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Articoli 10/02/2005

L’inquinamento atmosferico e la revisione dei veicoli

Articolo per gentile concessione di:
tratto da inPratica

L’inquinamento atmosferico e la revisione dei veicoli

di Emanuele Biagetti

QUADRO GENERALE
Il contenimento dell’inquinamento atmosferico dovuto alle emissioni di sostanze nocive provenienti dai gas di scarico dei veicoli a motore è un problema che non può essere affrontato all’interno dei confini geografici di ogni singola nazione ma, proprio a causa degli effetti che produce sul pianeta, richiede un intervento organico di tutti gli Stati a livello mondiale.
L’attuale congiuntura politica ed economica del nostro pianeta non consente di coordinare gli interventi finalizzati al contenimento dell’inquinamento atmosferico procurato dai veicoli a motore: i paesi più industrializzati ed, in particolare gli Stati membri della Unione Europea hanno tuttavia sviluppato ed attuato importanti progetti con un programma a tappe che prevede una consistente riduzione delle sostanze inquinanti rilasciate nell’atmosfera per tutti i veicoli immatricolati entro i prossimi 5 anni (cosiddetto norme EURO) che consentirà di abbattere in modo significativo l’impatto ambientale dei veicoli immessi in circolazione.
Tuttavia bisogna tener presente che la consistente riduzione di emanazioni inquinanti viene ottenuta con sistemi sempre più complessi e sofisticati che richiedono specifici controlli durante la vita del veicolo.
In questo senso diventano estremamente importanti i controlli effettuati durante la visita di revisione, mirati a verificare che sia garantita la tutela dell’ambiente con particolare riferimento al contenimento dell’inquinamento atmosferico ed acustico. Anche se tali controlli sono estremamente semplici e non si basano su un’analisi dettagliata della qualità e della quantità delle emanazioni inquinanti, consentono tuttavia di verificare in modo significativo "lo stato di salute" del motore e dei componenti installati sul veicolo.

L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO


Come è noto tutti i motori endotermici (motori termici a combustione interna) trasformano l’energia termica prodotta dalla combustione del carburante (benzina, gasolio, GPL, metano, ecc.) e dell’ossigeno (contenuto nell’aria) in energia meccanica che permette la rotazione dell’albero motore.
La trasformazione di carburante in energia termica ed energia meccanica causa:

• perdite energetiche,
• emissioni inquinanti.


Da una sommaria analisi delle perdite energetiche emerge che solamente il 30% circa dell’energia prodotta dalla combustione viene raccolto sotto forma di energia meccanica sull’albero motore mentre circa il:

25% viene dissipato con i gas di scarico,
10% viene utilizzato per il funzionamento degli organi ausiliari,
10% viene dissipato sotto forma di attriti vari,
25% viene ceduto alle pareti sotto forma di calore.


Sia i motori funzionanti secondo il ciclo diesel sia quelli funzionanti secondo il ciclo Otto (benzina) bruciano carburanti che, pur avendo una diversa composizione, sono formati essenzialmente da carbonio (C) ed idrogeno (H).
Se la combustione avvenisse in modo ideale gli idrocarburi verrebbero trasformati in energia meccanica producendo solo anidride carbonica (CO2) ed acqua (H2O). In realtà la combustione produce:

• il 99% di sostanze non inquinanti di cui:
- il 18% circa di anidride carbonica (CO2) (tuttavia anche l’anidride carbonica, che viene classificata "non inquinante", produce effetti assai negativi per il sistema ecologico terrestre: il cosiddetto "effetto serra"),
- il 9,2% circa di acqua (H2O),
- il 71% circa di azoto (N2),

• l’1% di sostanze inquinanti composte da:
- idrocarburi incombusti (HC),
- ossidi di azoto (NOx),
- monossido di carbonio (CO),
- anidride solforosa (motori diesel).


Le sostanze inquinanti possono essere ridotte di circa il:
50% con dispositivi di tipo RETROFIT (sistemi a catalizzatore non regolato),
90% con catalizzatori di tipo regolato.

