Depurazione dei gas di scarico - Funzionamento

Presupposto per il funzionamento - Generalità

 Il motore gira

 La centralina di comando sistema iniezione benzina e accensione ME (elettronica del motore) (N3/10) riconosce il funzionamento del motore analizzando i segnali del sensore di Hall albero motore (B70). La centralina di comando ME legge direttamente i segnali del sensore di Hall albero motore.

Depurazione dei gas di scarico

La depurazione dei gas di scarico riduce i componenti nocivi dei gas di combustione emessi dal motore e i residui di combustione.

Nello specifico si tratta di:

 Ossidi di azoto (NOx)

 Idrocarburi (HC)

 Monossido di carbonio (CO)

 Particolato di fuliggine

La depurazione dei gas di scarico avviene tramite i passaggi di seguito riportati.

 Riduzione e ossidazione nel catalizzatore a tre vie

 Filtraggio nel filtro antiparticolato per motori a benzina (con codice 598 (filtro antiparticolato per motori a benzina (OPF) con sistema di sensori))

 Filtraggio nel catalizzatore ad accumulo di NOx (con codice 920 (Iniezione diretta benzina con carica stratificata))

 Sistema controllato di ricircolo dei gas di scarico

Depurazione dei gas di scarico nel catalizzatore a tre vie

Nel catalizzatore a tre vie la temperatura di esercizio è decisiva. Una conversione degna di nota delle sostanze nocive avviene solo a partire da una temperatura di esercizio di circa 250 °C.

Le condizioni di esercizio ideali per ottenere un elevato tasso di conversione e una lunga durata dell'impianto si hanno nell'intervallo termico compreso tra ca. 400 e 800 °C.

Per raggiungere rapidamente questa temperatura, in caso di avviamento a freddo (temperatura del liquido di raffreddamento < 50 °C) avviene un passaggio ritardato alla marcia superiore del cambio automatico per un tempo massimo di 60 s. Il passaggio ritardato alla marcia superiore, però, è attivo soltanto fino ad una velocità di 53 km/h.

Il passaggio alle marce superiori avviene così soltanto a regimi più elevati.

La centralina di comando ME invia la richiesta di passaggio ritardato alla marcia superiore in funzione della velocità di rotazione delle ruote e della temperatura del liquido di raffreddamento tramite CAN della trasmissione (CAN C1) alla centralina di comando gestione del cambio completamente integrata (Y3/8n4).

La centralina di comando Programma Elettronico di Stabilità (N30/4) rileva la velocità di rotazione della ruota tramite FlexRay dell'assetto (Flex E), centralina di comando catena cinematica (N127) e CAN della trasmissione alla centralina di comando ME.

La temperatura del liquido di raffreddamento viene rilevata dal sensore di temperatura del liquido di raffreddamento (B11/4). La centralina di comando ME legge direttamente i segnali del sensore della temperatura del liquido di raffreddamento.

La conversione chimica avviene nel catalizzatore a tre vie con λ = 1.

Con l'ossidazione il monossido di carbonio CO viene trasformato in biossido di carbonio (CO2) e gli idrocarburi vengono trasformati in acqua (H2O)+ biossido di carbonio.

Mediante la riduzione gli ossidi di azoto vengono trasformati in azoto (N2)+ biossido di carbonio.

Il funzionamento del catalizzatore a tre vie viene monitorato dalla centralina di comando ME non appena si raggiunge la temperatura di esercizio e si abilita la regolazione lambda.

A questo proposito la centralina di comando ME analizza i segnali provenienti dai seguenti componenti:

 elemento sensibile sonda lambda a valle del catalizzatore (G3/1b1) (concentrazione di ossido di azoto e ossigeno a valle del catalizzatore a tre vie)

 elemento sensibile sonda lambda a monte del catalizzatore (G3/2b1) (concentrazione di ossido di azoto e ossigeno a monte del catalizzatore a tre vie)

 sensore di Hall albero motore (regime del motore)

La centralina di comando ME valuta la capacità di accumulo di ossigeno del catalizzatore a tre vie e, di conseguenza, il relativo invecchiamento.

