CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L AMBIENTE E IL TERRITORIO

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1 CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L AMBIENTE E IL TERRITORIO TESI DI LAUREA COMPORTAMENTO EMISSIVO DI UN VEICOLO DIESEL IN USO REALE E SU BANCO A RULLI Relatore : Prof. Fabio Murena Corelatore : Ing. Maria Vittoria Prati Ing. Maria Antonietta Costagliola Candidato : Claudia Taussi Matricola: M67424

2 CHI PRODUCE INQUINAMENTO ATMOSFERICO? EMISSIONI DI UN VEICOLO DIESEL CO2 NON NORMATA LIMITE ANNUALE SUL VENDUTO g/km g/km

3 DOC SCR CO THC CO 2 NOx N2 REZIONE RIDUCENTE 4NO + 4NH₃ + O₂ 4N₂ + 6H₂O DPF IDROLISI DI UREA 2 6NO + 4NH₃ 5N₂ + 6H₂O 6NO₂ + NH₃ 7N₂ + 12H₂O PN H₂NCONH₂ NH₃ + HNCO HNCO + H₂O NH₃ + CO₂ 2NO₂ + 4NH₃ + O₂ 3N₂ + 6H₂O NO + NO₂ + 2NH₃ 2N₂ + 3H₂O

4 EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5 CONVERITORE CATALITICO LIMITI DIFFERENTI TRA BENZINA E DIESEL ADOZIONE EOBD FILTRO ANTI PARTICOLATO LIMITI PIU SEVERI EURO 6 SCR A B C D M : TRASPORTO DI PERSONE N : TRASPORTO MERCI L : MOTOVEICOLI N1 N2 N3

5 Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) 1 settembre 217 PROVE IN LABORATORIO WLTC PROVE SU STRADA RDE 1. Modello e dimensione del veicolo 2. Combustibile utilizzato sul veicolo 3. Distanza percorsa 4. Parametri cinetici: velocità, accelerazione, peso veicolo, resistenza all avanzamento, pendenza stradale 5. Condizioni ambientali Real Driving Emissions

6 V[km/h] LOW MEDIUM HIGH EXTRA HIGH MAX SPEED 13 km/h DURATA CICLO 3min t[s] DISTANZA PERCORSA 24km LOW MEDIUM HIGH EXTRAHIGH TOT DURATION [s] DISTANCE 3,1 4,76 7,16 8,25 23,27 MAX SPEED [km/h] 56,5 76,6 97,4 131,3 AVG SPEED [km/h] 18,9 39,4 56,5 91,7 46,5 PARTENZA A FREDDO 23 C

7 SACCHI DI CAMPIONAMENTO DRIVER S AID TUNNEL DI DILUIZIONE BANCO DI ANALISI (HORIBA MEXA) VENTILATORE ANALIZZATORI PN BANCO A RULLI SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI

8 velocità [km/h] Conc [%vol] 4 CO2 [g/km] WARM WARM COLD COLD 3, 2,5 CO [g/km] WARM WARM COLD COLD LIMITE EURO 6 3 2, FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 WLTC 1,5 1,,5, Andamento CO2 VALORI<DL,76 FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 WLTC velocità CO2

9 V [km/h] - T [ C] n part/cm3 6,E+12 5,E+12 4,E+12 3,E+12 2,E+12 1,E+12,E+ PN[n /km] WLTC_warm1 WLTC_cold2 LIMITE EURO 6 RIGENERAZIONE FILTRO 6E+11 FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 WLTC [%] 5 4 5,E ,E+8 3,E+8 2,E+8 1,E velocità T monte DPF PN monte PN valle 1,E+

10 PN [1/km] I DIAMETRI AERODINAMICI MEDI DELLE VARIE CLASSI DIMENSIONALI ch1 ch2 ch3 ch4 ch5 ch6 ch7 ch8 ch9 ch1 ch11 ch12 µm,21,39,7,118,199,314,481,759 1,225 1,945 3,78 6,271 ELPI 1,E+14 1,E+12 1,E+1 PARTICELLE ULTRAFINI DISTRIBUZIONE DIMENSIONALE DELLE PARTICELLE MISURATE A VALLE DEL DPF VALORI < DL 1,E+8 1,E+6 1,E+4 1,E+2 7<d<28 nm 1,E+,1,1 1 1 fase 1 fase2 fase 3 fase 4 d[µm]

11 ,2 SCR NON ATTIVO NOx [g/km] WARM WARM COLD COLD LIMITE EURO 6,15,1,125,5, FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 WLTC 33% UREA 67% H2 DEIONIZZATA

12 Velocità [km/h] NOx [ppm] = REAZIONI SECONDARIE DI CONVERSIONE ΔT 1.TEMPO DI ATTIVAZIONE 2.TEMPO DI FUNZIONAMENTO INIEZIONE UREA velocità Nox monte SCR NOx valle SCR 17 C T monte SCR NOx monte SCR

13 EFF SCR [%] T [ C] - V [km/h] EFF. SCR [%] COLD_1 COLD_2 WARM_1 WARM_2 FASE FASE FASE FASE TOT TEMPERATURA di regime t[s] Eff.SCR V inca T monte SCR Polin. (Eff.SCR) FINE FASE 2

14 Urea [g/s] conc [ppm] - T [ C]- V[km/h],3, ,2,15 TEMPO DI ATTIVAZIONE SCR TEMPO DI FUNZIONAMENTO SCR ,1, t [s] AUMENTO DELLA VELOCITA E TEMPERATURA Urea T monte SCR Nox monte Velocità NOx valle AUMENTO DEI NOx PRODOTTI AUMENTO UREA INIETTATA MIGLIOR EFFICIENZA DI CONVERSIONE