Di seguito si rappresenta graficamente la percentuale delle singole sostanze inquinanti e non inquinanti rilasciate nell’atmosfera tramite l’emissione dei gas di scarico.
Le sostanze inquinanti rilasciate dai motori a combustione interna sono estremamente dannose per la salute dell’uomo.

Il monossido di carbonio è una sostanza molto nociva: intossica l’organismo umano con un afflusso insufficiente di ossigeno; l’ossido di azoto è molto pericoloso e alcuni idrocarburi incombusti sono addirittura considerati cancerogeni.

SISTEMI PER RIDURRE L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO
Il convertitore catalitico
I catalizzatori
(o convertitori catalitici) utilizzati nel campo automobilistico sono di tre tipi:
convertitori di tipo ossidante (a) per la trasformazione degli idrocarburi (HC) e del monossido di carbonio (CO); i catalizzatori ossidanti funzionano grazie all’introduzione di aria secondaria nel collettore di scarico a monte del catalizzatore;
convertitori di tipo a doppio corpo (uno di riduzione e uno ossidante) (b) composti da due catalizzatori che provvedono rispettivamente alla riduzione degli ossidi di azoto NOx e all’ossidazione degli idrocarburi (HC) e del monossido di carbonio (CO); l’aria secondaria necessaria per l’ossidazione di HC e CO viene introdotta dopo il primo corpo e prima del secondo;
• catalizzatori a tre vie (c) che agiscono sulle tre sostanze inquinanti; il funzionamento di questo tipo di catalizzatore è garantito a condizione che la miscela inviata al motore sia in un rapporto stechiometrico; la regolazione della miscela a monte del motore viene gestita da una centralina elettronica comandata direttamente dalla sonda lambda.
Il convertitore catalitico (generalmente chiamato catalizzatore) ha la funzione di convertire le sostanze inquinanti emesse dal motore (monossido di carbonio, idrocarburi incombusti, ossidi di azoto, anidride solforosa) in sostanze considerate meno inquinanti (azoto, anidride carbonica e acqua).


I gas espulsi dalla camera di combustione lambiscono la superficie alveolare del dispositivo catalizzatore.
Tale dispositivo è costituito essenzialmente da un monolite a struttura alveolare collegato elasticamente all’involucro; il supporto ceramico è rivestito di materiali pregiati (ossido di alluminio, platino, rodio e palladio) che lo rendono particolarmente costoso.

I veicoli di recente progettazione sono equipaggiati con sistemi di controllo delle emissioni complessi (controllo e regolazione Lambda) che garantiscono il buon funzionamento del catalizzatore a temperature elevate ed in presenza di un rapporto aria-benzina costante di circa 14,7:1; ciò significa che per bruciare 1 kg di benzina occorrono 14,7 kg di aria. Il rapporto stechiometrico ideale può raggiungere, nelle recenti versioni di motori ecologici, il valore 18:1 ed anche il valore 22:1.
Tale rapporto viene tenuto costante dalla sonda lambda che rileva le variazioni del rapporto tra aria disponibile e aria teoricamente necessaria e, mediante una variazione di tensione elettrica, corregge il rapporto stechiometrico a monte dell’aspirazione. La parte sensibile della sonda è esposta al flusso dei gas di scarico mentre la parte interna è a contatto con l’atmosfera. La sonda è sensibile alla variazione della percentuale di molecole di ossigeno presenti nei gas di scarico (troppe molecole in caso di miscela magra, troppo poche in caso di miscela grassa). La percentuale di molecole di ossigeno determina la tensione elettrica che la sonda trasmette alla centralina elettronica che corregge automaticamente il rapporto aria/benzina.

