Operabilità a freddo dei veicoli diesel

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Giulio Cappelletti
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1 Operabilità a freddo dei veicoli diesel Unichim, 14 Novembre 2012 Elena Rebesco eni R&M Centro Ricerche di San Donato Milanese

2 Agenda Caratteristiche a freddo gasoli: Metodi di laboratorio Rig e prove su vettura Problematiche sul campo: un tema di attualità Metodologie per la valutazione dell operabilità su vettura Conclusioni 2

3 Proprietà a freddo gasolio: Metodi di Laboratorio a specifica EN590 Cloud point UNI EN23015: Temperatura alla quale si verifica per la prima volta la comparsa di un intobidamento da cristalli di paraffina in un prodotto liquido, che viene raffreddato in condizioni specificate. CFPP (Temperatura limite di filtrabilità) UNI EN116: Più alta temperatura alla quale un determinato volume di combustibile cessa di passare, in un tempo limitato, in un apparecchio di filtrazione normalizzato, sottoposto a raffreddamento in condizioni normalizzate. CONFIDENZIALE 3

4 Proprietà a freddo specifica gasolio EN590 CONFIDENZIALE 4

5 Proprietà a freddo gasolio: metodi di laboratorio per la valutazione dell operabilità non contemplati dalla norma EN590 Varianti all analisi CFPP: SFPP (Simulated Filter Plugging Test - DS/CEN/CR 13837)e LTFT (Low Temperature Flow Test - ASTM D4539) variano la porosità del filtro e la rampa di raffreddamento, non sono contemplate nella specifica EN590. filter blocking tendency (FBT) - IP 387: valore adimensionale che definisce la tendenza al bloccaggio del filtro da parte di un combustibile a causa dei particolati. Il valore è calcolato usando la differenza di pressione o il volume di fluido filtrato al termine della prova. A garanzia della operabilità dei veicoli, alcune compagnie petrolifere utilizzano il short sediment test : misura di CP dopo cold soak (16 ore a -16 C). Il gasolio è ritenuto idoneo se la differenza di CP del fondo del campione dopo cold soak e CP iniziale è inferiore a 5 C. CONFIDENZIALE 5

6 Proprietà a freddo gasolio: valutazione dell operabilità Rig test: Sono molto diffusi i RIG sviluppati in house: Ogni compagnia utilizza la strumentazione che ritiene più appropriata (pompa, filtri, ) Vengono costruite delle curve di correlazione tra i risultati del rig e l operabilità delle vetture su banco dinamometrico. Test su vettura: è il modo più diretto e affidabile per stimare l operabilità a freddo di un veicolo/gasolio, ma è un approccio lungo e costoso, impraticabile per test di routine. Generalmente la prova su veicolo viene usata per calibrare altri metodi di prova che possono essere realizzati molto più rapidamente e a costi notevolmente ridotti. La prova su una varietà di veicoli potrebbe essere necessaria solo quando vi è un cambiamento significativo nella tecnologia che possa avere impatto sull operabilità a bassa temperatura. Una volta che l operabilità di una flotta di veicoli è nota, è comune selezionare un veicolo severo da utilizzare nei test successivi con diversi gasoli. 6

7 Correlazione CFPP startability vettura Il CFPP non simula il sistema di alimentazione di un veicolo. La porosità del filtro della prova CFPP (45 micron) è molto maggiore di quella di molti filtri gasolio, che possono avere dimensioni dei pori di circa 2 micron. L'ampia gamma di filtri presenti sui veicoli rende difficile progettare un test che simuli il reale funzionamento del filtro del carburante sul veicolo. I test di filtrabilità non sono necessariamente destinati a riprodurre il sistema di alimentazione. Fonte: DieselNet CONFIDENZIALE 7

8 Correlazione CFPP - Vettura La correlazione tra CFPP e operabilità di veicoli è stata verificata alla fine degli anni novanta: CFPP correla ragionevolmente con l operabilità a freddo dei veicoli La norma UNI EN116 ricorda che..i risultati sono generalmente vicini alla temperatura alla quale durante il servizio non si hanno disturbi, eccetto quando il sistema di distribuzione del combustibile comprenda, per esempio, un filtro di carta posto in un ambiente esposto alle intemperie o se la temperatura limite di filtrabilità è minore di 12 C rispetto al punto di intorbidamento del combustibile. In passato CP-CFPP era compreso tra 6 e 8 C - Ora con i nuovi additivi flow improver e WASA si può avere un Delta pari anche a 20 C. Fonte: DieselNet EMOT = estimated minimum operability temperature 8

9 Operabilità a freddo: un tema di attualità I costruttori di autoveicoli, e soprattutto la loro associazione tedesca, lamentano casi di non partenze a freddo di veicoli diesel, anche se le temperature esterne sono superiori al valore di CFPP del gasolio utilizzato Le caratteristiche a freddo del gasolio correlano ancora con l operabilità delle vetture?

