Volkswagen per il Diesel del futuro: Sistema SCR e TWIN DOSING

Nello scorso approfondimento abbiamo chiarito come mai anche i gruppi notoriamente legati all’elettrico e alla campagna promozionale e-mobility stanno investendo parecchie risorse sul Diesel 4.0. Un Diesel nuovo, pulito, efficiente. L’attenzione si è soffermata sulla natura dei NOx e sui limiti del Diesel passato e attuale. A seguito del recente sviluppo dell’ibrido motorizzato benzina, il gruppo tedesco risponde rivalutando il Diesel grazie ad un innovativo sistema brevettato dal nome “Twin dosing”.

Ripercorriamo brevemente le tappe del Diesel 4.0 con i seguenti articoli:

https://vehiclecue.it/gas-combusti-motori-propulsione-endotermica/13499/

https://vehiclecue.it/il-cammino-per-la-massima-efficienza-come-si-realizza-un-diesel-euro-6d/13573/

https://vehiclecue.it/ad-blue-come-funziona-limpianto-del-fluido-anti-inquinamento/13696/

Come funziona il sistema?

I motori TDi Evo utilizzano l’AdBlue (urea liquida) iniettata a monte di ben due catalizzatori SCR disposti in serie tra loro.

Il motivo è legato al fatto che per riuscire a ridurre gli ossidi di azoto (vero tallone d’Achille dei motori a gasolio) è necessario iniettare soluzioni acquose di ammoniaca. Senza ripetere la tecnica legata al processo, già descritta nel secondo approfondimento, ricordo brevemente come l’iniezione di urea a monte del catalizzatore SCR permette alla soluzione di evaporare, reagire e unirsi al vapore acqueo presente nei prodotti di combustione creando ammoniaca.

Successivamente nel catalizzatore SCR, con apposite honey comb rivestite in Vanadio si accelera la seguente reazione:

NO + NO2 + 2NH3 > 2 N2 + 3H2O

Per formare acqua e innocuo azoto (N2). La restante parte viene abbattuta nel DPF, cioè nel filtro antiparticolato dei motori Diesel.

A differenza di un normale Euro6d con Urea, il twin dosing realizza un doppio abbattimento degli inquinanti ponendo un secondo catalizzatore SCR in serie al primo. Il quale essendo posizionato a distanze maggiori, lavorerà con gas di scarico a temperatura decisamente inferiore. La differenza delle temperature di ingresso dei gas nei due catalizzatori può essere anche di circa 100 °C più bassa.

La coperta di post-treatment dei gas di scarico si amplia a temperature inferiori, garantendo un’efficienza di circa 80% superiore ai precedenti sistemi anti-inquinamento. In questo modo si riesce a garantire un buon abbattimento anche per i gas con temperature inferiori.

Per quale motivo disporli in serie?

L’efficienza del sistema è centrata sulla cinetica chimica del processo di conversione. Il processo di catalisi è limitato superiormente a 350°C. Pertanto i gas caldi all’uscita dal turbo potranno essere sicuramente trattati una volta superato il light-off, ma giunti ad alte velocità di percorrenza (alto carico motore), entra in gioco un altro problema.

Alle temperature elevate l’efficienza crolla, pertanto per garantire l’abbattimento, è necessario far lavorare un secondo catalizzatore a valle del DPF in modo da gestire gas a temperature inferiori (non a caso il 2° SCR é posto a distanze notevoli rispetto al primo), così da riportare la T,gas entro la coperta di post-trattamento.

Layout:

A valle del turbo troveremo il primo modulo di iniezione dell’ AdBlue che studia la portata dei gas e la temperatura e regola l’intervento dell’urea, la pressione di iniezione e le modalità di iniezione (accuratamente studiate in simulazioni spray CFD). Successivamente un catalizzatore di ossidazione che fa avvenire con maggior rapidità tale reazione (alle alte temperature):

Successivamente il DPF, commentato nei precedenti articoli (sopra linkati), integrato al catalizzatore SCR con nozzle (per ridurre gli ingombri).

E poi a debita distanza riparte la serie (2° SCR) e termina con un catalizzatore bloccante a valle del secondo SCR che impedisce un eccessivo accumulo di urea iniettata nei due SCR e ridurre l’eccessiva produzione di ammoniaca rispetto ad un Single–SCR.

Rumors?

 

Le misurazioni RDE confermano le omologazioni Volkswagen per il 2.0 TDI Evo con twin dosing: NOx ridotti di circa l’80% rispetto alla generazione precedente. Prima versione in commercio quella 2.0 TDI Evo da 150 CV: su Passat e Nuova Golf.

 

L’intervallo ideale per conversione al 90% è fra +220° e +350° C. L’efficienza è mantenuta in diverse modalità di funzionamento, salite tortuose, alte velocità, avviamenti a freddo (c’è da lavorare ancora sul tempo di warm-up con le strategie di iniezione e fasatura valvole).

Da qui parte una nuova era con un Diesel che risponde molto bene ai cicli di omologazione WLTP e RDE. Non appena saranno resi disponibili i dati ufficiali li riproporremo sotto forma di articolo.

Una bella stangata all’elettrico, sembrerebbe! Ecco il risultato di maggiori investimenti sulla natura termo-fluidodinamica dei motori termici. Investimenti, i quali, guidati dal buon senso e non dalla cavalcante onda mediatica d’euforia del “nuovo”, porteranno via via a maggiori soddisfazioni per tecnologie quale il Diesel, dichiarato morto tre anni fa.

Dovrebbe farci riflettere tutto ciò. Intanto il brevetto c’è, la tecnologia pure e i gruppi Leader Automotive hanno capito l’importanza del discorso.