Le emissioni di un motore a combustione interna sono influenzate direttamente dal rapporto della miscela aria/benzina.
Una carburazione grassa (ricca di benzina) dà luogo ad una combustione incompleta con elevata emissione di idrocarburi incombusti (HC) e di monossido di carbonio (CO).
Riuscendo a modificare il dosaggio si ottiene una diminuzione delle emissioni di idrocarburi incombusti e di monossido di carbonio ed un aumento di ossido di azoto.
Una carburazione magra dà luogo ad un innalzamento della temperatura di combustione e ad un’elevata emissione di ossidi di azoto.
Una carburazione sempre più magra riduce le emissioni di ossido di azoto e di monossido di carbonio fino a determinare un aumento degli idrocarburi incombusti.
Il dosaggio ottimale si ottiene grazie ad una centralina a mappatura elettronica collegata alla sonda lambda ormai abbondantemente utilizzata su tutti i veicoli di recente progettazione.

Il retrofit

Il retrofit consente di ridurre le emissioni inquinanti di oltre il 50%; l’installazione del dispositivo è stata ammessa a partire dal 1992 anche sui veicoli non muniti fin dall’origine di catalizzatore. I veicoli muniti di retrofit venivano ammessi alla circolazione nei centri urbani (ove il Comune avesse fissato specifici divieti di circolazione per veicoli non ecologici) poiché tali dispositivi sono in grado di abbattere le emanazioni inquinanti di oltre il 50% rispetto ai limiti della normativa allora vigente.

I retrofit sono stati installati anche sui veicoli in circolazione a seguito di apposita visita e prova presso il competente UP del DTT sulla base di una preventiva specifica approvazione rilasciata dal CPA (l’installazione deve essere eseguita conformemente a quella prevista su apposito DGM 405).

Sulla carta di circolazione dei veicoli sottoposti a visita e prova con esito favorevole sono state apposte annotazioni del tipo "Installato dispositivo catalizzatore che abbatte i gas inquinanti di oltre il 50 % rispetto ai limiti previsti dalla dir. ......".

I sistemi di controllo delle emissioni di tipo complesso (catalizzatore a tre vie, sonda lambda e sistema di iniezione) hanno praticamente sostituito i dispositivi retrofit.

Altri dispositivi
Per ridurre le emissioni di ossidi di azoto NOx viene utilizzato il ricircolo dei gas di scarico (EGR) del motore; i gas di scarico (gas inerti) adeguatamente aggiunti alla miscela aria-benzina ne abbassano la temperatura massima di combustione contenendo le emissioni di ossidi di azoto.
Il ricircolo è dovuto in parte all’incrocio delle valvole ed in parte a sistemi esterni di tipo pneumatico o meccanico che collegano il condotto di scarico a quello di aspirazione.
Per contenere le emissioni di HC dovute all’evaporazione del carburante viene utilizzato un filtro al carbone attivo. I vapori provenienti dal serbatoio di carburante vengono trattenuti dal carbone attivo contenuto in un apposito piccolo serbatoio collegato al collettore di aspirazione.
La depressione dovuta al collettore consente di far affluire l’aria dall’esterno e di immettere i vapori di benzina nel condotto di aspirazione rigenerando il filtro. Una valvola di rigenerazione controlla il flusso di rigenerazione contenendo anche le oscillazioni del valore Lambda (rapporto tra aria disponibile e aria teorica per la combustione).

LA NORMATIVA ANTINQUINAMENTO COMUNITARIA
Le numerose direttive comunitarie (1) via via emanate fin dal 1970 per contenere l’inquinamento atmosferico causato dalle emissioni dei veicoli a motore hanno sostanzialmente imposto una progressiva riduzione dei limiti per le sostanze inquinanti rilasciate nell’atmosfera attraverso i gas di scarico (monossido di carbonio (CO), idrocarburi incombusti (HC), ossidi di azoto (NOx) e particolato per i motori diesel).
Tuttavia, una svolta decisiva in tema di contenimento delle emissioni nocive, si è avuta con l’introduzione di veicoli ecologici che rispettano le cosiddette norme EURO.
Tale termine associato ad un numero (EURO 1, EURO 2, EURO 3, ecc.) identifica gruppi di direttive comunitarie che fissano limiti sempre più severi per le emissioni nocive dei veicoli a motore e impongono la presenza di sofisticati dispositivi diagnostici di bordo per il controllo del funzionamento degli apparati antinquinamento (un veicolo che rispetta la normativa EURO 3 è molto più ecologico di un veicolo che rispetta la normativa EURO 1).