10 Evoluzione Timeline Contenuto di Zolfo 2000 ppm 500 ppm 350 ppm 50 ppm 10 ppm Contenuto di biodiesel 5% vol 7% vol Sistema di iniezione Iniezione indiretta Iniezione diretta e Common rail Efficienza del filtro > 55% - 5micron > 85% micron Posizione della pompa Dopo il filtro Prima del filtro 10

11 Variabili legate al filtro gasolio L operabilità a freddo delle vetture può variare notevolmente a seconda: della posizione del filtro dell eventuale riscaldamento del filtro della dimensione del filtro Fonte: Owen, K., Coley, T., and Weaver, C.S., Automotive Fuels Reference Book, Second Edition, Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA, ISBN , Pag

12 Influenza del sistema di iniezione Fonte: SAE Neste Oil Corp. 12

13 Prove di operabilità a freddo su vettura 13

14 Sintesi della procedura eni per operabilità a freddo La Procedura eni per la valutazione dell operabilità a freddo del gasolio su veicolo" si basa sui code of practice CEC M-11-T-91 Cold weather performance test procedure for diesel vehicles e CEC M-08-T-83 Cold weather driveability test procedure Startability: capacità del veicolo di avviarsi a basse temperature. Operability: Funzionalità del veicolo a basse temperature. Vehicle preparation Cool to test temperature Start-ability Operability 14

15 Sintesi delle fasi di preparazione della prova Stoccaggio e movimentazione di carburante di prova Il combustibile di prova deve essere tenuto in contenitori chiusi per evitare contaminazioni. Prima dell uso, deve essere riscaldato in modo rimuovere eventuali cere presenti in soluzione e agitato per avere una buona omogeneità. Il combustibile di prova non dovrà essere riutilizzato Preparazione della vettura Riscaldare il veicolo ad una temperatura superiore ai 20 C, per assicurare la scomparsa di eventuali tracce di cere. Sostituire il filtro del combustibile Guidare ad alto carico o ad alta velocità per essere sicuri che il sistema sia in condizioni ottimali e che tutto il sistema si sia lavato 15

16 Raffreddamento della sala climatizzata Portare la temperatura della cella a 5 C al di sopra del cloud point del gasolio e mantenerla per almeno 2 ore. Raffreddare poi con una velocità tale che si raggiunga la temperatura di prova in 12 ore. La riduzione della temperatura deve essere lineare. Mantenere la temperatura di prova per 8 ore prima di iniziare il test. T ( C) T in CP +5 C Test start T test Time [hrs] 16

17 Prova di startability Dopo aver eseguito la procedura di raffreddamento: a) Posizionare il cambio in folle b) Premere la frizione a fondo e tenerla premuta c) Girare la chiave per avviare il motore per 15 secondi. In caso di mancato avvio, rilasciare la chiave e aspettare 1 minuto prima di effettuare una nuova sequenza. La prova è considerata Pass se la vettura parte, Fail se la vettura non parte al terzo tentativo 17

18 Partenza con successo 18

19 Mancata partenza 19

20 Prova di Operability Dopo aver superato la prova di accensione in modo positivo, si procede con la prova di operabilità : Avviare il veicolo in prima marcia, per poi arrivare a 60 km/h in quarta marcia in circa 30 secondi Guidare a 60 km/h in quarta marcia per 20 minuti. A seconda della severità dell intasamento del filtro di alimentazione del combustibile, la performance del veicolo potrebbe risentirne in differenti modi: Effetti non osservabili sulla performance del veicolo. Piccole fluttuazione della velocità Impossibilità a mantenere la velocità di 60 km/h Spegnimento del motore. 20

21 CONCLUSIONI Le proprietà a freddo dei gasoli sono ampiamente monitorate con prove di laboratorio (CP, CFPP, SFPP, FBT,..), che devono essere correlate con l operabilità delle vetture circolanti. Nella specifica gasolio EN590 l operabilità a freddo delle vetture è associata al test CFPP Viste le modifiche avvenute negli ultimi anni sia nel parco circolante, che nelle caratteristiche del gasolio, è da valutare se è necessaria una nuova prova di correlazione tra CFPP e operabilità su vettura. Lo scambio di informazioni e la cooperazione tra il società petrolifere, automobilistiche e produttori di additivi è essenziale. 21

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