di
Fabio Pescatori
Le
emissioni sono tutto ciò che è contenuto dai gas
di scarico di un motore a combustione interna in funzione. Esse
sono formate dai residui di combustione completa o incompleta.
Per comprendere le emissioni gassose, vale la pena ricordare che
l'aria e la benzina sono composte da alcuni elementi. L'aria contiene
ossigeno (O2), azoto (N2) ed altri elementi. La benzina contiene
principalmente idrogeno (H) e carbonio (C). Questi 4 elementi
si combinano chimicamente tra di loro durante la combustione.
Se la combustione è completa i residui di tale miscela
sono acqua (H2O), anidride carbonica (CO2) e Azoto (N2) che sono
sostanze non dannose per l'ambiente. Purtroppo la combustione
non è sempre completa, quindi si possono generare dei gas
dannosi sia durante sia dopo la combustione stessa.
Il
governo degli Stati Uniti attraverso l'EPA (ENVIRONMENTAL PROTECTION
AGENCY) ha stabilito i limiti delle emissioni gassose provenienti
da motopropulsori di nuova produzione. I livelli massimi di emissioni
diventeranno sempre più bassi anno dopo anno.
I limiti riguardano soprattutto 3 tipi di gas emessi:
Idrocarburi incombusti (HC);
Monossido di carbonio (CO);
Ossidi di azoto (Nox).
Per ciò che concerne i motori marini le nuova regolamentazione
impone una riduzione pari al 75% delle emissioni in un periodo
di 9 anni; tuttavia, tale riduzione non è immediata, ma
consente modifiche del 8,33% nelle emissioni societarie (CAE)
per ciascuno dei nove anni.
Per emissioni medie societarie si intendono i Kg massimi di inquinanti
emessi dalla globalità dei motori prodotti per anno.
Da questa nuova normativa si evince come case costruttrici di
motori marini abbiano notevole interesse nel ridurre al massimo
le masse degli inquinanti prodotte dai lotti di produzione anno
dopo anno.
.
Gli
Idrocarburi (HC)
La benzina è composta da idrocarburi. I due elementi idrogeno
e carbonio sono bruciati durante la combustione in combinazione
con l'ossigeno. Purtroppo non vengono totalmente consumati ed
escono dalla camera di combustione sotto forma di gas (HC).
Il
Monossido di Carbonio (CO)
Il carbonio è uno degli elementi che si combina con l'ossigeno
durante la combustione. Se il carbonio si combina con sufficiente
ossigeno si trasforma in anidride carbonica (CO2). L'anidride
carbonica non è considerato inquinante. Se l'ossigeno è
insufficiente la reazione produce monossido di carbonio (CO) pericoloso
per l'ambiente e letale per l'uomo.
Ossidi
di Azoto (NOx)
Gli ossidi di azoto sono un prodotto leggermente differente della
combustione.
Come abbiamo visto l'azoto è un componente dell'aria e
quando la temperatura in camera di scoppio è troppo elevata,
questo si combina con l'ossigeno e forma gli ossidi di azoto (NOx).
Gli ossidi di azoto da soli non sono nocivi, ma quando sono esposti
ai raggi del sole si combinano con gli idrocarburi incombusti
e formano lo smog. Lo smog è un serio problema in tutte
le città del mondo.
CONTROLLO
DELLE EMISSIONI
Ci sono due principali sistemi per ridurre le emissioni gassose
provenienti da un motore a due tempi marino. Il primo è
quello di controllare il rapporto aria/benzina che entra nella
camera di combustione. Il secondo è quello di controllare
quando far entrare la miscela aria/benzina in camera di combustione.
Il momento in cui viene iniettata la miscela di aria/benzina è
molto importante al fine di ridurre le quantità di gas
incombusti.
RAPPORTO
STECHIOMETRICO ARIA/BENZINA (14,7:1)
Nella
ricerca del controllo degli inquinanti, si è scoperto che
si possono ridurre di molto le emissioni facendo funzionare un
motopropulsore con un rapporto di aria/benzina pari a 14,7:1,
il corretto termine tecnico di questo punto di lavoro è
chiamato "stechiometrico". Un rapporto di aria/benzina
pari al 14,7:1 provvede a mantenere un buon equilibrio tra i 3
inquinanti a tutte le condizioni di lavoro del motore. Gli idrocarburi
incombusti ed il monossido di carbonio contenuti nello scarico
sono fortemente influenzati dal rapporto aria/benzina. Un rapporto
aria/benzina magro, al di sotto del 14,7:1 produce bassi valori
di CO e HC, viceversa un rapporto aria/benzina grasso quindi superiore
a 14,7:1 innalza molto rapidamente i livelli di emissioni di CO
e HC. Dopo questa osservazione sembrerebbe molto semplice tenere
una combustione magra per ridurre le emissioni.
Purtroppo bisogna anche considerare le emissioni di NOx. Smagrendo
il rapporto aria/benzina la temperatura in camera di combustione
si innalza aumentando rapidamente le emissioni di NOx. Ritornando
in regime di combustione ricca si riduce la temperatura della
camera di scoppio e si riducono le emissioni di NOx, ma si aumentano
come abbiamo visto le emissioni di HC e CO, incrementando considerevolmente
anche i consumi.
Importante dunque far lavorare il motore ad un rapporto aria/benzina
il più vicino possibile a 14,7:1.
Il miglior modo per controllare la quantità di aria e benzina
è quello di affidare un così arduo compito ad un
microprocessore, che lavorando alla velocità della luce,
riesce in tempo reale a dosare l'esatta quantità di benzina
da iniettare in camera di scoppio.
Per questa ragione, in futuro vedremo circolare sempre più
motori dotati di iniezione elettronica, e di pari passo vedremo
scomparire il vecchio e glorioso carburatore.
Fabio Pescatori
