Home

2,32MB - Innovhub

1. EMA Engine Manufacturer Association ESC European Standard Cycle ETC European Transient Cyele FBC Fuel Borne Catalyst HD Heavy Duty di motore di autoveicolo HDT Heavy Duty Transient ciclo di prova dinamico americano HJS Produttore di filtri Germania l IARC Istituto Internazionale di Ricerca sul Cancro i IBIDEN Produttore di substrati e costruttore di filtri Giappone IPA Idrocarburi Policiclici Aromatici N IPA Idrocarburi Policiclici Nitro Aromatici JMC Johnson amp Matthey Catalyst Produttore di filtri USA Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 61 LIEBHERR Costruttore di motori diesel macchine da costruzione Svizzera MAN Costruttore di motori diesel e autoveicoli commerciali Germania MANN amp ui HUMMEL Produttore di filtri Germania MECA Manufacturers of Emission Control Association NO Biossido di azoto i OBD On board Diagnostic l OCTEL Produttore di additivi per combustibili Germania i OEM Original Equipment Manufacturers PIRELLI Produttore di filtri Italia PT Partial Filter Technology sss RODIA Produttore di additivi per combustibili Francia SATACEN Additivo fuel borne a base di Fe prodotto da
2. Additivo nel combustibile catalizzatore ossidante CRT CCRT Rivestimento catalitico sul substrato Bruciatore Vaporizzatore Stazione di rigenerazione esterna FBC Fuel Borne Catalyst DOC Diesel Oxidation Catalyst CSF Catalytic Soot Filter Fig 20 Le principali tipologie di rigenerazione dei filtri antiparticolato Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili AT Octel Octimax Satacen Sito Web Meccanismo di rigenerazione http www adastra dk dk http www innospecinc com fuel_specialties fuel_borne_catalysts cfm Additivo nel combustibile Substrato di LiqTech SiC Breve descrizione Octimax satacen il nome commerciale in Germania Austria e Svizzera un additivo metallico a base di ferro solubile nel combustibile che abbassa la temperatura di combustione del soot a circa 250 C L elemento che catalizza la reazione di combustione il ferrocene Cj 9H 9Fe Si adatta a tutte le tipolo gie di autoveicoli e non compatibile con lo zolfo presente nel combustibile Durante il processo di combustione nel motore la porzione idrocarburica della molecola org
3. Col termine di ceneri si intende tutti quei materiali di natura inorganica generalmente ossidi o solfati che si producono per ossidazione di composti naturali o aggiunti con tenenti metalli durante la combustione nel motore I materiali inorganici dispersi gene ralmente nel particolato tendono ad accumularsi sulla superficie del filtro e non sono rimossi durante la rigenerazione perch non si trasformano in sostanze gassose Tre sono le sorgenti delle ceneri che si accumulano sul filtro Una fonte primaria di ceneri costituita da additivi a base di metalli come il magnesio calcio zinco e fosforo introdotti nell olio lubrificante per migliorarne le caratteristiche prestazionali Poich l olio lubrificante partecipa anche se in minima parte alla combu stione nel motore le ceneri prodotte tendono ad aggregarsi sul particolato emesso Una seconda sorgente di ceneri costituita da microparticelle metalliche prodotte dall usura o dalla corrosione degli elementi costruttivi del motore Queste ceneri sono costituite da ossidi o sali di ferro cromo nichel alluminio rame e zinco Una terza fonte di ceneri costituita dagli additivi a base di cerio ferro o platino ag giunti al combustibile per facilitare il processo di autorigenerazione del filtro Questo problema non esiste per 1 sistemi di filtrazione che non fanno uso degli additivi fuel borne Risulta evidente che la quantit di ceneri prodotte proporzionale alla concen
4. Fig 3 Struttura di un filtro in materiale metallico sinterizzato Flow Through Diesel Filter e suo principio di funzionamento I sistemi a flusso parzialmente libero come quelli convenzionali possono impiegare anche substrati contenenti un catalizzatore ossidante distribuito sulla superficie del sub strato di filtrazione e o catalizzatori sotto forma di additivi aggiunti nel combustibile per facilitare l ossidazione del particolato La scelta dei materiali con cui costruire il supporto substrato dettata dalla necessit di avere strutture altamente resistenti nel tempo ai fenomeni chimici e fisici salti im provvisi di temperatura combustione della fuliggine assorbimento e desorbimento delle numerose sostanze presenti nella frazione organica del particolato caratteristiche chimi che delle ceneri e di altri materiali inorganici che si accumulano sulla sua superficie In figura 4 sono rappresentati 1 tre tipi pi comuni di substrato di filtrazione impiegati nella produzione dei filtri antiparticolato da applicare sugli autoveicoli Cordierite Silicium Carbide Sintered Metal Fig 4 Tipologie pi comuni di substrato impiegate nella produzione commerciale di filtri an tiparticolato Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione
5. elemento filtrante anche un dispositivo in grado di informare autista del mo mento in cui si deve sottoporre a manutenzione il filtro antiparticolato installato sull autoveicolo I produttori di filtri infatti sono tenuti ad associare al dispositivo an tinquinamento una centralina di controllo diagnostico OBD con un indicatore a bor do dell autoveicolo per monitorare in continuo la temperatura dei gas di combustione la contropressione allo scarico e o le perdite di carico attraverso il filtro L indicazione del momento di intervento per la manutenzione del sistema di filtrazione deve essere data con un sufficiente margine di sicurezza per assicurare che non s1 raggiungano condizio Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 2 ni inaccettabili di funzionamento del motore Il monitoraggio continuo della contropres sione allo scarico per gli autoveicoli richiesta negli USA dall EPA e in California dal CARB In Europa 11 monitoraggio dei due parametri previsto dal protocollo VERT come una delle condizioni necessarie affinch un sistema di filtrazione risulti un candi dato accettabile per avviare un programma di aggiornamento degli autoveicoli di un
6. energia termica radiante proveniente da tre resistenze elettriche che cir condano il filtro Queste assicurano un incremento locale di temperatura estremamente rapido L aumento di temperatura dei gas di scarico sul filtro dura solo un minuto un tempo sufficiente per completare la rigenerazione IT SI Prove superate VETI VFT2 VFT3 VSET sme Jettitter ATE SAE Technical Paper N 2005 01 0669 bibliografici Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 53 PCRT Partial Filter Technology PFT Johnson Matthey ECT Emitec Inc http www emitec com Meccanismo di rigenerazione Pin PM Metalit filtrazione Breve descrizione Ossidazione con NO Il dispositivo una combinazione di un catalizzatore ossidante e di un fil tro a flusso parzialmente libero Flow Through Filter che riduce l emissione del particolato fino a 70 Il sistema combina le caratteristi che di un substrato a flusso libero con quelle di un filtro con flusso a pare te Con questa tecnica solo una parte consistente del particolato emesso viene trattenuta per evitare l intasamento precoce del filtro La parte rima nente dei gas di scarico fluis
7. Euro 0 11 litri di cilindrata secondo il ciclo dinamico standard europeo ETC e quello americano US HDT Durante le prove 1 motori furono alimentati con un gasolio di tipo svedese con 2 4 mg kg di zolfo I risultati delle prove svolte a regimi di moto stazionari avevano indicato che l efficienza di abbattimento delle emissioni del sistema CRT si era mantenuta suffi cientemente elevata superiore a 80 sia per 1 due inquinanti gassosi dovuta alla pre senza del catalizzatore ossidante posto a monte del filtro per la conversione del monos sido di azoto a biossido che per il particolato Nelle prove svolte in condizioni dinami che l efficienza di abbattimento del particolato era risultata superiore al 95 Inoltre non furono osservati fenomeni di deterioramento dei dispositivi CRT provati al termi ne del lungo periodo di funzionamento su strada n in alcuni casi era stato necessario intervenire per rimuovere le ceneri generate dal lubrificante In definitiva il programma sperimentale aveva portato a concludere che il sistema proposto era caratterizzato da Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 32 un elevata robustezza meccanica e da un alta capaci
8. J C Fayard A New DPF System for Duty Cycle Vehicles SAE Tech nical Paper N 2004 01 1937 2004 50 Innovazioni EMITEC Documento disponibile sul sito web http www emitec com index php lane 1t amp mid 14 amp doc 52 51 Purifilter Diesel Particulate Filter DPF Documento della Lubrizol Engine Control Systems disponibile sul sito web http www lubrizol com enginecontrol oppure sul sito web http www unikat se 52 Emissions Control a History of Clean Air Solutions Documento della ArvinMeritor disponibile sul sito web http www arwinmeritor com 53 P Zelenka C Telford D Pye N Birkby Development of a Full Flow Burner DPF System for Heavy Duty Diesel Engines SAE Technical Paper N 2002 01 2787 2002 54 A Mayr J Clement M Ranalli S Schmidt Diesel Fuel Vaporizer a Way to Reli able DPF Regeneration SAE NA Technical Paper N 2003 01 50 2003 55 M Ranalli S Schmidt L Watts NOx Particulate Filter NPF Evaluation of an Af ter Treatment Concept to Meet Future Diesel Emission Standards SAE Technical Paper N 2004 01 0577 2004 56 M Ranalli S Schmidt Diesel Fuel Vaporiser Path to a Reliable Regeneration MTZ worldwide N 9 65 2004 57 W Filter Exchange Filter System Documentazione illustrativa disponibile sul sito web http www huss umwelt de en w html 58 EHC PF Filtro catalitico per particolato per gas di scarico Diesel Do
9. SAE Technical Paper N 2000 01 2815 2000 70 Connecticut School Bus Retrofit Program Vendor Requirements and Expectations Documento della Lubrizol Engine Control Systems disponibile sul sito web http www lubrizol com enginecontrol Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it
10. che dura mediamente da 30 a 50 minuti deve essere confermata attraverso il controllo visivo dei canali del corpo filtrante e la misura delle caratteristi che di flusso Ulteriori interventi di manutenzione comprendono anche la rimozione di particelle carboniose residue attraverso il trattamento del corpo filtrante in un forno a elevata temperatura 450 800 C per alcune ore Questo processo deve essere control lato attentamente per minimizzare gli stress termici durante il riscaldamento e 1l raffred damento del substrato nelle fasi iniziale e finale del trattamento Per rendere pi spedito e pi affidabile il processo di manutenzione dei filtri antiparticolato alcuni produttori adottano stazioni di servizio automatizzate in grado di svolgere le operazioni di pulizia su pi filtri contemporaneamente In Europa 1 principali produttori di sistemi di filtrazione e 1 fornitori di condotti di scari co dotati di filtri antiparticolato in accordo con le Case automobilistiche hanno svilup pato un protocollo per la manutenzione dei filtri adottati per la produzione in serie di au tovetture Questo prevede l ispezione visiva del corpo filtrante la rigenerazione del fil tro tramite insufflazione di aria calda la pesata del filtro rigenerato e il lavaggio con ac qua calda con un detergente alternato con flussi pulsati di aria per rimuovere ceneri par ticolarmente persistenti essiccazione con aria calda ripesata del corpo filtrante ispe zion
11. riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 31 Nel corso degli anni 2000 alcuni progetti originali svolti negli USA e in Europa sono stati successivamente consolidati Sulla base delle esperienze condotte negli anni prece denti 1 ARB Air Resource Board ha sviluppato una procedura per la verifica dei filtri retrofit Retrofit Verification Procedure 2003 mentre negli USA PEPA ha promosso a partire dall anno 2000 una campagna volontaria Voluntary Diesel Retrofit Program con l obiettivo ambizioso di adeguare applicando filtri nuovi o sostituendo quelli gi applicati entro 11 2015 gli oltre undici milioni di motori diesel presenti sul suo territorio con le tecnologie correntemente verificate e certificate dagli organismi preposti In Eu ropa il progetto VERT nato e sviluppato in Svizzera ha assunto un ruolo importante proponendosi come riferimento per gli altri paesi dell Unione quali la Germania e l Austria Qui di seguito vengono riportati brevemente 1 risultati di alcuni progetti in parte presen tati in pubblicazioni scientifiche e in relazioni tecniche mentre per una sintesi della ca sistica pi ampia si fa riferimento al Documento N 130 della Swiss Agency for the En vironment Forests and Landscape SAEFL Programma sperimentale Johnson amp Matthey SAE Technical Paper 2000 01 0480 Questo programma sperimentale aveva lo scopo di verificare l effi
12. trazione di additivo nel combustibile e che concentrazioni relativamente elevate di addi tivo favoriscono una pi rapida ed efficace rigenerazione del filtro La tendenza attuale comunque quella di abbassare quanto possibile 11 dosaggio del componente attivo dell additivo nel combustibile senza perdere efficienza di rigenerazione per ridurre in Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 20 modo significativo il contributo del catalizzatore all accumulo di ceneri sul substrato del sistema di filtrazione Il miglioramento dell attivit catalitica del sistemi concepiti piu recenetemente consente di diminuire il dosaggio anche a valori inferiori a 10 mg kg In definitiva si pu affermare che l accumulo di ceneri sul sistema di filtrazione dipende dal consumo e dalla qualit dell olio lubrificante dal consumo medio del combustibile e dall ammontare del particolato emesso dal motore Consumi di olio elevati come quelli che si possono manifestare con propulsori di vec chio modello specialmente se molto usurati determinano un accumulo progressivo di ceneri pi veloce con la conseguenza di un aumento pi rapido della contropressione al lo sc
13. C T Huynh Effects of a Catalysed Particu late Filters on Emissions from a Diesel Engine Chemical Characterization Data and Par ticulate Emissions Measured with Thermal Optical and Gravimetric Methods SAE Technical Paper N 2003 01 0049 2003 H Persiko E Sher Evaluation of Various Strategies for Continuous Regeneration of Particulate Filters SAE Technical Paper N 2001 01 1945 2001 V Kati V Annele M Jyrki K Jorma Effects of After Treatment System on Size Dis tribution of Heavy Duty Diesel Exhaust Aerosol SAE Technical Paper N 2004 01 1980 2004 M D Rumminger X Zhou K Balakrishnan B L Edgar Regeneration Behaviour and Transient Thermal Response of Diesel Particulate Filters SAE Technical Paper N 2001 01 1342 2001 J Gieshoff M Pfeifer A Schafer Sindlinger U Hackbarth O Teysset C Colignon C Rigaudeau O Salvat H Krieg B W Wenclawiak Regeneration of Catalytic Diesel Particulate Filters SAE Technical Paper N 2001 01 0907 2001 C Y Liang K J Baumgard R A Gorse Jr J E Orban J M E Storey J C Tan J E Thoss W Clark Effects of Diesel Fuel Sulphur Level on Performance of a Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter and a Catalysed Particulate Filter SAE Techni cal Paper N 2000 01 1876 2000 R Allansson C A Maloney A P Walker J P Warren Sulphate Production over the CRT What Fuel Sulphur Level is required to Enable the EU 4 a
14. accumulato possa costituire un para metro pi efficace per valutare l intervallo di manutenzione del filtro antiparticolato Il consumo di olio pu essere influenzato negativamente anche dall uso di additivi af termarket addizionati al lubrificante nuovo durante la sua sostituzione nel motore o dal la cattiva e imprudente pratica di riversare una parte del lubrificante esausto nel combu stibile come modo semplice e sbrigativo per il suo smaltimento Nell applicazione di filtri antiparticolato come retrofit il produttore di questi dispositivi pu raccomandare all utilizzatore di provare autoveicoli con motori caratterizzati da Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 21 elevati consumi di olio come garanzia del buon funzionamento del dispositivo proposto anche nelle condizioni operative peggiori In questo modo si da una dimostrazione della validita del prodotto per renderlo un candidato favorito al momento della selezione del sistema di filtrazione da applicare a una flotta di autoveicoli da convertire Tutti 1 sistemi di filtrazione di qualsiasi tecnologia possono considerarsi serbatoi di ce neri e pertanto devono essere periodicamente svuo
15. cerio del ferro e del platino determinano un abbassamento della temperatura di autocombu stione del particolato di un centinaio di gradi per favorire il processo di rigenerazione anche nelle condizioni di esercizio pi difficili La dispersione di piccole quantit di queste sostanze nel combustibile catalizzatore fuel borne risulta 11 modo pi efficace per esplicare l azione catalitica dell additivo poich assicura un gran numero di punti di contatto tra le nanoparticelle cristalline del metallo attivo e quelle carboniose dello stra to di fuliggine depositata sul filtro Altri accorgimenti per facilitare 11 raggiungimento della temperatura di autocombustione dello strato di fuliggine raccolta sul filtro sono l isolamento termico del corpo filtrante la posizione pi ravvicinata al collettore di scarico del motore la formulazione del cata lizzatore ossidante es la sostituzione del platino col sistema platino palladio e 11 mate riale del supporto filtrante Con l avvicinamento del sistema di filtrazione al collettore di scarico l incremento di consumo di combustibile necessario per arricchire la miscela combustibile aria nel mo tore e quindi l aumento della temperatura dei gas di scarico al valore richiesto per av viare la rigenerazione del filtro tendono a diminuire poich il sistema intrinsecamente pi caldo La figura 9 schematizza l andamento della temperatura dei gas di scarico durante un processo di rigenerazione
16. degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili gQ Nel corso dell esercizio dell autoveicolo le particelle trattenute dalla trappola filtro si accumulano progressivamente sulla superficie del filtro determinando un aumento della contropressione allo scarico che nel tempo pu raggiungere un valore elevato tale da compromettere il funzionamento normale del propulsore Tale condizione non deve es sere raggiunta per cui si rende necessario rigenerare ciclicamente il corpo filtrante La rigenerazione quindi diventa l operazione pi importante per ripristinare la capacit di filtrazione del dispositivo e deve svolgersi in modo automatico basandosi sul con trollo di parametri facilmente misurabili contropressione allo scarico Lo spessore della coltre di fuliggine accumulata un parametro che influenza sensibil mente il processo di rigenerazione poich controlla la velocit di autocombustione In fatti se la carica di particolato raccolto sul filtro troppo elevata 1 ripetuti shock termici determinati dalla rapida autocombustione della fuliggine depositata durante la rigenera zione possono provocare nel tempo un pi rapido deterioramento del corpo filtrante a causa di fenomeni di sgretolamento e o di parziale fusione locale del materiale con cui costruito 11 monolito La dimensione dello spessore e la densit di impaccamento della fuliggine accumulata sul corpo filtrante dipende dal mecca
