I contaminanti del gas di alimentazione
Migliore economia per il motore
Per il carburante a gas naturale, i rapporti aria-carburante di interesse principale ricadono in due intervalli generali, stechiometrico (da 15,5:1 a 18,0:1 AFR) e combustione magra (da 24,5:1 a 32:1). La ragione per cui esistono motori a combustione magra è che le emissioni di scarico sono inferiori e il risparmio di carburante aumenta. I termini “migliore potenza” e “migliore economia” sono utilizzati solo con motore stechiometrico (non a combustione magra).
Non tutti i motori a combustione magra funzionano con lo stesso AFR. Alcuni funzionano con più di AFR, a seconda del tipo di carburante, della costruzione del motore e dei requisiti di emissione. Ci si può anche aspettare che un motore con un AFR più magro raggiunga il minor consumo di carburante e abbia minor inquinamento presente nei gas di scarico.
La massa del rapporto aria gas (AFR)
Il rapporto aria/gas del carburante viene misurato in base alla massa (peso dell’aria rispetto al peso del carburante).
Per il rapporto stechiometrico dei motori che funzionano a gas naturale, la maggior parte dei sistemi di alimentazione, può essere regolata su uno dei rapporti aria-carburante mostrati di seguito.
Migliore Potenza: il rapporto aria/gas (AFR) a cui si raggiunge la massima potenza (carico). Inoltre, la migliore risposta al carico si ottiene a B.P. (tipicamente 15,5:1).
Uguale NOx e CO: il rapporto aria/gas (AFR) che provvede ad avere la stessa quantità di emissioni in atmosfera di NOx e CO (tipicamente 15,9:1)
Catalitico: il rapporto aria/gas (AFR) per l’efficienza di conversione del catalizzatore (tipicamente 15,95 – 16,05:1). Per motivi di precisione il rapporto aria/combustibile deve essere impostato utilizzando l’analizzatore dei gas di scarico.
Migliore Economia: il rapporto aria/gas (AFR) in cui si raggiunge la massima efficienza del carburante (tipicamente 17-18:1)
A riguardo della combustione povera (lean burn) i motori dovranno essere settati con particolari rapporti aria/gas dipendenti dal tipo di modello e costruttore del motore.
La Lamda (λ)
l simbolo greco della lambda è usato per descrive il relativo arricchimento o smagrimento del rapporto aria/gas comparandolo al rapporto stechiometrico. Il rapporto stechiometrico per qualsiasi carburante è sempre lambda 1,0. Per il gas naturale tale rapporto aria/gas (chimicamente corretto) è approssimativamente 16,09:1 punds in sistema anglosassone (0,72983:1 hg in sistema metrico). Perciò, per un motore che viene settato al funzionamento con una carburazione per la “migliore potenza”, il rapporto aria/gas si attesterà circa a 15,5:1 di massa.
Esempi di calcolo della lambda:
- 15.5/16.09 = λ 0.96
- 32/16.09 = λ 1.99
Indice di resistenza alla detonazione del combustibile
Il carburatore alimentato a gas è fondamentalmente un dispositivo di miscelazione che mescola due gas, aria e carburante. In teoria è molto più semplice di un carburatore a gasolio che deve prima atomizzare il carburante liquido per poter poi poterlo miscelare.
La funzione del sistema di alimentazione completo è duplice. Innanzitutto, il carburatore fornisce il miscelatore aria-carburante (Rapporto Aria/Gas – AFR); in secondo luogo la piastra dell’acceleratore fornisce la giusta quantità della miscela al motore secondo necessità. L’acceleratore stesso non fa alcuna miscelazione.
Carburatori a membrana
Attualmente il carburatore più usato è quello venturi (andremo a analizzarlo nel seguente paragrafo), si trovano ancora in commercio ma sempre meno utilizzati sin dagli anni 90’ i carburatori a membrana.
Lo spaccato del carburatore a membrana e la sua funzionalità
Le varie parti del carburatore a membrana che si possono osservare nell’immagine evidenziano il cuore del carburatore e come è assemblato. La valvola del carburante (anche denominata cono) è inserita in questa immagine, attraverso una vite di registro che verrà fissata sul punto desiderato per ottenere il giusto rapporto aria/gas (AFR) a pieno carico del motore. Varie membrane e molle sono usate per ottenere la carburazione richiesta.
Il movimento dei pistoni nella linea cilindro rende negativa la pressione nel collettore di aspirazione e nella zona del carburatore. La differenza di pressione venuta a crearsi nel carburatore viene trasferita alla parte superiore del diaframma tramite due piccoli passaggi all’interno del corpo del carburatore. È questo vuoto che agisce contro la forza di resistenza della molla per aiutare a determinare la posizione di sollevamento del gruppo aria-carburante.
Il vuoto creato nella parte inferiore della membrana fa comprimere le molle muovendo la parte del corpo centrale atta a miscelare l’aria con il gas. Ciò si verifica perché nella maggior parte dei casi il carburante si trova ad una pressione leggermente superiore a quella dell’aria (gas sull’aria, G/A). Il flusso d’aria attraverso il carburatore solleverà e manterrà in posizione il gruppo aria-carburante del carburatore in base alla quantità di flusso d’aria (velocità del motore e carico).
Dobbiamo pensare al carburatore come un alloggio che contiene due orifizi in serie. La valvola del carburante controlla il rapporto aria/gas a carichi del motore da bassi a medi (leggeri) perché è il più piccolo dei due orifizi. La vite di regolazione o “vite di carico” è l’altro orifizio agirà ai carichi più e diventerà il più piccolo tra i due.
Tutte le regolazioni comunque saranno effettuate in base alla pressione, al potere calorifico del carburane e verranno gestite mezzo molle più dure, più tenere, valvole di differente grandezza a seconda delle caratteristiche del gas utilizzato.