TECNOLOGÍA DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN DE EMISIONES PROCEDENTES DE MOTORES DE COMBUSTIÓN (NOX Y PARTÍCULAS)

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Fernando Moreno

Daniel Baumann, IT

AVL Ibérica S.A

MEDICIÓN DE LAS EMISIONES DE GASES DE ESCAPE

DE LOS VEHÍCULOS AUTOMÓVILES

DE LA HOMOLOGACIÇON A LA INSPECCIÓN TÉCNICA

Jornada técnica – Madrid – 12 de Julio 2016

TECNOLOGÍA DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN

DE EMISIONES PROCEDENTES DE MOTORES DE

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ÍNDICE

1 – Introducción.

2 – Tecnologías de los equipos de medición de NO

X

3 – Tecnologías de los equipos de medición de partículas

4 – Conclusión y perspectivas de futuro

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3

Measures:

Close the gap between lab and real life pollutant emission limits Further reducing NOx and PN emissions

Today pollutant emissions are in average app. 7 times (Diesel NOx) higher on the road than in the lab.

Further reducing CO₂and fuel consumption targets

Close the gap between norm and real life CO₂and fuel consumption

RDE PEMS testing Euro-6 Limits 130  95 gCO₂/ km GTR-15 Technical Regulation Targets:

Today CO2 emissions and fuel consumption are in average app. 40% higher on the road than the declared norm values.

Issues:

INTRODUCCIÓN

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2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 Limits Te st Procedure RDE CO 2 Limits Euro 6b Euro 6d TEMP Euro 6d NEDC (Emissions) NEDC (CO₂) WLTP (Emissions) WLTP (CO₂)* WLTP (CO₂)** RDE

(monitoring) RDE (CF=2.1) RDE (CF=1.5)***

PN RDE (CF=tbd) PN RDE (stringent CF=tbd)

* WLTP CO2converted (CO2MPAS or double testing) to NEDC, NEDC value for compliance

** Compliance checked against WLTP based targets

Phase-in of 130 g/km 130 g/km Phase-in 95 g/km 95 g/km

INTRODUCCIÓN

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5

AVL Emission Test Systems | Engeljehringer | 5

1990 2000 2010 2020

Limits: EU-I EU-II EU-III EU-IV EU-V EU-VI

Test Cycle: 13 Mode ESC + ETC + ELR WHSC+WHTC+OCE

CI - Diesel: conventional SCR or DPF + EGR SCR + DPF

PI – Gasoline, CNG: conventional Exhaust

After- Treatment

Regulation: ECE R49 ECE R49 ECE R49 + ISO16183 GTR-4 New test requirements: CVS for transient CH4 and NH3 Analyzer Particle Counter Continuous increase of requirements over time.

Random NOx screening points OCE

INTRODUCCIÓN

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¿SON LOS EQUIPOS (¡Y los PROCEDIMIENTOS!)

DE ITV AÚN CAPACES DE EVALUAR LAS

EMISIONES DE LOS VEHÍLOS MAS RECIENTES?

INTRODUCCIÓN

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7

MEDICIÓN DE NO

X

LISTADO DE TECNOLOGÍAS

Actualmente las principales tecnologías utilizadas para la detección de NOx son:

- Analizador por quimioluminiscencia (CLD).

- Espectroscopia Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR). - Analizador de infrarrojo no dispersivo (NDIR)

- Analizador ultravioleta no-dispersivo (NDUV).

- Célula electroquímica (Sensor de zirconio)

Por precio, complejidad, tamaño, etc… no apto a priori para inspección técnica.

Uso en equipo PEMS. ¿Alternativa a la célula electroquímica para inspección técnica?

Por precio, sencillez y robustez solución más común para equipos de inspección técnica

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Analizador ultravioleta

no-dispersivo (NDUV).

Célula electroquímica

(Sensor de zirconio)

Ventajas

Inconvenientes

Fiabilidad

Durabilidad

Tamaño

Sencillez

Coste – xx k€

Menor precisión

Estabilidad en el tiempo

Interferencias (HC y CO)

Dinámica

Coste – xxx k€

Complejidad

Precisión

Correlación con

equipos de laboratorio

Sin interferencia CO2

and H2O

MEDICIÓN DE NO

X

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MEDICIÓN DE NO

X

CONCLUSIÓN

• Los equipos más adecuados para la medición de NOX durante las pruebas de inspección técnica son los

basados:

• en la espectroscopia ultravioleta no dispersivo (NDUV). • o en células electroquímicas,

• Los NDUV son de un precio más elevado pero su precisión queda demostrada por su aplicación en equipos PEMS.

• Para las células electroquímicas, se requieren aún mejoras en varias áreas: • la estabilidad a largo plazo,

• reducción de la sensibilidad cruzada con otros componentes del escape, • y la respuesta dinámica.

• Suponiendo que estas mejoras se lleven a cabo los instrumentos que utilizan células electroquímicas podría ser capaz de cumplir con los requisitos de la inspección técnica.

