RICERCA ITALIANA     

La riduzione delle emissioni di NOx nei Motori a Combustione Interna con elevati rapporti di ricircolo dei gas di scarico

Università degli Studi de L'Aquila

Abstract

Il presente programma di ricerca intende analizzare e proporre l’applicazione di nuove tecnologie di ricircolo dei gas di scarico (EGR)in motori a combustione interna ad accensione spontanea, finalizzate al contenimento delle emissioni di NOx, nel rispetto dei limiti previsti dalle future norme EURO V e EURO VI, in alternativa a sistemi di post trattamento quali l'abbattimento catalitico con l'iniezione di urea (SCR).
Anche se l'EGR è una pratica tipicamente impiegata in motori ad accensione spontanea, una parte delle attività è orientata verso motori ad accensione comandata, considerando la diluizione della carica come contributo alla regolazione della coppia, riducendo gli strozzamenti della valvola a farfalla.
La tecnica proposta si basa sulla ricircolazione di grandi quantità di gas esausti (anche oltre il 50% della portata in massa introdotta nel motore) che determinino elevata diluizione della carica con conseguente combustione a bassa temperatura (Low Temperature Combustion - LTC). Rispetto alle modalità convenzionali di ricircolo (ad alta pressione, alta temperatura, con ramo di ricircolo a ridosso del motore), quella qui proposta presuppone il prelievo delle quantità necessarie di gas a valle della turbina del gruppo di sovralimentazione, con reintroduzione degli stessi, previa refrigerazione, a monte del compressore, secondo uno schema Long Route (LR). La movimentazione dei gas di scarico è dovuta alla differenza di pressione che deve >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Roberto Cipollone Università degli Studi de L'AQUILA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo finale del Programma di Ricerca può essere sintetizzato in: “La riduzione dei consumi di combustibile e delle emissioni inquinanti, con particolare riferimento agli Ossidi di Azoto (NOx), in Motori a Combustione Interna (MCI) impiegati nel settore della Mobilità”. La generalità del tema, seppur di ovvio e indubbio interesse da parte della Comunità scientifica e delle Industrie motoristiche e automobilistiche, necessità di specializzazioni che rendano compatibili le attività proposte con lo spirito dei PRIN.
Innanzi tutto, il Motore oggetto di studio da parte delle Unità di Ricerca afferenti al Programma è quello ad Accensione Spontanea (MCI-AS), anche se qualche attività è rivolta anche quelli ad Accensione Comandata (MCI-AC).
Per i primi, l’obiettivo è quello individuare tecnologie per condurre nuove unità al rispetto dei limiti di omologazione per le emissioni di NOx (e, come ricaduta, anche di particolato solido) imposti dalle future normative EURO V e EURO VI. Ciò è proposto attraverso interventi sul processo di formazione delle specie in questione, al fine di contenere il contributo di dispositivi di post-trattamento dei gas esausti. E’ noto che, per quel che riguarda quest’ultimo aspetto, vi è la tendenza di trasferire nell’ambito dei MCI le tecnologie già in uso in sistemi di conversione stazionari, che prevedono il trattamento chimico dei gas esausti con l’ausilio di composti ricchi di azoto (ammoniaca, urea) in reattori muniti di >>>

Risultati parziali attesi

Si può ritenere che il programma qui presentato, per i temi in studio, per l’approccio metodologico adottato e per le finalità che si propone di raggiungere, possa costituire un’attività di ricerca sia speculativa volta all’acquisizione di nuove conoscenze, sia applicata e di interesse industriale. Le motivazioni alla base della formulazione del programma hanno carattere sia energetico sia ambientale e si riferiscono alla mobilità, attività che ha sempre condizionato lo sviluppo sociale e ancor di più economico. Si propongono, in particolare, alcuni interventi per il contenimento delle emissioni di ossidi di azoto in motori a combustione interna ad accensione spontanea. Ciò perché, da un lato questo tipo di motore ha avuto una notevole evoluzione negli ultimi anni che ne ha incrementato le prestazioni (coppia, potenza) e ridotto i consumi di combustibile, aumentando la penetrazione nel mercato delle autovetture, dall’altro, come noto, gli ossidi di azoto, insieme al particolato solido, sono le emissioni che maggiormente affliggono il motore in questione.
La normativa EURO IV attualmente in vigore fissa nella misura di 250 mg/km il limite di emissione per gli ossidi di azoto. Si prevede che la norma EURO V, in vigore a partire dal 1 gennaio 2009, condurrà tale limite a 180 mg/km, con una variazione del 28%. Allontanando l’orizzonte temporale al 2012, epoca di introduzione della norma EURO VI, si conviene che il contenimento delle emissioni in questione si riferirà a 80 >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Stringenti normative sono recentemente state imposte sulle emissioni di NOx, fumo e particolato dei motori Diesel in Europa (EURO5), e altre più stringenti sono in via di definizione (EURO6 in 2012). Il contenimento del contributo dei sistemi di propulsione terrestre alle emissioni di gas serra è altresì oggetto di interesse comunitario: sono in adozione target emissivi in CO2/km su ciclo predefinito. I motori Diesel, tipicamente caratterizzati da bassi consumi e basse emissioni di CO e di idrocarburi incombusti, richiedono tecnologie innovative per una riduzione degli NOx mediante il trattamento catalitico dei gas di scarico o, meglio, tramitel’inibizione dei meccanismi di formazione. Ciò accanto alle diverse tecnologie oggi utilizzate per il miglioramento delle prestazioni motoristiche (iniezioni multiple, injection shaping, controllo turbolenza, …).
Come noto, l’EGR è una tecnica utilizzata per la riduzione degli NOx in fase di formazione in camera di combustione. Il gas di scarico (principalmente miscela di CO2, N2 e vapor d’acqua) è reimmesso nel cilindro ed agisce come un inerte diluendo la miscela combustibile (riducendo il tenore di O2), moderando la combustione (diminuendo localmente la temperatura) e aumentando la capacità termica della carica (favorendo una ulteriore riduzione di temperatura a parità di calore rilasciato).
Esistono diverse tecnologie EGR, normalmente classificate in base a temperature, configurazione e pressione.
In base alla >>>