Valutazione dell operabilità a freddo del veicolo in funzione della composizione del gasolio e delle sue miscele con biocomponenti

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1 CUNA GL-7 SG1 Valutazione dell operabilità a freddo del veicolo in funzione della composizione del gasolio e delle sue miscele con biocomponenti Novembre 2015

2 Scopo Lo scopo del presente studio è l approfondimento della correlazione tra le proprietà a freddo (CFPP, CP) e di filtrabilità dei gasoli con l operabilità della vettura alle basse temperature, al variare della composizione del gasolio e delle sue miscele con biocomponenti. 2

3 Programma di lavoro Le prove sono state effettuate in cella climatica rifornendo la vettura con diverse tipologie di gasolio. Nella seconda parte del programma, svolta in cella con banco a rulli presso FCA ed ENI, sono stati utilizzati in parallelo gli stessi gasoli su due diverse vetture Diesel 1.6 Euro 5, opportunamente strumentate. Il sistema di alimentazione e di iniezione di entrambe le vetture rappresenta lo stato dell arte ad oggi, ma le caratteristiche del circuito a bassa pressione e dell impianto di filtrazione sono significativamente differenti. 3

4 Strumentazione vettura presso FCA HP Pump High Pressure Lines Low Pressure Lines Fuel Filter T1/P1 T2/P2 Rail M Damper Fuel Pump Tank Injectors T3/P3 T1/P1= Inlet temperature/pressure diesel fuel filter T2/P2= Inlet temperature/pressure HP pump diesel fuel T3/P3= Output temperature/pressure fuel return line M= Flowmeter 4

5 Esempio di ciclo di guida ed acquisizione delta P Typical initial delta pressure peak (about 2 bar) between inlet and outlet filter B10 Colza at -9 C 5

6 Esempio di ciclo di guida: KO filtro principale intasato Winter FAME 5.2 at -18 C Higher delta Pressure between inlet and outlet filter. Pressure not sufficient for starting the engine 6

7 Esempio di ciclo di guida ed acquisizione Temperature B10 Colza at -9 C Vehicle Start Heater off Vehicle Stop Cranking (Heater on) 7

8 Scelta dei gasoli Nel corso del programma sono state utilizzate diverse formulazioni di gasolio commerciale e sperimentale, in miscela con biocombustibili di varia natura, partendo da basi tipiche del mercato italiano, di grado estivo ed invernale N Sigla Composizione Gasoli 1 B7 BEST CASE Invernale Commerciale con CP best case 2 B7 WORST CASE Invernale Commerciale con CP worst case 3 B7 WC + WASA Invernale Commerciale con CP worst case + 300ppm WASA 4 B7 WC + FLOW IMP. Invernale Commerciale con CP worst case + 400ppm Flow Improver Effetto CP Effetto additivi 5 B7 EST (FAME) Estivo commerciale + 7% FAME 6 B0 Invernale B0 7 B10 RME Invernale B0 + 10% v/v FAME da Colza 8 B10 PME Invernale B0 + 10% v/v FAME da Palma Effetto blending Components 9 B7 COM Invernale B7 commerciale 8

9 Prima fase cella statica - Scelta dei gasoli N Sigla FAME TIPO CP CFPP FAME in spec EN14214 FBT [IP387] Metil esteri saturi (%) N-paraffine [%] C-n 1 B7 BEST CASE B7 commer ,6 C-11 2 B7 WORST CASE B7 commer ,53-15,4 C-10 3 B7 WC + WASA B7 sperim ,05-15,4 C-10 4 B7 WC + FLOW IMP. B7 sperim ,26-15,4 C-10 5 B7 EST (FAME) B7 commer ,18-14,4 C-11 Dalle prove di avviamento su vettura è emerso che: Per tutti i gasoli invernali B7 l operabilità dei veicoli è sempre stata garantita in un range di temperature inferiori al CFPP. Il contributo del riscaldatore del filtro risulta significativo (4-5 C) ed in grado di influire sul margine di sicurezza dell operabilità del veicolo. 9

10 Prima fase cella statica - Test Summary: Diesel Comparison Dal confronto B7 Best Case con B7 Worst Case, a pari CFPP, emerge un maggior margine di operabilità del veicolo per il gasolio a basso Cloud Point KO Cranking has occurred correctly, but from the functional parameters obtained, difficulties are foreseen to support the vehicle under dynamic conditions. no Cranking vehicle 10

11 Prima fase cella statica - Test Summary: Diesel Comparison Su un gasolio commerciale invernale l ulteriore aggiunta di additivi del tipo Flow Improver e Wasa influisce positivamente sulla temperatura di CFPP e sulla distribuzione delle paraffine all interno del serbatoio. Anche l operabilità del veicolo risulta migliorata. L operabilità del gasolio estivo è risultata sempre ben al di sotto del CFPP. KO Cranking has occurred correctly, but from the functional parameters obtained, difficulties are foreseen to support the vehicle under dynamic conditions. no Cranking vehicle 11

