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La necessità di controllare le emissioni dalle automobili ha dato origine all’informatizzazione dell’automobile. Durante il processo di combustione si creano idrocarburi, monossido di carbonio e ossidi di azoto che vengono emessi nell’atmosfera dal tubo di scarico. Ci sono anche idrocarburi emessi come risultato della vaporizzazione della benzina e dal carter dell’automobile. La legge sull’aria pulita del 1977 ha fissato dei limiti per quanto riguarda la quantità di ciascuno di questi inquinanti che possono essere emessi da un’automobile. La risposta dei produttori fu l’aggiunta di certi dispositivi di controllo dell’inquinamento e la creazione di un motore autoregolante. Il 1981 vide il primo di questi motori autoregolanti. Erano chiamati sistemi di controllo del carburante a feedback. Un sensore di ossigeno era installato nel sistema di scarico e misurava il contenuto di carburante del flusso di scarico. Poi inviava un segnale a un microprocessore, che analizzava la lettura e azionava una miscela di carburante o un dispositivo di miscela d’aria per creare il giusto rapporto aria/carburante. Man mano che i sistemi informatici progredivano, erano in grado di regolare la fasatura della scintilla di accensione e di azionare gli altri controlli delle emissioni che erano installati sul veicolo. Il computer è anche capace di monitorare e diagnosticare se stesso. Se viene visto un guasto, il computer avviserà l’operatore del veicolo accendendo una spia di malfunzionamento. Il computer allo stesso tempo registrerà il guasto nella sua memoria, in modo che un tecnico possa in seguito recuperare il guasto sotto forma di un codice che li aiuterà a determinare la riparazione adeguata. Alcuni dei più popolari dispositivi di controllo delle emissioni installati sull’automobile sono: VALVOLA EGR, CONVERTITORE CATALITICO, POMPA D’ARIA, VALVOLA PCV, CANISTERIA DEL CARBONE.
Convertitore catalitico
Le emissioni dell’automobile sono controllate in tre modi, uno è quello di promuovere una combustione più completa in modo che ci siano meno sottoprodotti. Il secondo è quello di reintrodurre gli idrocarburi in eccesso nel motore per la combustione e il terzo è quello di fornire un’area aggiuntiva per l’ossidazione o la combustione. Questa zona supplementare è chiamata convertitore catalitico. Il convertitore catalitico assomiglia a una marmitta. Si trova nel sistema di scarico davanti alla marmitta. All’interno del convertitore ci sono pellet o un nido d’ape fatto di platino o palladio. Il platino o il palladio sono usati come catalizzatore (un catalizzatore è una sostanza usata per accelerare un processo chimico). Quando gli idrocarburi o il monossido di carbonio nello scarico passano sul catalizzatore, vengono ossidati chimicamente o convertiti in anidride carbonica e acqua. Mentre il convertitore lavora per pulire lo scarico, sviluppa calore. Più lo scarico è sporco, più duramente lavora il convertitore e più calore viene sviluppato. In alcuni casi il convertitore può essere visto brillare per l’eccessivo calore. Se il convertitore lavora così tanto per pulire uno scarico sporco, si distruggerà. Anche il carburante con piombo metterà un rivestimento sul platino o sul palladio e renderà il convertitore inefficace. Questo è il motivo per cui, negli Stati Uniti, tutti i carburanti progettati per i motori automobilistici sono ora senza piombo.
Valvola PCV
Lo scopo del sistema di ventilazione positiva del carter (PCV), è quello di prendere i vapori prodotti nel carter durante il normale processo di combustione, e reindirizzarli nel sistema di aspirazione dell’aria e del carburante per essere bruciati durante la combustione. Questi vapori diluiscono la miscela aria/carburante, quindi devono essere attentamente controllati e dosati per non influenzare le prestazioni del motore. Questo è il lavoro della valvola di ventilazione positiva del carter (PCV). Al minimo, quando la miscela aria/carburante è molto critica, solo una piccola parte dei vapori viene lasciata entrare nel sistema di aspirazione. Ad alta velocità, quando la miscela è meno critica e le pressioni nel motore sono maggiori, più vapori sono ammessi nel sistema di aspirazione. Quando la valvola o il sistema è intasato, i vapori risalgono nell’alloggiamento del filtro dell’aria o, nel peggiore dei casi, l’eccesso di pressione spinge oltre le guarnizioni e crea perdite di olio motore. Se viene usata la valvola sbagliata o il sistema ha perdite d’aria, il motore funzionerà al minimo, o nel peggiore dei casi, l’olio motore verrà risucchiato fuori dal motore.