17. elettrodi innalza la temperatura dei gas di scarico fino al valore di autocombustione della coltre di fuliggine raccolta sul corpo filtrante Per la combustione del gasolio nella cavit viene im piegata aria compressa prelevata da una piccola bombola a bordo dell autoveicolo In questo modo indipendentemente dalle condizioni di funzionamento del motore e quindi dalla concentrazione di ossigeno resi duo nei gas di scarico il bruciatore lavora sempre con un eccesso d aria producendo una fiamma priva di soot Certificazione VERT SI Prove superate VFT1 VFT2 VFT3 Pressure reducer Mixing Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 49 Diesel Fuel Vaporizer Sito Web Meccanismo di bttp www arvinmeritor eom www arvinmeritor com Vaporizzatore catalizzatore ossidante rigenerazione DOC Substrato di SiC filtrazione Breve descrizione Il dispositivo descritto un vaporizzatore di gasolio impiegato per la rige nerazione di filtri antiparticolato associati a un catalizzatore ossidante DOC Al momento delle rigenerazione il dispositivo inietta a monte del catalizzatore ossidante una quantit modesta di com
18. formazione di ceneri Il produttore del filtro prevede ogni 10 000 20 000 km un controllo pe riodico della contropressione allo scarico e un eventuale rabbocco dell additivo nel suo serbatoio La manutenzione periodica del filtro per un autobus ogni 45 000 km cir ca necessaria per eliminare le ceneri accumulate viene effettuata attra verso il riscaldamento del corpo filtrante a un temperatura intorno ai 650 C per un paio di ore e successivamente nell aspirazione soffiaggio delle ceneri Certificazione l 1 VERT Non ancora disponibile Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 59 Endeavour Ahlstrom Turin Sito Web Non trovato rent Nessuno fe Nessuno rigenerazione Substrato di Filtro di cellulosa filtrazione Breve descrizione Il filtro costituito da una cartuccia usa e getta in fibra di cellulosa piegata a greca e con un inserto di cartone ondulato in ogni cella Il di spositivo comprende anche uno scambiatore di calore per abbassare la temperatura dei gas di scarico tra 110 e 130 C prima dell ingresso nel filtro In tali condizioni si prevede che il filtro possa trattenere anche le fasi condensabili contenute
19. kg come conseguenza della minore efficienza di conversione del monossido di azoto a biossido Fig 14 La perdita di efficienza del sistema di filtrazione maggiormente critica nelle condizio ni di esercizio a basso carico del motore quando la temperatura dei gas di scarico si mantiene a valori non superiori a 200 C In queste condizioni il consumo di combusti bile tender ad aumentare per raggiungere temperature di autorigenerazione pi elevate I risultati di prove svolte dalla Volkswagen hanno indicato una penalizzazione del con Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 19 sumo di combustibile di circa 11 2 quando il gasolio a bassissimo tenore di zolfo veni va sostituito con un gasolio contenente 50 mg kg di zolfo 400 380 balance point temperature C 360 T m PM accumulata M PM osvidata 340 320 300 280 260 240 balance point temperature 220 200 350 mg kg S lt 10 mg kg S Fig 14 Effetto del tenore di zolfo nel gasolio sull efficienza BPT di abbattimento del parti colato di un filtro catalitico a rigenerazione continua dati IVECO 3 2 Accumulo delle ceneri
20. maggiore resistenza meccanica e termica e per una maggiore efficienza di trattenimento del particolato Pi recentemente 1 substrati sono costruiti anche in materiale metallico sinterizzato Essi presentano una struttura cellulare simile a quella del materiali ceramici dei monoliti convenzionali Alcuni substrati sono costruiti sotto forma di cartucce in fibra di ceramica Deep Bed Filters tessuta mullite presente sul mercato col nome commerciale di NEXTEL pro dotta dalla 3M e dalla MANN amp HUMMEL o intrecciata sviluppata dalla BUCK che Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 6 presentano una maggiore resistenza agli shock termici e una maggiore resistenza mec canica rispetto ai monoliti Fig 2 I sistemi innovativi a flusso parzialmente libero Flow Through Filter realizzati in me tallo sinterizzato rappresentano una nuova tecnologia sviluppata dalla SHW Schwabi che Hiittenwerke Aalen e prodotta dalla HJS e dalla EMITEC Essa impiega una strut tura metallica costituita da lamine di metallo sinterizzato alternate a un lamierino di ac ciaio corrugato Su quest ultimo sono presenti setti deviatori in grado di forzare il flusso gassoso ad attravers
21. medie 20 300 nm Lo AS Efficienza di filtrazione emissione in massa Opacit in accelerazione libera lt 0 12 m Emissioni regolamentate CO HC NOx e particolato nessuno incremento Emissione di inquinanti secondari Opacit limite in verifiche di campo gt 0 24 m Ea Perdite di carico max 200 mbar a or DI con sistemi di allarme e Monitoraggio in esercizio su strada a funzioni di rilevazione paragonabile a quello del silenziatore di serie Durata gt 5000 h ia Identificazione unica direzione del flusso indicata ITC in accordo con la legislazione svizzera STEG Accesso per il campionamento dei gas di scarico a monte e a valle del filtro Procedura per la rimozione delle ceneri definita e nota Attenuazione del rumore Col termine di velocit spaziale si intende il volume di gas di scarico che attraversa il volume unita rio del dispositivo di filtrazione nell unit di tempo si esprime in 1 secondi Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 26 VFT1 Test VERT del sistema di filtri Stato nuovo stazionario ISO 8178 accelerazione libera rigenera zione Test grado di ritenzione emissioni perdita di pressione Procedimenti di
22. 05 42 Clean City buses have a name Modular CRT system silent e clean Documentazione illustrativa disponibile sul sito web http www hjs com 43 New Filter Technology or Diesel Engines Sintered Metal Filter SMF Documen tazione illustrativa disponibile sul sito web http www hjs com 44 Emission Control Solutions for Heavy Duty Diesel Engine On Road Applications Documento disponibile sul sito web http www engelhard com 45 DPX Filtro par Particolato da Motori Diesel Documento disponibile sul sito web http www engelhard com 46 Tecnologie per la riduzione delle emissioni da veicoli diesel Applicazione Retrofit Documento disponibile sul sito web http www engelhard com 47 T Jacobs P S Chatterjee R Conway A Walker J Kramer K Mueller Hass Devel opment of Partial Filter Technology for HDD Retrofit SAE Technical Paper N 2006 01 0213 2006 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 65 48 M Presti L Pace G Carelli P Spurk Turbulent Flow Metal Substrates a Way to address Cold Start CO Emissions and to Optimize Catalyst Loading SAE Technical Pa per N 2006 01 1523 2006 49 T Sequelong
23. 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 63 16 W S Wayne R D Nine N N Clark M Gautam P Moynihan T Balon M Chi aromonte M Prostakov Reduction of PM Emissions from Refuse Trucks through Retro fit of Diesel Particulate Filters SAE Technical Paper N 2003 01 1887 2003 Catalizzatori Fuel Borne 17 G Blanchard C Colignon C Griard C Rigaudeau O Salvat T Seguelong Passen ger Car series Application of a New Diesel Particulate Filter System Using a New Ceria Based Fuel Borne Catalyst From the Engine Test Bench to European Vehicle Certifica tion SAE Technical Paper N 2002 01 2781 2002 18 G Blanchard T Seguelong J Michelin S Schuerholz F Terres Ceria Based Fuel Borne Catalyst For Series Diesel Particulate Filter Regeneration SAE Technical Paper N 2003 01 0378 2003 19 E R Fanick J M Valentine Emissions Reduction Performance of a Bimetallic Plati num Cerium Fuel Borne Catalyst with Several Diesel Particulate Filters on Different Sul phur Fuels SAE Technical Paper N 2001 01 0904 2001 20 P Richards M V Vincent J Chadderton Service Application of a Novel Fuel Borne Catalyst Dosing System for DPF Retrofit SAE Technical Paper N 2005 01 0669 2005 21 Diesel Part
24. 6 MK modulare combustibile Nome ME modulare elettrico MA modulare con additivi Huss Humwelttechnik Gmbh http www huss umwelt com Attiva con bruciatore MK o me diante riscaldamento elettrico ME Meccanismi di rigenerazione Con additivo nel combustibile MA SIC filtrazione Breve descrizione I filtri modulari sono strutture di tipo convenzionale monolito che differi scono tra loro per la tecnologia di rigenerazione adottata I filtri MK effet tuano l ossidazione della fuliggine attraverso la combustione mediante un bruciatore di una piccola quantit di gasolio prelevata dal serbatoio dell autoveicolo La rigenerazione del filtro avviene a motore fermo du rante la pausa notturna per es e dura da 8 a 30 minuti a seconda della po tenza dell autoveicolo e quindi della dimensione dell elemento filtrante L aria di combustione necessaria alla combustione del gasolio viene forni to mediante una soffiante posta su un canale laterale del corpo del filtro I filtri MK si rigenerano attraverso il riscaldamento elettrico del filtro sen za smontarlo dall autoveicolo Anche in questo caso la rigenerazione che dura circa ora viene effettuata a motore fermo I filtri MA sono strutturalmente simili a quelli delle due serie precedenti ma la rigenerazione avviene attraverso l aggiunta di un additivo nel com bustibile di alimentazione del propulsore e SI MK e ME Prove superate
25. C cordierite e materiali metallici sinterizzati filtrazione Breve descrizione Il sistema una combinazione di un sistema EGR Exhaust Gas Recircula tion a bassa pressione e di un filtro antiparticolato che permette una ridu zione simultanea delle emissioni degli NOx e del particolato L EGR ha la funzione di ricircolare una porzione dei gas di scarico in camera di combu stione del motore per ridurre emissione degli NOx In questo modo infat ti si riduce la concentrazione di O e si abbassa il picco di temperatura di combustione introducendo composti assorbitori di calore quali CO e H O L effetto finale una minore emissione di NOx Nel sistema in esame il gas di ricircolo viene prelevato a valle della trappola di particolato e raf freddato per aumentare la capacit di assorbire calore Il filtro impiegato del tipo CRT della J amp M con rigenerazione continua tramite ossidazione della fuliggine con NO prodotto sul catalizzatore ossidante posto a monte della trappola L ammontare di NO necessario a ossidare il soot dipende dalla temperatura dei gas di scarico e dalla velocit con cui il soot si depo sita sei SI Prove superate VETI VFT2 VFT3 VSET Air intake filter Ig EGR throttle Air Intercooler temperature Turbo charger Water out Engine temperature i AN A A OD b Controlsignal a Water in t EGR cooler Diesel engine EGR Throttle __ contro
26. F AR ee SADES sinterizzato additivo Eolys Ce HUSS Umweittechnik SFA SKW IBIDEN SiC elettrico in situ HUSS SFA FS MK IBIDEN SiC diesel burner Umweittechnik HUSS FS ME IBIDEN SiC elettrico in situ INTECO ECCELSA IRE KIPOR IST le additive saticen Ee 3 Umweittechnik AC autoveicoli commerciali leggeri e pesanti AB autobus Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili A5 Continuo tabella 10 reno oma mne oe Ta JOHNSON amp e NO da oxycat MATTHEY aa Ee oro x JOHNSON amp e NO da oxycat X D MATTHEY CRIE a a oleae X X X X rivestimento catalitico TSH TSH AK xx yy Ceramico e termiventilatore poten X ziato TSH AWPE 312 310 Chaco rivestimento catalitico X X e termoventilatore esterno X X AC autoveicoli commerciali leggeri e pesanti AB autobus Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 46 Additivo nel combustibile
27. M totale mg mi eta Ciclo di guida di riduzione Diesel originario Diesel CRT sperimentale svolto in collaborazione con EniTecnologie ora ENI DivisioneRefining amp Marketing era quello di verificare l effetto del dispositivo CRT sulle emissioni in quinanti a breve e medio termine autobus equipaggiato con un filtro nuovo dopo 20 000 km e 50 000 km di percorrenza in condizioni di guida reale simulata su un ban co a rulli Il ciclo di guida selezionato era quello tipico della linea 61 che attraversa la citt di Milano dalla periferia al centro storico I risultati del programma di prove in laboratorio svolto su un autobus campione dotato del filtro antiparticolato nuovo a confronto con lo stesso nel suo allestimento originale e alimentato con lo stesso gasolio a bassissimo tenore di zolfo avevano indicato una ridu zione sensibile delle emissioni dell ossido di carbonio degli idrocarburi incombusti e del particolato comprese tra 90 e 95 confermando 1 risultati di altre sperimentazioni Fig 19 variazione CO THC NOx TPM PM2 5 Fig 19 Variazione percentuale delle emissioni inquinanti determinate dall applicazione del filtro antiparticolato CRT sull autobus urbano dell ATM di Milano Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego
28. N x y A 3 filtrazione nella coltre di fuliggine 6 y 2 O i profonda nel filtro 0 0 20 40 60 80 100 massa di particolato raccolta sul filtro g Fig 7 Dinamica della deposizione del particolato sulla superficie del filtro Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 10 Nei filtri in fibra di ceramica 11 fenomeno inizialmente lo stesso ma col crescere del carico di fuliggine il filtro non si blocca mai e il grado di separazione del particolato diminuisce sensibilmente L effetto di un aumento delle perdite di carico determinato dall accumulo progressivo del particolato sul filtro quello di un incremento proporzionale del consumo di combu stibile Questo ritenuto trascurabile sino a quando la contropressione alla scarico si mantiene al di sotto di 0 2 bar Viceversa condizioni di contropressione superiori a 0 5 bar sono assolutamente da evitare perch la scarsa espulsione dei gas di scarico influisce negativamente sul processo di combustione e quindi sul funzionamento regolare del motore 2 2 Processi di rigenerazione La produzione su scala industriale di filtri antiparticolato altamente efficienti non ha co stituito un problema difficile da
29. Octel SAE Societyof Automotive Engineers SCR Selective Catalytic Reduction System sistema de NOX ad ammoniaca SCRT Combinazione di una trappola per particolato col sistema de NOx SCR SEM Scanning Electron Microscopy SMPS Scanning Mobility Particle Sizer SHW Produttore di filtri Germania l SOF Soluble Organic Fraction frazione organica solubile del particolato i SUVA Schweizerische Unfallversicherungsanstalt UBA Deutsches Umweltbundesampt EPA tedesco UFAM Departement fiir Umwelt Verkehr Energie und Kommunikation ULS Ultra Low Sulphur combustibile a bassissimo tenore di zolfo 00 i TTM Technik Thermische Maschinen Svizzera Laboratorio di prove VERT Verminderung der Emissionen von Real Dieselmotoren im Tunnelbau Proget to svizzero per la riduzione delle emissioni dai motori diesel Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 62 1 2 3 4 5 6 7 3 9 10 11 12 13 14 15 DOCUMENTAZIONE BIBLIOGRAFICA CONSULTATA Documentazione generale T V Johnson Diesel Emission Control in Review SAE Technical Paper N 2006 01 0030 2006 J R Warner J H Johnson S T Bagley
30. Stazione Sperimentale per i Combustibili San Donato Milanese 000000000000000 PROGETTO PARFIL PLG 1 LE TECNOLOGIE DI RETROFITTING PER LA RIDUZIONE DELL EMISSIONE DI PARTICOLATO DEGLI AUTOVEICOLI Stato dell arte Francesco Avella Davide Faedo Rapporto tecnico SSC N 200700764 Commessa di ricerca N 12 7 3 gennaio 2007 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili Stazione Sperimentale per i Combustibili San Donato Milanese 000000000000000 PROGETTO PARFIL PLG 1 LE TECNOLOGIE DI RETROFITTING PER LA RIDUZIONE DELL EMISSIONE DI PARTICOLATO DEGLI AUTOVEICOLI Stato dell arte Francesco Avella Davide Faedo Presentazione del rapporto Questo rapporto presenta un indagine bibliografica svolta dalla Stazione sperimentale per 1 Combustibili nell ambito del Progetto PARFIL Il Particolato Atmosferico Fine nella Regione Lombardia riguardante lo stato dell arte sulle tecnologie di abbattimento del parti colato DPF da impiegare come retrofit per gli autoveicoli diesel commerciali e per il trasporto delle persone bus urbani e turistici gi in circolazione Nel rapporto sono illustrati 1 principali sistemi sviluppati per ridurre efficace
31. VETI VFT2 VFT3 exhaust gas back pressure i exhaust gas inlet cleaned exhaust gas E aaa A AAA VAL AAA AAA AAA AAA AAA AAA VA VA NA ANAAO NA AAA temperature monton Silicon carbide monolith Additive tank Il modello MA Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 57 Filtro W Sistema a filtri intercambiabili http www huss umwelt com Meccanismo di rigenerazione Substrato di filtrazione Breve descrizione Stazione di rigenerazione Il sistema W a filtri intercambiabili costituito da componenti installati sull autoveicolo e da una stazione di rigenerazione esterna La rigenerazio ne in questo caso decisa dall autista che informato costantemente sul valore della contropressione allo scarico e quindi anche sul riempimento volumetrico della cartuccia mediante l indicazione fornita da un manome tro posto nella cabina di guida Al raggiungimento del valore di soglia della contropressione la cartuccia viene rimossa dall alloggiamento in cui si trova a motore fermo e sosti tuita con una precedentemente rigenerata Dopo questa operazione l autoveicolo pronto per un nuovo ciclo di servizio La stazione d
32. a dell autoveicolo in modo da avvisare l autista della presenza di un eventuale guasto al sistema di filtrazione o del momento in cui s1 deve intervenire per la sua manu tenzione I quattro elementi sono generalmente forniti da uno stesso produttore di filtri a garanzia del buon funzionamento nel tempo dell intero sistema di abbattimento del particolato Questa condizione normalmente richiesta dai Costruttori per la produzione in serie di motori e autoveicoli Il substrato costituito da una struttura di materiale con notevole resistenza agli sbalzi termici e con elevata porosit in grado di trattenere il particolato con un elevata effi cienza superiore al 90 I materiali pi usati caratterizzati da un elevata superficie specifica 1 3 m per un litro di volume attraversato dai gas di scarico sono quelli di tipo ceramico e quelli costituiti da metalli sinterizzati I sistemi convenzionali Wall Flow Filters sono ottenuti per estrusione di materiali ce ramici SiC cordierite strutture in fibra ceramica in un unico blocco Strutturalmente essi si presentano come un monolito con struttura a nido d ape in cui 1 canali sono chiu s1 alternativamente a un estremita cos da lasciare fluire 1 gas di combustione attraverso 1 pori e trattenere le particelle carboniose Fig 1 Generalmente 11 SIC monoliti pro dotti da NOTOX IBIDEN HEIMBACH preferito alla cordierite monoliti prodotti da CORNING e NGK per la sua
