La nuova ingegneria dell’auto diesel raggiunge emissioni “quasi zero”

Esperti di tecnologia e di ingegneria hanno recentemente presentato tecnologie che consentono alle auto diesel di raggiungere livelli di emissioni “quasi zero”.

Il 40° Simposio Internazionale sui Motori di Vienna, che si è svolto a maggio, ha riunito aziende ingegneristiche, della catena di approvvigionamento del settore automobilistico e i produttori di veicoli, che hanno mostrato i loro progressi tecnologici nei motori per camion pesanti, auto e furgoni. Durante l’evento, i partecipanti hanno potuto osservare opzioni come i motori ibridi, le celle a combustibile e i carburanti alternativi del futuro, nonché informarsi su alcuni importanti sviluppi per i motori a benzina e diesel.

È importante sottolineare che l’evento ha dimostrato come il settore abbia sviluppato tecnologie avanzate, potenti e robuste, di controllo delle emissioni dei motori diesel, con l’obiettivo di ottenere emissioni ancora più basse nell’intera gamma di condizioni operative. Mentre la Commissione Europea inizia a esaminare la prossima fase degli standard di emissioni dei veicoli, diversi team di ricerca hanno adottato approcci diversi per affrontare il problema.

Al fine di dimostrare che le condizioni limite specificate nella normativa attuale sulle emissioni in situazione di guida reale (Real-Driving Emissions, RDE) coprono quasi tutte le condizioni e gli stili di guida prevedibili, è importante comprendere il modo in cui le persone guidano. La Bosch, uno dei più grandi fornitori di tecnologie automobilistiche al mondo, lo ha fatto. Di conseguenza, ha adottato un approccio completo al sistema, cercando, in particolare, di migliorare e ampliare il controllo dell’ossido di azoto (NOx, nitrogen oxides) e concentrandosi sulla calibrazione e sul controllo della temperatura per la funzione di Riduzione Selettiva Catalitica (SCR). Grazie a questo, è stato possibile ampliare le condizioni in base alle quali il sistema di controllo delle emissioni è pienamente funzionante in un’auto dimostrativa, e tutto ciò è stato ottenuto con un “costo aggiuntivo moderato”.

In alcune delle condizioni di test più impegnative, l’auto ha raggiunto facilmente il limite di emissioni attuale di 80 mg/km. Guidando lentamente nella città di Stoccarda, le emissioni di NOx sono addirittura scese a 12 mg/km, avvicinandosi a ciò che l’azienda chiama “impatto quasi zero sulla qualità dell’aria”. Sulla base di questi promettenti risultati, che si basano sul lavoro presentato inizialmente nel 2018, la Bosch ha concluso che il diesel ha il potenziale di soddisfare i limiti futuri delle emissioni, che potrebbero riportare la qualità dell’aria urbana entro i livelli consentiti.

La società di ingegneria automobilistica FEV ha configurato un sistema con lo scarico dopo il trattamento posizionato davanti al turbocompressore. Ciò ha portato a temperature e pressioni più elevate nel sistema, consentendo catalizzatori per la riduzione delle emissioni più piccoli. Il sistema è stato completato con una batteria mild hybrid da 48 V (maggiori informazioni nella casella sottostante) in ambiente di laboratorio, che ha ridotto le emissioni di CO2 del 19%.

Sono state valutate diverse combinazioni di layout post-trattamento su cicli di test simulati per riprodurre la guida urbana, autostradale e rurale. Nella maggior parte di queste situazioni, le emissioni di NOx sono state inferiori alla metà dei limiti attuali Euro 6. Il lavoro di sviluppo continua a far scendere il NOx del tubo di scappamento negli scenari “estremi” della guida in città e in autostrada, anche se era già ben entro i limiti esistenti.

