarico al cilindro?

Alla prima occhiata sembra un'idea contraddittoria: perche' reintrodurre nel motore un gas gia' bruciato al posto dell'aria fresca? La risposta sta nella chimica. Gli NOx si formano quando azoto e ossigeno si combinano ad alta temperatura nella camera di combustione. Piu' la temperatura e' alta, maggiore e' la formazione. Il sistema EGR, mescolando una parte dei gas di scarico nel lato di aspirazione, diluisce la quantita' di ossigeno nel cilindro; quando l'ossigeno diminuisce, diminuisce anche il combustibile bruciato e la temperatura di picco del cilindro scende. Quando la temperatura scende, la formazione di NOx viene prevenuta alla fonte.

Inoltre, il vapore acqueo e la CO2 nei gas di scarico hanno una capacita' termica diversa rispetto all'aria; questo abbassa ulteriormente la temperatura di fiamma adiabatica. Nei motori diesel moderni il gas restituito viene generalmente fatto passare attraverso un raffreddatore EGR, cioe' uno scambiatore di calore. Grazie al raffreddamento e' possibile utilizzare una percentuale di EGR piu' elevata e la temperatura della carica che entra nel cilindro rimane bassa.

Nei motori a benzina l'equilibrio e' critico: la tipica percentuale di EGR 5-15% si colloca nella fascia del. Se la aumenti piu' del necessario, la continuita' del fronte di fiamma si altera; iniziano misfired e combustione incompleta. Per questo l'EGR non e' attivo in tutte le condizioni: ad alto carico viene disattivato perche' riduce la potenza di picco, al minimo perche' rende la combustione instabile. Nei diesel, invece, in situazioni come il minimo, dove c'e' abbondanza di aria in eccesso, la percentuale puo' salire a livelli molto piu' alti. Anche nella benzina l'EGR ha vantaggi collaterali: una farfalla piu' aperta riduce le perdite della valvola a farfalla; le perdite di calore e la dissociazione chimica diminuiscono.

Perche' la valvola EGR si intasa col tempo?

EGR supabını tıkaran yalnızca kurum değil; sıcak egzoz gazı, yağ buharı ve taze hava manifolddaki katran benzeri tortunun ana malzemesidir.

L'EGR reintroietta i gas di scarico senza filtrarli. Le particelle di carbonio abrasive presenti nel gas si accumulano sulla valvola; col tempo la valvola si sporca, limita il flusso e può persino bloccarsi completamente. Una valvola ostruita impedisce la riduzione degli NOx e può causare il mancato superamento del test delle emissioni del veicolo. L'accumulo di carbonio non proviene solo dal fuliggine dello scarico: anche la miscela del gas di scarico caldo con il vapore d'olio proveniente dal carter alimenta i residui. Nei motori diesel e a benzina, quando l'EGR si combina con la ventilazione del carter (PCV), la miscela di gas di scarico, aria fresca e vapore d'olio può trasformarsi in un deposito appiccicoso simile a catrame nel collettore di aspirazione.

La conseguenza pratica è chiara: evitare i fattori che favoriscono la formazione di residui, in particolare l'uso di carburante di qualità, prolunga la vita della valvola. Anche i problemi termici influenzano i guasti dell'EGR; il sistema è esposto a continui cicli di alte temperature.

Come il DPF cattura la fuliggine: come funziona la rigenerazione?

L'EGR ha un prezzo: il reinvio dei gas di scarico nel cilindro aumenta le emissioni di particolato, cioè fuliggine, nei diesel. Ecco perché il DPF è posizionato sulla linea di scarico dei motori diesel, a valle del motore. Il filtro cattura la fuliggine; tuttavia la fuliggine accumulata crea una contropressione nello scarico che col tempo riduce l'efficienza del carburante. Per proteggere se stesso, il filtro deve bruciare la fuliggine che cattura - questo processo si chiama rigenerazione. Il sistema funziona grazie a un equilibrio dinamico tra la fuliggine catturata e quella ossidata.

La differenza tra rigenerazione passiva e attiva

La rigenerazione passiva avviene senza interventi aggiuntivi: a temperature sufficientemente elevate, il componente NO2 degli NOx ossida la fuliggine nel filtro alle normali temperature di funzionamento. Questo processo è però solo parzialmente efficace e si indebolisce ulteriormente con alti tassi di EGR. La rigenerazione attiva è invece un processo di combustione in cui interviene l'ECU: viene iniettato carburante extra nel catalizzatore di ossidazione (innescato tramite un'iniezione supplementare dopo l'iniezione principale, cioè la post injection), la temperatura dello scarico viene innalzata e le particelle vengono bruciate con l'ossigeno residuo presente nello scarico. La fuliggine si trasforma in cenere e CO2.

Le impurità metalliche e minerali non combustibili presenti nel carburante e nell'olio motore non possono invece essere bruciate con la rigenerazione; queste restano nel filtro come cenere. Dopo ripetute rigenerazioni, il DPF deve essere rimosso e pulito con un trattamento esterno speciale oppure sostituito. La rigenerazione gestisce la fuliggine, non la cenere.

Il GPF nei motori a benzina: in cosa differisce dal diesel?

Il filtro antiparticolato non è esclusivo dei diesel. Il GPF - noto anche come OPF o PPF - cattura la fuliggine fine e le particelle emesse dai motori a benzina, garantendo il rispetto delle normative sulle emissioni. Strutturalmente è un filtro a nido d'ape ceramico (honeycomb) e tipicamente funziona con un design a flusso parietale (wall-flow): mentre i gas di scarico attraversano il filtro, le particelle vengono trattenute sulle pareti delle celle. La posizione di montaggio è significativa: il GPF viene installato vicino al catalizzatore oppure integrato con esso in un unico corpo. Grazie a questa posizione la linea di scarico si riscalda rapidamente; il che è vantaggioso per la pulizia del filtro.