33. a flotta da adeguare Nel caso specifico di autovetture dotate di filtri antiparticolato di serie in Europa l intervallo di manutenzione raccomandato dai Costruttori passato negli ultimi anni da 80 000 km a 120 000 km di percorrenza L ampliamento dell intervallo di manutenzio ne stato determinato dal perfezionamento dei sistemi antiparticolato adottati che ri chiedono dosaggi di catalizzatore fuel borne molto pi bassi rispetto ai primi sistemi applicati fino a qualche anno fa Allo stato attuale 1 sistemi antiparticolato pi avanzati richiedono un dosaggio di catalizzatore fuel borne inferiore a 10 mg kg L uso di siste mi di filtrazione con geometria ottagonale o costruiti in metallo sinterizzato associato a un dosaggio di catalizzatore nel combustibile inferiore a 10 mg kg pu allungare ulte riormente l intervallo di manutenzione a valori prossimi anche a 260 000 km La tecnica per rimuovere le ceneri accumulate sui filtri antiparticolato sia quelli impie gati come retrofit per gli autoveicoli esistenti che quelli adottati sugli autoveicoli pro dotti in serie consiste nell insufflare aria compresa 50 100 psi in direzione contraria al normale flusso dei gas di scarico Per 1 sistemi rivestiti con wash coat catalitico viene raccomandata la pulizia in un ambiente sottovuoto spinto piuttosto che in pressione per evitare di danneggiare il corpo filtrante L avvenuta pulizia del sistema di filtrazione al termine del processo
34. altri autobus del deposito I controlli in laboratorio furono eseguiti su due dei tre autobus per misurare il livello delle emissioni inquinanti regolamentate e quello di alcune specie tossiche non regolamentate La simulazione di percorso sul banco a rulli fu eseguita secondo due cicli di guida rappresentativi di con dizioni di circolazione in citt Central Business District e New York Bus sia all inizio che alla fine del programma sperimentale in campo Come riferimento furono conside rati gli stessi esemplari di autobus nel loro allestimento originale alimentati in questa configurazione sia con un gasolio convenzionale tenore di zolfo 250 mg kg che con quello a basso tenore di zolfo Impiegato nelle prove di campo Le principali conclusioni del programma basate sui risultati delle prove di laboratorio tabella 8 e sulle osservazioni inerenti al comportamento in servizio degli autobus cam pione sono riassunte brevemente di seguito L applicazione del dispositivo antiparticolato CRT aveva determinato e una riduzione superiore a 90 delle emissioni di particolato totale e di ossido di carbonio e di oltre il 70 di quella degli idrocarburi incombusti anche dopo dodici mesi di funzionamento in condizioni di esercizio normale Tabella 8 Riduzione percentuale delle emissioni di due autobus urbani del parco autoveicoli municipalizzati di New York equipaggiati con CRT al termine del programma dimostrativo con riferimento al loro allestim
35. amento di eventuali emissioni secondarie viene effettuato in tutti 1 punti di funzionamento del motore previsti dal ciclo di prova ISO 8178 Cl Sono previste misure di circa 150 sostanze diverse raggruppate nelle fami glie dei furani e N furani degli IPA e N IPA delle diossine dei metalli e di altre specie tossiche presenti nel particolato e nelle sue frazioni dimensionali limite di rilevamento 0 01 Ug campione Questa prova viene effettuata soltanto col dispositivo nuovo e quando la trappola impiega un catalizzatore o un additivo catalitico nel combustibile 11 cui elemento metallico che ne costituisce la fase attiva pu depositarsi sulla superficie del filtro e attivare eventuali reazioni indesiderate Negli altri casi l opportunit di eseguire la prova va valutata di volta in volta in dipendenza delle caratteristiche del sistema di filtrazione in esame Per 1 sistemi che im piegano additivi fuel borne e nel caso in cui il consumo di olio lubrificante del motore elevato si presume che sostanze tossiche possano essere origi nate durante la rigenerazione della trappola o prodotte per azione catalitica incontrollata sulla superficie del filtro In alcuni casi si tiene conto anche che particelle metalliche prodotte dall usura degli organi meccanici del motore e intrappolate nel particolato emesso possano avere un azione catalitica inde siderata Infatti le ceneri derivate dagli additivi metallici e depositate sul substrato potrebbero gradual
36. ano metallica brucia mentre la frazione metallica si trasforma in particelle di ossidi molto fini disperse nei gas di scarico e o accumulate sul par ticolato Durante la rigenerazione la coltre di fuliggine depositata sul filtro si ossida a temperature inferiori ai 600 C grazie all azione catalitica svolta dalle particelle di ossido metallico in essa contenute Uno dei parametri importanti che permette la rigenerazione il rapporto tra la quantita di additivo metallico e il soot nel particolato depositato sul filtro Poich la quantit di particolato e messo non direttamente proporzionale al consumo di combustibile 11 dosag gio dell additivo non pu essere relazionato con questo parametro Tuttavia stato dimostrato che un dosaggio costante porta a risultati soddisfacenti nella rigenerazione poich il sistema di filtrazione media 1 diversi regimi di fun zionamento del motore Il sistema in oggetto non richiede una misura accurata della quantit di combustibile nel serbatoio ma inietta nella linea di alimenta zione del combustibile o su quella di ritorno una dose stabilita di additivo in modo controllato tale da aumentare o diminuire la concentrazione di additivo in dipendenza della velocit dell autoveicolo Prove sperimentali hanno dimostra to come la rigenerazione del filtro sia assicurata in qualsiasi condizione di fun zionamento del motore L additivo Octimax utilizzato per la rigenerazione catalitica d
37. approvati dal VERT e la maggior parte caratterizzati da una efficienza di riduzione dell emissione del particolato superiore al 99 sia quando era no nuovi che dopo pi di 2000 h di funzionamento nelle condizioni operative tipiche delle macchine su cui erano stati installati Prima del 2000 pi del 10 dei sistemi di filtrazione applicati e provati aveva subito danni meccanici o di stress termico Nel 2003 la statistica basata sulle informazioni raccolte in parte dai produttori delle trappole per il particolato e dagli installatori e in parte da ispezioni di campo aveva denotato una sen sibile diminuzione del tasso di insorgenza di guasti a un valore inferiore al 2 Tutti 1 dispositivi che non avevano superato la prova di durata avevano perso la certificazione VERT acquisita in precedenza ed erano stati rigettati In questo contesto col termine di guasto si intende un problema serio occorso alla trappola tale da pregiudicarne 1l fun zionamento corretto e richiederne quindi la sua sostituzione Il calo sull occorrenza dei guasti denotava che nel corso del tempo 1 sistemi proposti erano stati soggetti a numero se migliorie da parte delle aziende produttrici Nella tabella 5 viene riportato 11 quadro Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazio
38. are le lamine di metallo sinterizzato che trattengono le particelle carboniose Le particelle temporaneamente intrappolate sono successivamente ossidate tramite biossido di azoto Fig 3 A differenza dei sistemi di filtrazione convenzionali questa tecnologia presenta il vantaggio che non pu ostruirsi per effetto di un accumulo eccessivo di fuliggine sulla sua superficie poich il dispositivo una struttura parzial mente aperta Filtri basati sulla tecnologia a flusso parzialmente libero possono ridurre l emissione del particolato dal 30 al 75 SS eo UT ATO N ETNA DIN LIE NA Blea Ge i ie Loe alll a mu a IS Fig 1 Struttura tipica di un filtro ceramico a nido d ape Wall Flow Particulate Filter e suo principio di funzionamento gas di scarico Pag P cid AG r gas di scarico depurati z i Pt ae terminazione sigillata substrato a tubo perforato tessuto ceramico a struttura romboidale Fig 2 Struttura di una cartuccia filtrante in fibra di ceramica 3M Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 7 lamina porosa in metallo sinterizzato particelle carboniose foglio metallico corrugato con setti
39. arico Nella figura 15 viene mostrata una fotografia della sezione trasversale di un filtro in ma teriale ceramico altamente intasato da ceneri e caratterizzato da elevate perdite di carico Queste ultime determinano a loro volta un aumento del consumo di combustibile e pos sono causare danni irreparabili al dispositivo antiparticolato Infatti la disomogeneit della distribuzione delle temperature locali in un substrato ricoperto di ceneri pu de terminare elevati stress termici nel materiale con cui costruito il filtro durante la sua rigenerazione Fonte Aseol Fig 15 Intasamento dei canali di un filtro in materiale ceramico per effetto di un eccessivo ac cumulo di ceneri Il consumo di olio lubrificante dipende dalle caratteristiche costruttive del propulsore dalla severit dell esercizio dell autoveicolo e dall osservanza delle prescrizioni del co struttore sulla frequenza e sulla buona pratica di manutenzione del motore Autoveicoli che operano generalmente a bassa temperatura e a bassa velocit come quella di auto bus urbani in condizioni di traffico intenso possono avere maggiori consumi di lubrifi cante rispetto ad autoveicoli funzionati a velocit e temperature pi elevate Inoltre mo tori ben mantenuti possono garantire nel tempo consumi contenuti di olio lubrificante Sotto questo aspetto si ritiene che il tempo speso in termini di ore di funzionamento dell autoveicolo piuttosto che il chilometraggio
40. attenzione numerosi parametri connessi con le caratteristiche e col funzionamento dell autoveicolo nelle sue normali condizioni di esercizio in cui a dibito Un analisi tecnico economica del problema richiede di prendere in considerazio ne l et dell autoveicolo e l aspettativa di vita residua di stimare il livello di emissione del particolato il tasso di consumo e 1l tipo di olio lubrificante Impiegato di valutare gli spazi disponibili per l allocazione del dispositivo selezionato sull autoveicolo di accer tarsi della disponibilit sul mercato di combustibili a bassissimo tenore di zolfo e non ultimo di considerare il costo di acquisto Generalmente l analisi e la valutazione dei costi benefici si effettua tramite la compilazione di questionari specifici e dettagliati appositamente predisposti La scelta di un particolare dispositivo antiparticolato disponibile sul mercato richiede anche la valutazione di fattori che sono generalmente a carico del produttore del sistema di filtrazione e dell installatore Le prescrizioni sull installazione riguardano gli aspetti di sicurezza 11 controllo dell emissione della radiazione termica la minimizzazione dell estensione di superfici calde esposte il controllo del livello di rumore e di vibra zioni la limitazione della visibilit esterna e la buona accessibilit per la manutenzione Un estesa trattazione dei criteri di selezione dei filtri adottata dal BUWAL per la Sviz
41. autoveicolo e dalle condizioni di esercizio durante il servizio La riduzione del livello delle emissioni di ossido di carbonio idrocarburi incombusti e particolato de terminata dall applicazione del filtro CRT era compresa tra il 90 e 11 99 in di pendenza del tipo di autoveicolo provato Anche l efficienza di riduzione del particolato ultrafine era risultata elevata 99 come dedotto dalla misura dell emissione del nu mero di particelle nell intervallo dei diametri di mobilit elettrica compreso tra 10 e 300 nm eseguita con un apparecchiatura SMPS Progetto sperimentale in Los Angeles SAE Technical Paper 2002 01 1722 Il programma sperimentale promosso dal CARB aveva come obiettivo quello di forni re una rapida valutazione dell impatto ambientale di autobus della flotta di autoveicoli diesel per il trasporto passeggeri della Los Angeles County Metropolitan Transit Autho rity LAMTA in tre differenti configurazioni alimentazione a gas naturale diesel con e senza filtro antiparticolato Per le misure in laboratorio furono impiegati due esemplari di autobus selezionati dall Azienda dei trasporti uno equipaggiato con un motore 2000 DDC Serie 50G privo di qualsiasi dispositivo di post trattamento dei gas di scarico e alimentato con gas naturale l altro equipaggiato con un motore diesel 1998 DDC Serie 50 dotato di catalizzatore ossidante Nelson Exhaust System inizialmente nel suo alle stimento originario e succe
42. bligati a tenere sotto controllo 1 loro prodotti e mantenere aggiornati annualmente 1 loro report statistici sui guasti rilevati Se il tasso dei guasti supera il 3 annuo il costruttore tenuto a intervenire per porre rimedio attraverso un analisi tecni ca del problema e migliorare il progetto del dispositivo Se il tasso supera il 5 allora verr ritirato 11 documento VERT di approvazione Come gi discusso in un paragrafo precedente un fenomeno inevitabile correlato con l uso dei filtri antiparticolato l intasamento progressivo dei pori del corpo filtrante causato dall accumulo delle ceneri che si originano dalla combustione dal lubrificante e dall abrasione delle parti meccaniche che costituiscono 11 motore Secondo le specifiche del progetto VERT un filtro accettabile se l intervallo di pulizia dalle ceneri superio re a 2000 h di funzionamento del motore in modo che si possono prevedere tre a quat tro interventi nel corso della sua vita Attualmente sono stati testati e approvati sulla base del protocollo VERT pi di 30 si stemi di filtrazione prodotti da aziende multinazionali specializzate nel post trattamento catalitico dei gas di scarico dei motori Alcuni dei sistemi approvati risultano indicati soltanto per 1 mezzi di trasporto delle merci truck altri solo per autobus altri ancora sono idonei per essere applicati solo sui motori di macchine per costruzione strade gal lerie miniere ecc 3 4 Proge
43. bustibile diesel prele vandola dal serbatoio dell autoveicolo La quantit di combustibile inietta ta regolata in modo da assicurare l ossidazione completa del combustibi le nel DOC La reazione fortemente esotermica incrementa localmente la temperatura dei gas di scarico fino al valore tipico dell autocombustione del soot accumulato sul filtro Il dosaggio di combustibile controllato dalla centralina elettronica del sistema tramite un sensore di temperatura posto a valle del DOC Il vaporizzatore costituito da un piccolo serbatoio dove il combustibile iniettato evapora I vapori passano successivamente nel condotto di scarico attraverso un diffusore Il sistema relativamente piccolo e di conseguenza si integra facilmente in ogni sistema di scarico Un altro vantaggio che il vaporizzatore permette di ridurre la dimensione della trappola antiparticolato poich la rigenerazione si verifica con fre quenza elevata Il layout ideale costituto da un pre convertitore ossidante accoppiato col filtro e dal vaporizzatore collocato sufficientemente distan te per favorire la diffusione dei vapori di gasolio Certificazione VAPORIZZATORE Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Sta
44. ce liberamente La trappola PFT impiega il principio di rigenerazione continuo tipico del sistema CRT basato sull ossidazione del particolato con NO Dal punto di vista strutturale il filtro PFT costituito da un substrato me tallico fatto di fogli lisci e corrugati su cui sono allocati deviatori di flusso che convogliano una parte dei gas di scarico verso le pareti del filtro Que sto costruito in metallo sinterizzato in grado di trattenere il soot che si deposita e si ossida reagendo con NO generato nel catalizzatore Il filtro risulta quindi una struttura parzialmente aperta che garantisce un funzio namento regolare del motore anche in caso di rigenerazione insufficiente Certificazione Riferimenti bibliografici Inlet Head PFT Filter SAE Technical Paper N 2001 01 1950 SAE Technical Paper N 2005 01 0471 SAE Technical Paper N 2006 01 0213 SAE Technical Paper N 2006 01 1523 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 54 Nome DNOx LPL EGR Produttore Johnson Matthey CSD SST Emtec AB Sito Web http www sttemtec com Meccanismo di col i i Ossidazione con NO rigenerazione Substrato di Materiali tipici come Si
45. cienza del dispositivo noto col marchio commerciale CRT Continuously Regenerating Trap sviluppato e prodotto dalla Johnson amp Matthey in prove di campo estese a differenti tipologie di au toveicoli equipaggiati con motore diesel In totale erano stati considerati sette differenti autoveicoli non nuovi tra cui un locomotore di un treno intercity tre autobus uno urba no uno extraurbano e uno adibito al trasporto viaggiatori aeroporto citt tre autocarri due compattatori per la nettezza urbana e un autoveicolo postale Ciascun autoveicolo era stato equipaggiato con una trappola CRT e aveva percorso alcune centinaia di mi gliaia di chilometri nel corso di diversi mesi di esercizio svolto secondo il servizio a cui era destinato Gli autoveicoli e il treno erano in servizio nei paesi quali la Svezia la Germania e l Inghilterra che all epoca avevano gi disponibile sul mercato un gasolio con contenuto di zolfo inferiore a 50 mg kg Le caratteristiche degli autoveicoli sono riportate nella tabella 4 Una volta completato il periodo previsto di esercizio in campo 1 filtri CRT furono di sinstallati dagli autoveicoli e testati su un motore diesel Euro 1 12 litri di cilindrata al banco freno secondo 1 cicli di prova standard europei a regimi di moto stazionari ECE R49 e ESC per determinare le emissioni inquinanti regolamentate CO HC particola to Quattro esemplari del dispositivo CRT furono provati anche su un motore diesel
46. cumentazione illustrativa disponibile sul sito web http www ehcteknik com 59 EHC HT for engines with continuous driving Documentazione illustrativa disponibi le sul sito web http www ehcteknik com engelska ehcht htm 60 Filtro catalitico per particolato per motori Diesel Pirelli Ambiente Documentazione illustrativa disponibile sul sito web http www pirelliambiente com 61 K Aravelli J Jamison K Robbins N Gunasekaran A Heibel Improved Lifetime Pressure Drop Management For DuraTrap RC Filters With Asymmetric Cell Technol ogy ACT Diesel Engine Emissions Reduction Conference DEER 2006 Detroit 20 24 agosto 2006 Esperienze di campo 62 T Lanni C Bush D Lowell S Chatterjee R Conway H Windawi J Evans D Rosenblatt R McLean Performance and Durability Evaluation of Continuously Regen erating Diesel Particulate Filters on Diesel Powered Urban Buses at NY City Transit SAE Technical Paper N 2001 01 0511 2001 63 S Chatterjee R Conway C Bush D Lowell D Rosenblatt J Evans R McLean T Lanni B Frank S Tang S J Levy Performance and Durability Evaluation of Continu ously Regenerating Diesel Particulate Filters on Diesel Powered Urban Buses at NY City Transit Part II SAE Technical Paper N 2002 01 0430 2002 64 S Chatterjee C Mc Donald R Conway H Windawi K Vertin C A LeTavec N N Clark M Gautam Emission reductions and Operational Experi
47. da enti super partes secondo criteri di valutazione severi come stato dimostrato in campagne sperimentali di lunga dura ta svolte all estero sia in Europa Svizzera Svezia che negli Stati Uniti Questi progetti sperimentali infatti sono stati eseguiti con l intento di assicurare alle autorit governative locali di adottare i sistemi di riduzione del particolato tecnologi camente pi affidabili tra quelli disponibili sotto entrambi gli aspetti tecnico ed eco nomico per adeguare intere flotte di autoveicoli per il trasporto pubblico e di merci Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 2 LE TECNOLOGIE DI RETROFITTING PER LA RIDUZIONE DELL EMISSIONE DEL PARTICOLATO DEGLI AUTOVEICOLI DIESEL Indice degli argomenti 1 Introduzione p 3 2 Caratteristiche costruttive e funzionali dei filtri antiparticolato 2 1 Tipologie costituzione e funzionamento dei filtri antiparticolato p 5 2 2 Processi di rigenerazione p 10 2 3 Efficienza di abbattimento dell emissione del particolato p 14 3 Problematiche nell impiego dei filtri antiparticolato 3 1 Effetto del tenore di zolfo nel combustibile p 17 3 2 Accumulo delle ceneri p 19 3 3 Ada
