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Emissioni (exhaust emissions) nei motori a 4 tempi
Sono
i gas che escono dal tubo di scarico. I veicoli sono responsabili del 46%
degli NOx e del 60% dei CO prodotti dall’uomo. I veicoli sono anche responsabili
di circa il 50% dell’inquinamento urbano; secondo calcoli meno sicuri circa
il 20% della CO2* immessa nell’atmosfera deriva dai trasporti su strada.
In condizioni di combustione completa i gas emessi sono essenzialmente anidride
carbonica (CO2) e acqua (H2O). Nel caso di combustione incompleta ci possono
essere idrocarburi incombusti (composti organici volatili come benzene e
toluene ecc.) e parzialmente incombusti (HC), ossido di carbonio (CO) ossidi
di azoto (NOx), anidride solforosa (SO2) acido solforico (H2SO4) e, solo
nel Diesel, il particolato (carbonio). Vedi anche catalizzatore. In linea
generale le vetture moderne a benzina emettono più CO e più HC di quelle
Diesel (2-3 g/km contro 0,3 per il CO; 0,2 g/km contro 0,02 per gli HC)
ma molti meno NOx (0,1 g/km contro 0,5) e quasi nessun particolato (0,05
g/km per i diesel), nel ciclo di riferimento stabilito per legge. Peraltro
in questo ciclo è evidente che il massimo di emissioni nocive (80%) si ha
nei primi due-tre minuti di funzionamento dopo l’accensione (fase fredda
in cui è utile un ritardo dell’accensione). In definitiva il motore a benzina,
purché funzioni a rapporto stechiometrico, non da’ particolato né NOx, e
le sue emissioni possono essere catalizzate, cioè si può eseguire la combustione
totale (al 95%) con sola emissione di CO2 e H2O. Il Diesel, che è in eccesso
d’aria, ha zone della combustione dove ci sono miscela ricca e temperatura
bassa (zona immissione, vicino all’iniettore) con produzione di particolato
e zone di miscela magra e alta temperatura dove si formano gli NOx. In mezzo
ci sono zone stechiometriche dove la combustione è ottimale: per estendere
tali zone si lavora con l’iniezione multipla e presto con la regolazione
delle valvole (dosatura dell’aria introdotta, EGR e swirl). Le emissioni
di CO2 sono simili per entrambi, attorno ai 160 g/km. Attualmente (EURO
96) le emissioni devono essere, al massimo: vetture a benzina = 2,2 g/km
di CO; 0,5 g/km per la somma HC+NOx vetture diesel = 1 g/km di CO;0,9 g/km
per HC+NOx; 0,1 g/km di particolato Per il 2000 -fase EURO 3- (tra parentesi
per il 2005-EURO 4) le emissioni dovrebbero essere, al massimo: vetture
a benzina = 2,3 (1) g/km di CO; 0,15 (0,08) di NOx; 0,2 (1) HC; però la
somma di HC+NOx non deve superare il valore di 0,35 (0,18) g/km. vetture
Diesel = 0,64 (0,5) g/km di CO; 0,5 (0,25) di NOx; 0,05 (0,025) di particolato,
però la somma di HC+NOx non deve superare sempre il valore 0,56 (0,3) g/km.
La proposta per il 2005 (fase IV - EURO 4) è di emissioni praticamente dimezzate;
inoltre le emissioni medie (media delle vetture prodotte da un costruttore)
di CO2 dovranno essere inferiori a 120 g/km il che significa 72 g/km per
le vetturette passeggeri (classe B), pari a 3 l/100 km di consumo carburante.
Per il 2008 i limiti imposti sono praticamente irraggiungibili con la tecnologia
attuale dei motori a scoppio (vedi CO2). Riferimento direttive U.E. 91/441
(fase EURO 1) - 94/12 (fase EURO 2) - 92/55
Emulsionatura
E’
l’utile presenza di acqua sotto forma di goccioline finissime nel gasolio
di alimentazione dei motori Diesel al fine della riduzione del particolato*
e degli NOx*. In particolare più il motore è adiabatico, più l’energia dei
gas di scarico è elevata (entalpia) più aumenta il tenore di NOx presente.
L’acqua evapora in maniera esplosiva, il che migliora la polverizzazione
del gasolio e quindi riduce il particolato. inoltre il calore di vaporizzazione
riduce la temperatura e quindi gli NOx. Tuttavia il contenuto d’acqua andrebbe
variato a seconda della portata della pompa di iniezione e del numero di
giri del motore.
Energia elettrica di bordo - potenza installata
Le
vetture ben equipaggiate richiedono attualmente circa 800 watt, con punte
di 2 kW, ma prossimamente raggiungeranno livelli fino a 14 kW. Si passerà
dagli attuali consumi di punta di 1,2 l/100 km di combustibile a 2,5 l/100
km, per la sola produzione di energia elettrica di bordo. Si pensa allora
a una linea ad alta tensione, di 42 V, che alimenta batterie a 36 V, per
gli utilizzatori di alta potenza, come motorino di avviamento, la ventola
di raffreddamento, il servosterzo, onde ridurre l’intensità di corrente.
