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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


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…


Where does the JRC fitin the European Commission?

Commissioner PotočnikScience and Research

Joint Research Centre (JRC)

President Barroso 27 Commission Members

Research DG (RTD)


Evoluzione della normativa europea sulleemissioni da autoveicoli

Veicoli leggeri (Light Duty): Euro 5 & 6

Veicoli pesanti (Heavy Duty): Euro VI


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


Alcuni risultati di prove eseguite al JRC diIspra:

- Effetto della rigenerazione del filtro- Particelle solide vs particelle volatili- Motore HD


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


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



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


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’


-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 baked(40lpm, 70cm/s)

47mm Teflo(40lpm, 70cm/s)

WHSC WHSC WHSC WHSCBG BG BG BG BG

Motore HD: emissioni di PM vs background


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


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


Grazie per l’attenzione!!



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”

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