Emissioni regolamentate e non allo scarico di motori 4T alimentati a miscele di

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Adelmo Dolce
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1 XV EXPERT PANEL EMISSIONI DA TRASPORTO SU STRADA ROMA, 29 Aprile 21 Emissioni regolamentate e non allo scarico di motori 4T alimentati a miscele di etanolo/benzina Maria Vittoria Prati, Maria Antonietta Costagliola

2 INTRODUZIONE La Direttiva 29/28 ha l obiettivo di introdurre una quota di energia da fonti rinnovabili pari almeno al 1% nel settore dei trasporti al 22. La Direttiva 29/3 prevede la disponibilità di una benzina con un contenuto massimo di etanolo del 1% (E1). Fino al 213 è consentito l utilizzo delle benzine con il 5% massimo di etanolo (E5). Le caratteristiche ambientali prescritte dalla direttiva 29/3/CE vanno recepite nella EN 228. Il draft della pren 228 è stato pubblicato nel settembre 29 ma dopo l inchiesta pubblica restano ancora aperti dei punti legati alla volatilità del grado E1 e su alcuni metodi di misura (MMT, zolfo e contenuto ossigeno/ossigenati e sull etichettatura delle pompe). In corso c è la modifica della EN per l E1 e la specifica sull E85 (EN 15293). Studio dell effetto dell aggiunta di biocombustibili (bioetanolo in benzina, splash blend ) sulle emissioni inquinanti in motori SI non modificati

3 Proprietà combustibili

4 SET-UP SPERIMENTALE MISURE ESEGUITE SU. Cilindrata cm 3 Omol. Dispositivi di posttrattamento Formulazioni miscele autovettura Fiat Panda 1 Euro 2 Catalizzatore a tre vie + sonda lambda E, E1, E3, E5 ciclomotore Piaggio Vespa 5 Euro 2 Introduzione di aria secondaria+catalizzatore ossidante E, E1,, E2, E3 Motore* Fiat Multipla bipower 16 Euro 4 Catalizzatore a tre vie + sonda lambda E, E1, E2,. * Prove nell ambito del progetto europeo FP7 BEAUTY Bio-Ethanol engine for Advanced Urban Transport by Light Commercial Heavy-DutY Captive Fleets (29-21). Leader partner CRF

analysis 1 µm TENAX tube Before the test ELP I After the test

5 SET-UP SPERIMENTALE Particle number measurement and size Particulate distribution matter PM Dp from Gravimetric 7 nm to analysis 1 µm TENAX tube Before the test ELP I After the test Valutazione IPA sui filtri ELPI Estrazione in Soxlhet ed analisi in GC-MS

6 SET-UP SPERIMENTALE Istituto Motori of National Council of Research Speed, km/h speed, km/h WARMING-UP PHASE ciclomotori ECE R UDC time, s Autovettura SAMPLING PHASE EUDC time, s Cicli di guida test su vecoli Omologazione Reali Punti prova motore al banco 175/25/3 rpm 2/5/8 Nm speed, km/h speed, km/h speed, km/h CADC - Artemis URBAN sampling phase University of Napoli Federico II mean speed = 17.7 km/h pre-conditioning phase time, s CADC - Artemis ROAD sampling phase mean speed = 57.5 km/h pre-conditioning phase time, s CADC - Artemis MOTORWAY sampling phase mean speed = 96.9 km/h pre-conditioning phase time, s

7 INQUINANTI REGOLAMENTATI Fiat Panda Emissioni di CO, g/km benzina E1 E3 E Emissioni di NOx, g/km benzina E1 E3 E UDC EUDC NEDC URBAN ROAD MW UDC EUDC NEDC URBAN ROAD MW UDC EUDC Emissioni di HC, g/km benzina E1 E3 E5 NEDC URBAN ROAD MW benzina E1 E3 E5 UDC EUDC Emissioni di CO 2, g/km NEDC URBAN ROAD MW

8 INQUINANTI NON REGOLAMENTATI Fiat Panda Emissioni di PM, mg/km benzina E1 E3 E UDC EUDC NEDC URBAN ROAD MW

9 Motore Fiat Bipower Caratterizzazione a monte del catalizzatore Riduzione delle emissioni di HC Aumento del consumo di combustibile (Minore contenuto energetico per unità di miscela stechiometrica) A valle catalizzatore le emissioni risultano basse indipendentemente dal combustibile

10 Motore Fiat Bipower Caratterizzazione a valle del catalizzatore Particle Mass (PM) in the dimensional range 7-7 nm 1,,9 Gasoline E1 E2 IDLE 175 rpm 25 rpm 3 rpm Mass of particle es mg/kwh,8,7,6,5,4,3,2,1, idle 2 Nm 5 Nm 8 Nm 2 Nm 5 Nm 8 Nm 2 Nm 5 Nm 8 Nm La benzina presenta emissioni di PM maggiori in quasi tutte le modalità