La tradizionale alimentazione a 14 V (12 V alle batterie) servirà per le
centraline, i sensori e gli utilizzatori a basso carico. Per generare le
tensioni superiori non bastano gli attuali alternatori (max. output 6 kW)
e quindi si pensa a sistemi integrati generatore-motore d’avviamento piazzati
al posto del volano (vedi dinamotore). Anche le batterie devono cambiare
passando a soluzioni più leggere, super condensatori per le richieste immediate
di energia, e le fuel cell*.
EPA
Sigla
di Environmental Protection Agency, ente federale preposto negli Stati Uniti
alla salvaguardia dell’ambiente.
Epicicloide (Planetary Gears)
E'
un meccanismo, detto ruotismo o anche treno, nel quale gli ingranaggi sono
collocati tutti sullo stesso piano e disposti come pianeti attorno al sole.
Per questo la ruota dentata centrale è detta solare e sono definiti satelliti
gli ingranaggi che ruotano attorno ad esso, montati folli su un retrotreno.
Le ruote dentate dei satelliti sono inoltre ingranate con un elemento circolare
esterno, detto corona. L’albero di entrata (che è quello inuscita dal motore
o che proviene da un altro ruotismo) può essere collegato a uno dei tre
elementi, sole, satelliti o corona, mentre quello di uscita (che va ad un
altro ruotismo o alla riduzione finale) a un altro dei tre. La trasmissione
del moto fra l'albero d'ingresso e di uscita è possibile bloccando uno dei
tre elementi (sole, retrotreno o corona) e lasciando liberi gli altri due
di trasmettersi il moto. Una possibile soluzione è la seguente: il motore
muove la corona, una cinghia blocca esternamente il sole e l’uscita è dal
retrotreno che gira più lentamente del moto in entrata (I marcia); si sblocca
il sole ma si rendono solidali sole e retrotreno che quindi gira alla stessa
velocità dell’albero in entrata (II marcia). Se l’uscita del retrotreno
va alle ruote abbiamo solo due marce ma se va ad un altro retrotreno si
moltiplicano le possibilità. I bloccaggi avvengono tramite cinghie (se si
può agire sulla parte esterna dell’elemento da bloccare) o tramite frizioni,
che in soluzioni più moderne rendono solidali tra loro retrotreno e corona
(es. Antonov * ) creando nuove combinazioni. Con questa logica i ruotismi
epicicloidali hanno avuto grandissima diffusione nei cambi automatici (non
nei CVT, vedi) dove se ne mettono anche un paio in serie e dove si blocca
con una frizione la corona oppure si bloccano tra loro due dei tre elementi
di cui sopra. I cambi automatici, per quanto progrediti, hanno un rendimento
sensibilmente inferiore a quello dei cambi manuali. Geometricamente un movimento
epicicloidale è quello di un elemento che ruota attorno a un asse che non
è fisso, ma si muove a sua volta: tipica la traiettoria di una valvola di
bicicletta
Equilibramento - Equilibratura (balancing)
Operazione
che serve a fare in modo che parti rotanti della vettura (come le ruote
e l’albero motore) oppure parti in moto alternato (come i pistoni) non generino
vibrazioni o scuotimenti DELLA STRUTTURA PORTANTE cui sono collegati, durante
il loro funzionamento. Nel caso delle ruote si usano contrappesi di piombo
che compensano lo squilibrio riportando il baricentro al centro della ruota
e l’asse d’inerzia a coincidere con l’asse della ruota. Nel caso dell’albero
a gomiti, lo sbilanciamento dovuto alle manovelle, che sporgono dall’asse
dell’albero motore, si COMPENSA con contrappesi realizzati allungando le
manovelle dal lato opposto e “scalandole” opportunamente, dal punto di vista
della loro posizione angolare, quando il numero di cilindri lo consente.
Per quanto riguarda le masse in moto alterno, esse risultano bilanciate
solo quando esiste una compensazione generale delle azioni dovute ai pistoni
e alle bielle, condizione realizzata, ad esempio, dal ben noto “sei cilindri
in linea a quattro tempi”. Altrimenti si può o si deve ricorrere ad alberi
controrotanti*.
Equilibratura
Operazione
intesa a eliminare le conseguenze derivanti dal movimento di masse sbilanciate.
Può trattarsi di masse lavorate o assemblate in modo imperfetto (ruote,
ecc.) oppure di masse di per se stesse irregolari, come gli alberi a camme*,
o di masse in movimento alterno, come pistoni e bielle. Vedi anche equilibramento.