 L'ossigeno immagazzinato durante una fase di esercizio a miscela povera viene utilizzato del tutto, o in parte, durante una fase di esercizio a miscela ricca. Con l'invecchiamento si riduce la capacità di accumulo di ossigeno del catalizzatore a tre vie e, di conseguenza, la capacità di convertire monossido di carbonio e idrocarburi. Grazie all'elevato potere di accumulo di ossigeno del catalizzatore a tre vie, la variazione della concentrazione di ossigeno a valle del catalizzatore a tre vie viene quasi completamente smorzata. Di conseguenza il segnale della sonda lambda a valle del catalizzatore a tre vie ha un'ampiezza esigua e pressoché costante.

A tal fine si mettono a confronto le ampiezze dei segnali della sonda lambda a monte e a valle del catalizzatore a tre vie. Se entrambe le ampiezze sono della stessa dimensione, il catalizzatore a tre vie non funziona più. Vengono effettuate più misurazioni nel settore di carico parziale inferiore con regimi predefiniti e i relativi risultati vengono messi a confronto con una mappatura nella centralina di comando ME.

In caso di identificazione di un guasto, la strumentazione (A1) genera un messaggio di guasto. La centralina di comando ME invia la relativa richiesta tramite CAN della trasmissione, centralina di comando catena cinematica, FlexRay dell'assetto, centralina di comando blocchetto di accensione elettronico (N73) e CAN dell'interfaccia utente (CAN HMI) alla strumentazione.

Nella memoria guasti della centralina di comando ME vengono memorizzati i guasti riconosciuti. Tali guasti possono essere letti e cancellati con il sistema di diagnosi.

Depurazione dei gas di scarico nel filtro antiparticolato per motori a benzina (con codice 598 (filtro antiparticolato per motori a benzina (OPF) con sistema di sensori))

Il filtro antiparticolato per motori a benzina raccoglie le emissioni di particolato e si rigenera automaticamente in presenza di determinate condizioni di marcia.

Con uno stile di guida convenzionale, la rigenerazione (la combustione della fuliggine) del filtro antiparticolato per motori a benzina avviene prevalentemente in fase di rilascio. Non appena l'ossigeno è presente nel filtro antiparticolato per motori a benzina, si verifica la combustione della fuliggine.

La sollecitazione termica del filtro antiparticolato per motori a benzina in fase di rilascio dipende in prima linea dal tasso di particolato e dalla temperatura dei gas di scarico a monte del filtro. Temperature troppo elevate durante la combustione della fuliggine possono comportare un danneggiamento dell'intero filtro antiparticolato per motori a benzina. Per evitare danni, la temperatura dei gas di scarico e il tasso di particolato del filtro antiparticolato per motori a benzina vengono monitorati in modo permanente.

La temperatura dei gas di scarico viene rilevata dal sensore di temperatura a monte del filtro antiparticolato per motori a benzina (B163/4). Il tasso di particolato viene rilevato dal sensore di differenza di pressione del filtro antiparticolato per motori a benzina (B163/3). La centralina di comando ME legge direttamente i segnali del sensore e li analizza. Se i valori misurati superano determinati limiti, la centralina di comando ME avvia appositi interventi nella gestione del motore e richiede un messaggio di avvertimento nella strumentazione.

Depurazione dei gas di scarico nel catalizzatore ad accumulo di NOx (con codice 920 (iniezione diretta benzina con carica stratificata))

Nel funzionamento con carica omogenea con λ = 1 nel catalizzatore a tre vie vengono trasformate le sostanze nocive, quali gli idrocarburi, il monossido di carbonio e gli ossidi di azoto.

