Evoluzione della normativa europea per le emissioni di particolato da veicoli

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1 Milano, 01 Febbraior Evoluzione della normativa europea per le emissioni di particolato da veicoli Giorgio Martini, Giovanni De Santi Institute for Environment and Sustainability Transport and Air Quality Unit Milano, 01 Febbraio 2008

2 Milano, 01 Febbraior Research-Based Policy Support JRC - Robust Science for Policy Making As a Directorate-General of the European Commission, the JRC provides customer-driven scientific and technical support to Community policy making Supporting citizen s security, health and environmental protection, safety of food and chemicals, alternative energies, nuclear safety, econometrics, prospective technologies

3 Milano, 01 Febbraior Where does the JRC fit in the European Commission? President Barroso 27 Commission Members Commissioner Potočnik Science and Research Joint Research Centre (JRC) Research DG (RTD)

4 Milano, 01 Febbraior Evoluzione della normativa europea sulle emissioni da autoveicoli Veicoli leggeri (Light Duty): Euro 5 & 6 Veicoli pesanti (Heavy Duty): Euro VI

5 Milano, 01 Febbraior Limiti di emissione per l omologazione di veicoli Light Duty Emissioni inquinanti CO HC PM NOx EURO 1, 1992 EURO 2, 1996 EURO 3, 2000 EURO 4, 2005 EURO 5 (2009) PM EURO 6 (2014) NOx I limiti di emissione sono stati ridotti di oltre il 90% Il programme CAFE (Clean Air For Europe) ha dimostrato la necessita di ulteriori riduzioni

6 Milano, 01 Febbraior Limiti Euro 5 & 6: riduzione delle emissioni di particolato da veicoli PM in Uno dei principali obiettivi di Euro 5/6 consisteva nel forzare l adozione della Best Available Technology per ridurre le emissioni di particolato Diesel Particle Filter (DPF) Nuovo limite per le emissioni di PM basato sul numero di particelle PM out Sviluppo e validazione di una nuova tecnica di misura: UNECE-GRPE Particle Measurement Programme PMP

7 Efficacia dei filtri antiparticolato Milano, 01 Febbraior I DPF sono davvero la soluzione per ridurre le emissioni di particolato da veicoli? Estremita dello scarico di un veicolo diesel Euro 4 dotato di DPF cha ha gia percorso oltre km I dati sperimentali confermano la efficacia dei filtri antiparticolato

8 Milano, 01 Febbraior Limite sulla massa di particolato: proposta della Commissione % Euro 4 Diesel limit = 25 mg/km 80% Euro 5 Diesel limit = 5 mg/km 60% 40% 0.1 0% Au-DPF DPF#1 DPF#2 DPF#3 DPF#4 DPF#5 MPI GDI#1 GDI#2 GDI#3 non-dpf#1 non-dpf#2 non-dpf#3 non-dpf#4 non-dpf#5 non-dpf#6 PM Emissions [mg/km] CoV [%] 40% 7% 8% 5% 2% 35% 26% 21% 10% 15% 6% 17% 3% 2% 5% 11% 20% DPF equipped vehicles GDI NON- DPF vehicles

9 Milano, 01 Febbraior Limite sul numero di particelle: proposta della Commissione 1.0E % 1.0E E E E+10 78% Euro 5 Diesel limit = 6x10 11 #/km 80% 60% 40% 20% 1.0E+09 0% Au-DPF DPF#1 DPF#2 DPF#3 DPF#4 DPF#5 MPI GDI#1 GDI#2 GDI#3 non-dpf#1 non-dpf#2 non-dpf#3 non-dpf#4 non-dpf#5 non-dpf#6 Particle Number Emissions [#/km] CoV (%) 31% 35% 33% 32% 27% 26% 25% 8% 6% 2% 4% 5% 7% 3% 4% DPF equipped vehicles GDI NON- DPF vehicles

10 Milano, 01 Febbraior Limiti Euro 5 & 6 - Emissioni di particolato Mass of PM No. of particles (mg/km) (#/km) Petrol Diesel Petrol Diesel EURO EURO 5 5.0/ / x EURO 6 5.0/ /4.5? 6.0 x I limiti per veicoli benzina si applicano solo a veicoli con motore iniezione diretta Il limite di 4.5 g/km ed il limite sul numero di particelle entreranno in vigore a partire dal 01/09/2011 Il limite basato sul numero di particelle per i veicoli benzina deve essere introdotto entro il 2014

11 Milano, 01 Febbraior Limiti di emissione per l omologazione di motori Heavy Duty Emissioni inquinanti CO HC PM NOx EURO I, 1992 EURO II, 1995 EURO III, 2000 EURO IV 2005 EURO V 2008 EURO VI (2014?)