Le norme EURO si applicano sia in sede di approvazione dei prototipi da costruire in serie e destinati ad essere immessi in circolazione (omologazione) sia ai fini dell’immissione in circolazione dei singoli esemplari di veicolo (vera e propria immatricolazione intesa come rilascio di carta di circolazione e targhe). Si distinguono gruppi di norme validi per l’omologazione e l’immissione in circolazione di:

autoveicoli: la direttiva antinquinamento di riferimento è la 70/220/CE modificata e aggiornata a partire dalla direttiva 91/441/CEE (nota come la direttiva che ha introdotto il dispositivo catalizzatore e l’alimentazione ad iniezione per gli autoveicoli);
ciclomotori e motoveicoli: la norma di riferimento è il capitolo 5 della direttiva 97/24/CE (nota come la direttiva che ha introdotto il catalizzatore per i ciclomotori e i motoveicoli).

Norme di riferimento per gli autoveicoli

Gli autoveicoli in circolazione (categorie internazionali "M" ed "N") possono appartenere ad uno dei seguenti gruppi di veicoli: • approvati e/o immessi in circolazione prima dell’entrata in vigore della direttiva 70/220/CEE; tali veicoli non risultano rispondenti a nessuna norma antinquinamento;
approvati e/o immessi in circolazione dopo l’entrata in vigore della direttiva 70/220/CEE; la direttiva, successivamente aggiornata da una serie di direttive comunitarie (2) ha introdotto limiti sempre più bassi per le emissioni inquinanti dei veicoli da omologare o da immettere in circolazione; tali veicoli possono essere muniti di dispositivi catalizzatori di tipo retrofit installati successivamente all’immissione in circolazione che tuttavia sono ininfluenti ai fini della rispondenza alle norme EURO;

rispondenti alla direttiva 91/441/CEE (EURO 1); la direttiva ha aggiornato le prescrizioni tecniche delle precedenti direttive riducendo sensibilmente i valori ammissibili per le sostanze inquinanti e ha introdotto l’uso della marmitta catalitica e dell’alimentazione a iniezione per i veicoli omologati a partire dall’1.7.1992 e per quelli immessi in circolazione a partire dal 31.12.1992; i veicoli rispondenti alle prescrizioni della citata direttiva comunitaria sono equipaggiati con sistemi di controllo delle emissioni complessi (catalizzatore, sonda lambda e componenti elettronici);

rispondenti alle direttive 94/12/CE e 96/69/CE (EURO 2); le direttive hanno introdotto limiti più restrittivi per le emanazioni inquinanti sia dei motori a benzina sia dei motori diesel;

rispondenti alla direttiva 98/69/CEE - fase A (EURO 3); la direttiva ha introdotto ulteriori limitazioni per:

• veicoli omologati a partire dall’1.1.2000 ovvero immatricolati a partire dall’1.1.2001 delle categorie internazionali:
- M con massa max fino a 2,5 t,
- N1 (classe I);


• veicoli omologati dall’1.1.2001 ovvero immatricolati dall’1.1.2002 delle categorie internazionali:
- M con massa max oltre 2,5 t,
- N1 (classe II e III).

La norma ha introdotto anche il sistema denominato "OBD" (sistema diagnostico di bordo per il controllo delle emissioni in grado di identificare la zona in cui si è verificato un guasto dell’impianto per il contenimento delle emanazioni inquinanti segnalandolo tramite appositi codici) diventato obbligatorio per tutti i veicoli della categoria internazionale M1 e N1 con motore ad accensione comandata a partire dal 2001 e ad accensione spontanea (con qualche deroga) a partire dall’1.1.2003;
rispondenti alla direttiva 98/69/CEE - fase B (EURO 4, attualmente facoltativa) che ha introdotto limiti ulteriormente restrittivi per:

• veicoli omologati a partire dall’1.1.2005 ovvero immatricolati a partire dall’1.1.2006 delle categorie internazionali:
- M con massa max fino a 2,5 t,
- N1 (classe I);

• veicoli omologati dall’1.1.2006 ovvero immatricolati dall’1.1.2007 delle categorie internazionali:
- M con massa max oltre 2,5 t,
- N1 (classe II e III).

