Sistemi di post trattamento dei gas di scarico: struttura, funzionamento e diagnosi

Il catalizzatore è costituito da un corpo in ceramica o metallo a nido d'ape con diverse migliaia di canali. Sui canali si trova uno strato intermedio (wash coat) in ossido di alluminio, che aumenta la superficie di circa 7000 volte. Inoltre, sullo strato intermedio viene depositato uno strato di vapore catalitico con i metalli preziosi rodio, palladio e platino. Il catalizzatore è fissato nell'alloggiamento in acciaio inox con un tappetino isolante, che compensa allo stesso tempo l'espansione termica.

I gas di scarico nocivi provenienti dal motore vengono convogliati al catalizzatore attraverso il collettore di scarico e attraversano i canali del supporto in ceramica o in metallo a nido d’ape. Il contatto dei gas di scarico con lo strato catalitico innesca una reazione chimica.

Sui metalli preziosi platino e palladio, il monossido di carbonio e gli idrocarburi vengono ossidati a biossido di carbonio, mentre sul rodio gli ossidi di azoto vengono ridotti ad azoto (N2). Il termine catalizzatore a tre vie significa che tre conversioni chimiche avvengono simultaneamente una accanto all'altra non appena viene raggiunta la temperatura di esercizio. Così, il monossido di carbonio (CO), gli idrocarburi (HC) e gli ossidi di azoto (NOx) vengono convertiti in azoto (N2), biossido di carbonio (CO2) e acqua (H2O).

Il funzionamento del catalizzatore è monitorato da una seconda sonda lambda, detta anche sonda di monitoraggio, posta a valle del catalizzatore. Tale sonda di monitoraggio misura il contenuto di ossigeno nel flusso dei gas di scarico e trasmette il valore misurato alla centralina. La centralina confronta i valori delle sonde a monte e a valle e può così valutare il funzionamento del catalizzatore. Se entrambi i valori sono pressoché identici, ciò indica una bassa capacità di accumulo di ossigeno del catalizzatore e un catalizzatore difettoso.

La sonda lambda determina il contenuto di ossigeno residuo nei gas di scarico e fornisce alla centralina motore un segnale elettrico per regolare la composizione della miscela. Per ottenere un tasso di conversione ideale del catalizzatore, è necessario raggiungere una combustione ottimale. In un motore a benzina ciò si ottiene con un rapporto aria-combustibile pari a 14,7 kg di aria per 1 kg di carburante (miscela stechiometrica). Tale miscela ottimale è simboleggiata dalla lettera greca λ (lambda). Questa lettera designa il rapporto tra il fabbisogno teorico e la quantità realmente immessa di aria:

λ = quantità di aria immessa: quantità di aria teorica = 14,7 kg : 14,7 kg = 1

Nei modelli di veicoli moderni, sia diesel che a benzina, i sensori di temperatura dei gas di scarico sono installati in vari punti dell'impianto di scarico. Il sensore di temperatura dei gas di scarico rileva la temperatura, ad esempio a monte del catalizzatore o del filtro antiparticolato diesel e la segnala alla centralina motore sotto forma di segnale di tensione. La centralina motore ha bisogno di questa informazione per controllare la composizione della miscela o la rigenerazione del filtro antiparticolato e quindi ridurre efficacemente le emissioni. Inoltre, i sensori di alta temperatura contribuiscono a proteggere i componenti da un surriscaldamento critico nella zona in cui il flusso dei gas di scarico è caldo.

Il sensore di pressione dei gas di scarico, noto anche come sensore di pressione differenziale, è utilizzato nei motori diesel per il monitoraggio del sistema del filtro antiparticolato. L'aumento dei depositi di fuliggine e di cenere modifica la pressione differenziale all'interno del filtro antiparticolato. Il sensore di pressione differenziale misura la differenza di pressione tra i gas di scarico sul lato di ingresso e quelli sul lato di uscita del filtro antiparticolato. Il valore misurato viene utilizzato dalla gestione motore elettronica come informazione aggiuntiva per calcolare il momento opportuno per la rigenerazione del filtro antiparticolato. Questo sensore è dunque un altro elemento del sistema di regolazione delle emissioni di inquinanti per i motori diesel, in base alle norme europee sulle emissioni.

Il sensore NOx (sensore di ossido di azoto) è composto da una sonda e una centralina collegate in modo fisso tra loro come unità tramite un cablaggio. Questa unità sensore è installata nell'impianto di scarico e viene utilizzata per rilevare gli ossidi di azoto nel flusso dei gas di scarico. Il sensore NOx è un componente importante del sistema di post-trattamento per la riduzione di NOx utilizzato nei veicoli diesel con sistemi SCR (Selective Catalytic Reduction) a base di urea, che garantisce il rispetto dei severi valori di emissione a partire dalla norma Euro 5. Il sensore NOx consente quindi un dosaggio ottimale di AdBlue attraverso il sistema del motore e quindi una riduzione efficace degli ossidi di azoto dannosi per l'ambiente. Se il sistema SCR è dotato di un sensore NOx a monte e uno a valle, quello a valle ha il compito di monitorare l'azione del catalizzatore SCR.