Impianto a metano: i segreti dei motori

L’alimentazione a Metano dei motori endotermici

Prima di parlare dei motori con impianto a metano, spieghiamo cos’è il metano. Il metano per autotrazione è un gas naturale compresso, stoccato nei serbatoi ad una pressione di 220 bar ed è composto da una miscela di gas, tra cui il metano a cui spetta la percentuale maggiore e altri idrocarburi leggeri come propano, butano e tracce di altri gas e contaminanti (ad esempio acido solfidrico).

Il gas naturale possiede, fra tutti i combustibili fossili, il rapporto più elevato tra energia sviluppata e quantità di anidride carbonica emessa e dunque contribuisce in maniera minore al riscaldamento globale in quanto appunto produce una minore quantità di anidride carbonica(CO2), che come sappiamo è un climalterante. La combustione di un metro cubo di gas naturale produce circa 38 MJ (10,6 kWh) di energia.

Il metano è caratterizzato da un marcato potere antidetonante, grazie all’elevato numero di ottani (può arrivare a 140 rispetto a 92-93 della benzina super e ad i 100 della V-Power).

Da tale caratteristica derivano i seguenti vantaggi:

• elimina completamente il problema della detonazione, ovvero, il fenomeno di combustione anormale, estremamente rapida, della parte di miscela che brucia per ultima, quindi parliamo di autoaccensione della miscela aria-carburante, indipendentemente dalla posizione del pistone,
• è possibile aumentare il rapporto di compressione del motore anche notevolmente, chiaramente nei motori monofuel a metano che escono dalla fabbrica già pronti,
• diminuiscono in modo significativo le emissioni acustiche, grazie ad una combustione regolare e progressiva.

Rapporto di compressione

Ricordo brevemente per i meno esperti, cos’ è il rapporto di compressione: è il rapporto tra il massimo ed il minimo volume a disposizione della massa gassosa, ovvero tra lo spazio interno del cilindro quando il pistone è rispettivamente al punto morto inferiore (PMI) e al punto morto superiore (PMS). Il rapporto di compressione è un indice molto importante in quanto permette di valutare l’efficienza di un motore: più il valore è alto, più il rendimento è superiore.

Infatti, anche in virtù di questo, con l’energia contenuta in 1 Kg di metano, si percorre 1,6 volte circa, la strada che si percorre con lo stesso motore alimentato a benzina.

es.: un ‘auto a benzina che consuma 1 litro di benzina ogni 15 Km percorsi, trasformata a metano, percorre con 1 Kg di metano, 24 Km (15×1,6= 24).

Un motore a combustione interna, alimentato a metano, è un motore nato per funzionare a benzina, che opportunamente modificato, può funzionare anche a metano; parliamo quindi di un motore bifuel.

Il motore endotermico, può uscire dalla fabbrica, pronto per funzionare a metano, oppure se alimentato a benzina, può essere dotato dopo l’ acquisto, di un impianto che gli permetta di funzionare anche a metano.

Tutti i motori sono Turbo

Un tempo i motori a metano erano tutti aspirati e a causa di una fisiologica caratteristica dei motori con impianto a metano, meno potenti dei corrispondenti motori a benzina. Oggi non è più così, in quanto grazie all’elettronica tutti i motori possono funzionare perfettamente anche con una sovralimentazione(turbo) e in termini di prestazioni non hanno nulla da invidiare a nessun altro tipo di motore. Inoltre grazie a consumi sempre più ridotti e a serbatoi sempre più performanti, l’ autonomia è cresciuta parecchio. Infine non è più difficile trovare una stazione di rifornimento e tra l’altro è stato inaugurato da poco anche il self service, prima assolutamente vietato.

Un’auto a metano può essere parcheggiata ovunque, grazie alla volatilità del gas, che ne consente il parcheggio in sicurezza anche in parcheggi sotterranei o sulle navi.

In alcune regioni, sono esentate dal pagamento del bollo o comunque godono di un grande sconto sulla tassa di possesso.

