tecnología de los equipos de medición de emisiones procedentes

Daniel Baumann, IT
TECNOLOGÍA DE LOS EQUIPOS DE MEDICIÓN
DE EMISIONES PROCEDENTES DE MOTORES DE
COMBUSTIÓN (NOX Y PARTÍCULAS)
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
Fernando Moreno
AVL Ibérica S.A
ÍNDICE
1 – Introducción.
2 – Tecnologías de los equipos de medición de NOX
3 – Tecnologías de los equipos de medición de partículas
4 – Conclusión y perspectivas de futuro
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INTRODUCCIÓN
EVOLUCIÓN DE LAS NORMATIVAS DE TURISMOS…
Measures:
Targets:
Issues:
Today pollutant emissions are in average app. 7 times
(Diesel NOx) higher on the road than in the lab.
RDE
PEMS testing
Euro-6
Limits
130  95
gCO2 / km
GTR-15
Technical Regulation
Close the gap between lab and
real life pollutant emission limits
Further reducing NOx and PN
emissions
Further reducing CO2 and fuel
consumption targets
Close the gap between norm and
real life CO2 and fuel consumption
Today CO2 emissions and fuel consumption are in average
app. 40% higher on the road than the declared norm
values.
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INTRODUCCIÓN
EVOLUCIÓN DE LAS NORMATIVAS DE TURISMOS…
2015
2016
Limits
2014
Euro 6b
Test
Procedure
2013
NEDC (Emissions)
NEDC (CO2)
2018
2019
Euro 6d
TEMP
RDE
RDE
CO2 Limits
2017
(monitoring)
Phase-in of 130 g/km
2020
2021
2022
2023
Euro 6d
WLTP (Emissions)
WLTP (CO2)*
WLTP (CO2)**
RDE (CF=2.1)
RDE (CF=1.5)***
PN RDE (CF=tbd)
PN RDE (stringent CF=tbd)
130 g/km
Phase-in
95 g/km
95 g/km
* WLTP CO2 converted (CO2MPAS or double testing) to NEDC, NEDC value for compliance
** Compliance checked against WLTP based targets
*** CF = 1+ Margin for measurement uncertainties, currently set to 0.5. Margin is to be evaluated annually
?: Vote on RDE in EU Parliament expected for February 3, 2016
Implementation dates for new type approval if applicable
Source: AVL / TCMV Meeting October 28, 2015 and November 17, 2015 / CIRCABC June 2015 / LAT December 2013 / 17/12/2014 WLTP in TA process E. Collot / http://europa.eu/rapid/press-release_IP-15-5945_en.htm
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INTRODUCCIÓN
EVOLUCIÓN DE LAS NORMATIVAS DE VEHICULOS PESADOS…
Random NOx screening points
New test
requirements:
OCE
CVS for transient
CH4 and NH3 Analyzer
Particle Counter
Regulation:
Exhaust
After- Treatment
ECE R49
CI - Diesel: conventional
PI – Gasoline, CNG: conventional
1990
EU-I
ECE R49 + ISO16183
SCR or DPF + EGR
13 Mode
Test Cycle:
Limits:
ECE R49
SCR + DPF
ESC + ETC + ELR
EU-III
EU-II
2000
EU-IV
GTR-4
WHSC+WHTC+OCE
EU-V
2010
Continuous increase
of requirements over
time.
EU-VI
2020
AVL Emission Test Systems | Engeljehringer | 5
5
INTRODUCCIÓN
EVOLUCIÓN DE LAS NORMATIVAS DE VEHICULOS PESADOS…
¿SON LOS EQUIPOS (¡Y los PROCEDIMIENTOS!)
DE ITV AÚN CAPACES DE EVALUAR LAS
EMISIONES DE LOS VEHÍLOS MAS RECIENTES?
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MEDICIÓN DE NOX
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).
Por precio, complejidad,
tamaño, etc… no apto a
priori para inspección
técnica.
- Analizador de infrarrojo no dispersivo (NDIR)
- Analizador ultravioleta no-dispersivo (NDUV).
- Célula electroquímica (Sensor de zirconio)
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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MEDICIÓN DE NOX
NDUV VS CÉLULA ELECTROQUÍMICA
Analizador ultravioleta
no-dispersivo (NDUV).
Ventajas
Inconvenientes
Célula electroquímica
(Sensor de zirconio)
Precisión
Correlación con
equipos de laboratorio
Sin interferencia CO2
and H2O
Fiabilidad
Durabilidad
Tamaño
Sencillez
Coste – xx k€
Coste – xxx k€
Complejidad
Menor precisión
Estabilidad en el tiempo
Interferencias (HC y CO)
Dinámica
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MEDICIÓN DE NOX
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.
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…
Gravimetric
Filter Paper
Opacity, Absorption
g/m3
FSN
% , m-1
optic reflective
optic light extinction
weight
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MEDICIÓN DE PM
LISTADO DE TECNOLOGÍAS – EQUIPOS DE LABORATORIO
Equipos de laboratorio
Por precio, complejidad, tamaño,
etc… la mayoría de estos métodos
no son a priori apotos para
inspección técnica.
A día de hoy solución más
común para equipos de
inspección técnica
An Overview of Particulate Matter Measurement Instruments
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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
accuracy was ±60% [Khalek 2015]—quite an encouraging result, considering that the sensors were of the size
of a spark plug and most of them were still pre-production prototypes.
Dieselnet: https://www.dieselnet.com/tech/dpf_soot_sensors.php
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MEDICIÓN DE PM
CONCLUSIÓN
Evaluación independiente precisión opacimetros
Accuracy tests of 7 opacimeters from
different manufacturers performed by
PTB- approvals ~10 years
Conclusion:
Accuracy is sufficient down to 0,1m-1
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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.
•
Hay, por tanto, parece haber cierto margen para mejora de las capacidades de los instrumentos de PTI
que actualmente
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CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS DE FUTURO
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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CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS DE FUTURO
FINDINGS OF SET STUDY
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
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Gracias por su atención.
17
BACK-UP
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CONCLUSIÓN Y PERSPECTIVAS DE FUTURO
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)
Por precio, complejidad, tamaño,
etc… no apto a priori para
inspección técnica.
- Basado en frecuencia (TEOM)
- Optical:
 Light transmission (opacimeter)
 Light scattering (LLSP)
Solución más común para
equipos de inspección técnica
 Reflectometria (filtro papel)
 Counting: e.g. CPC (butanol used – toxic) (AVL APC)
 Etc…
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MEDICIÓN DE NOX
CÉLULA ELECTROQUÍMICA
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