ESP (Electronic Stability Program) - VSC (Vehicle Stability Control) -
VDC (Vehicle Dynamic Control) - DSC (Dynamics Stability Control) - AHBS
(Active Handling Brake System) - PSM ( Porsche Stability Management) -
EDS (Electronic Dynamics System) - CSC (Corner Stability Control)
Sistema
elettronico basato sull’impianto dell’ABS* , con le funzioni aggiuntive
BAS* (Brake Assist) e ASR*, dove la regolazione automatica e separata dei
freni (senza bloccaggio, ovviamente) del motore e della trasmissione impedisce
perdite di stabilità della vettura in curva. Occorrono sensori di assetto
(di tecnica aeronautica) che comandano la centralina di funzionamento ABS,
la quale, frenando opportunamente solo alcune ruote, ristabilisce il contatto
col terreno di tutte e quattro le ruote e impone un “momento d’imbardata*”
che recupera le perdite di stabilità. I sensori aggiuntivi a quelli dell’impianto
ABS sono relativi all’angolo di sterzata, alla velocità d’imbardata e alla
accelerazione trasversale del retrotreno. Bosch (che lo chiamava FDR*) e
ITT sono i produttori che equipaggiano Mercedes e BMW (che lo chiama DSC
3), Delphi (che lo chiama VDCS) lo fornisce a Chevrolet e Cadillac, la Porsche
se ne è studiato uno e lo chiama PSM (Porsche Stability Management). La
Mercedes “classe A” è la prima vettura “media” a essere equipaggiata con
ESP di serie, in conseguenza delle modifiche decise dopo i noti fatti connessi
con il non superamento, nel 1997, della “prova dell’alce”. La centralina
dell’ESP ha una potenzialità di quattro volte quella di un ABS ed esegue
un controllo di stabilità a intevalli di 20 millesimi di secondo. La logica
di funzionamento consiste nel determinare, in base alla sterzata del pilota,
quale è la reazione del veicolo che egli desidera o si aspetta, controllare
quale sta per essere in realtà la risposta del veicolo e agire coi freni
per adeguarla al desiderio del pilota. Vedi anche Trust e Supertrust. Le
applicazioni dell’ESP sono confinate ai motori a benzina, salvo l’eccezione
(attuale, 1999) del BMW 740 d; presentemente anche Mercedes classe C GDI
(anno2000).
ETC
Sigla
di Electronic Traction Control, dispositivo antipattinamento* in accelerazione
utilizzato dalla Volvo. E’ identico all’ASC* della BMW poiché interviene
solo sull’accensione* e l’iniezione* del motore per ridurne istantaneamente
la potenza in caso di pattinamento di una ruota motrice. Sigla anche talora
di Electronic Throttle Control (vedi).
ETCS (Electronic Throttle Control System)
L’acceleratore,
scollegato meccanicamente dall’impianto di alimentazione, diventa un generatore
di segnale che giunge alla centralina dell’alimentazione, la quale lo interpreta
e agisce di conseguenza. Attenzione a non confondere con TCS (Tarction Control
System). Vedi anche Drive by wire
ETS
Sigla
di Electronic Traction System, differenziale autobloccante* (ma in realtà
il sistema autobloccante viene eliminato) a controllo elettronico introdotto
recentemente dalla Mercedes come evoluzione dell’ASD. Entrambi svolgono
la loro funzione frenando la ruota motrice che sta pattinando. L’ASD richiedeva
un circuito idraulico specifico, indipendente da quello dei freni*, che
interveniva per bloccare progressivamente il semiasse* della ruota che aveva
perso aderenza. L’ETS va nella direzione, da qualche tempo imboccata anche
dalla Mercedes, di una razionalizzazione e riduzione dei costi pur senza
rinunciare alla qualità del risultato. Infatti svolge esattamente lo stesso
lavoro dell’ASD, ma sfrutta l’impianto idraulico dell’ABS* e i dischi dei
freni* per bloccare la ruota che sta pattinando.
Eurobag
Versione
europea dell’airbag*, impiega un cuscino più piccolo di quello adottato
negli USA e per questo è efficace soltanto se utilizzato in combinazione
con le cinture di sicurezza*. L’airbag americano (inizialmente pensato per
proteggere gli occupanti dei sedili anteriori anche nel caso non avessero
allacciato le cinture) ha un volume di 70 litri e un diametro di 750 mm,
quello europeo invece un volume di 35 litri e un diametro di 550 mm. L’eurobag,
con tutte le sue componenti meccaniche ed elettroniche, può trovare posto
all’interno del volante, e quindi può essere montato abbastanza agevolmente
anche su vetture in origine sprovviste, ma comunque già progettate tenendo
conto di una futura possibile applicazione. Sperimentazioni della Volvo
hanno evidenziato che l’eurobag, abbinato alle cinture di sicurezza, riduce
del 30% le decelerazioni alle quali è sottoposta la testa del guidatore
in un impatto frontale a 56 km/h contro una barriera di cemento. Inoltre,
il dispositivo riesce a ridurre dell’80% la pressione sul viso, rendendo
in questo modo meno gravi eventuali ferite.
EZEV ( Equivalent Zero Emission Vehicle )
Qualifica
assegnata dall’ente di tutela ambientale californiano CARB, alle vetture
che nel bilancio energetico complessivo (dalla materia prima alla ruota
in movimento: estrazione, trasporto e emissioni) emettono meno sostanze
nocive delle centrali elettriche californiane che producono l’energia necessaria
a spingere una vettura alimentata ad energia elettrica. Ad esempio alcune
vetture a metano e ad idrogeno (BMW) hanno questa qualifica. In linea teorica
queste vetture sono in grado di emettere gas più puliti di quelli che immettono
in fase di aspirazione in ambienti ricchi di smog. |