48. di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 41 Anche la frazione PM 5 del particolato emesso che costituisce all incirca l 85 90 di quello totale secondo 1 dati di letteratura aveva subito una drastica riduzione prossima al 97 Nessuna variazione del consumo di combustibile fu riscontrata I risultati delle prove ripetute dopo 1 due periodi di esercizio in normale servizio urbano corrispondenti rispettivamente a 20 000 e a 50 000 km circa di percorrenza indicarono una lieve fles sione sulla riduzione delle emissioni gassose ossido di carbonio e idrocarburi incombu sti mentre il tasso di riduzione del particolato totale si era mantenuto su valori superio ri a 90 Nessuna variazione apprezzabile del valore della contropressione allo scarico fu osservata Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili A 4 SELEZIONE DEI SISTEMI COMMERCIALI DI ABBATTI MENTO DEL PARTICOLATO EMESSO DAGLI AUTOVEI COLI DIESEL In generale la selezione di un tipo di filtro antiparticolato un processo complesso poi ch occorre valutare con
49. di un filtro in cui si impiega un catalizzatore fuel borne asso ciato con la tecnica delle post iniezioni multiple temperatura C 600 500 effetto del catalizzatore al cerio 400 post combustione catalitica degli HC 300 intervento sull iniezione di conmbustibile 200 mo 100 0 tempo Fig 9 Principio di autorigenerazione del filtro di tipo catalitico che impiega composti al ce rio dispersi nel combustibile Per caratterizzare il processo di rigenerazione occorre distinguere generalmente due pa rametri la temperatura di light off che indica l inizio della combustione dello strato di fuliggine e la temperatura di equilibrio Balance Point Temperature BPT il cui valore pi elevato Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 14 Quando 1 gas di scarico raggiungono la temperatura di light off la reazione di ossidazio ne della coltre di fuliggine relativamente lenta In tali condizioni la velocit di crescita della coltre di fuliggine sulla superficie del filtro superiore a quella di scomparsa per effetto della combustione ed quindi insufficiente per ripristinare la funzionalit del di
50. do di azoto Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 12 La quantita di biossido di azoto presente nei gas di scarico normalmente insuffi ciente per avviare il processo di ossidazione per cui necessario anteporre al si stema di filtrazione un catalizzatore ossidante a base di platino in modo da con vertire significative quantit di monossido di azoto in biossido Per ottenere una buona efficienza di rigenerazione il rapporto emissione ossidi di azoto emissio ne di particolato deve risultare non inferiore a 20 valore ben pi elevato di quello stechiometrico che pari a 8 L eccedenza di biossido di azoto non reagito pi tossico del monossido di azoto determina un incremento sensibile del rapporto biossido di azoto monossido di azoto nei gas di scarico espulsi nell atmosfera L impatto sull ambiente derivato da una maggiore emissione di biossido di azoto un aspetto ritenuto non trascura bile ed oggetto di studio per comprenderne la rilevanza e Rigenerazione catalitica con catalizzatore fuel borne FBC disperso in modo omogeneo nel combustibile gasolio Questa tecnica impiegata sia con sistemi di rigenerazione attiva che pass
51. e razione temporaneo e di breve durata L installazione di filtri antiparticolato determina un lieve aumento circa di con sumo di combustibile causato dall incremento della contropressione allo scarico e dalla necessit di attivare iniezioni aggiuntive di combustibile nel motore per 1 sistemi a rige nerazione periodica Molti sistemi di filtrazione comunque sono stati ottimizzati per minimizzare fino ad annullare questa penalit 2 3 Efficienza di abbattimento dell emissione di particolato L efficienza Eff di un sistema di filtrazione viene definita come rapporto percentuale della massa o del numero di particelle emesse misurata in uscita dal filtro PMout e gli stessi parametri misu rati ingresso PM Eff PM n PMou PMin x 100 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 15 La penetrazione Pe invece un parametro per caratterizzare l efficienza delle trappole nel trat tenere la frazione pi fine del particolato ed definita come Pe 1 Eff La penetrazione indica il rapporto tra l ammontare delle particelle che lasciano la trappola e quel lo delle particelle che entrano nella trappola Tanto pi basso il valore di que
52. e nessun incremento I sistemi di tipo A col 20 di riduzione del particolato erano permessi nella fase iniziale del programma Dal 1999 il transito di questi autoveicoli nelle Zone Am bientali non pi permesso Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 35 Una volta nota la tipologia di un dispositivo o di pi dispositivi combinati applicati all autoveicolo le autorit competenti sono in grado di stabilire in quale periodo dell anno questo pu transitare nelle Zone Ambientali e per quanti anni ancora pu circolare La durata del periodo di permesso dipende anche dal modello dell autoveicolo Un autoveicolo di modello del 1993 per esempio poteva transitare nelle Zone Ambientali fino al 2005 se equipaggiato con un sistema di tipo B oppure potr circolare fino alla fine del 2007 se dotato di sistema combinato di tipo B C Au toveicoli tecnologicamente pi avanzati omologati Euro 4 o Euro 5 hanno un permesso speciale I dispositivi approvati sono le trappole per il particolato associate con convertitori cata litici ossidanti che richiedono l uso di combustibili diesel desolforati lt 10 mg kg di zolfo Il problema della d
53. e visiva con e senza l ausilio di un endoscopio e misura delle perdite di carico con aria Questo processo di pulizia certificato ISO 14001 3 3 Adattabilit dei filtri antiparticolato Nonostante la complessit delle problematiche inerenti all impiego di filtri antipartico lato come retrofit per flotte di autoveicoli diesel pesanti autobus TIR ecc e l ampia disponibilit sul mercato di dispositivi di varia concezione pi o meno efficaci proposti negli ultimi anni sul mercato non si dispone ancora a livello europeo di un adeguato strumento standard di valutazione di questi Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 23 La loro affidabilit nel tempo infatti la chiave del successo di un particolare interven to richiesto dalle autorit governative locali per es sul trasporto pubblico per la salva guardia dell ambiente L esigenza di avvalersi della garanzia di un elevata affidabilit delle proposte commerciali si manifesta anche in virt dell onerosit delle scelte a cui chiamato 11 decisore per far fronte alle emergenze di natura ambientale Nel corso degli ultimi dieci anni sono state intraprese iniziative inizialmente su base
54. eb http www akpf org pubs html 29 Particulate Traps for Heavy duty Vehicles Environmental Document N 130 Air Sweiss Agency for the Environmernt Forests and Landscape SEFL 2000 Documento disponibile sul sito web www akpf org pub bericht_um130_en pdf 30 A C R Mayer Ultraclean Diesel Exhaust by Particle Traps Documento ppt del BUWAL TTM disponibile sul sito web www akpf org pub 2004_mayer_santiago pdf Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 64 31 A Mayer PFS News 2006 Documento ppt del TTM disponibile sul sito web http www akpf org pubs html 32 VERT Filter List Tested and Approved Particle Trap Systems for Retrofitting Diesel Engines Documento SUVAPRO e SAEFL giugno 2003 33 Filterliste BAFU Suva Gepr fte und erprobte Partikelfilter Systeme fiir die Nachriis tung von Dieselmotoren Stand Mai 2006 Documento SUVAPRO BAFU maggio 2006 34 Elenco dei filtri UFAM Suva Sistemi di filtri antiparticolato collaudati e sperimentati per il post equipaggiamento di motori diesel Stato dicembre 2006 Documento SUV A PRO BAFU dicembre 2006 Sistemi di filtrazione 35 R Allansson B J Coo
55. ella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 34 Le informazioni raccolte nel corso degli ultimi anni prima del 2003 avevano indicato che 1 sistemi applicati non manifestarono fenomeni di invecchiamento precoce n pro blemi di durata Le ispezioni periodiche al sistemi di scarico del motore le verifiche sul consumo di olio lubrificante il monitoraggio accurato della contropressione allo scarico erano stati eseguiti con cura I risultati delle prove in campo consentirono di stabilire che se 1 controlli sul sistema di filtrazione e sul motore vengono effettuati con cura se condo le prescrizioni del produttore la vita media della trappola antiparticolato pu ec cedere anche 5 000 ore di funzionamento sorpassando talvolta persino 25 000 ore co me stato verificato in alcuni rari casi autobus con pi di 700 000 km e autocarri con pi di 600 00 km di percorrenza Environmental Zones Program Svezia Il programma attuato con un decreto governativo fu sviluppato circa dieci anni fa per far fronte alla necessit di ridurre quanto pi possibile l impatto del trasporto urbano sull ambiente attraverso limitazioni alla circolazione degli autoveicoli diesel pesanti nei centri sto
56. ella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 4 autoveicoli quali la frizione 1 freni e gli pneumatici sono state escogitati numerosi di spositivi in grado di limitare l emissione di questa specie inquinante Sebbene 11 concetto di filtrazione abbastanza intuitivo poich riguarda la separazione con mezzi meccanici di una fase solida finemente dispersa in una fase gassosa gas di scarico il maggiore ostacolo alla diffusione delle trappole antiparticolato sugli autovei coli costituito dalla difficolt di rigenerare 1l dispositivo di filtrazione quando la quan tit di fuliggine accumulata sulla sua superficie raggiunge un livello inaccettabile per il funzionamento regolare del motore Nel corso degli ultimi anni sono state sviluppate numerose tecniche per rigenerare 1 si stemi di filtrazione come documentato dalla abbondante letteratura specifica sull argomento ma solo quelle caratterizzate da un elevata efficacia semplicit e affi dabilit nell autorigenerazione e una lunga durata hanno avuto successo I filtri antiparticolato sono applicati gi da alcuni anni nella produzione in serie di auto vetture diesel mentre stanno per essere posti sul mercato anche a
57. ences with Heavy Duty Diesel Fleet Vehicles Retrofitted with Continuously Regenerated Diesel Particulate Filters in Southern California SAE Technical Paper N 2001 01 0512 2001 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 66 65 P Richards B Terry D Pye Demonstration of the Benefits of DPF FBC Systems on London Black Cabs SAE Technical Paper N 2003 01 0375 2003 66 A Ayala N Y Kado R A Okamoto B A Holm n P A Kuzmicky R Kobayashi K E Stuglitz Diesel and CNG Heavy duty Transit Bus Emissions over Multiple Driving Schedules Regulated Pollutants and Project Overview SAE Technical Paper N 2002 01 1722 2002 67 Sweden Environmental Zones Program Truck and Buses documento disponibile sul sito web http www dieselnet cm standards se zones html 68 P Ahlvik Summary of Swedish Experiences on CNG and Clean Diesel Buses Diesel Engine Emissions Reduction Conference DEER 2003 Newport 24 28 agosto 2003 69 N N Clark J E Boyce W Xie M Gautam D W Lyons K Vertin C A Le Tavec T C Coburn Class 8 Trucks Operating On Ultra Low Sulfur Diesel with Particulate Fil ter Systems Regulated Emissions
58. ento della tempera tura locale a valori superiori a 700 C e Rigenerazione attraverso il riscaldamento temporaneo dei gas di scarico con un si stema a resistenza elettrica In questo caso la combustione della fuliggine assi curata da una temperatura locale sufficientemente elevata anche quando l autoveicolo viaggia a velocit molto basse tipiche della circolazione in ambiente urbano E possibile ridurre l energia elettrica richiesta per mezzo dell ausilio di additivi fuel borne o di un rivestimento catalitico del substrato Le due ultime tecniche descritte rappresentano processi di rigenerazione periodica con trollati dalla centralina elettronica quando la contropressione allo scarico raggiunge il valore di soglia Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 13 Il processo di rigenerazione dura generalmente qualche minuto mentre intervallo me dio tra due rigenerazioni successive varia da circa 500 a 700 km di percorrenza in di pendenza dello stile di guida dell utente del tipo di percorso effettuato e del livello di emissione di particolato dell autoveicolo L impiego di opportuni catalizzatori con propriet ossidanti come 1 composti del
59. ento originale Fine programma gt 70 000 km wa a oo sa RECTO Tipo di emissione Inizio programma SOF gt 99 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 38 e unariduzione di circa 90 dell emissione dei composti carbonilici di 70 80 di quella degli IPA e superiore a 99 per 1 VOC e una riduzione compresa tra 90 e 99 del numero di particelle emesse misurato con l apparecchiatura ELPI nell intervallo di diametri aerodinamici compreso tra 30 e 6800 nm e un elevata rimozione della frazione carboniosa oltre che della frazione organica solubile dedotta dall analisi chimica del particolato raccolto durante le prove Non stata osservata alcuna differenza nella riduzione delle emissioni determinata dal CRT alimentando gli autobus nella configurazione originale una volta col gasolio con venzionale e una volta con quello a bassissimo contenuto di zolfo I controlli stradali avevano indicato che la contropressione allo scarico e la temperatura dei gas di combustione si erano mantenute stabili nel corso del periodo di prova deno tando che il processo di rigenerazione dei filtri era rimasto regolare per circa 90 000 km percorsi durante ol
60. enza accelerata a causa dell accumulo di solfati che tendono a occludere 1 pori del corpo filtrante L effetto quello di un aumen to pi rapido della contropressione allo scarico e quindi della frequenza di rigenerazio ne Esso si manifesta maggiormente quando presente un convertitore catalitico ossi dante a monte del filtro e determina come conseguenza negativa anche un aumento del consumo di combustibile Un filtro antiparticolato in grado di trattenere in modo efficace le particelle carboniose generate dalla combustione nel motore anche quelle pi fini ma non in grado di bloc care l anidride solforica libera che si forma per la presenza di un catalizzatore ossidante posto a monte del dispositivo filtrante o disperso nel combustibile L anidride solforica considerata uno dei precursori della formazione di particolato secondario nell atmosfera per effetto di processi di condensazione e di formazione di solfato di ammonio L effetto stato riscontrato con gasoli aventi tenore di zolfo superiore a 50 mg kg Fig 12 emissione di particolato TAR 1 em 1 00E 14 ar 500 ppm 5 nen TA i iS N shill 1 00E 10 o LULU 1 00E 09 RENI 3 il 108 08 Tet TNL PODES MER diametro medio n l 10 100 1000 1 00E 13 Fig 12 Effetto del tenore di zolfo nel gasolio sul livello di emissione del particolato fine di un autovettura con motore HDi dotata di catalizzatore ossidante e DPF al SIC Per 1 sistemi di filtrazi
61. ernative Infatti essi costituiscono una possibile strada da percorre per ab bassare in modo sensibile il livello del particolato emesso dagli autoveicoli diesel di vecchio modello ancora in circolazione poich ritenuti a ragione quelli pi inquinanti Soltanto recentemente la tecnologia in questo settore ha raggiunto un elevato grado di maturit I principi e i metodi su cui si basa il funzionamento dei sistemi antiparticola to per sono ancora poco conosciuti e questo porta inevitabilmente a manifestare da parte di chi deve prendere provvedimenti perplessit e incertezze circa i benefici che realmente ne potrebbero derivare con una loro applicazione diffusa L oggetto di questo rapporto una breve rassegna sullo stato dell arte delle tecnologie di filtrazione dei gas di scarico gi disponibili sul mercato internazionale e impiegabili come retrofit per ridurre l emissione del particolato degli autoveicoli diesel in circola zione Nel rapporto vengono illustrati i principi di funzionamento e le caratteristiche costituti ve e funzionali dei sistemi di filtrazione pi interessanti e le problematiche inerenti al loro impiego Viene data inoltre una breve descrizione delle principali caratteristiche tecniche e funzionali di alcuni sistemi proposti negli ultimi anni sul mercato nazionale ed europeo La documentazione raccolta per la preparazione del documento indica che molti dei si stemi proposti sono stati sufficientemente testati
62. etriche del substrato in grado di assicurare una maggiore capacit di ac cumulo di ceneri a parit di volume del sistema di filtrazione senza incorrere in incre menti inaccettabili delle contropressione sono state studiate recentemente Una di que sta impiega canali a sezione ottagonale alternati con canali a sezione quadrata un altra costituita da canali alternati a sezioni quadrate di dimensioni diverse Queste geometrie innovative sono state gi applicate sui sistemi di filtrazione di alcuni modelli di autovet tura europei Con tali sistemi l intervallo di manutenzione dei filtri pu raggiungere an che 200 000 km di percorrenza praticamente l intera vita di un autovettura Per evitare un eccessivo accumulo di ceneri l intervallo di manutenzione dei filtri ap plicati come retrofit per gli autoveicoli esistenti raccomandato dai produttori dei sistemi di filtrazione di 100 000 150 000 km di percorrenza L intervallo di manutenzione effettivo viene scelto tenendo conto da caso a caso del consumo di olio del motore e del ciclo di funzionamento dell autoveicolo durante l esercizio L ampia gamma di va lori dell intervallo di manutenzione riflette la notevole variet di motori autoveicoli in circolazione e delle condizioni di esercizio ed basata sulle esperienze pluriennali dei produttori dei sistemi di filtrazione La fornitura di un sistema di filtrazione da applicarsi come retrofit deve comprendere oltre all
63. fuel borne catalyst hanno indicato un incremento di emissione della frazione pi fine In tali casi la distribuzione dimensionale del particolato emesso presenta un tipico andamento bimodale come indicato nella figura 11 piuttosto che unimodale L effetto causato dalla nucleazione di nanoparticelle dovuta alla presenza nei gas di scarico di particelle ultrafini di ossidi del metallo che si formano nella combustione dell additivo L effetto risulta tanto pi pronunciato quanto maggiore la concentrazione di additivo nel combustibile Lo stesso fenomeno causato anche dalla presenza di zolfo nel gasolio l efficienza di tratteni mento delle particelle in modo nucleazione Dp lt 50 nm diminuisce man mano che il tenore di zolfo aumenta L effetto si manifesta in maniera pi evidente quando il sistema di filtrazione associato a un catalizzatore ossidante come nel sistema CRT poich questo favori sce sensibilmente la conversione del biossido di zolfo a anidride solforica e quindi la formazione di solfati Questo effetto non si manifesta a bassi carichi del motore e quan do il combustibile che alimenta il propulsore un gasolio desolforato Un terzo effetto osservato in alcune indagini sperimentali riguarda 11 probabile rilascio non ancora accertato nei gas di scarico all uscita dal filtro di particelle ultrafini 10 30 nm costituite dalle ceneri accumulate sulla sua superficie dopo un periodo di fun Francesco Avel
