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Catalizzatore: implicazioni sulle prestazioni e sui consumi

L’inquinamento dovuto ai gas combusti dei motori a ciclo termico è problema molto attuale, sebbene non nuovo. Già negli anni del dopoguerra, specialmente negli anni ’50, i principali costruttori di automobili iniziarono a doverlo fronteggiare, a causa del notevole aumento del numero delle automobili circolanti.
Gli ingegneri hanno così cominciato a cercare soluzioni atte a diminuire le emissioni inquinanti.
Negli anni ‘50 furono studiati apparati appositi per contrastare questo problema, ma a causa del loro costo elevato e dell’eccessiva dimensione e massa, non andarono mai oltre lo status di prova. Ciò era dovuto, tra le altre cose, alla forte contaminazione di composti sulfurei nel carburante, che degradavano molto velocemente questo dispositivo di nuova concezione, il catalizzatore.
All’inizio degli anni 70, grazie al miglioramento della qualità del carburante, e l’evoluzione nella produzione di massa, è stato possibile sfruttare il potenziale su larga scala dei catalizzatori.

Che cos’è il catalizzatore e come funziona

Il catalizzatore è uno strumento che è stato progettato allo scopo di trasformare chimicamente gli scarti della combustione di un motore a ciclo otto in sostanze meno nocive per l’ambiente e l’uomo.
Solitamente questo dispositivo viene installato sull’impianto di scarico dell’auto, interposto tra il collettore e l’inizio della tubatura (marmitta) posizionata nella parte inferiore dell’auto.
Costituito da un involucro metallico esterno, è isolato opportunamente a causa delle alte temperature che genera; al suo interno è presente un reticolato composto prevalentemente da ceramiche e metalli nobili come il platino, che hanno la capacita a determinate temperature di modificare chimicamente i gas che lo attraversano.

I tipi di catalizzatore comunemente in commercio sono:

  • il tipo a tre vie che trova la sua applicazione nei motori a benzina;
  • il tipo a ossidazione, che equipaggia i propulsori diesel.

Il funzionamento di un catalizzatore è molto complesso chimicamente e consiste principalmente nel promuovere, tramite un’apposita spugna di materiale catalitico, la conversione degli idrocarburi incombusti (CnHm), degli ossidi di azoto (NO) e del monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) e azoto (N2).
Il procedimento chimico che avviene al suo interno, richiede condizioni particolari, e per far sì che la centralina controllo motore (ECU) possa gestire al meglio questo processo, a monte e a valle del catalizzatore sono installate apposite sonde, denominate sonde lambda che hanno la capacita di rilevare la presenza dell’ossigeno.
La prima, a monte del dispositivo, è detta sonda di regolazione e controlla il valore primario lambda. La seconda, detta anche sonda diagnostica, si trova all’uscita del catalizzatore e controlla il valore secondario lambda.

Il valore lamba si distingue per un determinato valore di ossigeno dato (rapporto stechiometrico); se ne evince quindi che questi dati vengono elaborati dalla centralina che regolerà di conseguenza la quantità di carburante iniettato.
Il sistema di catalizzazione quindi ha la capacità di fermare gran parte delle sostanze inquinanti a scapito però dei consumi e delle prestazioni.
Se consideriamo la struttura fisica del catalizzatore, possiamo notare, come detto in precedenza, che è costituito da un reticolato molto fine di particolari sostanze, e che grazie anche alla sua struttura permette il verificarsi del processo di catalizzazione.
A livello prestazionale però, questo sistema genera dei cali, a causa del rallentamento imposto a gas di scarico in uscita dal motore, e un leggero aumento dei consumi, dovuti al fabbisogno necessario per far eseguire tale operazione, esempio tipico è la rigenerazione dei filtri antiparticolato nei motori diesel.
Nel caso di motori da corsa, quindi utilizzati esclusivamente su circuiti appositi, questi sistemi non vengono utilizzati, ma per quanto riguarda le auto di serie eliminare il sistema di catalizzazione risulta essere in primo luogo illegale, e dal lato pratico inopportuno a causa dei problemi che un intervento non eseguito da un professionista causa all’auto stessa.
Negli ultimi anni, studi approfonditi e il progresso tecnologico, hanno permesso lo sviluppo di nuovi catalizzatori e scarichi sportivi che hanno notevolmente migliorato le prestazioni senza compromettere il “filtraggio” dei gas di scarico.
Nuovi catalizzatori a celle maggiorate, permettono così un’evacuazione dei gas molto più veloce rispetto al sistema tradizionale, il quale abbinato ad uno scarico studiato appositamente e una mappatura della centralina ad Hoc, consentono un notevole aumento prestazionale in termini di coppia e potenza, una sostanziale riduzione dei consumi di carburante senza contravvenire alle rigide normative anti inquinamento.

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