Valvola EGR
Lo scopo della valvola di ricircolo dei gas di scarico (EGR) è di misurare una piccola quantità di gas di scarico nel sistema di aspirazione, questo diluisce la miscela aria/carburante in modo da abbassare la temperatura della camera di combustione. L’eccessiva temperatura della camera di combustione crea ossidi di azoto, che è un importante inquinante. Mentre la valvola EGR è il metodo più efficace per controllare gli ossidi di azoto, nel suo stesso design influisce negativamente sulle prestazioni del motore. Il motore non è stato progettato per funzionare con i gas di scarico. Per questo motivo la quantità di gas di scarico che entra nel sistema di aspirazione deve essere attentamente monitorata e controllata. Questo è realizzato attraverso una serie di interruttori elettrici e a vuoto e il computer del veicolo. Poiché l’azione dell’EGR riduce le prestazioni diluendo la miscela aria/carburante, il sistema non permette l’azione dell’EGR quando il motore è freddo o quando il motore ha bisogno di piena potenza.
Controlli evaporativi
La benzina evapora abbastanza facilmente. In passato, queste emissioni evaporative venivano scaricate nell’atmosfera. Il 20% di tutte le emissioni di HC dell’automobile provengono dal serbatoio della benzina. Nel 1970 è stata approvata una legislazione che proibiva lo scarico dei fumi del serbatoio di benzina nell’atmosfera. Un sistema di controllo evaporativo è stato sviluppato per eliminare questa fonte di inquinamento. La funzione del sistema di controllo evaporativo del carburante è di intrappolare e immagazzinare le emissioni evaporative dal serbatoio del gas e dal carburatore. Un contenitore di carbone è usato per intrappolare i vapori di carburante. I vapori di carburante aderiscono al carbone, finché il motore non viene avviato, e il vuoto del motore può essere usato per attirare i vapori nel motore, in modo che possano essere bruciati insieme alla miscela carburante/aria. Questo sistema richiede l’uso di un tappo di riempimento del serbatoio del gas sigillato. Questo tappo è così importante per il funzionamento del sistema, che un test del tappo è ora integrato in molti programmi statali di ispezione delle emissioni. Le auto precedenti al 1970 rilasciavano i vapori di carburante nell’atmosfera attraverso l’uso di un tappo a sfiato. Oggi, con l’uso di tappi sigillati, vengono usati serbatoi di gas riprogettati. Il serbatoio deve avere lo spazio per raccogliere i vapori in modo che possano poi essere scaricati nel contenitore del carbone. Una valvola di spurgo è usata per controllare il flusso di vapore nel motore. La valvola di spurgo è azionata dal vuoto del motore. Un problema comune con questo sistema è che la valvola di spurgo va male e il vuoto del motore attira il carburante direttamente nel sistema di aspirazione. Questo arricchisce la miscela di carburante e sporca le candele. La maggior parte dei contenitori di carbone ha un filtro che dovrebbe essere sostituito periodicamente. Questo sistema dovrebbe essere controllato quando il consumo di carburante diminuisce.
Iniezione d’aria
Nessun motore a combustione interna è efficiente al 100%, ci sarà sempre del carburante incombusto nello scarico. Questo aumenta le emissioni di idrocarburi. Per eliminare questa fonte di emissioni è stato creato un sistema di iniezione dell’aria. La combustione richiede carburante, ossigeno e calore. Senza uno dei tre, la combustione non può avvenire. All’interno del collettore di scarico c’è sufficiente calore per sostenere la combustione, se introduciamo un po’ di ossigeno il carburante incombusto si accenderà. Questa combustione non produrrà alcuna potenza, ma ridurrà le eccessive emissioni di idrocarburi. A differenza della camera di combustione, questa combustione non è controllata, quindi se il contenuto di combustibile nello scarico è eccessivo, si verificheranno esplosioni, che suonano come popping. Ci sono momenti in cui in condizioni normali, come la decelerazione, il contenuto di combustibile è eccessivo. In queste condizioni vorremmo spegnere il sistema di iniezione dell’aria. Questo viene realizzato attraverso l’uso di una valvola deviatrice, che invece di spegnere la pompa dell’aria, devia l’aria dal collettore di scarico. Poiché tutto questo viene fatto dopo che il processo di combustione è completo, questo è un controllo delle emissioni che non ha effetto sulle prestazioni del motore. L’unica manutenzione richiesta è un’attenta ispezione della cinghia di trasmissione della pompa dell’aria.