View
218
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
FATTORI DI EMISSIONE DI PARTICOLATO DEI VEICOLI
DIESEL
Cinzia Pastorello, L. Ntziachristos, Z. Samaras
Laboratory of Applied ThermodynamicsDepartment of Mechanical EngineeringAristotle University of Thessaloniki
Expert Panel sulle “Emissioni da trasporto su strada”ARPA TOSCANA – Firenze , 07/02/06
Analizzare la relazione tra fattori di emissione e velocitàmedia di un ciclo di guida
Effetto sulle emissioni del miglioramento dellatecnologia
Effetto sulle emissioni della riduzione del contenutodi zolfo nel combustibile
Analisi di varianza Utilizzo di sotto-cicli di guida per costruire le curve di
dipendenza dalla velocità media
massa [g km-1]superficie attiva [cm2 km-1]
numero di particelle totali [# km-1]numero di particelle solide [# km-1]
distribuzione del numero di particelle [dN dlogdp-1]
Obiettivi
SecondaryDilution
DiffusionCharger
SMPS orDMA/CPC
ELPI
SecondaryDilution
AgingChamber
Heater
Denuder
3 bar3 bar
CoolingWaterInlet
Exhaust
Mass FlowController
SilicaGel
CharcoalHEPAFilter
3 bar
Water Flowon/off Valve
Dilution Air Line
Sample Line
Filter
Flowmeter
Sistema di campionamento
Primary Dilutor
Mass Flow Controller
Thermodenuder
SMPS andELPI
CPC
Dati acquisiti
1 testTPSMassaImpattatoregravimetrico
1 s (transient)7nm-1µmSuperficie attivaDiffusion Charger
1 s (transient)8 canali: 7nm-1µm
Numero di particelle solide
Electrical LowPressure Impactor
(ELPI) + thermodenuder (TD)
90 s (steady states)
64 canali: 7-450 nm
Distribuzione del numero di particelle
Scanning MobilityParticle Size (SMPS)
1 s (transient)>7 nmNumero di particelleCondensation ParticleCounter (CPC)
Risoluzione temporale
DimensioniProprietà del particolato
Strumento
Combustibili utilizzati
Veicoli
convenzionali 5 EURO III
2 EURO II
1 EURO Icon filtro per il particolato 5 veicoli
3D58D438D3
280D2
Contenuto di zolfo (mg/kg)Codice
Diesel
ARTEMIS urbano
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 0 20 0 30 0 40 0 500 600 700 800 90 0 1 00 0
Urban dense Free-flow urban Congested, stop Congested, Flowing
low speed stable
Tempo [s]
Vel
ocità
[Km
h-1
]
Stazionari 50 km h-1
90 km h-1
120 km h-1
Cicli di guida
Legislativi UDC
EUDC
Reali ARTEMIS urbano
ARTEMIS extraurbano
ARTEMIS autostradale
Effetto sulle emissioni del miglioramento dellatecnologia
Effetto sulle emissioni della riduzione del contenuto dizolfo nel combustibile
Analisi di varianza
Utilizzo di sotto-cicli di guida per costruire le curve didipendenza dalla velocità media
Risultati
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0 20 40 60 80 100 120 140
Average speed [km/h]
PM m
ass
[g/k
m]
Euro II Euro III Euro III+DPFPoli.(EURO II) Poli. (EURO III) Poli. (EURO III+DPF)
1 – Effetto della tecnologia
Autoveicoli diesel, <= 2000cc
PMm
assa
[g/k
m]
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,E+00
1,E+05
2,E+05
3,E+05
4,E+05
5,E+05
6,E+05
7,E+05
8,E+05
0 20 40 60 80 100 120 140
Average speed [km/h]
PM a
ctiv
e su
rfac
e [c
m^2
/km
]
Euro II Euro III Euro III+DPFPoli.(EURO II) Poli. (EURO III) Poli. (EURO III+DPF)
Autoveicolo diesel, <= 2000cc
PM s
uper
ficie
attiv
a [c
m2 /k
m]
1 – Effetto della tecnologia
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,0E+00
5,0E+14
