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

(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: M67000424

(2)

EMISSIONI DI UN VEICOLO DIESEL

CHI PRODUCE INQUINAMENTO ATMOSFERICO?

CO2 NON NORMATA

LIMITE ANNUALE SUL VENDUTO

2017

175g/km 2020

147g/km

(3)

CO THC

CO₂

DOC

DPF

PN ---

SCR

NOx N2

H₂NCONH₂ → NH₃ + HNCO HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂

1

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O 6NO + 4NH₃ → 5N₂ + 6H₂O

6NO₂ + NH₃ → 7N₂ + 12H₂O

2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O

IDROLISI DI UREA 2

REZIONE RIDUCENTE

(4)

• M : TRASPORTO DI PERSONE

• N : TRASPORTO MERCI

• L : MOTOVEICOLI

N1 – N2 – N3

EURO 1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 EURO 5

1991 1994 1998 2002 2007 2015

EURO 6

A C

B

D

CONVERITORE 2018

CATALITICO

LIMITI

DIFFERENTI TRA BENZINA E

DIESEL

ADOZIONE EOBD

FILTRO ANTI

PARTICOLATO

LIMITI PIU’

SEVERI SCR

(5)

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

WLTC

PROVE IN LABORATORIO

Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP)

1 settembre 2017

RDE

PROVE SU STRADA

Real Driving Emissions

(6)

0 20 40 60 80 100 120 140

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

V[km/h]

t[S]

LOW MEDIUM HIGH EXTRA HIGH

LOW MEDIUM HIGH EXTRAHIGH TOT

DURATION [s] 589 433 455 323 1800

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

STOP DURATION [s] 150 49 31 8 235

MAX SPEED 130 km/h

DURATA CICLO 30min

DISTANZA PERCORSA 24km

PARTENZA A FREDDO

23°C

(7)

VENTILATORE

BANCO A RULLI DRIVER’S AID

SACCHI DI

CAMPIONAMENTO

BANCO DI ANALISI (HORIBA MEXA) TUNNEL DI

DILUIZIONE

SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI ANALIZZATORI PN

(8)

0 100 200 300 400

FASE 1 FASE 2 FASE 3 FASE 4 WLTC

CO2 [g/km]

WARM WARM COLD COLD

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

CO [g/km]

WARM WARM COLD COLD

0,760

LIMITE EURO 6

VALORI<DL

0 10 20 30 40 50 60

0 20 40 60 80

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Conc[%vol]

velocità[km/h]

Andamento CO2

velocità CO2

(9)

0,E+00 1,E+12 2,E+12 3,E+12 4,E+12 5,E+12 6,E+12

PN[n°/km]

WLTC_warm1 WLTC_cold2

6E+11

LIMITE EURO 6

RIGENERAZIONE FILTRO

[%]

1,E+00 1,E+08 2,E+08 3,E+08 4,E+08 5,E+08

0 100 200 300 400 500

0 500 1000 1500

n°part/cm3

V [km/h] -T [°C]

velocità T monte DPF PN monte PN valle

(10)

1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06 1,E+08 1,E+10 1,E+12 1,E+14

0,01 0,1 1 10

PN [1/km]

d[µm]

fase 1 fase2 fase 3 fase 4

ELPI

ch1 ch2 ch3 ch4 ch5 ch6 ch7 ch8 ch9 ch10 ch11 ch12 µm 0,021 0,039 0,07 0,118 0,199 0,314 0,481 0,759 1,225 1,945 3,078 6,271 I DIAMETRI AERODINAMICI MEDI DELLE VARIE CLASSI DIMENSIONALI

PARTICELLE ULTRAFINI

7<d<28 nm

VALORI < DL DISTRIBUZIONE DIMENSIONALE DELLE PARTICELLE

MISURATE A VALLE DEL DPF

(11)

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

NOx [g/km]

WARM WARM COLD COLD

0,125

LIMITE EURO 6

SCR NON ATTIVO

33%

UREA

67%

H20 DEIONIZZATA

(12)

1.TEMPO DI ATTIVAZIONE _{T monte}

SCR INIEZIONE

UREA NOx monte SCR

= 170°C

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0 20 40 60 80 100 120 140

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

NOx [ppm]

Velocità [km/h]

velocità Nox monte SCR NOx valle SCR

2.TEMPO DI FUNZIONAMENTO

ΔT

REAZIONI SECONDARIE

DI

CONVERSIONE

(13)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

0 20 40 60 80 100 120 140

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

T [°C] -V [km/h]

EFF SCR [%]

Eff.SCR V inca T monte SCR Polin. (Eff.SCR) t[s]

COLD_1 COLD_2 WARM_1 WARM_2

FASE 1 36 39 32 68

FASE 2 64 59 63 84

FASE 3 99 98 95 98

FASE 4 91 95 93 96

TOT 89 92 89 94

EFF. SCR [%]

FINE FASE 2

TEMPERATURA di regime

(14)

AUMENTO DELLA VELOCITA’ E TEMPERATURA

AUMENTO UREA INIETTATA AUMENTO

DEI NOx PRODOTTI

MIGLIOR EFFICIENZA DI CONVERSIONE

0 50 100 150 200 250 300 350

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

conc [ppm] -T [°C]-V[km/h]

Urea [g/s]

t [s]

Urea T monte SCR Nox monte Velocità NOx valle

TEMPO DI ATTIVAZIONE

SCR

TEMPO DI FUNZIONAMENTO

SCR

(15)