Trasformare un’auto a metano

La trasformazione a metano di un motore a benzina, è fattibilissima, anche se un motore nato in fabbrica per funzionare a metano, da più garanzie di affidabilità e durata. Vediamo perché.

La temperatura di esercizio in combustione all’interno di un cilindro di un motore alimentato a benzina è di 2.200°C, mentre di un motore alimentato a metano è di 1.900°C, quindi più bassa, però la temperatura media, sarà più alta nel cilindro del motore alimentato a metano, perché, quando la benzina viene iniettata nel cilindro, è allo stato liquido, ma una volta entrata nella camera di combustione che è calda, passa allo stato gassoso; questo passaggio, comporta un abbassamento della temperatura media nel cilindro del motore alimentato a benzina, cosa che non avviene nel cilindro del motore alimentato a metano, perché il metano è allo stato gassoso e viene iniettato nel cilindro allo stato gassoso, ad una pressione ovviamente ridotta da un riduttore di pressione che provvede ad allineare la pressione appunto a quella giusta di alimentazione del motore, ne consegue che la temperatura media nel cilindro è più alta. La temperatura media più alta, unita all’inferiore potere lubrificante del gas naturale rispetto alla benzina, comporta un’usura precoce e superiore delle sedi delle valvole della testata del motore, in particolar modo di quelle di scarico. Le valvole si muovono grazie all’albero a camme e scorrono all’interno di sedi specifiche ed hanno una corsa determinata, che varierà nel momento in cui l’usura delle sedi, sarà tale da provocare un arretramento delle valvole verso l’ albero a camme, che ne determinerà la chiusura non più perfetta(rimarranno parzialmente aperte), portando col tempo a problemi di avviamento a freddo del motore ed irregolarità del minimo. Proprio per evitare tutto ciò, è necessario provvedere ogni 20.000/30.000 Km alla registrazione del gioco delle valvole ad un costo di 100/200 euro.

Rapporto stechiometrico

Non di meno importanza è il controllo del rapporto stechiometrico, ovvero il giusto dosaggio di aria/combustibile.Per bruciare 1 Kg di benzina occorrono 14,7 Kg di aria, mentre per bruciare 1 kg di metano occorrono 17,4 Kg di aria, quindi molto di più e visto che non si può aumentare la quantità di aria immessa nel motore, bisognerà agire sull’iniezione del metano, riducendo la quantità di carburante, smagrendo la miscela, con ripercussioni alla lunga sul motore e sul catalizzatore, specie se l’impianto viene montato dopo l’acquisto di un’auto alimentata di serie a benzina. Tutto ciò è possibile grazie ad una centralina elettronica.

Se il motore invece esce dalla fabbrica come motore monofuel e progettato per essere alimentato a metano, allora avrà o le sedi delle valvole rinforzate o le valvole autoregistranti e a questo punto la manutenzione del motore sarà più economica e la longevità superiore.

Per favorire l’avviamento a freddo del motore, l’accensione di un motore alimentato a metano avviene sempre a benzina, quindi anche se l’auto è monofuel, avrà comunque sempre un piccolo serbatoio di benzina, che servirà sia per l’avviamento che per riserva di carburante nei momenti in cui il serbatoio del metano è vuoto.

Di cosa è composto un impianto a metano?

• Serbatoio in acciaio o in materiale composito
• Presa di carico per il rifornimento
• Multivalvola di sicurezza
• Filtro del metano
• Riduttore di pressione
• Common rail gas
• Iniettori
• Centralina elettronica
• Commutatore Benzina/Metano

Vale la pena approfondire il discorso sulla sicurezza e sulle caratteristiche tecniche e normative delle bombole in fibra di carbonio, che imperano ad esempio nel gruppo Volkswagen, ma che si estenderanno anche su altri marchi sicuramente, andando a sostituire quelle tradizionali in acciaio. Leggete il mio articolo qui.