Impianto a metano su auto Diesel, come funziona

Installare un impianto a metano su veicoli Diesel è possibile e comporta, a fronte di una complessità del sistema, dei notevoli vantaggi

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Francesco Menna

ingegnere meccanico

Laureato in Ingegneria Meccanica, sono un appassionato di motori e musica. Quando non scrivo, suono la chitarra. Il mio sogno? Lavorare nel mondo automotive.

L’integrazione di sistemi a metano sui motori Diesel rappresenta una delle soluzioni più innovative e sostenibili per affrontare le sfide energetiche e ambientali del settore dei trasporti. La tecnologia dual fuel, che permette l’utilizzo simultaneo di gasolio e metano, offre una combinazione vantaggiosa tra efficienza, economia e riduzione delle emissioni. Questo approccio riduce significativamente le emissioni di anidride carbonica (CO2), ossidi di azoto (NOx) e particolato, migliorando così la qualità dell’aria e l’impatto ambientale.

La crescente attenzione verso le energie rinnovabili e i combustibili alternativi ha spinto l’industria automobilistica e dei trasporti a innovare e adottare tecnologie che favoriscono un uso più sostenibile delle risorse. In questo contesto, l’impiego del metano nei motori Diesel rappresenta un passo avanti importante. Tuttavia, l’adozione di questi sistemi richiede una comprensione approfondita del loro funzionamento, delle modifiche tecniche necessarie e dei benefici complessivi che possono apportare.

In questo articolo forniremo una panoramica dettagliata del funzionamento, esplorando le modifiche tecniche richieste, il processo di miscelazione del carburante e i vantaggi economici ed ecologici di questa tecnologia. Attraverso un’analisi completa, si mira a evidenziare come i motori dual fuel possano contribuire a una mobilità più sostenibile e a un futuro energetico più green.

Quali sono le modifiche da apportare al motore

Per convertire un motore Diesel in un sistema dual fuel che utilizza anche metano, sono necessarie diverse modifiche tecniche. Le principali sono riportate di seguito:

  • iniettori specifici per il metano vengono installati nel sistema di aspirazione o direttamente nei cilindri. Devono essere compatibili con il metano e in grado di operare ad alta pressione;
  • una nuova centralina elettronica, o una modifica a quella esistente, è necessaria per gestire la miscela di metano e gasolio. Essa controlla l’iniezione di entrambi i combustibili, ottimizzando il processo di combustione per ottenere le migliori prestazioni e ridurre le emissioni;
  • i serbatoi devono essere progettati per contenere metano compresso ad alta pressione (generalmente tra i 200 e i 250 bar). Devono essere installati in modo sicuro sul veicolo e opportunamente omologati secondo precise direttive;
  • linee di alimentazione specifiche per il metano, comprese valvole di sicurezza e regolatori di pressione, sono necessarie per trasportare il metano dai serbatoi agli iniettori;
  • può essere necessario rinforzare la testata del motore per resistere alle diverse condizioni di combustione generate dalla miscela di gasolio e metano;
  • il metano non viene acceso direttamente da una candela come nei motori a benzina. La piccola quantità di gasolio iniettata prima della fine della fase di compressione agisce come un innesco per la combustione del metano. Il timing dell’iniezione del gasolio deve essere calibrato per garantire una combustione ottimale della miscela.
  • potrebbe essere necessario modificare i sistemi di trattamento dei gas di scarico (come i filtri antiparticolato e i catalizzatori) per gestire le emissioni specifiche del funzionamento dual fuel.

Miscelazione del carburante e combustione con l’impianto a metano

La miscelazione del carburante e la successiva combustione nei motori Diesel dual fuel che utilizzano metano e gasolio avvengono attraverso un processo ben coordinato, gestito da un sistema di controllo elettronico. Il metano viene miscelato con l’aria aspirata prima di entrare nei cilindri. Questo può avvenire nel collettore di aspirazione o subito a valle del filtro dell’aria. Gli iniettori di metano spruzzano il gas nella corrente d’aria, creando una miscela omogenea aria-metano.

In alcuni sistemi, il metano viene iniettato direttamente nei cilindri durante il ciclo di aspirazione. Questo metodo può permettere un controllo più preciso della quantità di combustibile immessa. Il quantitativo è controllato da una centralina elettronica (ECU), che regola il flusso in base al carico del motore, alla velocità e ad altri parametri operativi.

Durante la fase di compressione, una piccola quantità di gasolio viene iniettata nei cilindri. Questo avviene pochi gradi prima del punto morto superiore del pistone. Il gasolio agisce come innesco per la combustione della miscela aria-metano. La compressione nel cilindro aumenta la temperatura della stessa. L’iniezione di gasolio crea un’area di alta temperatura che innesca la combustione della miscela. Il Diesel brucia rapidamente, producendo una fiamma che accende il metano.

Una volta accesa, la combustione del metano avviene in modo relativamente uniforme e completo, contribuendo a generare potenza senza aumentare significativamente le temperature di picco, grazie al più basso contenuto energetico per unità di volume del metano rispetto al gasolio. Dopo la fase di espansione, i gas di scarico vengono espulsi dal cilindro attraverso la valvola di scarico. Contengono meno particolato e ossidi di azoto rispetto alla combustione del solo gasolio, grazie alle proprietà del metano.

Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della doppia alimentazione

Alimentare la propria vettura con un sistema dual fuel ha dei vantaggi, ma anche svantaggi. Cominciamo dai primi:

  • riduzione costi carburante: il metano è generalmente più economico del gasolio;
  • riduzione emissioni: il primo ha un rapporto carbonio-idrogeno più basso rispetto al secondo, il che significa che la sua combustione produce meno anidride carbonica (CO2). La combustione del metano produce meno ossidi di azoto (NOx) e particolato, contribuendo a migliorare la qualità dell’aria;
  • combustione più pulita: il metano brucia in modo più pulito, riducendo l’accumulo di depositi carboniosi all’interno del motore e prolungando la vita utile dello stesso.

Tra gli svantaggi, invece, troviamo:

  • costi di installazione e modifiche: la conversione di un motore Diesel a un sistema dual fuel richiede investimenti significativi per l’installazione di iniettori di metano, serbatoi di stoccaggio, e sistemi di gestione elettronica. I sistemi bi-fuel possono richiedere una manutenzione più frequente e specifica, aumentando i costi operativi;
  • limitata disponibilità delle stazioni di rifornimento: la rete di distribuzione del metano non è ancora capillare come quella del gasolio, limitando la praticità e la convenienza del rifornimento;
  • spazio e peso aggiuntivi: i serbatoi per il metano compresso (CNG) o liquefatto (LNG) sono voluminosi e pesanti, e richiedono spazio aggiuntivo sul veicolo. Questo può ridurre la capacità di carico utile.

L’adozione di un sistema dual fuel che utilizza metano su motori Diesel offre vantaggi significativi in termini di risparmio economico, riduzione delle emissioni e flessibilità operativa. Tuttavia, comporta anche sfide legate ai costi iniziali, alla manutenzione, alla disponibilità di infrastrutture di rifornimento e all’installazione di componenti aggiuntivi. La decisione di adottare tale sistema deve quindi essere basata su una valutazione attenta dei benefici rispetto ai costi e alle necessità specifiche dell’automobilista. L’installazione, infatti, può arrivare a costare anche fino a 3 mila euro.