0 20 40 60 80 100 120 140

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

V[KM/H]

T[S]

URBAN RURAL MOTORWAY

60-90 km/h

>90 km/h

DURATA CICLO 90-120min 15-40 km/h

SCELTA DEL PERCORSO

1

• DISTANZA

• TEMPO DI PERCORRENZA

• RANGE DI VELOCITÀ

• PENDENZA PERCORSO

TEST ROUTE Urban:[29%-44%]

Rural:[23%-43%]

Motorway:[23%-43%]

TRIP COMP. DISTANCE >16km for each route- EMISSIONS SAMPLING >15cm from EFM

TEST RUN working days

(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

CENTRALINA VEICOLO

PC

INCA

MODULO ETAS

VehV_v Epm_nEng APP_r ASMod_dmEGld EXH_TFld GlbDa_lTotDst Com_numGear Com_tOilTemp

Velocità Veicolo Giri Motore Posizione dell'Accelleratore

Portata in massa dei gas di scarico

Temperatura dei gas esausti

Distanza totale dal primo avvio

Cambiamento del rapporto di trasmissione

Temperatura Olio Motore

[Km/h] [rpm] [%] [m] [°C]

0 780,5 0 1 14,26

0 799 0 1 14,26

0 797 0 1 14,26

0 798,5 0 1 14,26

0 800,5 0 1 14,26

0 799 0 1 14,26

0 798 0 1 14,26

0 800,5 0 1 14,26

0 806 0 1 14,26

0 801,5 0 1 14,26

0 805 0 1 14,26

Parametri di Funzionamento

(17)

Total trip distance Km 60,70

Total trip duration min. [90-120] 108,53

Cold start duration min. [=5] 5,00

Urban distance km [>16] 24,40

Rural distance km [>16] 15,83

Motorway distance km [>16] 20,47

Urban distance share % [29-44] 40,20

Rural distance share % [23-43] 26,07

Motorway distance share % [23-43] 33,73

Urban average speed km/h [15-40] 17,38

Rural average speed km/h 76,47

Motorway average speed km/h 103,65

Total trip average speed km/h 33,56

Motorway speed above 145 km/h % [<3% mot. time]

0,00 Motorway speed above 100 km/h min [>=5]

8,43

Urban stop time % [6-30] 25,06

Start and end points elevation absolute

difference m [<=100m]

103,70 Total cumulative positive elevation gain m/100km [<1200m/100km]

748,96 Urban cumulative positive elevation

gain m/100km [<1200m/100km]

823,83 Idling event(s) longer than 300 s Yes/No

No

Initial idling duration s [<=15] 44

Cold start average speed km/h [15-40] 18,59

Cold start maximum speed km/h [<60] 54,11

Cold start stop time s [<=90] 73,00

Tool ottimizzato dalla commissione europea

PROVA RDE VALIDA?

PERCORSO NAPOLI

(18)

PERCORSO NAPOLI PERCORSO POZZUOLI

(19)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

FASE 1 FASE 2 FASE 3 TOT

g/km

CO ^NAPOLI ^POZZUOLI

0 20 40 60 80 100 120 140 160

FASE 1 FASE 2 FASE 3 TOT

mg/km

NOx ^NAPOLI ^POZZUOLI DURATA

MAGGIORE

NAPOLI_rde1 POZZUOLI_rde1

Ts S Ts S

[s] [km] [s] [km]

FASE 1 4800 22 FASE 1 3480 24

FASE 2 900 18 FASE 2 840 16

FASE 3 860 22 FASE 3 840 22

TOT 6560 62 TOT 5160 62

1:49 h 1:26 h

RDE:

LIMITE NOx 125xFC

OGGI:

2.1 2020:

1.5

(20)

0 20 40 60 80 100

FASE 1 FASE 2 FASE 3 TOTALE

EFF.SCR [%]

Napoli_rde1 Pozzuoli_rde1 Napoli_rde2 Napoli_rde3 Pozzuoli_rde2

AVG Speed minore

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

15 17 19 21 23 25 27

tempo [s]

AVG speed [km/h]

Nap_rde1 Nap_rde2 Nap_rde3 Pozz_rde1 Pozz_rde2 wltc_cold1 wltc_cold2

Iniezione urea ritardata EFFICIENZA

INFERIORE

Tempo in cui inizia ad essere iniettata Urea

(21)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

0 20 40 60 80 100

mg/km

AVG speed [km/h]

NOx

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0 20 40 60 80 100

g/km

AVG speed [km/h]

CO2

PEGGIOR

CONDIZIONAMENTO IN SALA PROVA

EMISSIONI RDE > EMISSIONI WLTC

1. MAGGIOR CARICO SU STRADA 2. PRESENZA DI SALITE

(22)

0 2 4 6 8 10 12 14

0 50 100 150

mg/s

Va [m2/s3]

NOx

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 20 40 60 80 100 120 140 160

g/s

Va [m2/s3]

CO2

𝑣𝑎 𝑝𝑜𝑠

INDICE DELLA POTENZA EROGATA

DAL MOTORE

(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 90%;

• EFFICIENZA DELL’SCR TRA L’80-100% QUANDO SI SUPERA LA TEMPERATURA DI 170°C;

• L’SCR RIESCE A CONVERTIRE UNA PARTE DEI NOx ANCHE PRIMA DEL RAGGIUNGIMENTO DI 170°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.