Perché l'Uso Urbano Frequente Sollecita Questi Sistemi?

La precondizione della rigenerazione è la temperatura. Perché il DPF possa bruciare il fulso accumulato, è necessaria una temperatura di circa 600 °C nel sistema di scarico. La guida urbana sotto i 40 mph impedisce di raggiungere questa temperatura; la rigenerazione passiva si interrompe e l'accumulo di fulso nel filtro accelera. Nei viaggi inferiori a 15–20 km, il motore raramente raggiunge la temperatura di funzionamento necessaria per la rigenerazione passiva. Nei viaggi brevi la rigenerazione o non inizia mai o viene annullata prima della fine del viaggio. I viaggi brevi ripetuti alimentano i problemi del DPF perché il veicolo non riesce a raggiungere la piena temperatura di scarico o a completare la rigenerazione.

È una realtà spesso lamentata dagli utenti di veicoli diesel: il motore può essere in perfette condizioni sotto il cofano, ma la catena di scarico ha bisogno di scaldarsi regolarmente. Un diesel utilizzato solo per brevi distanze può arrivare a non riuscire mai a pulirsi il filtro da solo. La domanda che sorge spontanea al lettore è disattivare completamente il sistema: nelle discussioni sulla cancellazione (delete) dell'EGR, nonostante le affermazioni di aumento di potenza, la rimozione del sistema innalza le temperature di combustione e può aumentare l'usura del motore e lo stress del turbo; aumenta invece in modo serio le emissioni di NOx. Inoltre, se l'EGR non viene eliminato insieme al DPF, il carico di fulso nel DPF e le temperature di rigenerazione aumentano ulteriormente - i due sistemi non possono essere considerati indipendenti l'uno dall'altro.

Come Funziona il Convertitore Catalitico e l'Intera Catena di Scarico?

Per completare il quadro bisogna guardare al primo anello della catena. Il convertitore catalitico è un dispositivo di controllo delle emissioni che trasforma i gas tossici e gli inquinanti provenienti dal motore in sostanze meno tossiche: riduce il monossido di carbonio, gli idrocarburi e gli ossidi di azoto. Sia i motori a benzina che quelli diesel traggono vantaggio da questi dispositivi per l'eliminazione degli inquinanti principali. Nella maggior parte dei veicoli diesel moderni, il DPF e il convertitore catalitico lavorano insieme per conformarsi alle severe normative sulle emissioni.

Osservando l'intera catena, la divisione del lavoro è chiara:

  • EGR - riduce preventivamente la formazione di NOx all'interno del cilindro.
  • Convertitore catalitico / DOC - converte i componenti di monossido di carbonio, idrocarburi e NOx nello scarico.
  • DPF - cattura il fulso e si pulisce da solo tramite la rigenerazione.
  • SCR - converte l'NOx che va allo scarico in azoto e acqua innocui grazie alla soluzione ureica aggiunta.

Il malfunzionamento di un anello grava sull'altro. Se l'EGR non funziona correttamente, il controllo degli NOx viene spostato fuori dal cilindro; se la rigenerazione non può essere completata, la contropressione soffoca il motore. Ciò che mantiene pulito il motore è il funzionamento di questa catena nel suo complesso.

L'EGR Accorcia o Prolunga la Vita del Motore?

La risposta a questa domanda non è univoca. Da un lato, il ritorno dei gas di scarico senza filtro nei motori diesel può causare l'ingresso di fuliggine nel cilindro, l'usura dei segmenti e l'inquinamento dell'olio; da questo punto di vista, l'EGR accorcia la vita del motore. D'altra parte, poiché l'EGR abbassa le temperature del cilindro, può proteggere il motore, soprattutto per quanto riguarda la durata della valvola di scarico. I due effetti agiscono in direzioni opposte; quale prevale dipende dalle condizioni di utilizzo e da quanto il sistema viene mantenuto pulito. Anche sul fronte dell'efficienza il quadro è confuso: nei motori diesel l'EGR può ridurre il rendimento termodinamico e aumentare le emissioni di particelle; in alcuni motori a benzina può invece aumentarle. Le soluzioni con EGR raffreddato sono associate a una riduzione del rendimento di circa 3% Con tutte queste ragioni, alcuni motori moderni preferiscono raggiungere gli obiettivi sulle emissioni senza utilizzare affatto l'EGR: la tecnologia non è un percorso obbligatorio, ma uno strumento di equilibrio.

Conclusione: Motore che Resta Pulito, Motore che si Riscalda Regolarmente

L'EGR e il DPF/GPF non sono alternative ma complementari: il primo sopprime la formazione di NOx all'interno del cilindro, il secondo brucia nel condotto di scarico la fuliggine residua. Il più grande nemico di entrambi è lo stesso: un utilizzo breve e lento che non raggiunge mai la temperatura di scarico. Percorrere regolari distanze adeguate con un veicolo diesel, utilizzare carburante di qualità ed evitare le condizioni che alimentano i depositi di carbonio sono le condizioni prime, necessarie e sufficienti affinché questi sistemi funzionino come progettato. Quando il sistema si intasa, la soluzione spesso non è una pulizia una tantum, ma una revisione delle abitudini di utilizzo.

Fonti