1,0E+15
1,5E+15
2,0E+15
2,5E+15
0 20 40 60 80 100 120 140
Average speed [km/h]
PM to
tal p
artic
le [#
/km
]
Euro II Euro III Euro III+DPFPoli.(EURO II) Poli. (EURO III) Poli. (EURO III+DPF)
Autoveicolo diesel, <= 2000cc
PM n
umer
o di
par
ticel
le to
tali
[#/k
m]
1 – Effetto della tecnologia
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
1,0E+14
1,0E+15
0 20 40 60 80 100 120 140
Average speed [km/h]
PM s
olid
par
ticle
[#/k
m]
Euro II Euro III Euro III+DPFPoli.(EURO II) Poli. (EURO III) Poli. (EURO III+DPF)
1 - Effetto della tecnologiaAutoveicolo diesel, <= 2000cc
PM n
umer
o di
par
ticel
le s
olid
e [#
/km
]
0,0,E+00
5,0,E+14
1,0,E+15
1,5,E+15
2,0,E+15
1 10 100 1000Mobility diameter [nm]
Euro II Euro III Euro III+DPF
1 - Effetto della tecnologiaPM
num
ero
di p
artic
elle
tota
li dN
/dlo
gdp
[km
-1]
Autoveicolo diesel, <= 2000cc, 50 km/h
1 10 100 1000Mobility diameter [nm]
Euro II Euro III Euro III+DPF
Autoveicolo diesel, <= 2000cc, 90 km/h
5
5
5Autoveicolo diesel, <= 2000cc, 120 km/h
Effetto sulle emissioni del miglioramento dellatecnologia
Effetto sulle emissioni della riduzione del contenuto dizolfo nel combustibile
Analisi di varianza
Utilizzo di sotto-cicli di guida per costruire le curve didipendenza dalla velocità media
Risultati
For high speed cycle and all metrics , the D2 emission level are higher than the other measured fuelsDiesel, Euro III+DPF, >=1400 and <=2000 cc
1,0E-04
1,0E-03
1,0E-02
1,0E-01
1,0E+00
0 20 40 60 80 100 120 140Average Speed [km/h]
PMm
[g/k
m]
D2 D3 D4 D5
PM m
ass
[g/k
m]
Autoveicoli diesel con DPF, <= 2000cc
2 - Effetto della riduzione del contenuto di zolfo nel combustibile
PM m
assa
[g/k
m]
Diesel, Euro III+DPF, >=1400 and <=2000 cc
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
0 20 40 60 80 100 120 140Average Speed [km/h]
PMsp
[#/k
m]
D2 D3 D4 D5
PM s
olid
par
ticle
[#/k
m]
Autoveicolo diesel DPF, <= 2000cc
PM n
umer
o di
par
ticel
le s
olid
e [#
/km
]2 - Effetto della riduzione del contenuto di zolfo nel combustibile
Diesel, Euro III+DPF, 50 km/h, >=1400 and <=2000 cc
1,0E+08
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
1,0E+14
1,0E+15
1,0E+16
1 10 100 1000Mobility diameter [nm]
dN/d
logd
p [#
/km
-1]
D2 D3 D4 D5
Autoveicolo diesel DPF, <= 2000cc , 50 km/hDiesel, Euro III+DPF, 90 km/h, >=1400 and <=2000 cc
1,0E+08
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
1,0E+14
1,0E+15
1,0E+16
1 10 100 1000Mobility diameter [nm]
dN/d
logd
p [#
/km
-1]
D2 D3 D4 D5
Autoveicolo diesel DPF, <= 2000cc , 90 km/h Diesel, Euro IV, 120 km/h, >=1400 and <=2000 cc
1.0E+06
1.0E+07
1.0E+08
1.0E+09
1.0E+10
1.0E+11
1.0E+12
1.0E+13
1.0E+14
1.0E+15
1.0E+16
1 10 100 1000Mobility diameter [nm]
dN/d
logd
p [#
/km
-1]
D2 D3 D4 D5
Autoveicolo diesel DPF, <= 2000cc , 120km/h
2 - Effetto della riduzione del contenuto di zolfo nel combustibile
Effetto sulle emissioni del miglioramento dellatecnologia
Effetto sulle emissioni della riduzione del contenuto dizolfo nel combustibile
Analisi di varianza
Utilizzo di sotto-cicli di guida per costruire le curve didipendenza dalla velocità media
Risultati
3 – Analisi di varianza
<= 40 km/h40-90km/h> = 90 km/h
Per valutare se, effettivamente, l’uso del filtro per il particolatoha effetto sulle emissioni.