11 Motore Fiat Bipower Caratterizzazione a valle del catalizzatore Particle Number in the dimensional range 7-7 nm 1,E+14 Gasoline E1 E2 IDLE 175 rpm 25 rpm 3 rpm Number of partic cles/kwh 1,E+13 1,E+12 1,E+11 1,E+1 1,E+9 idle 2 Nm 5 Nm 8 Nm 2 Nm 5 Nm 8 Nm 2 Nm 5 Nm 8 Nm

12 1,6E+4 Particle Size Distribution IDLE Motore Fiat Bipower Caratterizzazione a valle del catalizzatore dn/dlogdp, #/cm3 1,4E+4 1,2E+4 1,E+4 8,E+3 6,E+3 Gasoline E1 E2 4,E+3 2,E+3,E+,1,1,1 1 1 Aerodinamyc diameter, µm 6,E+5 Particle Size Distribution 3 rpm - 8 Nm 6,E+4 5,4E+5 dn/dlogdp, #/cm3 - gasoline 4,8E+5 4,2E+5 3,6E+5 3,E+5 2,4E+5 1,8E+5 1,2E+5 Gasoline E1 E2 5,E+4 4,E+4 3,E+4 2,E+4 1,E+4 dn/dlogdp, #/cm3 - E1, E2 6,E+4,E+,E+,1,1,1 1 1 Aerodinamyc diameter, µm

13 Motore Fiat Bipower Caratterizzazione a valle del catalizzatore POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS (PAHs), micrograms/kwh Gasoline E1 E idle 2-175rpm2Nm 3-175rpm5Nm 4-175rpm8Nm 5-25rpm2Nm 6-25rpm5Nm 7-25rpm8Nm 8-3rpm2Nm 9-3rpm5Nm 1-3rpm8Nm

14 INQUINANTI REGOLAMENTATI Piaggio Vespa CO g/km E E1 E2 HC g/km E E1 E2 ECER47_F1 ECER47_F2 ECER47_F1 ECER47_F2 NOx ECER47_F1 ECER47_F2 g/km E E1 E2 CO ECER47_F1 ECER47_F2 g/km E E1 E2

15 INQUINANTI NON REGOLAMENTATI Piaggio Vespa mg/km PM E E1 E2 5 ECER47_F1 ECER47_F2 PN 1/km 3E+13 3E+13 2E+13 2E+13 E E1 E2 1E+13 5E+12 ECER47_F1 ECER47_F2

16 INQUINANTI NON REGOLAMENTATI Piaggio Vespa COLD START dn/dlogdp, 1/cm 3 7.E+6 6.E+6 5.E+6 4.E+6 3.E+6 2.E+6 1.E+6 E2 E E1.E diameter, µm 3.E+6 HOT START dn/dlogdp, 1/cm 3 2.5E+6 2.E+6 1.5E+6 1.E+6 5.E+5 E2 E E1.E diameter, µm

17 INQUINANTI NON REGOLAMENTATI Piaggio Vespa 5 IPA totali 4 µg/km IPA cancerogeni = 41 % IPA cancerogeni = 56 % ECE47 IPA cancerogeni = 32 % IPA cancerogeni = 52 % E E1 E dfe/dlogdp, µg/km E E1 E2 6 3 Aerodynamic diameter Dp=33 Dp=38 nm Dp=359 nm Cutpoint 5% diameter, µm

18 CONCLUSIONI Per contenuti di etanolo fino al 1% non si sono osservate sostanziali differenze a valle del catalizzatore rispetto all alimentazione a benzina. A monte catalizzatore è stata osservata una riduzione degli HC (solo sul motore Fiat). Per contenuti di etanolo superiori al 2%, sulla Panda si è osservato un aumento delle emissioni di CO ed HC dovuti al ritardo ed all irregolarità nella combustione (mancata accensione anche della Vespa). Tale effetto è maggiormente evidente a basse velocità. Anche gli NOx aumentano per effetto del cattivo funzionamento del catalizzatore (minori temperature allo scarico). In quasi tutte le prove effettuate, la massa di particolato risultante dall alimentazione con miscela benzina/etanolo è inferiore rispetto all alimentazione con benzina. La stessa riduzione non è sempre rilevabile per il numero totale di particelle a causa della variazione di distribuzione dimensionale. Le emissioni di IPA non sono influenzate dal tipo di combustibile (prove effettuate fino ad E2) La risposta in termini di emissioni ad un combustibile contenente diversi gradi di etanolo è fortemente dipendente dalla configurazione del sistema in esame.

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