12 Seconda fase cella dinamica Scelta dei gasoli N Sigla FAME TIPO CP CFPP FAME in spec EN14214 FBT [IP387] Metil esteri saturi (%) N-paraffine [%] C-n 6 B0 - sperim ,07 11,2 C-15 7 B10 RME B10 sperim ,15 1,05 10,2 C-15 8 B10 PME B10 sperim ,88 4,14 10,1 C-15 9 B7 COM B7 commer ,13 1,06 11,5 C-15 Il quantitativo di FAME introdotto è superiore a quanto previsto dalla specifica EN590 Il PME utilizzato non è a specifica invernale 12

13 Biocomponents for blends COLD Specifications (Classi climatiche EN14214:2014) In Italia si è scelto di utilizzare le classi : ESTATE: gradi a1, b2, c3, d4, e6 INVERNO: gradi c2, d3, e5, f6 FAME da Colza FAME da Palma CP C CFPP C Contenuto monogliceridi (UNIEN14105) Classe Climatica % m/m 0,33 0,35 f6 o d3 (invernale) b3 (non rispetta neppure la specifica estiva) 13

14 Seconda fase cella dinamica - Diesel Comparison T [ C] Prove Aprile_15 (Dynamic Cycle) [CP / CFPP] B0 B10 RME B10 PME vehicle 1 vehicle 2 vehicle 1 vehicle 2 vehicle 1 vehicle 2 [-3 / -14] [-3 / -10] [-3 / -16] 0 C -1 C -2 C -3 C -4 C -5 C -6 C -7 C OK -8 C -9 C OK KO -10 C OK OK -11 C -12 C OK KO OK OK -13 C -14 C -15 C OK OK KO KO -16 C -17 C KO -18 C OK KO -19 C -20 C -21 C KO C 0 C 3 *C 3 C Cranking has occurred correctly, but from the functional parameters obtained, difficulties are foreseen to support the vehicle under dynamic conditions. KO no Cranking vehicle Rispetto al gasolio di riferimento B0 utilizzato come base per tutte le formulazioni, il valore di CFPP varia in modo diverso a seconda del biocomponente utilizzato, in modo non lineare rispetto al CFPP del componente stesso: CFPP peggiora per RME CFPP migliora per PME La variazione di operabilità della vettura non segue sempre la variazione di CFPP: RME: peggioramento dell operabilità del veicolo che segue l aumento del CFPP PME: peggioramento dell operabilità del veicolo, scorrelata dal miglioramento del CFPP. Le prove effettuate nei laboratori FCA ed ENI hanno evidenziato un trend di comportamento analogo dei carburanti provati sulle due vetture. 14

15 Test su RIG Infineum Rig set up: 50 litri di gasolio Temperatura di prova: -1 C (sopra il CP); raggiunta in 12 ore e mantenuta per 8 ore Flow rate: 80 l/h per 4 ore o fino al blocco del filtro (delta pressione > 1bar) Il comportamento anomalo del B10 PME non è da mettere in relazione con i noti fenomeni di «paraffinazione» della componente fossile del carburante, ma con dinamiche totalmente differenti di intasamento del filtro, tipicamente evidenziate anche a temperature superiori. Risultati analoghi a quelli registrati su vettura sono anche stati messi in evidenza con prove tipo RIG test presso Infineum 15

16 Prove Chimec di Short Sedimentation Test a -13 C per 16h B0 B10 RME B10 PME Cloud Point C CFPP C Campione TQ Dopo SST Delta Campione TQ Dopo SST Delta B B B10 RME B10 RME B10 PME B10 PME Per questo tipo di gasoli, l operabilità a freddo su vettura non correla con il Short Sedimentation test 16

17 Considerazioni finali Nonostante la differenza di comportamento dei due veicoli utilizzati in questo studio sia relativamente contenuta, studi analoghi (i.e. DGMK) hanno dimostrato come la grande dispersione dei risultati ottenuti sul campo possa dipendere dalla diversità delle tecnologie impiegate negli impianti di bassa pressione dei veicoli. A questo si deve sommare una dispersione dell operabilità a freddo legata alla diversa composizione del gasolio base e l insorgere di fenomeni di intasamento filtro, legati ad alcune caratteristiche della componente FAME (es. CP, CFPP, FBT, % metil esteri saturi,...), non sempre correlati al CFPP del gasolio finito. Il presente studio sembrerebbe indicare che occorre valutare l introduzione, nelle specifiche di FAME e gasolio, di un idoneo test di filtrabilità che sia in grado di quantizzare meglio l impatto di alcune frazioni dei biocomponenti sull operabilità a freddo del veicolo. Un ulteriore approfondimento su questo tema riguarderà la caratterizzazione e la prova di PME distillati con migliori caratteristiche di filtrabilità, analoghe all RME. 17