64. gravimetrica dell emissione del particolato per effettuare questa valutazione connesso col fatto che nelle prove di laboratorio questo inquinante campionato dopo un raffred damento dei gas di scarico a temperature inferiori a 52 C diluizione con aria tramite il campionatore CVS mentre noto che le frazioni condensabili sostanze organiche sol fati e acqua sono normalmente presenti in fase gassosa quando 1 gas di scarico attraver sano il filtro antiparticolato In definitiva una valutazione dell efficienza del filtro basata solo sulla misura gravime trica del particolato o soltanto sul conteggio delle particelle emesse dal motore pu por tare a una conclusione non corretta circa la bont del dispositivo in esame specialmente se hanno luogo fenomeni di condensazione nei gas di scarico campionati Tra 1 parametri di qualit previsti dal progetto VERT la frequenza dei guasti ai sistemi di filtrazione assume una determinata importanza poich questo parametro indicativo dell affidabilit nel tempo del sistema proposto Il limite di accettabilit stato stabilito su un valore inferiore al 2 dei casi rilevati in survey periodiche su una flotta di auto veicoli in circolazione Le cause di danno ai sistemi di filtrazione rilevate pi frequentemente nell esercizio di autoveicoli sono presentate in tabella 3 Un analisi dettagliata dei guasti non stata ancora fatta ma 1 produttori dei filtri anti particolato sono ob
65. he dopo pi di 2000 h di funziona mento del motore confermando le buone caratteristiche di questi dispositivi in differen ti condizioni di prova carico regime di rotazione del propulsore In altri termini non c alcun effetto negativo legato all invecchiamento del dispositivo di filtrazione nell intercettare particelle fini e ultrafini diametro medio 20 300 nm oltre una Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 28 trappola provata dal VERT su un determinato modello di motore si presta bene anche su motori di modello differenti purch abbiano velocita spaziali vedi nota a pagina 25 e livelli di temperatura dei gas di scarico simili Alcuni dispositivi proposti non hanno superato il test perch caratterizzati da una bassa efficienza di filtrazione per le particelle fini pur presentando un elevata capacit di trat tenere quelle di dimensioni maggiori La scarsa capacit di bloccare particelle fini pe netrabilit pu essere stata causata dall impiego di materiali con pori molto grandi o con pareti sottili per costruire il substrato oppure perch la velocit spaziale era elevata In quest ultimo caso infatti viene favorito il meccani
66. he venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 36 Tabella 7 Elenco aggiornato all anno 2000 dei dispositivi approvati dalle autorita svedesi da impiegare come retrofit per autoveicoli circolanti nelle Environmental Zones Codice Produttore Engine Control AZ 90 V 18 Systems EMZ B96 20 EMZ B96 30 EMZ B96 40 EMZ B96 50 EMZ B96 60 DPXplus Gen2 Engelhard Corporation IV Engelhard Corporation Engelhard Corporation Engelhard Corporation Diesel Cleaning AB Diesel Cleaning AB Diesel Cleaning AB DPX1 DPX2 DICAB FC060W DICAB FC108W DICAB FC135W Identificazione Potenza del Codice di prodotto motore kW approvazione Convertitore cata litico AZ90 fil tro V18 disposi tivo di pulizia 705002 EMZ B96 20 a canali ceramici N A 423 95 EMZ B96 30 a canali ceramici N A 419 95 EMZ B96 40 a canali ceramici N A 453 95 EMZ B96 50 a canali ceramici N A 211 96 EMZ B96 60 a canali ceramici N A 212 96 na 330 450 Convertitore cata litico PTX 8565 filtro DPX 8563 DPX Gen2 IV Filtro DPX 8563 Convertitore cata litico DPX 8585 Convertitore cata litico DPX 8585 filtro CCX 8586 FC060W 25 140 A 3 99 FC108W 35 230 A 368 98 FC135W 50 330 A 369 98 In particolare l interesse in quest ambito era quello di verificare l efficienza e la durata di filtri an
67. i di azoto rimaneva praticamente invariato tra le due configurazioni diesel la presenza del catalizzatore ossidante del CRT sul condotto di scarico determinava un incremento sensibile circa 40 50 del rapporto percen tuale biossido di azoto monossido di azoto rispetto al valore trovato con la versione o riginale dell autobus NO2 NO 3 9 Programma sperimentale ATM Milano per valutare la performance e la durata del dispositivo CRT su autobus urbani La sperimentazione finanziata dal Comune di Milano e dal MATT 1nizio nel 2002 per valutare l efficacia a medio termine di filtri antiparticolato di tipo CRT della J amp M ap plicati su 30 autobus della flotta ATM di Milano Gli autobus convertiti erano di model lo IVECO 491E 12 22 City Class con motore Fiat 8360 468 omologato Euro 2 alimen tati con gasolio a bassissimo tenore di zolfo lt 10 mg kg L obiettivo del programma Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 40 Tabella 9 Livello di emissione del particolato totale e sua riduzione percentuale determinata con applicazione del CRT di un autobus urbano con propulsore diesel del parco autoveicoli municipalizzati di Los Angeles 3 SL P
68. i diversi tipi di trappole come quelle prodotte da Adastra e da Di nex http www dinex dk Certificazione SI VERT Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 48 Full Flow Burner DPF bruciatore diesel in pieno flusso http www arvinmeritor com Meccanismo di rigenerazione Rigenerazione attiva mediante FS bruciatore Ra da Corning DuraTrap RC filtrazione Breve descrizione Si tratta di un sistema di rigenerazione di tipo attivo adattabile agli auto veicoli per i quali la temperatura dei gas di scarico e o il rapporto NOx soot sono troppo bassi per una rigenerazione di tipo passivo Nel si stema in esame vengono misurate in continuo la temperatura dei gas di scarico e la contropressione allo scarico Questi dati integrati con altri pa rametri motoristici velocit carico ecc vengono elaborati dall unit di controllo che gestisce la rigenerazione del filtro AI momento opportuno una quantita esigua di combustibile prelevata dal serbatoio dell autoveicolo viene iniettata e bruciata in una piccola camera di combu stione posta in prossimit del filtro La combustione del gasolio iniettato attivata tramite una coppia di
69. i rigenerazione esterna ha la funzione di ricevere e rigenerare una cartuccia carica di fuliggine La rigenerazione avviene innalzando per circa 60 minuti la temperatura nella stazione fino a portare a combustione lo strato di soot trattenuto Certificazione VERT SI Prove superate VFT1 VFT2 VFT3 Riferi ti La Non trovati bibliografici Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 58 Filtro per particolato Pirelli Ambiente Sito Web Meccanismo di rigenerazione http www pirelliambiente com Additivo nel combustibile Substrato di SiC filtrazione Breve descrizione Il sistema di filtrazione costituito da un monolito in SiC alloggiato in un silenziatore di acciaio inossidabile La rigenerazione avviene tramite l ausilio di un composto organometallico a base di ferro dosato automati camente come additivo nel gasolio contenuto nel serbatoio dell autoveicolo L additivo a sua volta contenuto in un serbatoio speci fico montato a bordo dell autoveicolo Il dosaggio medio di additivo di circa 1000 ppm 0 1 a cui corrispon de una concentrazione di ferro lt 20 ppm sufficientemente bassa per limi tare la
70. iari per favorire la rigenerazione Il controllo dell ispessimento della coltre di fuliggine viene effettuato attraverso 1l rilie vo in continuo della contropressione allo scarico con opportuni sensori di pressione il cui segnale viene elaborato da una centralina elettronica ECU Quando la contropres sione raggiunge un livello non pi compatibile col funzionamento normale del motore la centralina di controllo interviene attivando in modo automatico 1 dispositivi necessari per avviare il processo di rigenerazione del sistema di filtrazione Il valore di soglia della contropressione deve essere selezionato con cura per garantire che lo spessore dello strato di fuliggine accumulata sia equilibrato uno spessore troppo basso porta a una frequenza elevata del processo di rigenerazione mentre un accumulo eccessivo di particolato sul filtro porta inequivocabilmente a un rapido deterioramento del substrato per effetto di un eccessivo e repentino rialzo locale della temperatura de terminato dall autocombustione veloce dello strato di fuliggine Generalmente una trappola per il particolato deve essere in grado di autorigenerarsi in quasi tutte le condizioni di funzionamento del motore carico velocit le quali influen zano la temperatura dei gas di scarico Questa non deve essere mai inferiore a 250 C Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l imp
71. iculate Filter Maintenance Current Practices and Experience Documento MECA Manufacturers of Emission Controls Association giugno 2005 disponibile sul sito web http www meca org 22 Retrofitting Emission Controls On Diesel Powered Vehicles Documento MECA Manufacturers of Emission Controls Association aprile 2006 disponibile sul sito web http www meca org 23 M W Vincent P J Richards D J Catterson A Novel Fuel Borne Catalyst Dosing Sys tem for Use with a Diesel Particulate Filter SAE Technical Paper N 2003 01 0382 2003 24 P Richards B Terry D Pye Demonstration of the Benefits of DPF FBC Systems on London Black Cabs SAE Technical Paper N 2003 01 0375 2003 25 P Richards M W Vincent J Chadderton Service application of a Novel Fuel Borne Catalyst Dosing System for DPF Retrofit SAE Technical Paper N 2005 01 0669 2005 Documentazione sul progetto VERT 26 A Mayer J Czerwinski F Legerer M Wyser VERT Particulate Trap Verification SAE Technical Paper N 2002 01 0435 2002 27 A Mayer J Czerwinski J L P termann M Wyser F Legerer Reliability of DPF Systems Experience with 6000 Applications of the Swiss Retrofit Fleet SAE Technical Paper N 2004 01 0076 2004 28 A Mayer J Czerwinski L Matthews T Mosimann Filtration of Diesel Soot Nanoparticles and Reliability in Swiss HDV Retrofitting SIAT 2005 Documento dis ponibile sul sito w
72. iego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 11 La rigenerazione di un filtro pu essere facilitata abbassando la temperatura di autoac censione della fuliggine accumulata sulla sua superficie tramite un opportuno catalizza tore e o innalzando per un breve periodo di tempo la temperatura dei gas di scarico at traverso la gestione pilotata della regolazione degli organi del motore che intervengono sul processo di combustione L innalzamento della temperatura dei gas di scarico richie sto deve essere sufficiente per innescare la reazione di autocombustione della coltre di fuliggine accumulata sul filtro evitando variazioni del comportamento dell autoveicolo avvertibili dal conducente durante la guida La rigenerazione di un filtro pu essere attiva o passiva La rigenerazione atti va quando avviata tramite un sistema di controllo on line della contropressione allo scarico che al momento opportuno avvia 1 sistemi che forniscono energia bruciatori ri scaldatori elettrici o modifica 1 parametri di iniezione del combustibile con o senza l ausilto di sostanze ad azione ossidante e o di catalizzatori Quella passiva agisce di rettamente sulla combustione spontanea della fuliggine attraverso l uso di catalizzatori ossidanti Nel corso degli anni sono state sviluppate mol
73. ilter Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 52 Modular CRT System HJS Partner di Johnson amp Matthey Sito Web http www hjs com 1 CRT Meccanismo di rigenerazione 2 Rigenerazione attiva mediante riscaldatori e additivo nel combustibile Substrato di 1 CORNING DuraTrap CO filtrazione 2 Filtro metallico sinterizzato in acciaio al cromo nichel Breve descrizione Il sistema modulare HJS CRT propone come supporto di filtrazione il modulo SMF costruito in metallo sinterizzato in alternativa al substrato ceramico tradizionale E un sistema innovativo che oltre ad un efficienza di filtrazione del 99 ha il vantaggio di avere una elevata capacit di ac cumulo delle ceneri e una migliore distribuzione del flusso dei gas di sca rico all interno del filtro come risultato la manutenzione del filtro s1 effet tua meno frequentemente Inoltre l elasticit metallica del filtro previene eventuali danneggiamenti dovuti alle elevate temperature che si raggiun gono durante la rigenerazione Il sistema SMF prevede una rigenerazione di tipo attivo che combina l uso di un additivo ossidante satacen o Eolys nel combustibile con l
74. informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 9 dell impaccamento del particolato diminuisce la penetrabilita della coltre di fuliggine e aumentano le perdite di carico aumento della contropressione alla scarico attraverso la superficie del filtro La presenza di pori molto sottili e lunghi nel substrato determina un flusso laminare dei gas di scarico attraverso essi numero di Reynolds lt 1 cosicch le perdite di pressione perdita di carico seguono la legge di Darcy proporzionalit diretta con la velocit di flusso e la viscosit dinamica e inversa col diametro dei pori Nei filtri costituiti da un monolito di materiale ceramico o di metallo sinterizzato le per dite di pressione crescono inizialmente in modo pi che proporzionale con l accumulo di fuliggine passando gradualmente verso uno stato di proporzionalit e poi incremen tando rapidamente di nuovo fino al blocco completo del flusso Fig 7 DIFFUSIONE strato pi IMPATTO INERZIALE spesso e meno denso strato meno spesso e pi denso Fig 6 Effetto del tipo di meccanismo di filtrazione del particolato sulle caratteristiche dello strato di fuliggine sul filtro nelle foto visibile una sezione ingrandita di un canale del substrato di filtrazione 16 14 10 LIRE STO RENE ASTA
75. ir reversibile al materiale che lo costituisce per eccessivo surriscaldamento ns emissione di particolato dopo il CRT prova ESC 0 030 NO Un limite Euro 4 Euro 5 0 020 0 015 0 010 IMF Iveco Motorenforschung Arborn emisisone particolato g kWh Un 0 000 0 10 20 30 40 50 tenore di zolfo mg kg Fig 13 Effetto del tenore di zolfo nel combustibile sull emissione del particolato dopo il filtro catalitico di tipo CRT dati JM e IVECO Per tutte le tipologie di sistemi di filtrazione la presenza di zolfo nel combustibile cau sa di un accumulo progressivamente costante di solfati ceneri sulla superficie del cor po filtrante Questo determina il graduale intasamento dei pori e come conseguenza un incremento rapido della contropressione allo scarico L effetto maggiormente sentito se il dispositivo filtrante accoppiato con un catalizzatore ossidante Anche la temperatura richiesta per la rigenerazione continua di un sistema di filtrazione influenzata da tenori elevati di zolfo nel combustibile Infatti la temperatura di equili brio BPT del sistema di filtrazione aumenta con l incremento della concentrazione di zolfo nel combustibile Dati riportati da Volkswagen hanno indicato un incremento del BPT di circa 40 C quando il motore era alimentato con un gasolio contenente 350 mg kg in sostituzione di un gasolio a bassissimo tenore di zolfo lt 10 mg
76. isponibilit sul mercato svedese di gasolio a bassissimo tenore di zolfo non si pone Infatti pi del 90 degli autoveicoli pesanti circolanti in Svezia impiega gia da diversi anni questo tipo di combustibile Inizialmente l approvazione dei dispositivi era stata affidata al laboratorio MTC AB dello Swedish Motor Vehicle Inspection Company ASB In seguito le autorit delle citt coinvolte nel programma avevano modificato il regolamento per permettere che un qualsiasi laboratorio specializzato e accreditato potesse effettuare l approvazione dei di spositivi proposti secondo un protocollo stabilito dalle autorit governative delle citt La documentazione inerente a un particolare dispositivo contenente 1 risultati di prove di laboratorio e le istruzioni per l installazione corretta sull autoveicolo associata a quella fornita dal produttore del dispositivo viene preparata dal laboratorio incaricato I documenti sono esaminati dagli Uffici competenti dei governi delle citt che provvede ranno a Istituire una prova di emissione in simulazione di percorso su banco a rulli pres so un laboratorio esterno su un esemplare degli autoveicoli su cui verr montato il di spositivo Il ciclo di guida adottato ufficialmente il Braunschweig City Driving Cycle rappresentativo di un tipico percorso di un autobus o di un autocarro in ambiente urbano L elenco dei dispositivi approvati fino all anno 2000 secondo il regolamento svedese prese
77. itoraggio in con tinuo della temperatura dei gas di scarico rilevata a monte del dispositivo antiparticolato e per il controllo della contropressione allo scarico Nelle prove di laboratorio svolte con un laboratorio mobile dell Universit della West Virginia furono misurate le emissioni inquinanti secondo 11 ciclo di guida pi appro priato per il tipo di servizio cui era destinato l autoveicolo in esame selezionato tra cin que differenti modelli rappresentativi di diverse condizioni di guida I risultati anche in questo caso avevano indicato un comportamento soddisfacente del dispositivo antiparticolato Infatti gli autoveicoli esaminati avevano riportato un anda mento regolare della frequenza di distribuzione dei valori della temperatura dei gas di combustione e della contropressione allo scarico registrati durante l esercizio su strada Ci aveva Indicato che la rigenerazione dei dispositivi CRT era risultata sempre cor retta Inoltre 11 consumo di combustibile non si era modificato in modo apprezzabile nel corso del periodo di prova su campo Le oscillazioni sui valori osservate dipendevano Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 39 dal tipo di
78. iva viene gi applicata nella produzione in serie di alcuni modelli europei di autovettura ma si pu adattare anche per sistemi di ridu zione da impiegare come retrofit La presenza del catalizzatore a base metallica nel combustibile presenta lo svantaggio di contribuire all accumulo di ceneri inor ganiche sul filtro nel corso dell esercizio dell autoveicolo La fase attiva del cata lizzatore fuel borne costituita da composti organometallici di cerio es Eolys prodotto da Rodia di ferro es con 1 marchi satacen e Octimax prodotti dalla Octel e F7990 F7991 da Infineum e da una combinazione degli stessi es Ce Fe prodotto da Rodia col marchio Eolys 2 e Ce Pt prodotto da CDT col marchio DFX DPF e Rigenerazione per solo incremento della temperatura dei gas di combustione otte nuta temporaneamente regolando in modo opportuno 1l flusso di aria aspirata dal motore attraverso una valvola a farfalla e o l attuazione periodica di post iniezioni multiple e Rigenerazione attraverso l incremento momentaneo della temperatura dei gas di scarico tramite un bruciatore di gasolio attivato quando la contropressione allo scarico ha raggiunto un valore di soglia Il bruciatore viene attivato per circa dieci minuti sufficienti a completare il processo di rigenerazione Questo sistema gene ralmente complesso presenta 1l rischio di causare forti shock termici sul materiale con cui costruito il substrato per effetto di un rapido innalzam