L’evento di Vienna ha rappresentato anche l’opportunità per l’Associazione per il Controllo delle Emissioni Tramite Catalizzatore (Association for Emissions Control by Catalyst, AECC), per l’Associazione Internazionale dei Metalli del Gruppo del Platino (International Platinum Group Metals Association, IPA) e per l’azienda ingegneristica IAV di presentare i risultati del loro programma, che ha ottenuto emissioni diesel “ultra-basse”. Analogamente alla Bosch, questo gruppo di collaborazione ha condotto una serie di test di guida reale con un’auto dimostrativa modificata (vedere l’immagine qui sotto), un modello “mild hybrid” del 2016. L’auto ha presentato prestazioni molto buone in condizioni in cui le emissioni di NOx sono solitamente più alte, come nella città di Berlino, nell’autostrada tedesca con limiti di velocità fino a 160 km/h e in condizioni collinari estreme.

Immagine ULED

L’auto dimostrativa utilizzata nel programma AECC/IAV/IPA ha ottenuto emissioni di NOx estremamente basse

Per sfruttare al meglio l’intero sistema, l’AECC ha utilizzato un approccio modulare (vedere diagramma di seguito) durante la progettazione del suo sistema post-trattamento. La prima sezione della tecnologia post-trattamento nello scarico ha convertito il NOx in azoto innocuo nella guida lenta in città, dove le temperature di motore e scarico sono relativamente basse. La seconda sezione ha consentito basse emissioni a temperature più elevate, comprese quelle generate durante la guida veloce in autostrada.

Questo diagramma mostra le sezioni o i moduli del sistema post-trattamento che lavorano insieme per ridurre le emissioni in diverse condizioni di guida

Tutto ciò è stato reso possibile migliorando la funzionalità del catalizzatore e migliorando il controllo del motore attraverso la calibrazione, con il sistema mild hybrid a 48 volt che consente di controllare attentamente le temperature di scarico. Questa combinazione di tecnologie ha portato le emissioni costantemente a meno della metà del limite di emissioni NOx attuale e spesso fino a un livello quasi zero.

Il video qui sotto dimostra quanto siano basse le emissioni, grazie a questa combinazione intelligente di componenti e tecnologie esistenti. L’auto dimostrativa taglia le emissioni in ogni fase del sistema di controllo delle emissioni fino al tubo di scappamento.

L’analisi in tempo reale mostra come il NOx viene ridotto a livelli quasi zero in ogni fase del sistema di controllo delle emissioni.

Il lavoro di AECC/IAV ha dimostrato che le emissioni di NOx del loro veicolo dimostrativo (linea verde) possono essere ridotte costantemente in un’ampia gamma di condizioni di guida.

I tre programmi di ricerca di Bosch, FEV e AECC/IPA/IAV hanno dimostrato che è realistico aspettarsi ulteriori miglioramenti nelle emissioni dei moderni veicoli diesel, oltre a ciò che sappiamo arriverà sulle nostre strade nei prossimi anni.

Il “quasi zero” sta diventando una realtà, rendendo le auto diesel a prova di futuro e una parte fondamentale del mix di veicoli per il prossimo decennio e oltre. I dettagli di tutti i programmi tecnici e delle pubblicazioni scientifiche dell’AECC sono disponibili qui.

Per saperne di più sulla tecnologia mild hybrid a 48 volt
Sia AECC/IPA/IAV che FEV hanno utilizzato la tecnologia mild hybrid a 48 volt per migliorare le prestazioni dei rispettivi sistemi. Nel primo caso è stato possibile controllare le temperature e ciascuno dei catalizzatori ha potuto funzionare in condizioni ottimali. Nel secondo caso è stato possibile utilizzare un turbocompressore elettrico, compensando la perdita di pressione con la presenza del sistema di scarico dopo il trattamento. Per i produttori di veicoli, i sistemi a 48 V rappresentano un modo relativamente conveniente di migliorare l’efficienza. A differenza dei sistemi full hybrid più costosi, in cui la batteria attinge dal motore a combustione interna per alimentare il veicolo, sia a benzina che diesel, viene utilizzata un’unità mild hybrid per assistere il motore supportando vari componenti elettrici del veicolo. Questo aiuta i sistemi di arresto-avvio a ridurre le emissioni nei centri delle città e a recuperare energia durante la frenata. Si stima che il 16% circa delle nuove auto diesel e il 32% delle auto a benzina in Europa sarà equipaggiato con un’unità mild hybrid da 48 V entro il 2026.

Fonte: Continental AG