Nel funzionamento a carica stratificata con λ > 1 aumenta la parte di ossidi di azoto e la conversione degli ossidi di azoto viene eseguita dal catalizzatore ad accumulo di NOx. Esso accumula gli ossidi di azoto mediante un legame chimico. Se la capacità di accumulo di O2 si esaurisce, gli ossidi di azoto accumulati vengono trasformati in azoto e biossido di carbonio tramite una rigenerazione del catalizzatore ad accumulo di NOx.

Rigenerazione del catalizzatore ad accumulo di NOx

La carica stratificata, che consente una riduzione dei consumi di carburante, può essere abilitata solo se gli ossidi di azoto generati in quantità maggiore vengono convertiti nel catalizzatore ad accumulo di NOx.

La centralina di comando ME legge i segnali dei seguenti sensori per la rigenerazione del catalizzatore ad accumulo di NOx:

 Sensore di temperatura a monte del catalizzatore ad accumulo di NOx (B16), temperatura dei gas di scarico

 Sensore di NOx (N37/4b1), tenore di ossido di azoto e di ossigeno nei gas di scarico tramite la centralina di comando sensore di NOx (N37/4) e il CAN sensore della trazione (CAN I)

La centralina di comando sistema iniezione benzina e accensione ME (elettronica del motore) riconosce da un aumento improvviso dei NOx che il catalizzatore ad accumulo di NOx è saturo. Per reazione viene attivato il funzionamento con carica omogenea e la miscela viene arricchita per rigenerare il catalizzatore ad accumulo di NOx. Successivamente il funzionamento a carica stratificata viene nuovamente abilitato.

Per la conversione di NOx la temperatura ottimale all'interno del catalizzatore ad accumulo di NOx è compresa tra 250 e 500 °C. In caso di funzionamento a carica stratificata o pieno carico, la temperatura non deve superare la temperatura di ca. 850 °C.

La temperatura dei gas di scarico viene rilevata dal sensore di temperatura a monte del catalizzatore ad accumulo di NOx. La centralina di comando ME legge direttamente i segnali del sensore di temperatura a monte del catalizzatore ad accumulo di NOx.

Mediante la formazione della miscela viene regolata la temperatura del catalizzatore ad accumulo di NOx. In base ai modelli di temperatura memorizzati la formazione della miscela viene adattata al fine di proteggere il catalizzatore ad accumulo di NOx da eccessive temperature.

 Per convertire tutte le sostanze nocive contenute nei gas di scarico è necessario utilizzare carburanti "senza zolfo". Lo zolfo blocca all'interno del catalizzatore ad accumulo di NOx il posto previsto per gli ossidi di azoto riducendo la capacità di accumulo di ossidi di azoto. Il funzionamento a carica stratificata risulta pertanto ridotto e la rigenerazione deve essere eseguita con maggiore frequenza.

Riduzione delle sostanze nocive mediante sistema di ricircolo dei gas di scarico

Grazie al sistema di ricircolo dei gas di scarico nella camera di combustione viene ridotta la formazione di ossidi di azoto.

Ciò si verifica grazie al rallentamento della combustione e, di conseguenza, all'assenza di picchi di temperatura che favoriscono la formazione di ossidi di azoto.

Il sistema di ricircolo dei gas di scarico concorre inoltre ad una riduzione delle perdite nel cambio di carico e riduce così anche il consumo di carburante nel settore di carico parziale.

Si distingue tra un sistema di ricircolo dei gas di scarico esterno e un sistema interno.

Nel sistema esterno di ricircolo dei gas di scarico i gas di scarico vengono riconvogliati al condotto di aspirazione attraverso un tubo.

Il sistema interno di ricircolo dei gas di scarico viene realizzato tramite la sovrapposizione delle valvole e quindi valvole di scarico ancora aperte durante la fase di aspirazione.

 La centralina di comando sistema iniezione benzina e accensione ME (elettronica del motore) determina l'angolo di ricoprimento valvole mediante l'attivazione del magnete attuatore albero a camme di aspirazione (Y49/1) e del magnete attuatore albero a camme di scarico (Y49/2). In tal modo viene regolato entro determinati limiti il sistema interno di ricircolo dei gas di scarico.