Sistemi a iniezione diretta GDI: vantaggi e svantaggi

Nel precedente articolo abbiamo focalizzato l’attenzione su quanto accade fino al momento dell’accensione della miscela aria – benzina. Ora andremo a descrivere quello che succede in seguito all’erogazione della potenza dello scoppio!

Il funzionamento del motore con eccesso d’aria produce gas di scarico con alte concentrazioni di ossidi di azoto, perché impedisce la loro riduzione da parte del catalizzatore trivalente.

Quest’ultimo, per funzionare correttamente, avrebbe bisogno di operare a temperature di combustione molto elevate e con un titolo della miscela oscillante in un intervallo molto ristretto del valore stechiometrico.

Il meccanismo di formazione degli ossidi di azoto nei motori a carica stratificata è semplice: come detto in precedenza il titolo nelle vicinanze intorno della candela è ricco, si sviluppa quindi una combustione ad alta temperatura che investe i margini della carica aventi un titolo molto magro, zone dove si sviluppano gli NOX.

Come ridurre le emissioni di ossidi di azoto

Come noto, una soluzione ampiamente utilizzata per ridurre le emissioni di ossidi di azoto consiste nell’EGR (Exhaust Gas Recirculation).

Si attua cioè un ricircolo di una certa quantità di gas di scarico all’interno del cilindro che induce una riduzione della temperatura massima e della pressione dell’ossigeno, entrambe determinanti per la formazione degli NOx.

Tale soluzione è per carichi e giri motore bassi. In corrispondenza dei quali, conseguentemente, la quantità di ossidi di azoto prodotta non è molto elevata. All’aumentare del carico e del numero di giri la semplice adozione dell’EGR non è più sufficiente ad abbattere le emissioni. Per rientrare nelle normative anche in queste condizioni di funzionamento si possono adottare due differenti soluzioni.

La soluzione adottata da Alfa Romeo su JTS

La prima è quella adottata da Alfa Romeo sul motore JTS (Jet Thrust Stechiometric):

Appena al di sopra del minimo si rinuncia alla carica povera passando a un titolo complessivamente stechiometrico.

In questo modo è possibile adottare un catalizzatore classico per trattare i gas di scarico.

Se invece si vuole adottare un funzionamento a carica povera anche a un numero di giri e a un carico più elevati, è necessario utilizzare un sistema particolare di trattamento dei fumi, in grado di ridurre gli NOX anche in presenza di ossigeno libero. Trattasi dei cosiddetti catalizzatori deNOX dei quali si riporta in figura un esempio adottato sui motori ad iniezione diretta del gruppo PSA.

Tecnologia GDI: tutti i vantaggi

In definitiva, si possono così riassumere i vantaggi derivanti dall’utilizzo nei motori della tecnologia GDI:

• Minori perdite di pompaggio (in regime di carica stratificata)
• Minori perdite di calore
• Minore trasferimento di calore verso le pareti
• Riduzione degli HC durante le partenze a freddo
• Riduzione emissioni CO2
• Rapido e affidabile avviamento a freddo
• Miglioramento risposta transitori
• Maggiore stabilità della combustione
• Minore richiesta di arricchimento miscela

Tecnologia GDI: tutti gli svantaggi

• Difficoltà nel controllo della carica stratificata
• Formazione di idrocarburi ai bassi regimi causa i ridotti tempi per l’evaporazione
• Aumento del grado di atomizzazione necessario in termini di aumento della pressione di iniezione causa ridotti tempi di miscelamento
• Problemi di impingement (dispersione e frantumazione delle gocce di carburante) sul pistone o sulle pareti se la fasatura non è ottimale.