Milano, 01 Febbraior 2008 1
Evoluzione della normativa europea per le emissioni di particolato da veicoli
Giorgio Martini, Giovanni De SantiGiorgio Martini, Giovanni De Santi
Institute for Environment and SustainabilityInstitute for Environment and SustainabilityTransportTransport and Air and Air QualityQuality UnitUnit
Milano, 01 Febbraio 2008
Milano, 01 Febbraior 2008 2
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, healthand environmental protection, safety of food and chemicals, alternative energies, nuclear safety, econometrics, prospective technologies…
Milano, 01 Febbraior 2008 3
Where does the JRC fitin the European Commission?
Commissioner PotočnikScience and Research
Joint Research Centre (JRC)
President Barroso 27 Commission Members
Research DG (RTD)
Milano, 01 Febbraior 2008 4
Evoluzione della normativa europea sulleemissioni da autoveicoli
Veicoli leggeri (Light Duty): Euro 5 & 6
Veicoli pesanti (Heavy Duty): Euro VI
Milano, 01 Febbraior 2008 5
Limiti di emissione per l’omologazione diveicoli Light Duty
EURO 1, 1992
EURO 4, 2005EURO 5 (2009) PMEURO 6 (2014) NOx
EURO 2, 1996EURO 3, 2000
Emissioni inquinanti HCCO PMNOx
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
Milano, 01 Febbraior 2008 6
Uno dei principali obiettivi di Euro 5/6 consisteva nel forzare l’adozione della “Best Available Technology” per ridurre le
emissioni di particolato
Nuovo limite per le emissioni di PM basato sul numero di particelle
Sviluppo e validazione di una nuova tecnica di misura: UNECE-GRPE Particle Measurement Programme PMP
Limiti Euro 5 & 6: riduzione delleemissioni di particolato da veicoli
PM in
Diesel ParticleFilter (DPF)
PM out
Milano, 01 Febbraior 2008 7
Efficacia dei filtri antiparticolato
I DPF sono davvero la soluzioneper ridurre le emissioni diparticolato da veicoli?
I dati sperimentali confermano la efficacia dei filtri antiparticolato
Estremita’ dello scarico di un veicolo diesel Euro 4 dotato diDPF cha ha gia’ percorso oltre50000 km
Milano, 01 Febbraior 2008 8
Limite sulla massa di particolato: proposta della Commissione
0.1
1.0
10.0
100.0A
u-D
PF
DPF
#1
DPF
#2
DPF
#3
DPF
#4
DPF
#5
MPI
GD
I#1
GD
I#2
GD
I#3
non-
DPF
#1
non-
DPF
#2
non-
DPF
#3
non-
DPF
#4
non-
DPF
#5
non-
DPF
#6
PM E
mis
sion
s [m
g/km
]
0%
20%
40%
60%
80%
100%
CoV
[%]
Euro 4 D iesel lim it = 25 m g/km
35%
10%15%
21%
26%
6%
40%
3%
17%
2%5%
11%7%
2% 5%8%
NON- DPF vehicles
Euro 5 Diesel limit = 5 mg/km
DPF equipped vehicles GDI
Milano, 01 Febbraior 2008 9
Limite sul numero di particelle: proposta della Commissione
1 .0E+09
1 .0E+10
1 .0E+11
1 .0E+12
1 .0E+13
1 .0E+14A
u-D
PF
DPF
#1
DPF
#2
DPF
#3
DPF
#4
DPF
#5
MPI
GD
I#1
GD
I#2
GD
I#3
non-
DPF
#1
non-
DPF
#2
non-
DPF
#3
non-
DPF
#4
non-
DPF
#5
non-
DPF
#6
Part
icle
Num
ber E
mis
sion
s [#
/km
]
0%
20%
40%
60%
80%
100%
CoV
(%)
3 1 %
3 5 % 33 %
27%
78%
3 2 %
2 5 %
6 %
26%
8 %
2% 4 %5%
3 %7 %
4 %
NON- DPF vehiclesGDI
Euro 5 Diesel limit = 6x1011 #/km
DPF equipped vehicles
Milano, 01 Febbraior 2008 10
Limiti Euro 5 & 6 - Emissioni di particolatoMass of PM No. of particles
(mg/km) (#/km)Petrol Diesel Petrol Diesel
EURO 4 25 - -
EURO 5 5.0/4.5 5.0/4.5 - 6.0 x 10 11
EURO 6 5.0/4.5 5.0/4.5 ? 6.0 x 10 11
• 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
Milano, 01 Febbraior 2008 11
Limiti di emissione per l’omologazione dimotori Heavy Duty
EURO I, 1992
EURO IV 2005
EURO VI (2014?)