Sono state considerate tre velocità medie :
Kruskal-Wallis test
3 - Analisi di varianza parametrica
PM massa
Risultati analoghi ottenuti per le altre caratteristiche del particolato: numero di particelle e superficie attiva
Esiste una differenza significativa tra EURO II, EURO III e EURO III+DPF per tutte le velocità medie
Non esiste una differenza significativa tra EURO II, EURO III per tutte le velocità medie
Efficacia del filtro per il particolato
EURO I II III DPF
Velocità media
<40 km/hVelocità media
40-90 km/hVelocità media
>90km/h
Chi-quadro 22,791 26,539 13,017
Gradi di libertà 3 3 3
Significatività ,001 ,001 ,005
3 - Analisi di varianza parametricaPM massa
Velocità media<40 km/h
Velocità media40-90 km/h
Velocità media>90km/h
Chi-quadro 6,604 3,691 2,136
Gradi di libertà 2 2 2
Significatività. ,037 ,158 ,334
Risultati analoghi ottenuti per le altre caratteristiche del particolato: numero di particelle e superficie attiva
Effetto sulle emissioni del miglioramento dellatecnologia
Effetto sulle emissioni della riduzione del contenuto dizolfo nel combustibile
Analisi di varianza
Utilizzo di sotto-cicli di guida per costruire le curve didipendenza dalla velocità media
Risultati
ARTEMIS extraurbano
0
2 0
4 0
6 0
8 0
1 0 0
1 2 0
0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0C y c le t im e ( s )
Ve
hic
le s
pe
ed
(k
m/
h)
0
20
40
60
80
100
120
Ve
hic
le s
pe
ed
(k
m/
h)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100Cycle time (s)
Urban Unstable phase More stable Unstable phase Highway More Urban
stable
Cycle Cycle type Average speed[km/h] Duration [s]
Artemis Motorway_1 stable 122,5 272Artemis Motorway_2 unstable 103,4 173
Artemis Motorway 150_3 stable 125,4 182Artemis Motorway 150_4 unstable 133,6 109
Artemis Motorway_3 stable 117,6 182Artemis Motorway_4 unstable 119,7 109
Artemis Road_1 unstable phase 49,9 240Artemis Road_2 more stable phase 65,9 171Artemis Road_3 unstable phase 43,1 183Artemis Road_4 highway 78,6 177Artemis Road_5 more stable phase 87,5 91Artemis Urban_1 urban dense 15,5 236Artemis Urban_2 free flow urban 31,8 198Artemis Urban_3 congested, stops 8,7 243Artemis Urban_4 congested low speed 11,8 128Artemis Urban_5 stable 21,7 116
4 – Sottocicli di guida ARTEMIS
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
1,0E+14
1,0E+15
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Average speed [km/h]
PM s
olid
par
ticle
[#/k
m]
Euro II Poli.(EURO II) Poli.(EURO II) sub-cycle
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
1,0E+14
1,0E+15
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Average speed [km/h]
PM s
olid
par
ticle
[#/k
m]
Euro III Poli. (EURO III) Poli. (EURO III) sub-cycle
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
1,0E+09
1,0E+10
1,0E+11
1,0E+12
1,0E+13
1,0E+14
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Average speed [km/h]
PM s
olid
par
ticle
[#/k
m]
Euro III+DPF Poli. (EURO III+DPF) Poli. (EURO III+DPF) subcycle
Autoveicolo diesel, <= 2000cc
PM n
umer
o di
par
ticel
le s
olid
e [#
/km
]
1.0E-04
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
PM m
assa
[g/k
m]
Diesel EURO I Diesel EURO II Diesel EURO III Diesel DPF Benzina EURO I Benzina EURO III
D2 D3 D4 D5 G1 G2 G3
DPF
DIESELBENZINA
ARTEMIS urbano!Scala logaritmica
EURO V
EURO IV
1.0E-05
1.0E-04
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
PM m
assa
[g/k
m]
Diesel EURO I Diesel EURO II Diesel EURO III Diesel DPF Benzina EURO I Benzina EURO III
D2 D3 D4 D5 G1 G2 G3
DPF
DIESEL
BENZINA
ARTEMIS extraurbano
EURO V
EURO IV
1.0E-04
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
PM m
assa
[g/k
m]
Diesel EURO I Diesel EURO II Diesel EURO III Diesel DPF Benzina EURO I Benzina EURO III
D2 D3 D4 D5 G1 G2 G3
DPF
DIESEL
BENZINA
ARTEMIS autostradale
DPF
EURO V
EURO IV
Conclusioni
Fattori di emissioni di PM dei veicoli EURO II ed EURO III molto simili.