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MEDICIÓN DE PM

INTRODUCCIÓN

La medición de PM en el escape Diesel es, en general, técnicamente más exigente que el medición de los contaminantes gaseosos. Las partículas en el tubo de escape son variables en química y física naturaleza, lo que hace el muestreo y caracterización difícil.

g/m

3

_FSN

_{% , m}

-1

weight

optic reflective

optic light extinction

Gravimetric

Filter Paper

Opacity, Absorption

Varios indicadores pueden ser cuantificados ,incluyendo la concentración de masa, la opacidad, el número de opacidad filtro (FSN), la concentración del número , superficie concentración área y distribuciones de tamaño, etc…

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11

MEDICIÓN DE PM

LISTADO DE TECNOLOGÍAS – EQUIPOS DE LABORATORIO

Equipos de laboratorio

An Overview of Particulate Matter Measurement Instruments

A día de hoy solución más común para equipos de inspección técnica

Por precio, complejidad, tamaño, etc… la mayoría de estos métodos no son a priori apotos para

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MEDICIÓN DE PM

LISTADO DE TECNOLOGÍAS

Equipos permanentemente on-board

Compared to laboratory equipment, on-board sensors are significantly smaller, bur also less accurate. A research consortium by the SwRI that evaluated six soot sensors for OBD applications found that the

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13

Accuracy tests of 7 opacimeters from different manufacturers performed by PTB- approvals ~10 years

Conclusion:

Accuracy is sufficient down to 0,1m-1

MEDICIÓN DE PM

CONCLUSIÓN

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MEDICIÓN DE PM

CONCLUSIÓN

• Muchos instrumentos diferentes están disponibles para la caracterización de PM.

• Al igual que con analizadores para NO y NO2, algunos de los instrumentos son relativamente grandes, sofisticado, delicado y costoso, y tienden a ser diseñado para su uso en el entorno de laboratorio (por ejemplo TEOM, SMPS, ELPI).

• Tales instrumentos son considera que es inadecuado o no apropiado para las pruebas de PTI.

• Para instrumentos relativamente simples, portátiles y de bajo costo, que hacen tienen el potencial de ser utilizado para la PTI y podría conducir a mejoras en la sensibilidad por encima de instrumentos actuales. El rendimiento de los opacímetros actualmente utilizado en PTI está determinada en gran medida por las especificaciones que se requieren para cumplir con un plazo de mercado competitivo en lugar de por los límites de la tecnología, teniendo en cuenta que de alto rendimiento instrumentos están disponibles para su uso en laboratorio.

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15 Inspección tecníca : Detección y “eliminación” grandes vehículos que más contaminan.

Particulate Emission: para problemas de filtro de partículas, opacimetros son suficientes.

Estudio SET (Sustainable Emission Testing - Cita study 2014) demuestra que los limites pueden reducirse hasta 0.2m-1 (a partir de EURO5+).

Grandes “contaminantes” y vehiculos con filtros de particulas defectuosos pueden ser detectados usando este procedimiento. Ensayos en PTB demuestran que opacimetros actuales son los

suficientemente precisos.

NOx Emission: A día de hoy no existe un valor límite ni una correlación con valores de

homologación. Estudio SET 2 (mediciones empiezan en Julio 2016) aborda esta problematica. Procedimientos se tendrán que investigar. Existen metodos para realizar mediciones. Resultods Estudio SET2 se presentarán en Q1 2017.

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SET STUDY– SUSTAINABLE EMISSION TESTING

CONCLUSION

Mandatory Combination of OBD

and Tailpipe test

New thresholds: CO max. 0.1 % (EURO 4)

Plate value or K-value max. 1.0 m-1 _{(EURO 4)}

K-value max. 0,2 m-1 _{(EURO 5)}

EFFECTIVE CONTRIBUTION TO AIR QUALITY AND HEALTH

HIGH BENEFIT

-

COST RATIO

FINDINGS OF SET STUDY

CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS DE FUTURO

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19 1st _step:

 lower the current PTI limits (maybe according to SET study findings)

2nd _step:

 investigate possible procedures and limits for NOx measurement

 enforce new legislation according the findings

3rd _step:

 discuss and investigate “particulate matter”

 petrol cars- emissions?, test procedures, limit values

 future measurement values (opacity measurement is maybe not the most suitable indicator): particle number, particle mass, …

 discuss and investigate new measures or the combination of measures

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MEDICIÓN DE PM

LISTADO DE TECNOLOGÍAS

Actualmente las principales tecnologías utilizadas para la detección de particulas

- Gravimetrica - Fotoacustíca

- Incandescenia inducida por laser - Electrico (ELPI)

- Basado en frecuencia (TEOM) - Optical:

 Light transmission (opacimeter)

 Light scattering (LLSP)

 Reflectometria (filtro papel)

 Counting: e.g. CPC (butanol used – toxic) (AVL APC)

 Etc…

Por precio, complejidad, tamaño, etc… no apto a priori para

inspección técnica.

Solución más común para equipos de inspección técnica

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MEDICIÓN DE NO

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