Impianto di scarico di una vettura di Formula Uno

L'impianto di scarico è quella parte dei motori termici che serve per l'evacuazione dei gas di scarico.

Componenti

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Impianto di scarico (ad eccezione dei collettori di scarico) di un'automobile, composto da un tubo di scarico con convertitore catalitico, silenziatore centrale e silenziatore terminale

Questo impianto varia a seconda del tipo di veicolo, così come i suoi componenti:

Criteri di progettazione

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Un sistema di scarico deve essere attentamente progettato per il trasporto di sostanze tossiche e/o nocive lontano dall'utente.
Sale di generatori e forni possono rapidamente riempire uno spazio chiuso con il monossido di carbonio o di altri gas di scarico velenosi, se non sono adeguatamente ventilati verso l'aperto, inoltre, i gas dalla maggior parte dei mezzi di trasporto sono molto caldi (tra i 650 e 1000 °C all'uscita della testata del motore), quindi deve essere resistente al calore e non deve passare attraverso o quasi tutto ciò che può bruciare o può essere danneggiato da calore, tale calore dei gas di scarico dipende sia dal carico del motore, dalla sua potenza specifica e dal tipo di alimentazione dello stesso.

Temperatura di varie porzioni di scarico in base al carico motore. Legenda:
A) Collettore di scarico
B) Catalizzatore posto al centro della lunghezza dello scarico
C) Terminale/silenziatore di scarico
T) Temperatura in gradi centigradi
Ta) Temperatura ambiente o 0 gradi centigradi
Tm) Temperatura massima o 800 gradi centigradi
rpm) Regime motore
m) Regime minimo
M) Regime massimo

Allo stesso modo la temperatura non è costante lungo tutta la linea di scarico e varia anche in base al carico e regime del motore, difatti un mezzo a pieno carico e regime è nelle condizioni più gravose di funzionamneto, il che si ripercuote allo scarico, con il collettore che ha le temperature più alte (mediamente 800 °C), poi si ha il catalizzatore che ha una temperatura intermedia (550 °C) ed infine il terminale di scarico/silenziatore che rimane più freddo (300 °C), mentre già con un regime intermedio le temperature si riducono sensibilmente, ad eccezione del collettore che ha una correlazione pressoché costante e lineare tra regime/carico e temperatura (difatti si attesta a circa 550 °C), mentre il catalizzatore crolla a 150 °C ed il terminale a 50 °C, con il motore al minimo il collettore si trova a 35 °C, mentre il catalizzatore e terminale a 50 °C.[3][4]
Una canna fumaria in una struttura stazionaria serve come un sistema di scarico in un mezzo di trasporto.

Caratteristiche

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Un sistema di scarico deve avere determinati requisiti:

Materiali

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Range di temperature di scarichi dei primi 80 cm, per motori a 2T e 4T a confronto, con i rispettivi motori a pieno carico

L'impianto viene costruito utilizzando vari materiali a seconda del componente e dell'utilizzo (sportivo o stradale):

Gli ultimi due materiali vengono generalmente utilizzati per i silenziatori dei motoveicoli, perché sono meno soggetti a urti con l'asfalto e nel caso dell'alluminio perché i gas di scarico hanno temperature contenute.
Per quanto riguarda il titanio, questo materiale viene utilizzato per le competizioni, dato che permette d'avere un sistema molto più leggero, mentre l'acciaio è utilizzato per ottenere scarichi più resistenti all'usura e agli agenti chimici ed ambientali, e la lamiera di ferro è il materiale standard.

Disposizione

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Autovettura con disposizione laterale dell'impianto di scarico
Motoveicolo con disposizione centrale basso dell'impianto di scarico

L'impianto a seconda dei vari criteri di progettazione e di utilizzo del mezzo può avere varie caratteristiche.

Nel caso delle auto:

Nel caso delle moto:

Accorgimenti

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Per poter migliorare la funzione o il controllo dei gas di scarico si usano alcuni sistemi:

Principalmente per motori a quattro tempi:

Principalmente per motori a due tempi:

Per recuperare parte dell'energia dispersa dai gas di scarico esistono diverse tecnologie:

Danni

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Il sistema di scarico a seconda del tipo di scarico e del veicolo può essere sottoposto a vari fattori di rischio:

Normativa

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I dispositivi di scarico e il rumore emesso dal veicolo sono normati a partire da periodi differenti per ogni stato e con limiti differenti, la prima normativa comunitaria europea viene varata il 6 febbraio del 1970 con la 70/157/CEE, successivamente aggiornata da diverse direttive[6][7], il limite di rumorosità viene misurato in dB, nel caso il mezzo di vecchia immatricolazione non riporti il limite di rumore nella carta di circolazione a seconda della sua categoria si hanno dei limiti differenti, mentre per i mezzi di recente immatricolazione è previsto un limite sempre più stringente.[8]

Per quanto riguarda la funzione catalizzante per l'abbattimento delle sostanze nocive, solo con la direttiva 2005/30/CE si è concessa la possibilità di utilizzare catalizzatori differenti da quelli del produttore di serie, dando la possibilità ai produttori after-market di produrli e omologarli.[9]

In ogni caso il prodotto che esce da tali impianti dipende sia dal tipo di motore, sia dalla sua alimentazione (tecnica di alimentazione e carburante), anche l'OMS ha evidenziato i rischi dei gas di scarico delle motorizzazioni diesel.

Note

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  1. ^ Collettori di scarico con diversi compensatori
  2. ^ Collettori di scarico a cui è possibile vedere un compensatore
  3. ^ A capacitance ultrasonic transducer for fast flow measurements in hot pulsating gases
  4. ^ Analysis of a Temperature-Controlled Exhaust Thermoelectric Generator During a Driving Cycle
  5. ^ Pat Symonds ci spiega gli scarichi in F1
  6. ^ Recepimento della direttiva 2007/34/CE della Commissione del 14 giugno 2007, su rivistagiuridica.aci.it. URL consultato il 27 aprile 2014 (archiviato dall'url originale il 27 aprile 2014).
  7. ^ Normativa comunitaria Archiviato il 28 aprile 2014 in Internet Archive.
  8. ^ Lotta a inquinamento acustico di ciclomotori e motocicli a partire da luglio
  9. ^ COMUNICATI / ADOTTATA LA DIRETTIVA 2005/30/CE (CATALIZZATORI DI RICAMBIO), su ancma.it. URL consultato il 27 aprile 2014 (archiviato dall'url originale il 27 aprile 2014).

Voci correlate

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Altri progetti

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Collegamenti esterni

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