15 V[KM/H] 1 SCELTA DEL PERCORSO DISTANZA TEMPO DI PERCORRENZA RANGE DI VELOCITÀ PENDENZA PERCORSO TEST ROUTE TRIP COMP. DISTANCE EMISSIONS SAMPLING TEST RUN Urban:[29%-44%] Rural:[23%-43%] Motorway:[23%-43%] >16km for each route- >15cm from EFM working days URBAN RURAL MOTORWAY >9 km/h 6-9 km/h km/h DURATA CICLO 9-12min T[S]

16 Analizzatore dei gas di scarico (CO, CO 2, NOx, THC) Sonda riscaldata per il campionamento degli esausti Misuratore di portata dei gas di scarico (EFM) GPS Stazione metereologica Batterie di alimentazione INCA MODULO ETAS PC Parametri di Funzionamento VehV_v Epm_nEng APP_r ASMod_dmEGld EXH_TFld Velocità Veicolo Giri Motore Posizione dell'accelleratore Portata in massa dei gas di scarico Temperatura dei gas esausti CENTRALINA VEICOLO [Km/h] [rpm] [%] 78,

17 PERCORSO NAPOLI PROVA RDE VALIDA? Tool ottimizzato dalla commissione europea Total trip distance Km 6,7 Total trip duration min. [9-12] 18,53 Cold start duration min. [=5] 5, Urban distance km [>16] 24,4 Rural distance km [>16] 15,83 Motorway distance km [>16] 2,47 Urban distance share % [29-44] 4,2 Rural distance share % [23-43] 26,7 Motorway distance share % [23-43] 33,73 Urban average speed km/h [15-4] 17,38 Rural average speed km/h 76,47 Motorway average speed km/h 13,65 Total trip average speed km/h 33,56 Motorway speed above 145 km/h % [<3% mot. time] Motorway speed above km/h min [>=5], 8,43 Urban stop time % [6-3] 25,6 Start and end points elevation absolute difference m [<=m] 13,7 Total cumulative positive elevation gain Urban cumulative positive elevation gain m/km [<12m/km] m/km [<12m/km] 748,96 823,83 Idling event(s) longer than 3 s Yes/No No Initial idling duration s [<=15] 44 Cold start average speed km/h [15-4] 18,59 Cold start maximum speed km/h [<6] 54,11 Cold start stop time s [<=9] 73,

18 PERCORSO NAPOLI PERCORSO POZZUOLI

19 mg/km g/km NAPOLI_rde1 POZZUOLI_rde1 Ts S Ts S [s] [km] [s] [km] RDE: LIMITE NOx 125xFC FASE FASE DURATA MAGGIORE FASE FASE FASE FASE TOT TOT :49 h 1:26 h OGGI: : 1.5 1,4 CO NAPOLI POZZUOLI 16 NOx NAPOLI POZZUOLI 1,2 1,,8,6,4, , FASE 1 FASE 2 FASE 3 TOT FASE 1 FASE 2 FASE 3 TOT

20 EFF.SCR [%] tempo [s] AVG Speed minore EFFICIENZA INFERIORE Iniezione urea ritardata FASE 1 FASE 2 FASE 3 TOTALE Napoli_rde1 Pozzuoli_rde1 Napoli_rde2 Napoli_rde3 Pozzuoli_rde Nap_rde1 Nap_rde2 Nap_rde3 Pozz_rde1 Pozz_rde2 wltc_cold1 wltc_cold2 AVG speed [km/h] Tempo in cui inizia ad essere iniettata Urea

21 mg/km g/km NOx PEGGIOR CONDIZIONAMENTO IN SALA PROVA Nap_rde1 Nap_rde2 Nap_rde3 Pozz_rde1 Pozz_rde2 wltc_cold1 wltc_cold2 AVG speed [km/h] CO Nap_rde1 Nap_rde2 Nap_rde3 Pozz_rde1 Pozz_rde2 wltc_cold1 wltc_cold2 EMISSIONI RDE > EMISSIONI WLTC AVG speed [km/h] 1. MAGGIOR CARICO SU STRADA 2. PRESENZA DI SALITE

22 mg/s g/s va pos INDICE DELLA POTENZA EROGATA DAL MOTORE NOx CO Va [m2/s3] 5 15 Nap_rde1 Nap_rde2 Nap_rde3 Pozz_rde1 Pozz_rde2 wltc_cold1 wltc_cold Va [m2/s3] Nap_rde1 Nap_rde2 Nap_rde3 Pozz_rde1 Pozz_rde2 wltc_cold1 wltc_cold2

23 LIMITI DI EMISSIONI ALLO SCARICO SEMPRE RISPETTATE SIA NEI CICLI REALI CHE NEI CICLI DI OMOLOGAZIONE; EMISSIONI GENERALMENTE MAGGIORI NELLE PROVA SU STRADA RISPETTO ALLE PROVE IN LABORATORIO; EFFICIENZA DEL FILTRO ANTIPARTICOLATO (DPF) SEMPRE SUPERIORE AL 9%; EFFICIENZA DELL SCR TRA L 8-% QUANDO SI SUPERA LA TEMPERATURA DI 17 C; L SCR RIESCE A CONVERTIRE UNA PARTE DEI NOx ANCHE PRIMA DEL RAGGIUNGIMENTO DI 17 C GRAZIE ALL INNESCO DI REAZIONI SECONDARIE NEL CATALIZZATORE, RAGGIUNGENDO OVVIAMENTE EFFICIENZE MINORI; L SCR NON RIESCE AD ATTIVARSI E QUINDI A RILEVARE NOx QUANDO LA VELOCITA MEDIA DEL VEICOLO E TROPPO BASSA.