Recentemente, nelle more dell’entrata in vigore della fase B della direttiva 98/69/CE (EURO 4), sono state emanate una serie di direttive che aggiornano e modificano le previgenti norme in materia di (3):
- omologazione, vendita e installazione dei convertitori catalitici di ricambio nuovi,
- prescrizioni riguardanti il sistema OBD,
- omologazione di veicoli muniti di impianto di alimentazione alternativa a GPL e CG,
- prescrizioni per le procedure di prova dei veicoli.


Tabella 1
Veicoli categoria internazionale "M"
(esclusi veicoli con più di 6 persone compreso il conducente e massa superiore a 2.500 kg)



Norme di riferimento per ciclomotori e motoveicoli
I ciclomotori e i motoveicoli in circolazione
(veicoli appartenenti alle categorie internazionali "L") possono appartenere ad uno dei seguenti gruppi di veicoli:

approvati prima dell’entrata in vigore della direttiva 97/24/CE; tali veicoli non risultano rispondenti a nessuna norma antinquinamento e possono essere muniti di dispositivi catalizzatori di tipo retrofit installati successivamente all’immissione in circolazione (risultano da apposita certificazione integrativa dei documenti di circolazione);
approvati dopo l’entrata in vigore della direttiva 97/24/CE di osservanza obbligatoria a partire dall’1.1.1999; la direttiva è stata a sua volta aggiornata dalle direttive:
- 2002/51/CE che ha introdotto un’ulteriore riduzione delle emissioni inquinanti per i veicoli a due o tre ruote,
- 2003/77/CE che ha introdotto modifiche alle modalità di svolgimento delle prove.
La direttiva 2002/51/CE ha aggiornato i limiti ed i termini di attuazione previsti dalla direttiva 97/24/CE (fase A e B) prevedendo una progressiva diminuzione dei valori limite alle emissioni inquinanti prodotte dai veicoli a motore a due e tre ruote (4):

• in una prima fase per i veicoli:
- omologati dall’1.4.2003;
- ciclomotori immatricolati dall’1.7.2004;
- motocicli e tricicli
(ad eccezione dei veicoli trial e enduro per i quali l’obbligo scatta dall’1.7.2005) immatricolati dall’1.7.2004;

• in una seconda fase per i veicoli:
- omologati dall’1.1.2006;
- immatricolati dall’1.1.2007.

IL CONTROLLO DEL VEICOLO IN CIRCOLAZIONE

Le vigenti norme in materia di controllo delle emissioni inquinanti dei veicoli in circolazione impongono controlli periodici che sostanzialmente vengono effettuati:

• in occasione della revisione periodica dagli Uffici periferici del DTT e dai centri privati autorizzati,
• in occasione delle visite semestrali o annuali effettuate dalle imprese di autoriparazione iscritte nel RIA (sezioni di meccanica motoristica ed elettrauto) per il rilascio del cd. bollino blu. Le norme vigenti in materia prevedono che vengano svolti i seguenti controlli per gli:

a) autoveicoli con motore ad accensione comandata le cui emissioni non sono governate da un sistema perfezionato di controllo (quale ad esempio convertitore catalitico a circuito chiuso a tre vie con sonda lambda):
- verifica delle fughe e delle dispersioni;
- verifica della presenza dell’equipaggiamento indispensabile;
- determinazione del tenore di monossido di carbonio con motore al minimo e con le procedure proposte dal costruttore del veicolo ovvero in conformità alle procedure previste dal capo III, punto c1) della circolare del 22.5.1995 (una prova al regime di minimo);