79. l signal Elec tronic Control Unit Catalyst Particulate irap Engine Load status speed sensor sensor Exhaust gases Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 55 http www engelhard com Meccanismo di rigenerazione Substrato di filtrazione Breve descrizione Rivestimento catalitico sul filtro E CORNING DuraTrap CO e altri tipi di materiali Il filtro DPX costituito da un substrato a nido d ape su cui depositato un wash coat a base di allumina contenente platino con nota attivit catali tica per favorire l ossidazione del particolato durante la rigenerazione Per la sua realizzazione pu essere utilizzata ogni tipologia di supporto dispo nibile sul mercato tra cui la cordierite 11 carburo di silicio e metallo sinte rizzato I primi esemplari prodotti su scala industriale che risalgono al 1993 prevedevano un elevata concentrazione del metallo prezioso nel wash coat Attualmente dopo svariate generazioni questo tipo di filtro prevede come fase attiva una combinazione di platino e di ossidi metallici I miglioramenti tecnologici apportati hanno permesso di abbassare ulte riormente la temperatura di autocombusti
80. la Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 16 zionamento a lungo termine degli autoveicoli in servizio Questa deduzione derivata dal fatto di aver constatato che la massa di ceneri raccolta sul filtro e 11 contenuto di me talli in esse non si bilanciano con quelle determinate dalla misura del consumo di olio lubrificante del motore 1400 giri min 50 carico concentrazione cm senza additivo con additivo PRAGGSCERECSNR diametro nm Fig 11 Effetto dell aggiunta di additivo a base metallica Eloys 100 ppm di Ce nel combusti bile sulla distribuzione dimensionale del particolato Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 17 3 PROBLEMATICHE NELL IMPIEGO DEI FILTRI ANTIPAR TICOLATO 3 1 Effetto del tenore di zolfo del combustibile La presenza di zolfo nel gasolio non determina fenomeni di avvelenamento del filtro ma Si osserva generalmente una perdita di effici
81. liografico disponibile Questo stato tratto in massima parte dalla consultazione dei siti web delle aziende produttrici Data l ampia variet delle tecnologie di rigenerazione dei filtri queste sono state sche Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili A3 matizzate come icone e riportate in ogni scheda La chiave di lettura di queste icone presentata nella figura 20 Tabella 10 Caratteristiche dei sistemi di filtrazione approvati dal VERT da adottare come retrofit per gli autoveicoli diesel estratto dalla VERT Filter List edizione dicembre 2006 ADASTRA 1 e additivo satacen 3 Fe DPF LiqTech OCTEL pre igre sic e additivo Octimax 3 Fe AIRMEEX CARMEX SC IBIDEN SiC e additivo Octimax 4810a ARVINMERITOR Duratrap RC e full flow diesel burner ATH ATH CAF IBIDEN SiC e bruciatore con veicolo fermo BP Setto in fibra di smaltimento come rifiu BAUMULLER Partikelfilter vetro to industriale e valvola di scarico COMELA EXOCLEAN IBIDEN SiC combustione catalitica e additivo Eolys Ce DEUTZ DPFS DPF Duratrap CO e full flow diesel burner DINEX DPX1 e DPX2 Duratrap CO e rivestimento catalitico ECS UNIKAT DuratapeCOr it ceo ee e fil
82. lo cale e successivamente su base nazionale per definire criteri e procedure tecniche spe rimentali per valutare 1 dispositivi antiparticolato che di volta in volta apparivano sul mercato Progetti di valutazione e di certificazione di filtri antiparticolato sono stati rea lizzati negli USA CARB in California e EPA negli altri stati in Giappone e in Europa da parte organi governativi della Svizzera e della Germania In questo documento verr illustrato brevemente soltanto il progetto svizzero tedesco perch ritenuto quello pi rispondente alla realt europea Alla fine degli anni novanta le Agenzie per l Ambiente svizzera BUWAL Bundesamt fiir Umwelt Wald und Landschaft e tedesca UBA Deutsches Umweltbundesampt in cooperazione con le agenzie svizzera austriaca e tedesca sulla salute nel lavoro 1 co struttori di motori autoveicoli e 1 produttori di dispositivi di post trattamento dei gas di scarico svilupparono il VERT Project attraverso l applicazione della Swiss Ordinance on Air Pollution Control OAPC del governo svizzero L obiettivo era quello di valuta re l efficacia e l affidabilit delle tecnologie disponibili da applicare ai motori diesel idonee per ridurre l emissione di particolato a livello del 98 Inizialmente il proget to VERT era stato indirizzato verso 1 motori per la propulsione delle macchine da co struzione tra le quali quelle impiegate nelle miniere Successivamente il suo campo di azione s
83. mente l emissione del particolato la problematiche nel lo ro impiego e le metodologie messe in atto per la loro validazione mantenimento dell efficienza nel tempo basate su procedure sperimentali in campo e in laboratorio Il PARFIL www flanet org ricerca parfil asp un Progetto triennale di ricerca sulla for mazione e sulla distribuzione del PM nelle aree critiche della Regione Lombardia parzial mente finanziato con fondi del MATT dell APAT della Regione Lombardia della Provincia e del Comune di Milano I principali obiettivi del Progetto in cui sono coinvolti Dipartimenti dell Universit di Milano e Enti di ricerca qualificati tra cui VARPA Lombardia e la Stazione Sperimentale per i Combu stibili riguardano la raccolta e l elaborazione dei dati di particolato atmosferico rilevati nella Regione Lombardia con metodologie convenzionali e non via satellite la valutazione dei fat tori di emissione delle principali fonti la caratterizzazione chimico fisica del particolato fine atmosferico e lo sviluppo di modelli previsionali della concentrazione di particolato nell aria Esso costituisce il naturale proseguimento del Progetto PUMI Particolato Fine nell Atmosfera Urbana Milanese Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazio
84. mente nel tempo modificare le propriet della superficie del filtro e VFT2 Prova di campo controllata prova di durata Questa viene eseguita con un esemplare del sistema di filtrazione in esame sigillato e montato su un autoveicolo di prova nel corso di almeno 2000 h di funzionamento nel normale esercizio su strada Durante il periodo di prova deve essere eseguito con cura il monitoraggio continuo frequenza di s della contropressione allo scarico e della temperatura dei gas di combustione tramite un data logger Il test si conclude con misure di emissione opacit dei gas di scarico eseguite in accelerazione libera su strada e VFT3 Prova di laboratorio conclusiva Al termine della prova di durata il dispositivo si sottopone a una prova di ve rifica finale su un motore al banco freno secondo una versione semplificata della prova VFT1 Durante la prova in campo VFT2 necessario avere il monitoraggio continuo della temperatura dei gas di scarico e della contropressione Questo consente di determinare la distribuzione statistica dei valori di questi due parametri e di accertare la presenza di eventuali anomalie intercorse nel corso della prova di campo Un tipico esempio di dia gramma di distribuzione della temperatura e della contropressione allo scarico presen tato nella figura 18 I sistemi che hanno superato tutti 1 test previsti dal protocollo VERT sono caratterizzati da un efficienza di filtrazione superiore al 98 anc
85. misurazione coulometria EC PM SMPS Nano Met VFKT Test della sorveglianza continua del filtro Contestazioni sul VFT1 Emissioni secondarie VSET Test delle emissioni secondarie rilevanti 2 Stato stazionario ISO 8178 2 cicli 200 min Test NO PAH PCDD F Nitro PAH Analitica specifica della dimensione Procedimenti di misurazione GCMS ELPI ICP HRMS Si Emissioni secondarie VFT2 Prova VERT sul campo Prova controllata sul campo gt 2000 he Datalogging temperatura num giri pressione Controllo periodico opacit controllo continuo del filtro dosaggio dell additivo emissioni foniche composizione del carburante Contestazioni sul VFT2 VFT3 Test VERT del sistema di filtri dopo la prova sul campo Analogo al VFT1 ridotto Contestazioni sul VFT3 Controllo periodico sul posto Opacit durante l accelerazione libera contropressione Contestazioni per tipo e anno gt 5 Fig 17 Schema del protocollo di prova VERT per la certificazione di un filtro antiparticolato Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 27 e VSET Prova di controllo per le emissioni inquinanti secondari Il rilev
86. mperatura di autocombustione della fuliggine e modera nello stesso tempo l esotermicit della reazione parametro importante per mantenere integro il filtro nel tempo le SI Prove superate VETI VFT2 VFT3 VSET Injection de Gazole Capteur de temperature Capteur de pression ACMA Paro Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 51 Nome UNIKAT Combifilter V e K Purifilter ECS Engine Control Systems http www unikat se Stazione di rigenerazione esterna per il l l modello Combifilter Meccanismo di rigenerazione E Rivestimento catalitico sul filtro per 1l modello Purifilter M DI Cordierite per Combifilter V SiC per Combifilter K e Purifilter filtrazione Breve descrizione Combifilter e Purifilter sono due sistemi integrati costituiti entrambi da un silenziatore e dal filtro antiparticolato Essi differiscono per la modalit di rigenerazione attiva per il primo passiva per il secondo La rigenerazione del modello Combifilter avviene collegando I autoveico lo a un dispositivo di rigenerazione esterno stazione di rigenerazione La rigenerazione viene effettuata giornalmente mentre l autoveic
87. na delle principali fon ti di emissione del particolato nell atmosfera dei grandi centri urbani come Milano Gli effetti negativi sull ambiente sono risultati sempre pi marcati come conseguenza del forte incremento del trasporto merci su gomma oltre che dell aumento sensibile delle immatricolazioni delle autovetture con motore diesel L analisi dimensionale del particolato eseguita in laboratorio con le diverse apparec chiature attualmente disponibili e riportati nella cospicua letteratura tecnica specifica ha indicato che il particolato generato dalla combustione nei motori diesel si presenta in massima parte come particolato fine e ultrafine Infatti oltre 11 95 dell emissione e spressa in numero di particelle km percorso presenta un diametro Dp aerodinamico o di mobilit elettrica in dipendenza del tipo di strumentazione adottata inferiore a 1 Um La struttura chimica del particolato diesel alquanto complessa esso costituito da nuclei di materiale carbonioso sui quali sono adsorbiti idrocarburi tra 1 quali gli IPA 1 nitro IPA e altre sostanze organiche acqua solfati e materiali inorganici generati dall usura delle parti metalliche del motore Anche la struttura morfologica si presenta complessa l aspetto del particolato dei moto ri diesel al SEM simile a quello di grappoli costituiti da particelle carboniose primarie a struttura fullerenica di piccolissime dimensioni ordine di grandezza 2 4 nm colle ga
88. nd EU 5 PM Standards to be Met SAE Technical Paper N 2000 01 1875 2000 R J Locker N Gunasekaran C Sawyer Diesel Particulate Filter Test Methods SAE Technical Paper N 2002 01 1009 2002 A Mayer N Heeb J Czerwinski M Wyser Secondary Emissions from Catalytic Ac tive Particle Filter Systems SAE Technical Paper N 2003 01 0291 2003 A G Konstandopoulos Update on Diesel Particulate Emission Control Catalytic Filter Technologies and On Board Monitoring International Conference on Euro V Milano 10 11 dicembre 2003 G Muntean The State of the Science in Diesel Particulate Control Diesel Engine Emissions Reduction Conference DEER 2005 25 agosto 2005 G Guo N Xu P M Laing R H Hammerle M Matti Maricq Performance of a Catalysed Diesel Particulate Filter System During Soot Accumulation and Regeneration SAE Technical Paper N 2003 01 0047 2003 A Mayer N Heeb J Czerwinski M Wyser Secondary Emissions from Catalytic Ac tive Particle Filter Systems SAE Technical Paper N 2003 01 0291 2003 S Chatterjee R Conway S Wiswanathan M Blomquist B Kliisener S Andersson NOx and PM Control from Heavy Duty Diesel Engines Using a Combination of low Pres sure EGR and Continuously Regenerating Diesel Particulate Filter SAE Technical Pa per N 2003 01 0048 2003 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7
89. ne degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 1 Prefazione Questo documento stato preparato come parte dell attivit della seconda annualit del PLGI del Progetto PARFIL L obiettivo quello di fornire alle autorit interessate e agli studiosi dei problemi ambientali un quadro di carattere generale sui numerosi si stemi proposti recentemente sul mercato per l abbattimento del particolato emesso da gli autoveicoli diesel L interesse nasce dal fatto che l applicazione di questi sistemi pu costituire un potente ed efficace espediente da mettere in atto per contenere l impatto sulla qualit dell aria determinato dal traffico automobilistico in Lombardia Nel corso di oltre quindici anni sono stati studiati realizzati e proposti sul mercato in ternazionale numerosi sistemi di filtrazione da applicare sia nella produzione in serie dei nuovi autoveicoli che come retrofit a quelli gi in circolazione Come documentato dall abbondante letteratura tecnica sull argomento tali sistemi sono in grado di abbat tere in modo efficace l emissione del particolato degli autoveicoli diesel anche la fra zione pi fine considerata tuttora l inquinante pi pericoloso presente nell aria dei centri urbani In quest ambito i dispositivi antiparticolato apparsi sul mercato sono stati oggetto di grande attenzione da parte degli enti preposti alla salvaguardia dell ambiente e delle autorit gov
90. ne degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 33 delle caratteristiche dei dispositivi antiparticolato approvati entro l anno 2003 e riportati nella VERT Filter List Tabella 5 Caratteristiche costruttive ed efficienza di riduzione dell emissione del particolato dei sistemi di filtrazione per autoveicoli diesel pesanti approvati dal VERT fino al 2003 LIUTO Demenza VEICOLO ANNO PRODUTTORE MODELLO TIPO CERTIF me i nuovo gt 2000 h ECS UNIKAT e elettrico in situ K18 DLL x 2002 100 0 100 0 Si SIC e filtro sostituibile pic USD Purifilter IBIDEN x x 2003 100 0 100 0 rivestimento catalitico SIC HJS UNIKAT Duratrap olii CRT x x 2002 99 4 98 7 JOHNSON MATTHEY e NO da oxycat CRT yaa x x 2001 99 3 99 5 e FBCEOLYS Ce x JOHNSON MATTHEY ees e NO da oxycat CRT aa P x x 2002 e FBC EOLYS Ce x e diesel burner Series SiC e FBC Satacen Kxx yy iiciallo eve ENGELHARD far e rivestimento catalitico DPX2 too 2003 99 8 e elettrico in situ eee eck e OREN 2002 99 7 99 7 e elettrico in situ SiC a DA ARVINMERITOR Duratrap 2003 e full flow diesel burner CO AC autoveicoli commerciali leggeri e pesanti autoveicoli commerciali leggeri e pesanti AB autobus autobus HUSS Umwelttechnik FS Filter IBIDEN 2003 100 0 100 0 INTECO Ecopur ST fibra di EJ ENGELHARD Daine rivestimento catalitico DPX1 a 2003 100 0 e elettrico in situ Francesco Av
91. nei gas di scarico costituite da sostanze organiche tra cui gli IPA La percorrenza di un autobus medio prima che si renda necessaria la sostituzione del filtro varia tra 3000 e 6000 km in dipendenza del li vello di emissione del particolato Certificazione VERT SI Prove superate VFT3 ALCUNA IMMAGINE DISPONIBILE Riferimenti a oe Non trovati bibliografici Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 60 GLOSSARIO ACEA Association des Constructeurs Europ enne de I Automobile AECC Association for Emissions Control by Catalyst AKPF Working Group of Trap Manufacturers ARB o Air Resouce Board sss BPT Balance Point Temperature sss BUWAL Bundesampt f r Umwelt Wald Und Landschaft l CARB California Air Resource Board CRT Continuously Regenerating Trap DEER Diesel Engine Emissions Reduction sss DEUTZ Costruttore di motori diesel e produttore di filtri Germania 0 DMPS Differential Mobility Particulate Sizer DOC Diesel Oxydation Catalyst 2 0 DE Diesel Particulate Filter ECU Electronic Control Unit EDC Emission Control Diesel gasolio a bassissimo tenore di zolfo californiano ELPL Electrical Low PressureImpactor
92. nica Non sono eseguite con cura le operazioni prescritte dal pro duttore del sistema di filtrazione durante l applicazione del dispositivo sul motore Anche in una sola occasione l uso accidentale di un combu stibile non desolforato pu portare alla disattivazione dell elemento catalitico di alcuni tipi di filtro con conseguen te sovraccarico di fuliggine e incontrollate rigenerazioni a temperatura elevata l elemento filtrante si pu distruggere per forti stress termici La trappola si sovraccarica di particolato e l autorigenerazio ne pu diventare incontrollata con conseguenti stress termici al materiale con cui costruito il guasto pu verificarsi an che in un giorno in cui per es le condizioni di marcia nel traffico sono difficili La trappola si carica di materiale carbonioso che porta a un forte rilascio di calore durante la rigenerazione la frequenza di pulizia dalle ceneri aumenta rapidamente nel tempo Sono pi rari ma possibili e trascuratezza dell allarme segnalato dalla centralina elet tronica di controllo di eccessiva contropressione allo sca rico incompleta eliminazione delle ceneri durante la manuten zione del sistema di filtrazione manutenzione del motore poco accurata Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga
93. nismo di deposizione delle particelle presenti nei gas di scarico In generale il processo di filtrazione caratterizzato da due meccanismi differenti che prevalgono l uno rispetto all altro in dipendenza delle dimensioni medie delle particelle presenti nei gas di scarico e diffusione normale e turbolenta associata a meccanismi secondari termoforesi e lettricit statica per particelle con dimensioni medie lt 0 02 um e intercettazione e impatto inerziale per le particelle di dimensioni medie maggiori Impatto convettivo Entrambi 1 meccanismi illustrati schematicamente nella figura 5 sono comuni alle due tipologie di sistemi filtranti proposti sul mercato Wall Flow e Flow Through Diesel Filters diffusione impatto inerziale Dp lt 200 nm Dp gt 200 nm Fig 5 Meccanismo di filtrazione del particolato emesso dai motori diesel Il primo meccanismo caratterizzato da una deposizione limitata delle particelle carbo niose sulla superficie del filtro mentre col secondo la deposizione ha un azione pi e nergica Nella deposizione a diffusione a parit di massa di fuliggine depositata la col tre presenta uno spessore maggiore e di conseguenza una densit minore rispetto allo stato generato col meccanismo convettivo Fig 6 Con l incremento della densit Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di