12 Milano, 01 Febbraior Nuovi limiti di emissione EURO VI per motori HD La Commissione Europea ha presentato il 21/12/2007 la nuova proposta di Direttiva per i futuri limiti di emissione EURO VI per motori HD CO (mg/kwh) THC (mg/kwh) NMHC (mg/kwh) CH4 (mg/kwh) NOX (3) (mg/kwh) NH3 (ppm) PM mass (mg/kwh) PM (1) number (#/kwh) ESC (CI) ETC (CI) ETC (PI) WHSC (2) WHTC (2) (1) A number standard is to be defined at a later stage (2)The limit values relating to WHSC and WHTC will be introduced, at a later stage, once correlation factors with respect to the current cycles (ESC and ETC) have been established

13 Milano, 01 Febbraior Nuovi limiti di emissione EURO VI per motori HD Article 12 Redefinition of Specifications 1. After the completion of the UN/ECE Particulate Measurement Programme, conducted under the auspices of the World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations, the Commission shall, without lowering the level of environment protection within the Community: (a) introduce particle number based limit values, and if appropriate to specify the value of the admissible level of NO2 component in the NOx limit value; therein, in accordance with Article 39(2) of Directive 2007/46/EC; (b) adopt a measurement procedure for particle number

14 Milano, 01 Febbraior PMP Heavy Duty Validation Exercise & Round Robin Entrambi coordinati dal JRC PMP HD Validation Exercise Golden Engine-1 Golden Systems Golden Engineer Fuel e lubrificante identici Misure da tunnel diluizione totale e da sistemi a diluizione parziale JRC, UTAC, AVL MTC, EMPA, Ricardo (UK DfT) PMP HD Round Robin exercise Golden Engine-2 Instrument chosen by each lab No Golden Engineer Standard ref. fuel/ stesso lubrific. Misure da tunnel diluizione totale e da sistemi a diluizione parziale 11 laboratori: EU, Japan, Korea, Canada

15 Milano, 01 Febbraior Alcuni risultati di prove eseguite al JRC di Ispra: - Effetto della rigenerazione del filtro - Particelle solide vs particelle volatili -MotoreHD

16 Milano, 01 Febbraior Effetto della rigenerazione del filtro Ciclo con rigenerazione del filtro 1.0E E+07 Solid (PMP system) Number concentraion [#/cm3] 1.0E E E E E+02 Total (EEPS) R.SP Speed [km/h] 1.0E E Time [s]

17 Milano, 01 Febbraior Effetto della rigenerazione del filtro Ciclo con rigenerazione del filtro Particle Number Emissions [km -1 ] 1.0E E E E E+10 Non-volatiles Total EUDC ECE Before Reg. After Before Reg. After

18 Milano, 01 Febbraior Effetto della rigenerazione del filtro 1.00E E+13 non-dpf levels GDI levels Total (EEPS) Solid (PMP system) Particle Number Emissions [km-1] 1.00E E E E+05 DPF levels 1.00E E+01 Non-regenerating cycle Regenerating cycle Average (1 Reg./500 km)

19 Milano, 01 Febbraior SAE Paper Prof. Kittelson CONCLUSIONI 4. Il numero di particelle del nucleation mode e aumentato a seguito dell uso del CR-DPF 5. Si e trovato che il nucleation mode dipende dal livello di zolfo nel fuel e nel lubrificante 6. La combinazione di CR-DPF, fuel basso zolfo e un lubrificante speciale formulato appositamente ha ridotto il numero di particelle del nucleation mode al livello del background 7. Con questa combinazione un veicolo con emissioni di particelle prossime allo zero e una realta

20 Milano, 01 Febbraior Motore HD: emissioni di PM vs background Backup Filter Main Filter Emission [mg/kwh] WHSC 70mm TX40 (60lpm, 43cm/s) BG WHSC BG WHSC BG WHSC BG WHSC BG 47mm TX40 (60lpm, 100cm/s) 47mm TX40 (40lpm, 70cm/s) 47mm TX40 baked (40lpm, 70cm/s) 47mm Teflo (40lpm, 70cm/s)

21 Milano, 01 Febbraior Motore HD: effetto del filtro e della sua rigenerazione 1.0E E+06 w/o DPF 2000/600 dn/dlogdp [cm -3 ] 1.0E E E+03 with DPF mode 10 regener idle 1.0E E+01 mode 10 mode Dp [nm]

22 Conclusioni Milano, 01 Febbraior La nuova normativa EURO 5/6 rendera obbligatorio l uso dei filtri per il particolato (DPF) su tutti i veicoli diesel La tecnologia DPF, gia ampiamente in uso su autovetture, si sta rivelando molto affidabile oltreche estremamente efficace nel ridurre le emissioni di particolato Un limite basato sul numero di particelle sara probabilmente inserito anche nella futura normativa EURO VI per motori HD Durante la rigenerazione si riscontra: aumento contenuto e limitato nel tempo delle particelle solide notevole aumento, molto limitato nel tempo ed in determinate condizioni, delle particelle volatili. L aumento del numero di particelle riscontrato in alcune condizioni di funzionamento in presenza di DPF e dovuto alla comparsa di un nucleation mode costituito da particelle volatili

23 Milano, 01 Febbraior Grazie per l attenzione!!

24 Milano, 01 Febbraior Effetto della rigenerazione del filtro La figura a lato mostra che l aumento delle particelle totali durante la rigenerazione e essenzialmente dovuta a particelle volatili appartenenti al nucleation mode Particle Number Concentration dn/dlogdp [cm -3 ] 8.0E E E E+07 b) 120 km/h 0.0E Mobility Diameter [nm]