b) autoveicoli con motore ad accensione comandata le cui emissioni sono governate da un sistema perfezionato di controllo (quale ad es. convertitore catalitico a circuito chiuso a tre vie con sonda lambda):
- verifica delle fughe e delle dispersioni;
- verifica della presenza dell’equipaggiamento indispensabile;
- determinazione del valore lambda e del tenore di monossido di carbonio con le procedure proposte dal costruttore del veicolo ovvero in conformità alle procedure previste dal capo III, punto c2) della circolare del 22.5.1995 (due prove: una al regime di minimo ed una al regime di minimo accelerato). c) autoveicoli con motore ad accensione spontanea: - esame visivo delle parti rilevanti dell’impianto;
- misurazione dell’opacità dei fumi secondo i criteri di cui al DM 7.8.2000.
La direttiva 92/55/CE che ha modificato il punto 8.2. dell’allegato II al DM 408/98 prevede l’effettuazione delle prove di cui al punto a) o di quelle di cui al punto b) a seconda che sia o non sia installato un sistema perfezionato di controllo, costituito nella maggioranza dei casi dal catalizzatore a tre vie e della sonda lambda, senza specificare altro.
Pertanto si ritiene che, per decidere quali siano le modalità per effettuare la prova ed i limiti da rispettare, in assenza di particolari prescrizioni fornite dal costruttore del veicolo, si debba verificare se sono presenti gli elementi caratterizzanti il sistema perfezionato di controllo (sono tali i sistemi con un grado elevato di efficacia che si aggira intorno al 90%).

Il fatto che sia presente un dispositivo catalizzatore non è elemento sufficiente per ritenere che il veicolo sia dotato di un sistema perfezionato di controllo (possono essere installati dispositivi di tipo "retrofit" che abbattono solamente del 50% le emissioni inquinanti del motore senza controllo della qualità dei gas di scarico e della miscelazione combustibile-comburente). Può essere di aiuto l’indicazione riportata nella carta di circolazione

• modello MC 804 MEC: alla pag. 2, annotazione del tipo "RISPETTA LA DIRETTIVA 91/441/CEE" oppure "RISPETTA LE DIRETTIVE 92/97/CEE - 94/12/CEE - 93/116/CE" (ove è significativo il numero 94/12/CEE);
• modello MC 820 F: al punto (V.9) annotazione del numero della direttiva del tipo "(V.9) 91/441/ CEE" che indica che il veicolo è quasi sicuramente dotato di sistema perfezionato di controllo (catalizzatore più sonda lambda).

La data di immatricolazione del veicolo può fornire invece solamente indicazioni generiche in merito all’installazione del sistema perfezionato di controllo. Infatti la normativa europea consente esplicitamente ad ogni casa costruttrice di immatricolare, in deroga, una percentuale di veicoli (generalmente pari al 10% rispetto a quelli venduti durante l’anno precedente) non rispondenti alla norma entrata in vigore ma costruiti in conformità alla normativa previgente.


L’ESITO DELLA VISITA DI REVISIONE
L’articolo 4 del DM 6.8.1998, n. 408 stabilisce che la visita di revisione deve avere esito Revisione ripetere - Veicolo sospeso dalla circolazione (esito SOSPESO) in presenza di anormalità e/o difetti che compromettono la sicurezza della circolazione o in presenza di anormalità e/o difetti che determinano inquinamento acustico o atmosferico.
Pertanto, proprio al fine di sottolineare l’importanza che assume il controllo effettuato in sede di revisione ai fini della tutela dell’ambiente, con particolare riferimento al contenimento dell’inquinamento atmosferico ed acustico, il legislatore ha voluto tassativamente escludere dalla circolazione, fino al ripristino, veicoli che in tale sede emettono emanazioni inquinanti oltre i limiti fissati. Si rammenta che in questi casi il veicolo non può circolare e deve essere sottoposto a nuova visita di revisione dopo che sono stati eliminati i motivi che hanno determinato l’esito negativo della visita.

 






di Emanuele Biagetti

Giovedì, 10 Febbraio 2005
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