94. ntato nella tabella 7 Quando un dispositivo viene installato su un autoveicolo soggetto a un approvazione individuale da parte di una delle stazioni IRM dell ASB Questa provveder ad applica re sul parabrezza dell autoveicolo un etichetta identificativa E stato stimato che nel 2000 circa 3000 autoveicoli sono stati equipaggiati con disposi tivi antiparticolato approvati nei primi tre anni dall inizio del programma Il documento da cui stata estratta la descrizione del progetto non riporta alcun com mento a riguardo delle modalit di verifica della durata dei dispositivi approvati impie gati come retrofit sulle flotte di autoveicoli diesel in circolazione nelle Zone Ambienta li Progetto dimostrativo della citta di New York per valutare la performance e la durata di dispositivi CRT SAE Technical Paper 2001 01 0511 e 2002 01 0430 Il progetto dimostrativo Clean Diesel Demonstration Program fu attuato nel 1999 dal New York Transit sotto la supervisione del Dipartimento della Conservazione dell Ambiente NYSDEC nell ambito del 1996 Clean Water Clean Air Bond Act con l obiettivo di valutare le tecnologie che erano in grado di ridurre le emissioni degli autoveicoli diesel in ambito urbano Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione c
95. olo non in funzione e dura mediamente otto ore Il modello V indicato per condi zioni di basso carico del motore mentre il modello K pi adatto per con dizioni di funzionamento pi irregolari e gravose L intervallo di rigenera zione di circa otto ore Nel modello Purifilter 11 monolito ceramico rivestito con un catalizzatore ossidante supportato da allumina che consen te di abbassare la temperatura di autocombustione del particolato a circa 320 C Il rivestimento catalitico favorisce anche l ossidazione degli idro carburi incombusti e del monossido di carbonio Il filtro pu essere equi paggiato inoltre con un riscaldatore elettrico come ulteriore dispositivo per favorire la combustione del particolato quando la temperatura dei gas di scarico non raggiunge il valore limite di 320 C nelle normali condizioni di esercizio dell autoveicolo E richiesto l utilizzo di gasolio a basso tenore di zolfo max 50 mg kg per non pregiudicare l efficienza della trappola oo SI Prove superate VFT1 VFT2 VFT3 VSET solo Purifilter A AZ catalyst Regeneration unit Indicator lamp option for high back pressure Manometer SSR L option Il e Air hose LI T I LTT MT LEE Ka Ni T TITI AAWA IMI i a Catalyst lt option k 8 ATE D z Junction box Il modello Combif
96. one a rigenerazione continua dotati di catalizzatore ossidante a monte del corpo filtrante la presenza di zolfo nel gasolio determina col tempo due 1m portanti effetti negativi sul funzionamento del sistema di filtrazione la diminuzione dell efficienza di conversione del monossido di azoto a biossido penalizzando la rige nerazione completa del filtro e l aumento sensibile della temperatura dei gas di scarico richiesta dal dispositivo per autorigenerarsi La perdita di efficienza del filtro sensibile alla presenza di un tenore di zolfo relativa mente elevato nel combustibile per la competizione della reazione di ossidazione del Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 18 biossido di zolfo ad anidride solforica con quella di conversione del monossido di azoto a biossido di azoto Questo effetto stato messo in evidenza con prove di laboratorio condotte da Johnson amp Matthey e da IVECO Fig 13 Un altra potenziale conseguenza negativa determinata dalla perdita di efficienza del fil tro per effetto della presenza dello zolfo nel combustibile la combustione incontrollata della massa di particolato che tende ad accumularsi sul filtro provocando un danno
97. one del particolato durante la ri generazione In tale condizione questa trappola si adatta per essere utiliz zata in sistemi che prevedono una rigenerazione sia di tipo passivo che at tivo Il filtro catalitico DPX stato impiegato su decine di migliaia di autobus e autoveicoli commerciali in tutto 11 mondo senza problemi perch non ne cessita di assistenza o di interventi operativi da parte del conducente Il filtro richiede l utilizzo di un gasolio a basso contenuto di zolfo per evi tare l avvelenamento del catalizzatore Il filtro DPX utilizzato anche nel sistema DiPEX prodotto dalla Dinex http www dinex dk n SI Prove superate VETI VFT2 VFT3 VSET Engelhard s DPX ______P t V i fi Dual function catalyst Precious Metal catalytic base metal oxide Catalyst applied directly to soot filter substrate 1 Filter C soot 2a NO 20 gt NO 2b MOy 1 20 gt MO 3a NO NO gt CO NO 3b C MO gt CO MOy 4 CO 1 20 gt CO Riferimenti SAE Technical Paper N 2000 01 2815 bibliografici SAE Technical Paper N 2003 01 1887 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 5
98. per J E Thoss A Uusim ki A P Walker J P Warren Euro pean Experience of High Mileage Durability of Continuously Regenerating Diesel Par ticulate Filter Technology SAE Technical Paper N 2000 01 0480 2000 36 L Pace R Konieczny M Presti Metal Supported Particulate Matter Cat A low Im pact and Cost Effective Solution for the Fiat 1 3 JTD Euro IV Engine SAE Technical Paper N 2005 01 0471 2005 37 R Briick P Hirth M Reizig P Treiber J Breuer Metal Supported Flow Through Particulate Trap a Non Blocking Solution SAE Technical Paper N 2001 01 1950 2001 38 R Br ck P Hirth R Konieczny The PM Metalit Experience With the Bypass flow Particulate Trap with Regard to the Reduction of Particulate Number and mass for Passenger Car and Truck Applications marzo 2006 Documento disponibile sul sito web http www emitec de 39 VERT Filter Test Phase 3 with the Lubrizol Engine Control System UNIKAT DPF K17 on the Liebherr D914T Construction Engine documento del TTM Svizzero no vembre 2002 40 Sinterized Metal Particulate Filters to Meet EPA 07 Life Cycle Requirements for Com mercial Vehicles documento PUREM disponibile sul sito web http www purem de 41 M Syed The ExoClean Filter System for Stop amp Go Duty Cycle Vehicles Ex perience Durability and Improvements Diesel Engine Emissions Reduction Conference DEER 2005 Chicago 21 25 agosto 20
99. ra 16 Fig 16 La copertina della VERT Filter List edizione italiana di dicembre 2006 I criteri di valutazione VERT di un filtro antiparticolato sono basati sulle specificazioni riportate nella tabella 2 Esse rappresentano 1 requisiti minimi richiesti per qualificare un sistema di filtrazione e devono essere accompagnati da specificazioni ulteriori che ri guardano l additivo catalitico nel combustibile qualora previsto e il sistema di diagno stica a bordo dell autoveicolo OBD La certificazione che completa la valutazione del sistema di filtrazione deve contempla re le caratteristiche di filtrazione e di emissione degli inquinanti secondari sotto tutte le possibili condizioni operative del motore regime di rotazione carico al motore attese durante il suo funzionamento nell applicazione a cui destinato Va notato che l adattabilit del dispositivo di filtrazione a un particolare modello di motore e alle con dizioni di carico a cui soggetto nell esercizio dell autoveicolo su cui equipaggiato non pu essere dedotta a priori ma deve essere basata sull esperienza acquisita Il protocollo di prova per la valutazione di un sistema antiparticolato schematizzato in figura 17 suddiviso in quattro fasi distinte Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condi
100. rammi invece avevano solo lo scopo di verificare l adattamento di dispositivi anti particolato su parti selezionate di flotte di autoveicoli diesel pesanti adibiti al trasporto pubblico urbano e al trasporto merci Programmi del genere sono stati svolti in Germa nia Berlino Svizzera Austria Parigi Londra Svezia New York Odessa California Giappone Corea del Sud Seul Tabella 3 Principali cause di guasto per dispositivi di abbattimento del particolato Canali difettosi nel monolito Difetti nel materiale ceramico Incollamento di filtri segmen tati e difetti del materiale Incidenti nel maneggio del substrato durante le operazioni di manutenzione ispezione Errori di adattamento del si stema di filtrazione durante il montaggio sull autoveicolo Errori operazionali accidentali quali per es l impiego di combustibili non desolforati con sistemi catalitici Situazioni in cui non sono raggiunte condizioni di termi che operative richieste per la rigenerazione del filtro Impiego su motori che presen tano elevato consumo di olio lubrificante gt 2 Guasti determinati durante o perazioni prolungate nel tem po in condizioni non regolari di funzionamento Il substrato del filtro si stacca e si distrugge per le vibrazioni meccaniche a cui sottoposto Tendono a propagarsi nel tempo Conducono alla rapida distruzione del filtro se sottoposti a ripetute vibrazioni meccaniche Guasti di natura mecca
101. rici delle principali citt svedesi Stoccolma Gotheborg Malm Lund defi nite Zone Ambientali I regolamenti applicati nelle Zone Ambientali tuttora validi non sono armonizzati con gli standard di emissione dell Unione europea Il primo regolamento 1 luglio 1996 modificato nel gennaio 2002 riguarda l introduzione di misure specifiche idonee per tenere sotto controllo le emissioni del particolato degli idrocarburi incombusti e degli ossidi di azoto per gli autoveicoli diesel pesanti autobus e autocarri con pi di 3 5 ton di peso Le imposizioni del regolamento riguardano il divieto assoluto di circolazione nelle Zone Ambientali di autoveicoli con pi di quindici anni di invecchiamento dalla data di prima registrazione mentre quelli con un et compresa tra otto e quindici anni devono essere equipaggiati con dispositivi antinquinamento approvati e o loro combinazioni per poter avere accesso alle suddette aree I dispositivi approvati devono garantire una riduzione delle emissioni sufficiente mente elevata da rispettare 1 limiti imposti tabella 6 e nessun incremento di rumore Tabella 6 Requisiti richiesti dal regolamento svedese per 1 sistemi di riduzione delle emissioni inquinanti da impiegare come retrofit degli autoveicoli in circolazione nelle Zone Ambientali Riduzione dell emissione Inquinante Sistemi di tipo B Sistemi di tipo C O mioo o o o Ossidi di azoto nessun incremento Rumor
102. risolvere anche se nel corso degli anni la ricerca di ma teriali e strutture geometriche pi avanzati con cui realizzare 1 substrati stata oggetto di lunghi e approfonditi studi per aumentarne la resistenza meccanica e termica ridurne le perdite di carico migliorare il flusso radiale degli agenti ossidanti durante il processo di rigenerazione e massimizzarne l efficienza Viceversa lo sviluppo di tecniche di rigenerazione del filtro ha costituito 11 principale ostacolo alla realizzazione di dispositivi efficienti nel tempo da applicare come retrofit agli autoveicoli Diverse tecniche di rigenerazione sono state ideate e sottoposte a ripe tute indagini sperimentali per valutarne la funzionalit come si deduce dalla cospicua letteratura tecnica sul tema In linea generale 11 processo di rigenerazione consiste nella combustione ossidazione della coltre di fuliggine che s1 formata sulla superficie del substrato in seguito un pe riodo di funzionamento dell autoveicolo L autocombustione della fuliggine richiede che la temperatura localmente raggiunga il valore minimo di circa 550 600 C misura to attraverso l analisi TGA del particolato diesel e che la concentrazione di ossigeno re siduo nei gas di scarico non sia inferiore a 5 La temperatura dei gas di scarico sulla trappola generalmente non arriva a valori cos elevati ma solo per brevi periodi di tem po Per questo motivo occorre installare assieme al filtro sistemi ausil
103. smo di filtrazione per impatto 1 nerziale che caratteristico delle particelle di dimensioni maggiori mentre regredisce il meccanismo per diffusione tipico delle particelle ultrafini Per questo motivo si ritiene che la misura dell emissione del particolato totale effettuata soltanto con il metodo con venzionale gravimetrico nelle prove di laboratorio non un parametro sufficiente per consentire di valutare accuratamente l efficienza di un sistema di filtrazione frequenza assolut frequenza cumulativa me tT MA frequenza frequenza assolut un Di ID I a Il E Di il a i E Il a I E i i I alii QUI CTL LL 260 275 300325 350 375400 425 460 475 500 temperatura C h Fig 18 Distribuzione media dei valori della contropressione allo scarico e della temperatura dei gas di scarico registrati nel corso di un periodo di alcune settimane di esercizio di un autoveicolo diesel per il trasporto di rifiuti della citta di New York dotato di una trappola antiparticolato Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 29 Secondo molti ricercatori un ulteriore motivo per ritenere insufficiente la sola misura
104. spositivo antiparticolato Pertanto necessario raggiungere almeno il valore della temperatura di equilibrio BPT ossia quella alla quale la velocit di crescita dello strato di fuliggine uguale a quella con la quale scompare per ossidazione combustione nel la fase di rigenerazione della trappola Nella realt la temperatura dei gas di scarico de ve essere di alcuni gradi superiore a quella di equilibrio per portare a completamento il processo di rigenerazione in tempi relativamente brevi Nella tabella 1 vengono presentati 1 valori delle tre temperature che caratterizzano alcu ni dei processi di rigenerazione dei filtri antiparticolato Tabella 1 Temperature caratteristiche dei sistemi a rigenerazione passiva Temperatura C sistema di rigenerazione light off di equilibrio completa rigenerazione CRT J amp M 230 350 gt 375 CSF Engelhard 260 385 gt 425 Rivestimento catalitico Buck 360 420 gt 450 Additivo al Ce Rodia 350 400 gt 425 Additivo al Fe Octel 330 380 gt 400 Additivo al Ce Pt CDT 300 350 gt 315 L incremento di emissione dell ossido di carbonio e degli idrocarburi incombusti duran te la rigenerazione di un filtro generalmente trascurabile poich il livello di concen trazione nei gas di scarico dello stesso ordine di grandezza di quello delle emissioni del motore nella sua versione originale ossia senza filtro Inoltre il processo di rigen
105. ssivamente dopo l applicazione di un dispositivo antipartico lato CRT della J amp M L autobus diesel fu alimentato durante le prove con il gasolio commerciale ARCO ADC 1 a bassissimo tenore di zolfo I due autobus nelle tre confi gurazioni furono provati in quattro differenti condizioni di funzionamento tra cui una condizione di marcia a velocit costante SS 55 miglia h e condizioni di guida secon do il ciclo Central Business District CBD il ciclo standard UDDS dell EPA e il ciclo New York City Bus NYCB per determinare le emissioni inquinanti regolamentate I risultati del programma sperimentale misero in evidenza la forte dipendenza delle con dizioni di guida sul livello di emissione delle specie inquinanti La versione a metano dell autobus aveva emesso mediamente una maggiore quantit di ossido di carbonio e di idrocarburi incombusti ma un ammontare pi basso di ossidi di azoto e di particolato to tale rispetto alla versione diesel equipaggiata con il solo catalizzatore ossidante in tutte le condizioni di guida Viceversa l applicazione del sistema CRT sull autobus diesel aveva determinato una diminuzione sensibile delle emissioni dell ossido di carbonio degli idrocarburi incombusti e del particolato rispetto a entrambe le due versioni diesel base tabella 9 e a gas naturale Una delle osservazioni pi interessanti fatte dall analisi dei dati sperimentali che seb bene 11 livello di emissione degli ossid
106. sto parametro tanto pi il filtro efficace a trattenere la particelle Numerose indagini sperimentali hanno messo in evidenza come l efficienza di riduzione dell emissione del particolato di un filtro molto elevata in tutto lo spettro dimensionale misu rabile in media il numero di particelle emesse da un autovettura si riduce di circa 10 10 volte rispetto a quello di un autovettura Euro 3 non dotata di filtro Fig 10 Anche particelle con diametro aerodinamico inferiore a 50 nm particolato ultrafine vengono trattenute dal filtro co me stato evidenziato in molti lavori sperimentali ciclo di guida UDC ciclo di guida EUDC 1 00E 15 1 00E 13 E 1 00E 11 a A 1 00E 09 on 1 00E 0 gt Z Peugeot 406 1 00E 05 Peugeot 307 FAP nuova Peugeot 307 FAP dopo 100 000 km 1 00E 03 0 010 0 100 1 000 10 000 0 010 0 100 1 000 10 000 diametro aerodinamico medio Um diametro aerodinamico medio Um Fonte SSC Fig 10 Distribuzione dimensionale del particolato emesso da un autovettura dotata di filtro antiparticolato a confronto con quella del particolato emesso da un autovettura con venzionale nuova e dopo 100 000 km di percorrenza Tuttavia misure effettuate in alcune sperimentazioni per determinare la distribuzione dimensiona le del particolato all uscita da sistemi di filtrazione che impiegano additivi catalitici nel combusti bile
107. t di trattenere 11 particolato anche dopo una lunga percorrenza dell autoveicolo sotto condizioni di guida tipiche dei paesi europei Tabella 4 Caratteristiche degli autoveicoli equipaggiati con CRT progetto sperimentale J amp M tipo di livello di chilometraggio periodo di Dci veicolo omologazione accumulato esercizio mesi cilindrata 1 potenza KW 1 pce Euro 2 600 000 36 14 310 intercity 2 BS D Euro 0 gt 575 000 57 10 210 aeroporto 3 ous Euro 2 gt 490 000 35 10 265 extraurbano 4 ZONE Euro 0 gt 473 000 63 7 170 postale 5 bus urbano Euro 0 gt 228 000 46 11 187 6 compattatore Euro 0 gt 206 000 57 7 169 7 compattatore Euro 0 gt 105 000 37 7 169 Esperienze di campo svolte in Svizzera SAE Technical Paper 2004 01 0076 Le esperienze di campo in Svizzera riportate nel documento SAE erano strettamente connesse con il progetto VERT iniziato nel 1993 e sviluppato in collaborazione con le autorit governative e con l associazione mondiale dei produttori di sistemi di filtrazio ne AKPF e degli installatori Esse coprirono un periodo di tempo di circa dieci anni durante 1 quali furono applicati pi di 6000 dispositivi diversi sia ai motori di macchine da costruzione adibite a lavori di grandi infrastrutture sul suolo aeroporto di Zurigo au tostrade e nel sottosuolo costruzione di tunnel che di autoveicoli I sistemi di filtra zione applicati erano tutti
108. tati manutenzione del sistema di fil trazione L intervallo di manutenzione viene stabilito in funzione del valore limite di accettabilit della contropressione allo scarico che dipende dalle caratteristiche geome triche e costruttive del filtro Molti miglioramenti sono stati apportati nel corso degli anni alla struttura del substrato per minimizzare gli effetti negativi determinati dall accumulo delle ceneri Essi hanno riguardato il tipo di materiale con cui realizzarlo il grado di porosit la densit delle celle lo spessore delle pareti per ridurre le perdite di carico dei gas combusti che le at traversano La scelta del materiale da costruzione comunque rimane condizionata an che dalla necessit di assicurare una buona resistenza meccanica un elevata conducibi lit termica e una buona resistenza agli stress termici del substrato e del rivestimento che contiene un catalizzatore ossidante wash coat se presente Generalmente sistemi di filtrazione di grande volume assicurano una maggiore capacit di accumulo delle ceneri prima di raggiungere 11 valore di accettabilit della contropres sione allo scarico con la conseguenza di una maggiore ampiezza dell intervallo di ma nutenzione L incremento di volume del sistema di filtrazione deve essere comunque compatibile con gli ingombri disponibili a bordo dell autoveicolo e con la capacit di assicurare un autorigenerazione completa del filtro stesso Soluzioni geom