EURO II, 1995EURO III, 2000
Emissioni inquinanti HCCO PMNOx
EURO V 2008
Milano, 01 Febbraior 2008 12
Nuovi limiti di emissione EURO VI per motori HDLa 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) 1500 130 400 10 10
ETC (CI) 4000 160 400 10 10
ETC (PI) 4000 160 500 400 10 10
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
Milano, 01 Febbraior 2008 13
Nuovi limiti di emissione EURO VI per motori HDArticle 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
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PMP Heavy Duty Validation Exercise & Round RobinEntrambi coordinati dal JRC
PMP HD Validation Exercise
• “Golden” Engine-1 • “Golden” Systems • “Golden” Engineer• Fuel e lubrificante identici• Misure da tunnel diluizione totalee 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
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Alcuni risultati di prove eseguite al JRC diIspra:
- Effetto della rigenerazione del filtro- Particelle solide vs particelle volatili- Motore HD
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Effetto della rigenerazione del filtro
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
1.0E+05
1.0E+06
1.0E+07
1.0E+08
0 200 400 600 800 1000 1200Time [s]
Num
ber c
once
ntra
ion
[#/c
m3]
0
30
60
90
120
150
Spee
d [k
m/h
]
Solid (PMP system)Total (EEPS)R.SP
Ciclo con rigenerazione del filtro
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Effetto della rigenerazione del filtroCiclo con rigenerazione del filtro
1.0E+10
1.0E+11
1.0E+12
1.0E+13
1.0E+14
Before Reg. After Before Reg. After
Par
ticle
Num
ber
Emis
sion
s [k
m-1
]
EUDCECE
Non-volatiles Total
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Effetto della rigenerazione del filtro
1.00E+01
1.00E+03
1.00E+05
1.00E+07
1.00E+09
1.00E+11
1.00E+13
1.00E+15
Non-regenerating cycle Regenerating cycle Average (1 Reg./500 km)
Parti
cle
Num
ber E
mis
sion
s [k
m-1
]
Total (EEPS)Solid (PMP system)
DPF levels
GDI levels
non-DPF levels
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SAE Paper 2006-01-0916Prof. Kittelson
CONCLUSIONI4. 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 nucleationmode al livello del background
7. Con questa combinazione un veicolo con emissioni di particelle prossime allo zero e’ una realta’
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-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Em
issi
on [m
g/K
Wh]
Backup FilterMain Filter
WHSC
70mm TX40(60lpm, 43cm/s)
47mm TX40(60lpm, 100cm/s)
47mm TX40(40lpm, 70cm/s)
47mm TX40 baked(40lpm, 70cm/s)
47mm Teflo(40lpm, 70cm/s)
WHSC WHSC WHSC WHSCBG BG BG BG BG
Motore HD: emissioni di PM vs background
Milano, 01 Febbraior 2008 21
Motore HD: effetto del filtro e della sua rigenerazione
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
1.0E+05
1.0E+06
1.0E+07
1 10 100 1000
Dp [nm]
dN/d
logD
p [c
m-3
]
w/o DPF
idle
2000/600
with DPF
mode 10 regener
mode 10 mode 7
Milano, 01 Febbraior 2008 22
Conclusioni
La nuova normativa EURO 5/6 rendera’ obbligatorio l’uso dei filtri per il particolato (DPF) su tutti i veicoli dieselLa 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
Milano, 01 Febbraior 2008 23
Grazie per l’attenzione!!
Milano, 01 Febbraior 2008 24
Effetto della rigenerazione del filtro
0.0E+00
2.0E+07
4.0E+07
6.0E+07
8.0E+07
1 10 100 1000Mobility Diameter [nm]
Parti
cle
Num
ber C
once
ntra
tion
dN/d
logD
p [c
m-3]
120 km/hb)
La figura a lato mostra che l’aumento delle particelle totali durante la rigenerazione e’essenzialmente dovuta a particelle volatili appartenenti al “nucleationmode”