Veicoli dotati di trappola per il particolato sono associati ad una effettiva riduzione delle emissioni di PM. Eccetto per le alte velocità e per i combustibili con alti tenori di zolfo.
Il numero di particelle solide non sembra essere influenzato dal ciclo di guida
Picchi di nucleazione di osservano per i veicoli EURO III e PDF ad alte velocità medie per combustibili ad alto tenore di zolfo.
Il test di variabilità evidenzia le differenze tra le emissioni dei veicoli “tradizionali” e dei veicoli dotati di filtro per il particolato
Conclusioni
I fattori di emissione dei veicoli EURO II ed EURO III dipendono dalcontenuto di zolfo nei combustibili in modo meno rilevante rispettoai veicoli con filtro per il particolato.
Utilizzare combustibili ad alto tenore di zolfo aumenta le emissioni diparticolato ad alta velocità. Effetto dell’uso dei combustibili ad alto tenore di zolfo sull nucleazione.
Fattori di emissione dei veicoli di nuova generazione sonoconfrontabili con quelli dei veicoli a benzina introdurre limiti per ilparticolato anche per i veicoli a benzina
Le curve costruite utilizzando i sottocicli sono simili a quelle ottenutecon i cicli di guida completi.
test Kruskal-Wallis• Tutte le misure vengono inserite in un unico campione N.
• Tutti i dati vengono ordinati per ranghi e riportati nei gruppi dipartenza
• viene calcolata la media dei ranghi per ciascun gruppo (Mg)
• viene calcolata la media di tutti gli N ranghi
SSbg(R)=Σg [n (Mg—MN)2]
• Statistica:
121)N(N
SSbg(R)H+
=
3 - analysis of variance
PM active surface
PM numero di particelle
Average speed
cycle >90km/h
5,613
3
,132
Average speed
cycle <40 km/h
Average speed
cycle 40-90 km/h
Chi-Square 28,913 32,443
Degree of freedom 3 3
Asymp. Sig. ,001 ,001
3 - analysis of variancePM active surface
Average speed
cycle >90km/h
39,602
3
,001
Average speed
cycle <40 km/h
Average speed
cycle 40-90 km/h
Chi-Square 33,883 25,941
Degree of freedom 3 3
Asymp. Sig. ,001 ,001
PM superficie attiva3 - Analisi di varianza parametrica
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,E+00
1,E+05
2,E+05
3,E+05
4,E+05
5,E+05
6,E+05
7,E+05
8,E+05
9,E+05
1,E+06
0 20 40 60 80 100 120 140 160Average speed [km/h]
PM a
ctiv
e su
rfac
e [c
m^2
/km
]
Euro II Poli.(EURO II) Poli.(EURO II) sub-cycle
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
1,E+00
1,E+05
2,E+05
3,E+05
4,E+05
5,E+05
6,E+05
7,E+05
8,E+05
9,E+05
1,E+06
0 20 40 60 80 100 120 140 160Average speed [km/h]
PM a
ctiv
e su
rfac
e [c
m^2
/km
]
Euro III Poli. (EURO III) Poli. (EURO III) sub-cycle
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,E+00
1,E+05
2,E+05
3,E+05
4,E+05
5,E+05
6,E+05
7,E+05
8,E+05
9,E+05
1,E+06
0 20 40 60 80 100 120 140 160Average speed [km/h]
PM a
ctiv
e su
rfac
e [c
m^2
/km
]
Euro III+DPF Poli. (EURO III+DPF) Poli. (EURO III+DPF) - sub-cycle
Diesel passenger car, <= 2000cc
4 - ARTEMIS sub- cycles
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,0E+00
5,0E+14
1,0E+15
1,5E+15
2,0E+15
2,5E+15
3,0E+15
3,5E+15
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Average speed [km/h]
PM to
tal p
artic
le [#
/km
]
Euro II Poli.(EURO II) Poli.(EURO II) sub-cycle
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,0E+00
5,0E+14
1,0E+15
1,5E+15
2,0E+15
2,5E+15
3,0E+15
3,5E+15
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Average speed [km/h]
PM to
tal p
artic
le [#
/km
]
Euro III Poli. (EURO III) Poli.(EURO III) sub-cycle
Diesel passenger cas, >=1400 and <=2000cc
0,0E+00
5,0E+14
1,0E+15
1,5E+15
2,0E+15
2,5E+15
3,0E+15
3,5E+15
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Average speed [km/h]
PM to
tal p
artic
le [#
/km
]
Euro III+DPF Poli. (EURO III+DPF) Poli. (EURO III+DPF sub-cycle)
Diesel passenger car, <= 2000cc
4 - ARTEMIS sub- cycles
TWC/NOx StorageEuro III2.0Citroen C5 HPIShell
TWC/NOx storageEuro III2.0Peugeot 406 HPIIFP
TWC/NOx StorageEuro III1.8Mitsubishi Carisma GDIAVL MTC
Lean DISI
TWCEuro III2.0Renault Mégane IDEShell
TWCEuro III2.0Toyota AvensisEMPAStoich. DISI
TWCEuro III1.6RenaultMégane16VEMPA
TWCEuro III2.0Alfa 146 TS 16VEMPA
TWCEuro III1.8Toyota Corolla TSLAT
TWCEuro III1.6Renault Mégane IIIFP
TWCEuro I1.8BMW 318tiLATGasoline
PortFuel
Injection
OxiCat + DPFEuro III+DPF2.2Peugeot 607 HDIShell
OxiCat + DPFEuro III+DPF2.2Peugeot 607 HDIAVL MTC
OxiCat +2xDPFEuro III+DPF1.9Renault Laguna dCiLAT
OxiCat + DPFEuro III+DPF2.0Peugeot 307 SWIFP
OxiCat + DPFEuro III+DPF2.0Peugeot 406 HDI/FAPEMPA
Diesel + DPF
OxiCatEuro III1.9VW Golf TDIShell
OxiCatEuro III1.9VW Golf TDIAVL MTC
OxiCatEuro III1.9Ford Galaxy TDEMPA
OxiCatEuro III1.9VW Golf TDIFFA
OxiCatEuro III1.9VW Golf TDIIFP
OxiCatEuro III1.9Renault Laguna dCiLAT
OxiCatEuro II2.0Peugeot 406 HDIAVL MTC
OxiCatEuro II1.9VW Golf TDILAT
NoneEuro I1.9VW Golf TDILAT
Diesel
After-TreatmentEmission Standard
Engine Size [l]
VehicleLab
Diesel, Euro II, >=1400 and <=2000 cc
2 2334 4 2 40.0E+00
5.0E-02
1.0E-01
1.5E-01
2.0E-01
2.5E-01
3.0E-01
0 20 40 60 80 100 120 140Average Speed [km/h]
PMm
[g/k
m]
PMm [g/km] Copert Number of data Poli. (PMm [g/km]) Poli. (Copert)Diesel, Euro III, >=1400 and <=2000 cc
5 28810 69 3 80.0E+00
2.0E-02
4.0E-02
6.0E-02
8.0E-02
1.0E-01
1.2E-01
1.4E-01
1.6E-01
1.8E-01
0 20 40 60 80 100 120 140Average Speed [km/h]
PMm
[g/k
m]
PMm [g/km] Copert Number of data Poli. (PMm [g/km]) Poli. (Copert)
Le temperature tipiche dei gas di scarico emessi dai veicoli in esercizio urbano (autobus, veicoli per raccolta rifiuti) variano tra 250/400 °C.Il dispositivo di controllo elettronico gestisce in modo automatico il sistema di dosaggio additivo installato a bordo veicolo e garantisce la vita utile del motore poiché sono costantemente controllati i valori di contro-pressione allo scarico indicati dal costruttore.
La tecnologia è basata su filtri in carburo di silicio poroso, un materiale che offre caratteristiche uniche di resistenza al calore e agli sbalzi termici.Il filtro è costituito da una struttura a nido d'ape attraverso la quale i gas di scarico vengono filtrati.
Il particolato, composto prevalentemente da particelle di carbone di varie dimensioni, viene quindi trattenuto dal filtro,
con particolare efficacia anche sulle particelle più fini.L'utilizzo di speciali additivi, da aggiungere al carburante,
consente la completa combustione del particolato carbonioso precedentemente trattenuto al raggiungimento di una
temperatura di circa 250/280 C° (processo di rigenerazione del filtro).
Recommended