109. tato esteso per includere anche 1 motori diesel impiegati per la propulsione de gli autoveicoli In particolare il progetto VERT ha sviluppato 1 criteri e le prove necessarie per valutare 1 filtri antiparticolato risultati essere l unica tecnologia attualmente disponibile in grado di abbattere in modo cos spinto l emissione del particolato Allo stato attuale la certificazione VERT diventata uno standard di riferimento per stabilire se un particolare dispositivo filtrante posto sul mercato europeo possa essere ritenuto accettabile o meno La certificazione richiede in particolare che siano eseguite dettagliate prove in laboratorio per verificarne le caratteristiche di filtrazione e la ten denza a formare emissioni secondarie Basata sulla legislazione in vigore in Svizzera le specificazioni tecniche e 1 criteri di valutazione hanno carattere dinamico ossia devono essere aggiornati periodicamente per tenere conto dell avanzamento della tecnologia I test effettuati su numerose famiglie di dispositivi nel corso degli anni ha messo in evi denza che non tutti 1 sistemi proposti sul mercato hanno soddisfatto le richieste dalla certificazione VERT e sono stati ritenuti inaccettabili Le prove di valutazione dell efficienza di un filtro riguardano 11 controllo della risposta alla filtrazione in differenti condizioni operative del motore a regimi di moto stazionari e in transitorio Le misure vengono effettuate su un esemplare rappresentati
110. te tecniche di rigenerazione dei filtri al cune delle quali combinate per ottenere una maggiore efficacia Le principali sono bre vemente descritte di seguito e Rigenerazione catalitica basata su un catalizzatore costituito da metalli nobili e non Ce Fe Pt applicato sulla superficie del filtro in grado di abbassare di alcu ne decine di gradi la temperatura di autoaccensione della fuliggine necessaria per la sua combustione e Rigenerazione catalitica basata su un catalizzatore ossidante posto a monte del fil tro Con questa tecnica tipica del sistema noto comunemente come CRT svi luppato da Johnson amp Matthey si impiega il biossido di azoto come agente com burente per l ossidazione della fuliggine in sostituzione dell ossigeno residuo pre sente nel gas di scarico Infatti la reazione di ossidazione con questo ossidante caratterizzata da una temperatura di attivazione pi bassa di quella di combustione con l ossigeno Fig 8 La rigenerazione diventa cos un processo continuo I si stemi basati su questa tecnica si prestano a essere impiegati nei motori HD sia in fase di progetto dell autoveicolo che come retrofit sui motori di autoveicoli esi stenti oO N Ol N della fuliggine a amp 5 ol CO2 emessa per combustione 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Fonte JM Catalyst temperatura C Fig 8 Temperature di ossidazione del particolato con l ossigeno e con il biossi
111. te tra loro da ponti di sostanze organiche condensate tra le quali gli IPA 1 N IPA fenoli e N fenoli per formare agglomerati di dimensioni maggiori prevalentemente in modo nucleazione Dp lt 40 nm e in modo accumulazione Dp gt 100 nm La superfi cie degli agglomerati pu raggiungere valori prossimi a 200 m g per cui il particolato risulta essere un potente adsorbente Dato che la maggior parte del particolato emesso dai motori diesel presenta dimensioni inferiori a 0 1 Um le particelle inalate raggiungono e si depositano facilmente nelle vie pi profonde dell apparato respiratorio attraverso 1 bronchi Quelle pi fini possono an che attraversare le sottili membrane degli alveoli polmonari passando nel sangue Le particelle depositate rimangono apparentemente immutate nel tempo ma la reazione delle cellule localmente quella tipica del rigetto di un corpo estraneo con manifesta zioni di una irritazione locale In alcuni casi la presenza di sostanze tossiche quali alcu ne specie di IPA e di N IPA adsorbite sulle nanoparticelle disperse nell organismo ca ratterizzate da azione mutagena e cancerogena possono determinare l insorgere del cancro Lo IARC infatti classifica il particolato diesel come probabile cancerogeno Per ridurre l impatto determinato dalla combustione nei motori diesel sulla qualit dell aria esiste anche un particolato generato dall usura delle parti meccaniche degli Francesco Av
112. tiparticolato da applicare agli autobus in servizio nella citt di N Y per ren derli pi compatibili con l ambiente Il sistema di filtrazione provato era il CRT prodotto dalla J amp M costituito da una se zione catalitica ossidante e da una sezione filtrante Esemplari di questo dispositivo fu rono installati su 25 autobus di uno stesso modello DDC Series 50 motore di 8 5 litri Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 37 di cilindrata turbocompresso della rete urbana newyorkese Gli autobus furono alimen tati con un gasolio contenente meno di 30 mg kg di zolfo Le verifiche sul campo furo no eseguite nel corso di pi di un anno di esercizio su tre esemplari equipaggiati con un data logger per controllarne il comportamento a riguardo della riduzione delle emissioni e registrare gli eventuali problemi di funzionamento che si sarebbero eventualmente ve rificati I controlli di campo sui tre esemplari selezionati avevano riguardato 11 monito raggio della temperatura dei gas di scarico a monte del filtro antiparticolato e della con tropressione alla scarico Inoltre furono valutati 1 parametri occupazionali e di manu tenzione a confronto con quelli degli
113. to PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 5 2 CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE E FUNZIONALI DEI FILTRI ANTIPARTICOLATO 2 1 Tipologie costituzione e funzionamento dei filtri antiparticolato I sistemi di filtrazione del particolato proposti sul mercato possono classificarsi in due tipologie differenti in base al criterio di filtrazione scelto sistemi a flusso a parete Wall Flow Particulate Filter e sistemi a flusso parzialmente libero Flow Through Diesel Filter Entrambe sono costituite da quattro elementi fondamentali e il substrato ossia il corpo filtrante vero e proprio che trattiene il particolato disper so nel gas di scarico e l involucro in cui alloggiato il substrato che deve essere isolato termicamente fonoassorbente e antivibrante e il sistema di controllo e di gestione della rigenerazione che provvede a modificare all occorrenza la regolazione portata e la fasatura anticipo di iniezione del moto re con lo scopo di innalzare rapidamente e per breve tempo la temperatura dei gas di scarico o attivare particolari dispositivi fili caldi bruciatori ecc per la combustio ne della fuliggine accumulata e il sistema elettronico di diagnostica a bordo OBD posizionato nella cabin
114. tre un anno di funzionamento in esercizio ordinario su strada Inoltre 1 controlli sul consumo di combustibile non indicarono alcuna variazione ap prezzabile rispetto ai valori di consumo registrati sugli altri autobus in servizio privi del dispositivo antiparticolato Programma sperimentale per valutare la performance e la durata di dispositivi CRT su autoveicoli diesel in servizio nel Sud della California SAE Technical Paper 2001 01 0512 Il programma sperimentale svolto tra 11 1999 e 11 2000 in collaborazione tra le agenzie locali e federali di protezione ambientale e 11 produttore del dispositivo aveva riguarda to la valutazione del comportamento di otto autoveicoli diesel campione selezionati tra trentadue esemplari dotati del dispositivo antiparticolato noto come CRT Gli autovei coli adattati col CRT appartenevano a otto tipologie di flotte in servizio in alcune citt del sud della California Le flotte erano costituite da scuolabus San Diego autocister ne per il trasporto di combustibili ARCO autocarri per trasporto merci e di servizio autobus urbani ed extraurbani Transit Nel corso del periodo di prova un anno circa gli autoveicoli avevano percorso tra 10 000 e 230 000 km circa in dipendenza della loro ti pologia alimentati con un gasolio commerciale a bassissimo tenore di zolfo lt 15 mg kg noto localmente come ECD Emission Control Diesel Gli otto autoveicoli furono equipaggiati con un data logger per il mon
115. tro sostituibile ECS UNIKAT K TON ee e filtro sostituibile ECS UNIKAT IBIDEN SIC e rivestimento catalitico EHC LEE no e smaltimento come rifiu to industriale EHC Ea dino e smaltimento come rifiu to industriale EMINOX DPF CRT Duratrap CO NO da oxycat AC autoveicoli commerciali leggeri e pesanti AB autobus v 18 HT L20 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 4 N Continuo tabella 10 PRODUTTORE MODELLO SUBSTRATO RIGENERAZIONE EMINOX DPF LiqTech SiC additivo Octimax e cartuccia in fibra di cel lulosa ENGELHARD DPXI Diari p o EE O AEG e elettrico in situ ENGELHARD DPX2 Dermana Co eno eaa e elettrico in situ EWR xx serie Duratrap CO e elettrico esterno ECR xx serie Duratrap CO e elettrico in situ Eurofilter Duratrap CO rivestimento catalitico e rivestimento catalitico GREENTOP Greentop Sik IBIDEN SiC fs 3 o nou e additivo Eolys DPX 10 HJS DES CRT Duratrap CO e NO da oxycat CRT Bauart HJS filtro SSD KM2 sinterizzato SO enon metallo additivo satacen Fe SISTERS sinterizzato additivo Eolys Ce ENDEAVOUR Filtro in carta Progetto Blu metallo additivo satacen Fe M
116. ttabilit dei filtri antiparticolato p 22 3 4 Progetti sperimentali ed esperienze di campo p 29 4 Selezione dei sistemi commerciali di abbattimento del particolato emesso dagli autoveicoli diesel p 42 Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 3 1 INTRODUZIONE I motori diesel trovano una grande diffusione nella propulsione di autoveicoli di piccole medie e grandi dimensioni e di autoveicoli non road Sebbene 1 motori diesel costituiscano la categoria di propulsori a combustione interna maggiormente apprezzata per le sue elevate prestazioni e per 1 consumi di combustibile ridotti essi presentano lo svantaggio di emettere quantit significative di materiale par ticolato e di ossidi di azoto oltre che quantit pi modeste di altri inquinanti Nonostante 1 progressi tecnologici sui motori diesel siano stati notevoli nel corso degli ultimi dieci anni e abbiano portato a una sensibile riduzione dell emissione del partico lato dal limite di 140 mg km delle autovetture e degli autoveicoli commerciali leggeri Euro 1 al valore di 25 mg km di quelli omologati Euro 4 fino al limite previsto di 5 mg km per l Euro 5 gli autoveicoli diesel costituiscono ancora u
117. tti sperimentali ed esperienze di campo Nel corso degli anni novanta una serie di progetti sperimentali presero avvio in alcune localit dei paesi dell Europa Comunitaria e in altri paesi del mondo per prendere in considerazione la possibilit di applicare sistemi antinquinamento agli autoveicoli in circolazione con l obiettivo di ridurre l impatto causato dai trasporti sulla qualit dell aria Le prime applicazioni in Europa di sistemi di filtrazione per ridurre l emissione del par ticolato degli autoveicoli diesel pesanti risalgono alla fine degli anni 90 In quegli anni furono svolti alcuni progetti dimostrativi della durata variabile da alcuni mesi a oltre due anni sotto il controllo delle autorit governative locali e delle aziende proponenti Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 30 Soltanto alcuni dei progetti svolti avevano come obiettivo la verifica del mantenimento dell efficienza nel tempo e si erano proposti di mettere in evidenza con prove di labora torio gli eventuali problemi che potevano verificarsi nell esercizio di autoveicoli adibiti a differenti tipologie di attivit e nel funzionamento di macchine per costruzione Altri prog
118. utoveicoli diesel pe santi di modello tecnologicamente pi avanzato Euro 4 ed Euro 5 dotati di dispositivi di filtrazione associati o meno a sistemi di riduzione dell emissione degli ossidi di azoto catalizzatori de NOx Nello stesso tempo sono stati sviluppati e resi disponibili sul mercato anche sistemi di filtrazione del particolato da installare come retrofit sugli autoveicoli gi in circolazione Questo prospettiva risulta essere estremamente interessante da parte delle autorit g0 vernative locali in quanto l applicazione diffusa di dispositivi antiparticolato su autovei coli esistenti di modello pi vecchio e quindi pi inquinanti possono costituire uno dei possibili strumenti di controllo per contenere efficacemente impatto determinato dal traffico sulla qualit dell aria nell ambiente urbano Numerosi programmi sperimentali pilota sono stati sviluppati in Europa USA e Giap pone per verificare l efficienza dei dispositivi proposti sul mercato e valutarne l effettivo beneficio che ne deriverebbe a livello locale con l applicazione diffusa sulle flotte di autoveicoli adibiti al trasporto pubblico e privato e delle merci La valutazione globale dell adeguamento di una flotta di autoveicoli va naturalmente considerata in termini di costi benefici ossia tenendo conto anche dell aspetto economico degli inve stimenti necessari per l adeguamento del parco autoveicoli Francesco Avella Davide Faedo Proget
119. vo di una famiglia di dispositivi sia nuovo che dopo averlo caricato con fuliggine durante e dopo una rigenerazione e dopo un periodo di almeno 2000 ore di funzionamento in campo durante il quale viene sottoposto a un continuo monitoraggio Inoltre per 1 dispositivi che impiegano rivestimenti o additivi catalitici nel combustibile 11 protocollo VERT prevede anche il controllo di un eventuale emissione di sostanze tossiche Il risultato di questo processo stata la creazione di una lista di dispositivi commerciali di elevata qualit VERT Filter List etichettati con la VERT Filter Label che hanno Francesco Avella Davide Faedo Progetto PARFIL PLG1 2007 Commessa di ricerca N 12 7 3 Copyright SSC La riproduzione e o l impiego di informazioni sul sito web SSC autorizzata a condizione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 24 superato il test Questa lista un documento ufficiale delle autorit svizzere BUWAL Bundesamt fiir Umwelt Wald und Landschaft e SUVA Schweizerische Unfallversi cherungsanstalt e viene aggiornata periodicamente e resa pubblica sui seguenti siti web www umwelt schweiz ch buwal de fachgebiete fg_luft vorschriften industrie_gewerbe filter www suva ch de home suvapro branchen_fachthemen partikelfilterobligatorium L ultimo aggiornamento disponibile nelle quattro principali lingue della UE del di cembre 2006 figu
120. zera sono riportati nel Documento N 130 della Swiss Agency for the Environment Fo rests and Landscape SAEFL Non sempre l applicazione dei dispositivi antiparticolato a un parco autoveicoli risulta economicamente e tecnicamente conveniente Secondo 1 suggerimenti degli organi tec nici svizzeri BUWAL TTM basati sulle esperienze svolte nell ambito del progetto VERT gli autoveicoli non favoriti per essere equipaggiati con un filtro antiparticolato sono quelli con piu di 25 anni di vita quelli con elevato consumo di olio lubrificante quelli impiegati raramente quelli che non posseggono spazio sufficiente per I alloggiamento del dispositivo quelli appartenenti a flotte poco numerose La tabella 10 riporta un estratto della VERT Filter List edizione 2006 riguardante tutti 1 sistemi di filtrazione approvati per l applicazione come retrofit soltanto su autoveicoli commerciali leggeri e pesanti e per quello dei passeggeri autobus Per dare rapidamente al lettore un informazione concisa a riguardo dei sistemi di filtra zione di seguito riportata una breve descrizione sotto forma di scheda tecnica di al cune trappole presenti sul mercato quasi tutte approvate secondo il protocollo VERT In molti casi le informazioni raccolte e riportate nelle schede tecniche dei singoli sistemi di filtrazione descrizione e immagini originali o rielaborate non sono sufficientemente esaurienti per la scarsit di materiale illustrativo e bib
121. zione Sperimentale per i Combustibili 50 COMELA in collaborazione con Rhodia Meccanismo di rigenerazione http www piroux com http www rhodia ec com Rigenerazione attiva mediante iniezione di gasolio sul catalizzatore eee SiC Ibiden filtrazione Breve descrizione Il sistema di filtrazione caratterizzato dalla modularit della superficie filtrante e dall elevato isolamento termico Il corpo filtrante composto da due a sei cartucce di SIC impaccate in un involucro termicamente iso lato che vengono attraversate totalmente o solo in parte dai gas di scarico in dipendenza della potenza erogata del motore durante l esercizio dell autoveicolo Infatti una parte delle cartucce pu essere isolata trami te un sistema di valvole comandate EOVS dalla centralina di controllo del motore L elevato isolamento termico consente di mantenere calde le parti del corpo filtrante indipendentemente se utilizzate o meno e di faci litare l ossidazione delle particelle carboniose che si raccolgono sulle car tucce L impiego di un catalizzatore ossidante associato all iniezione e alla combustione di una piccola quantit di gasolio sulla sua superficie permette di mantenere costantemente caldo l ambiente per avere una ri generazione quasi continua del filtro E stato trovato inoltre che l uso dell additivo Eolys a base di cerio nel gasolio pu migliorare la performance del sistema poich abbassa la te
122. zione che venga riportata l indicazione degli autori e delle fonte www ssc it Stazione Sperimentale per i Combustibili 25 e VFTI1 Prova di emissione di un esemplare nuovo su un motore al banco freno Questa prova viene eseguita in quattro condizioni di funzionamento del mo tore regime di rotazione carico del ciclo di prova standard ISO 8178 alle condizioni operative stabilite di massima velocit spaziale D e di temperatu ra del gas di scarico Le misure sono effettuate in tre condizioni diverse col dispositivo nuovo dopo aver raggiunto il massimo carico di fuliggine raccol ta e dopo un processo di rigenerazione del dispositivo Le misure riguardano le emissioni regolamentate gassose e il particolato totale il rapporto carbo nio elementare carbonio organico il conteggio concentrazione delle parti celle emesse nel campo di diametri di mobilit elettrica 20 300 nm e l area superficiale del particolato fine Per 11 conteggio delle particelle viene impie gato un misuratore SMPS TSI associato a un thermodenuder per eliminare la frazione volatile mentre per la misura durante un processo di rigenerazio ne si impiega lo strumento NanoMet in linea Le prove sono completate con misure in condizioni di funzionamento del motore a regime dinamico e in accelerazione libera Tabella 2 Specificazioni VERT per 1 filtri antiparticolato PARAMETRO dopo 2000 h Efficienza di filtrazione conteggio di particelle nel campo di dimensioni

2,32MB - Innovhub

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents