Isuzu D-Max: analisi tecnica della meccanica – Sotto il cofano della undicesima generazione del pick-up Isuzu D-Max si cela una meccanica completamente rinnovata che ha permesso al Costruttore giapponese di rispondere alle sempre più pressanti richieste del Mercato.
Forte della sua pluriennale esperienza in produzione di veicoli commerciali, nonché di pick-up con il DNA da camion, Isuzu è riuscita a produrre un motore di cubatura minore, sia rispetto alla precedente unità che rispetto ai motori della concorrenza, che fosse comunque in grado ridurre i consumi e le emissioni inquinanti, abbattere i costi di gestione e utilizzo, consentire un maggiore comfort acustico e vibrazionale e garantire una maggiore coppia e potenza così da incrementare ulteriormente la già buona capacità di carico e traino. Spinto ora da un nuovo motore 1.9 litri 4 cilindri turbodiesel, in luogo del precedente 2.5 litri, il nuovo Isuzu D-Max non solo riesce ad erogare la bellezza di 164 CV e 360 Nm ma rispetta anche la più recente normativa Euro 6b. Risultato reso possibile senza l’adozione di un’iniezione aggiuntiva di AdBlue ma semplicemente installando un catalizzatore DeNOx più efficiente con sistema LNT (Lean NOx Trap) e un sistema EGR raffreddato di maggiore efficacia.
Alcune innovative scelte progettuali come la cinghia dei servizi singola con auto tensionamento, la regolazione automatica del gioco valvole idraulico, la distribuzione a catena, il trattamento termico di tempra per induzione che riduce l’usura, le bielle prodotte per frattura e il turbocompressore singolo stadio a geometria variabile, hanno consentito di ridurre i costi di manutenzione, incrementare l’affidabilità, ridurre il rumore e le vibrazioni di 5 decibel, limare ben 60 kg dal peso totale ed estendere la garanzia a 5 anni o 100.000 chilometri. Il parsimonioso propulsore può essere inoltre abbinato a due diverse tipologie di cambio e a due diverse modalità di trazione. Il cliente potrà, infatti, scegliere tra un rinnovato cambio manuale a 6 rapporti, prodotto direttamente dalla Isuzu per la nuova unità termica, oppure un cambio automatico a convertitore di coppia sempre a 6 rapporti prodotto però dalla Aisin. Entrambi i cambi, nettamente più efficienti e prestazionali rispetto alla precedente generazione, hanno permesso di far risparmiare assieme al motore la bellezza di 60 kg sul peso totale della vettura.
Dal punto di vista della trazione si potrà optare sia per la sola trazione posteriore (4×2) che per la più efficiente trazione integrale (4×4), indipendentemente dal tipo di cambio scelto. Il sistema di trazione integrale può essere inserito elettronicamente anche in marcia e implementa un controllo attivo della trazione con funzionalità autobloccante per il differenziale centrale (fisso 50:50) unitamente a due differenziali liberi (anteriore e posteriore) gestiti dall’elettronica tramite i freni. A tale sistema sono state affiancate le marce ridotte che, assieme ai favorevoli angoli di attacco (30°) e di uscita e ai 24 cm di luce a terra, facilitano la guida in condizioni estreme e con carichi gravosi. Fabbricato in Thailandia, il Pick-up giapponese (tara = 1.900 kg) vanta una capacità di traino di ben 3,5 tonnellate che in altri termini significa un carico massimo ammissibile di circa 4.000 kg e un carico massimo complessivo di ben 6.000 kg. Ma vediamo più nel dettaglio alcune delle caratteristiche tecniche e delle scelte progettuali di questo motore.
Trattamento termico di tempra per induzione
Il trattamento di tempra o tempera in generale consiste nel brusco raffreddamento di un materiale dopo averlo portato a temperatura di austenizzazione. L’elevata velocità di raffreddamento inibisce l’azione diffusiva atta al ripristino dell’equilibrio e il numero di vacanze (e quindi di cluster, cioè raggruppamenti di difetti puntuali) che compete alla temperatura di tempra è conservato a temperatura ambiente. Più in generale si può dire che la tempra, inibendo i processi diffusivi necessari alla stabilizzazione termodinamica, trasferisce a temperatura ambiente uno stato termodinamicamente competente a temperatura maggiore. È un trattamento termico che sopprime la trasformazione eutettoidica e conduce alla formazione di martensite per raffreddamento continuo. Grazie alla tempra, per esempio, si trasforma la struttura perlitica dell’acciaio in martensitica. Un monocristallo così trattato ha resistenza meccanica maggiore rispetto al monocristallo raffreddato lentamente.
Il riscaldamento tramite induzione elettromagnetica viene quindi utilizzato per fornire calore a materiali conduttori servendosi di un campo magnetico variabile le cui linee di forza entrino nel pezzo. Il campo elettrico indotto da questo processo crea una differenza di potenziale che induce una corrente elettrica all’interno del materiale dipendente dalla forma e dalle caratteristiche dello stesso. Tali correnti indotte, fluendo in opposizione alla resistenza di un conduttore per natura imperfetto, dissipano energia per effetto Joule producendo calore: questo fenomeno permette di portare ad alta temperatura, e quindi austenitizzare, un oggetto di acciaio. Grazie a questo trattamento di indurimento termico delle canne dei cilindri è stato possibile incrementarne la resistenza meccanica e ridurne l’usura sotto l’azione di scorrimento dei pistoni. La scelta però di adottare questo tipo di trattamento ha reso le canne dei cilindri di questo nuovo motore impossibili da rettificare in caso di danneggiamento grave.
Trappola LNT per abbattere gli NOx
La trappola LNT (Lean NOx Trap) altro non è che un catalizzatore ad accumulo di NOx che opera quindi in maniera discontinua nella trattazione degli ossidi di azoto. In pratica, l’idea è quella di intrappolare gli ossidi di azoto formando un composto chimico nell’interno del catalizzatore. Grazie, infatti, alla sua struttura monolitica gli ossidi di azoto vengono prima accumulati, poi ossidati e infine ridotti. Al suo interno troviamo nello specifico una trappola cosparsa di solfati di bario (siti di nitrati di bario) e una base di Platino utilizzato come catalizzatore ossidante di NO e NO2. Durante l’accumulo (funzionamento del motore con miscela magra lambda > 1) all’interno della trappola gli ossidi di azoto si combinano con l’ossido di bario andando a formare i nitrati di bario che rimangono attaccati alla superficie della matrice della trappola. L’NO presente viene prima ossidato in NO2 dall’azione catalitica del Platino e poi accumulato come nitrato di metalli alcalini.
Questa procedura continua fino a quando la capacità di accumulo della trappola si è talmente ridotta da compromettere la generale efficienza di accumulo e conversione. A quel punto si innesca la necessità di rigenerare il filtro LNT perché intasato e per farlo si sposta il funzionamento del motore da lambda > 1 (miscela magra), durante la quale gli NOx erano immagazzinati a formare i nitrati, a lambda < 1 (miscela grassa), durante la quale gli NOx verranno ridotti a N2 e rilasciati. In questa fase (brevi intervalli di 2 secondi ogni 60 secondi di funzionamento motore) è presente una tale quantità di sostanze di riduzione (prodotti di parziale combustione CO, H2 e HC) in grado di fissare l’O2 eventualmente penetrato negli elementi di accumulo, produrre il rilascio degli NOx (trasformando i nitrati in carbonati) e, grazie all’azione catalitica del Rodio, ridurre gli NOx rilasciati in N2. In pratica il combustibile assorbe l’ossigeno contenuto nel composto attaccato al nitrato di bario e allo scarico esce azoto semplice. Per ottenere il passaggio da lambda > 1 a lambda < 1 nei motori diesel di solito o si incrementa il ricircolo dei gas di scarico tramite la valvola EGR oppure si esegue una iniezione ritardata oppure ancora si attua uno strozzamento dell’aria in aspirazione.
Catalizzatore SCR per abbattere gli NOx
Il catalizzatore SCR (Selective Catalyst Reduction) è un ulteriore sistema di post trattamento dei gas di scarico che consente l’abbattimento degli NOx. Il sistema SCR, a contrario della trappola LNT, adotta una conversione costante e continua degli NOx in N2. La riduzione catalitica selettiva si basa sul fatto che determinate sostanze in presenza di ossigeno sono in grado di ridurre selettivamente gli ossidi di azoto. Selettivamente significa che in questa situazione l’ossidazione delle sostanze avviene privilegiando l’ossigeno degli ossidi di azoto e non l’ossigeno molecolare presente in percentuale assai maggiore nei gas di scarico. Per funzionare il catalizzatore SCR necessita di un riducente chimico simile all’ammoniaca ma meno tossico. Tali caratteristiche sono state ritrovate nell’Urea o meglio in una soluzione di Urea (32,5%) e di acqua deionizzata (67,5%) denominata AdBlue. Questo additivo liquido viene iniettato nello scarico a monte del catalizzatore SCR dove si mischia con i gas di scarico per formare l’ammoniaca e CO2 per un processo di idrolisi e di termolisi.
Successivamente l’ammoniaca reagisce con l’ossigeno degli NOx tramite un processo di catalisi per portare gli NOx a N2. Infine, l’ammoniaca tramite un processo di ossidazione reagisce di nuovo con l’ossigeno degli NOx formando H2O e N2. Questo processo però comporta l’introduzione di uno e a volte anche di due ulteriori catalizzatori ossidanti. Non va dimenticato, infatti, che l’adozione di un catalizzatore ossidante a monte del catalizzatore SCR, in grado di ossidare gli NO in NO2, consente un funzionamento ottimale del catalizzatore SCR aumentando del 50% la trasformazione chimica degli NO2 in NOx. La stessa adozione di un catalizzatore ossidante, posto questa volta a valle del catalizzatore SCR, permette di ossidare l’eventuale ammoniaca infiltrata allo scarico in N2 e H2O evitando che questa possa uscire dallo scarico stesso.
LNT VS SCR
Ma quindi quale delle due soluzioni è la migliore? Una risposta definitiva non la si può dare ma è di certo possibile valutarne gli aspetti positivi e negativi in base alla specifica situazione e allo specifico motore su cui andranno utilizzati. La trappola LNT risulta sicuramente meno complessa e meno ingombrante perché non necessita dell’iniezione di AdBlue, ma d’altro canto necessita di essere installata molto a ridosso del motore o del gruppo di sovralimentazione per poter raggiungere l’esatta temperatura di funzionamento e causa inoltre un maggiore consumo di carburante (+5%) e un aumento degli HC allo scarico per le continue post iniezioni utili a spostare il funzionamento del motore verso una miscela grassa. Il catalizzatore SCR dal canto suo è certamente un sistema più complesso, soggetto a verifica periodica e manutenzione.
Presuppone un sistema aggiuntivo sia per lo stoccaggio che per l’iniezione di AdBlue nel sistema e lavora con un additivo che causa corrosione sui metalli, macchia, produce un odore sgradevole, va smaltito seguendo precise regole e congela facilmente sotto i -11° centigradi. Considerando quindi tutti questi aspetti gli ingegneri giapponesi hanno deciso di installare sul nuovo propulsore una trappola LNT in luogo del catalizzatore SCR. Nello specifico sono stati installati una trappola LNT da 1,9 litri e un filtro antiparticolato DPF da 2,5 litri entrambi dislocati molto vicini al turbocompressore in modo da sfruttare le alte temperature dei gas di scarico in uscita dalla turbina. Questa soluzione, affiancata da continue post iniezioni e da un EGR raffreddato con efficienza migliorata, ha consentito ai progettisti giapponesi di superare la normativa antinquinamento Euro 6b, ridurre il fenomeno della diluizione dell’olio motore in coppa e accrescere l’intervallo di rigenerazione del DPF fino a 500 chilometri.
