Post on 23-Jun-2015
Master en Ingeniería de Automoción
IMPACTO AMBIENTAL DEL AUTOMÓVIL
Legislación y normativa sobre emisiones de vehículos de automoción
OBJETO: Reducir contaminación global en varios niveles:
• NIVEL LOCAL CO (medidas a ralentí)
• NIVEL “GRAN URBE” o REGIONAL CO, HC, PM, NOX, SO2, Pb, y otros (Benceno, Formaldehído, 1,3 Butadieno, PAH, etc.)
• NIVEL TRANSFRONTERIZO NOx, PM y SO2
• NIVEL PLANETARIO CO2
Objetivos de calidad del aire
NO2 < 200 g/m3 (1 hora) CO < 10mg/m3 (1 hora)
Benceno: 10 g/m3 (media anual) PM: 50 g/m3 (media 24 horas)
Ozono 180 g/m3 (1 hora)
En Europa:
• Grandes ciudades: Atenas, Milán, Madrid, etc. NOX
• Lluvia ácida
• CO2 (184 g/km año 1994 140 g/km año 2006
LA LEGISLACIÓN ANTICONTAMINACIÓN en el automóvil (I)
Normalización y Directivas
• Comisión Europea (Bruselas) Estudia y propone. (Programas AUTO-OIL I y II)
• Propuesta de posibles soluciones
• Comprobación de responsables: fabricantes vehículos + Combustibles.
• Parlamento Europeo Controla y aprueba las Directivas
• Consejo de Europa Legisla.
• Naciones Unidas (Ginebra). Normaliza procedimientos a través de I.S.O. y otros organismos internacionales.
• En EE.UU. E.P.A. (Environmental Protection Agency)
CARB (California Air Research Bureau)
LA LEGISLACIÓN ANTICONTAMINACIÓN en el automóvil (II)
EVOLUCIÓN DE LA NORMATIVA en Europa
Reducción de emisiones planteada como objetivo del programa AUTO-OIL I (Primera fase). Periodo 2000-2010.
EVOLUCIÓN DE LA NORMATIVA en Europa
Inversión anual de 5500 millones Euros/año – 4200 industria de automoción
– 1300 Industria de refino)
Incremento de coste para el usuario: – Combustible aprox. 1,9 euros/1000 litros – Coste vehículos:
– Coche gasolina: 200 - 290 Euros– Coche diesel: 380 - 520 Euros– Furgonetas: 145 - 290 Euros– Vehículos pesados: 550 - 1600 Euros
– Costes de mantenimiento: 7,5 - 10 Euros /año
Optimizar la relación coste-efectividad de las medidas a tomar.
– Medidas de óptimo coste-efectividad para controlar el NOX urbano
– Medidas adicionales para reducción de emisión de partículas en entornos urbanos
– Medidas adicionales para alcanzar los niveles de emisión de precursores de ozono.
PLANTEAMIENTO GENERALES de los límites de emisiones
• Conflicto entre reducción de NOX e incremento de consumo, de HC y de partículas
100%
100%
Consumo, CO2, HC, PM
NOX
EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA
PLANTEAMIENTO GENERALES de los límites de emisiones
100%
100%
Consumo, CO2, HC, PM
NOX
EVOLUCIÓN TECNOLÓGIC
A
Reducción NOx Incremento de consumo específico Aumento CO2
(Ejemplo: vehículos pesados se estima incremento de consumo de 20% para
Euro 4 (año 2005))
Durante el diseño de un motor, el diseñador puede adoptar medidas que
reduzcan NOX, pero normalmente aumentan las emisiones de HC, PM y
consumo.
Límites de emisiones se han dado como suma de NOX + HC.
PROCEDIMIENTOS normalizados DE MEDIDA DE EMISIONES
HOMOLOGACIÓN DE TIPO
Ciclos EPA (O FTP) 75: Turismos y furgonetas (< 3500 kg) nuevos.
Ciclos DDS (Durability Driving Schedule): ciclos de acumulación de millas para duración sistemas reductores de contaminación
Ciclos IIEC-2: comprobar deterioro de catalizador
Ciclos US 13 modos: motores de vehículos pesados nuevos.
Ciclo “Transient”: motores de vehículos pesados nuevos
• EE.UU.
PROCEDIMIENTOS normalizados DE MEDIDA DE EMISIONES
VEHÍCULOS EN USO
“Short cycles” (Ciclos cortos)
Ciclos IM240: semejante al FTP-75, pero solo la primera parte.
Estacionarios en vacío: para inspección de vehículos de gasolina.
Transitorios en vacío: Para inspección de vehículos diesel.
EE.UU.
PROCEDIMIENTOS normalizados DE MEDIDA DE EMISIONES
HOMOLOGACIÓN DE TIPO Ciclos ECE 15/**: Vehículos ligeros. Parte urbana (UDC) y parte
extraurbana (EUDC).
Ciclos de acumulación de kilómetros y de durabilidad: comprobar duración sistemas reductores de contaminación
Ciclo 13 modos europeo o ciclo ESC (ECE 49/**): motores de vehículos pesados nuevos.
Ciclo ELR (antes ECE24): motores de vehículos pesados. Solo opacidad.
Ciclo ETC: para vehículos pesados con sistemas avanzados anticontaminación. Homologación.
Ciclos ECE 40 y ECE 47: motocicletas y ciclomotores.
• EUROPA
PROCEDIMIENTOS normalizados DE MEDIDA DE EMISIONES
VEHÍCULOS EN USO
Estacionarios en vacío: para inspección de vehículos de gasolina.
Transitorios en vacío: Para inspección de vehículos diesel.
EUROPA
MEDIDAS DE EMISIONES EN VEHÍCULOS LIGEROS NUEVOS para su homologación en Europa.
Medida de emisiones de gases de escape en el ciclo UDC y EUDC
(también llamado MVEG y NEDC).
Medida de emisiones ambiente frío (-7ºC) (solo los de gasolina)
Medida de CO al ralentí y a 2000 r/min (solo los de gasolina)
Medida de opacidad en estacionario a máxima potencia y en
aceleración libre (solo los diesel)
Medida de emisiones de gases de carter
Medida de emisiones por evaporación (sólo los de gasolina o gas)
Durabilidad de los sistemas antipolución
EQUIPAMIENTO PARA MEDIDA DE EMISIONES EN VEHÍCULOS LIGEROS
• Gasolina
CVSMuestreo a
volumen constante
Seguidor de ciclos
Banco de rodillos
Filtro
AIRE
GASES DE ESCAPE
Calentador o
separador
Bolsas (3)
Descarga
CO
CO2
HC
NOx
Control de caudal
Concentración
Sistema computerizado
de análisis
Inercias y freno
Ventilador
Bolsa
EQUIPAMIENTO PARA MEDIDA DE EMISIONES EN VEHÍCULOS LIGEROS
• Diesel
GASES DE ESCAPE
Calentador o
separador
Bolsas (3) CO
CO2
NOx
Descarga
Control de caudal
Concentración
Sistema computerizado
de análisis
Seguidor de ciclos
Banco de rodillos
Filtro
AIRE
Inercias y freno
Ventilador
Túnel de dilución
Filtro de partículas
HC en caliente
HC
CVSMuestreo a
volumen constante
Bolsa
MEDIDA DE EMISIONES EN VEHÍCULOS LIGEROS arranque en frío
Arranque el motor a – 7ºC. Toma de muestras desde el arranque
CICLO EUROPA. UDC y EUDC
• ECE 15+modificaciones. Directiva base: 70/220/CEE+modificaciones: ciclo base, límites más
estrictos, partículas, separar NOx y HC, etc.
• Límites de CO, HC, NOX y PM (solo los diesel). Incluye arranque en frío.
• Medida en g/ensayo y se convierte en g/km.
CICLO FTP-75
Vehículos pesados. Motor en banco de pruebas.
Límite de emisiones = media ponderada de emisiones / potencia
.
El grosor del punto es una indicación del factor de ponderación
13
1 i
ii )kW(Pot
)h/g(e·k)h·kW/g(E
CICLO “ESC”
CICLO “ETC”
CICLO “ELR”
COMPARACIÓN ENTRE LOS PROCEDIMIENTOS
Comparación entre el ciclo UDC y el ciclo FTP-75
COMPARACIÓN PROCEDIMIENTOS vehículos ligeros y pesados
• Zonas de trabajo del motor en los ciclos Europa (NEDC) y ESC
Régimen de motor (r/min) Régimen de motor (r/min)
Par
mot
or
COMPARACIÓN PROCEDIMIENTOS vehículos ligeros y pesados
• Indices de emisión para los procedimientos de vehículos ligeros y pesados
NEDCECER49Euros 1,2
ESC Euros 3,4
NOx (g/kg fuel)
PM
(g/
kg
fuel
)
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES relativa al automóvil
• Sobre el automóvil (vehículos ligeros y pesados) descansa
una parte importante de las normativas de limitación de
emisiones contaminantes en Europa
• Afecta sobre todo a nuevos vehículos, pero hay poco
control sobre los vehículos en uso
• Homologación Control de Producción Inspección
vehículos en uso
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES relativa al automóvil
• Evolución de los límites de emisiones medias en vehículos ligeros
• Se ha introducido el arranque en frío
Año
HC
+ N
OX (
g/k
m)
CO
(g/
km
)
Ejemplo: turismo de 1200 kg y cilindrada 1,4 a 2,0 l
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES relativa al automóvil
• Evolución de límites de emisiones en vehículos pesados en Europa
• Se ha cambiado el ciclo 13 modos en Euro 3.
Ejemplo: camión de < 3500 kg y potencia > 85 kW
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONESVehículos pesados
Fórmula UnidadEuro 32001
Euro 42005
Euro 52008
Óxidos de Nitrógeno NOx g/kWh 5,0 3,5 2,0
Hidrocarburos sin quemar HC g/kWh 0,66 0,46 0,46
Monóxido de carbono CO g/kWh 2,1 1,5 1,5
Partículas PM g/kWh 1,6 1,1 1,1
Humo m-1 0,8 0,5 0,5
Euro Fecha CO HC HC+NOx NOx PM
Diesel (g/km)
1 7/92 2,72 -- 0,97 -- 0,140
2 IDI 1/96 1,00 -- 0,70 -- 0,080
2 DI 1/96 1,00 -- 0,90 -- 0,100
3 1/00 0,64 -- 0,56 0,50 0,050
4 1/05 0,50 -- 0,30 0,25 0,025
Gasolina (g/km)
1 7/92 2,72 -- 0,97 -- --
2 1/96 2,20 -- 0,50 -- --
3 1/00 2,30 0,20 -- 0,15 --
4 1/05 1,00 0,10 -- 0,08 --
Vehículos M1 (< 2500 kg) y N1 clase I
Vehículos N1 clases II y III: límites más altos.
A partir de euro III: • Reducción impuestos a vehículos que se adelanten a normativa• Ensayo en frío (- 7ºC) con límites más altos • Durabilidad (80.000 - 100.000 km)
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES
MONÓXIDO DE CARBONO
(CO)
HIDROCAR-
BUROS
(HC)
ÓXIDOS DE NITRÓGENO
(NOx)
Hidrocarburos + óxidos de nitrógeno
(HC + NOx)
MASA DE PARTÍCULAS
(PM)
(g/km) (mg/km) (mg/km) (mg/km) (mg/km)
Tipo Clase MEP MEC MEP MEC MEP MEC MEP MEC MEP MEC
M1 — 0,10 0,50 75 — 60 200 — 250 5,0 5,0
N1 I 0,10 0,50 75 — 60 200 — 250 5,0 5,0
II 1,81 0,63 100 — 75 260 — 320 5,0 5,0
III 2,27 0,74 120 — 82 310 — 380 5,0 5,0
Además:
• Todos los M1 incluidos los de > 2500 kg mismo límite
• Posibilidad de limitar partículas < 2,5 m
• Durabilidad hasta 160.000 km
• Entregar informe técnico de reparación
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES
Límites Euro V (v. ligeros)
Euro Fecha CO HC HC+NOx NOx PM
Diesel (g/km)
1 7/92 2,72 -- 0,97 -- 0,140
2 IDI 1/96 1,00 -- 0,70 -- 0,080
2 DI 1/96 1,00 -- 0,90 -- 0,100
3 1/00 0,64 -- 0,56 0,50 0,050
4 1/05 0,50 -- 0,30 0,25 0,025
Gasolina (g/km)
1 7/92 2,72 -- 0,97 -- --
2 1/96 2,20 -- 0,50 -- --
3 1/00 2,30 0,20 -- 0,15 --
4 1/05 1,00 0,10 -- 0,08 --
Vehículos M1 (< 2500 kg) y N1 clase I
Vehículos N1 clases II y III: límites más altos.
A partir de euro III: • Reducción impuestos a vehículos que se adelanten a normativa• Ensayo en frío (- 7ºC) con límites más altos • Durabilidad (80.000 - 100.000 km)
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES relativa al automóvil
Diesel: PM y NOx difícil reducir simultáneamente
Gasolina: CO reducción de emisiones difícil (arranque en frío)
Límites de emisiones para vehículos ligeros en gramos por kilómetro
Eu
ro 1
Eu
ro 3
Eu
ro 4
Eu
ro 5
Eu
ro 6
Eu
ro 2
Cambio en el procedimiento de ensayo
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Año
Lím
ites
de
CO
(g
/km
)
Gasolina
Diesel
Eu
ro 1
Eu
ro 3
Eu
ro 4
Eu
ro 5
Eu
ro 6
Eu
ro 2
Cambio en el procedimiento de ensayo
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1991
1992
1993
1994
1995
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2000
2001
2002
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2004
2005
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2007
2008
2009
2010
2011
2012
Año
Lím
ites
de
CO
(g
/km
)
Gasolina
Diesel
Eu
ro 1
Eu
ro 3
Eu
ro 4
Eu
ro 5
Eu
ro 6
Eu
ro 2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Año
Lím
ites
HC
+N
Ox
(g/k
m)
Gasolina
DieselEu
ro 1
Eu
ro 3
Eu
ro 4
Eu
ro 5
Eu
ro 6
Eu
ro 2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
Año
Lím
ites
HC
+N
Ox
(g/k
m)
Gasolina
Diesel
EVOLUCIÓN DE LA LEGISLACIÓN DE EMISIONES relativa al automóvil
Diesel: PM y NOx difícil reducir simultáneamente
Gasolina: CO reducción de emisiones difícil (arranque en frío)
Límites de emisiones para vehículos ligeros en gramos por kilómetro
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Límite emisión NOx (g/km)
Lím
ite
em
isió
n P
M (
g/k
m)
Euro 1
Euro 3
Euro 2
Euro 4Euro 6Euro 5
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
Límite emisión NOx (g/km)
Lím
ite
em
isió
n P
M (
g/k
m)
Euro 1
Euro 3
Euro 2
Euro 4Euro 6Euro 5
EMISIONES EN HOMOLOGACIÓN Y EMISIONES REALES EN CIRCULACIÓN
• Homologación un vehículo de la serie
• Control de producción (tolerancias en el proceso)
• Tolerancias de los equipos de medida
• Lo importante es que la mayor parte de los vehículos tengan emisiones bajas
Muestra de 100 vehículos
Mismo modelo salida de la cadena de producción
(Wolkswagen)
EMISIONES EN HOMOLOGACÍÓN Y EMISIONES REALES en vehículos nuevos
• Problemas con las dispersiones de medida de emisiones en vehículos nuevos.
• ¿Donde situar los límites para vehículos usados?
Emisión en g/km
Vehículos nuevos fuera de norma
Vehículo individual (medidas repetitivas)
Medida media del vehículo individual
Vehículos nuevos
Medición única
Estándar
Valor medio de los vehículos nuevos
Vehículo individual
Frecuencia
LA INFLUENCIA DEL USUARIO
• CONDUCE el vehículo. Tipo de vehículo y pauta de conducción
• CUÁNDO lleva a reparar o mantener su vehículo.
• RESPONSABILIDAD inspección y control
• MOTIVACIÓN mediciones reales.
Incremento de emisiones de CO, HC y NOX de un vehículo tipo turismo
respecto a una conducción normal, en tres condiciones de utilización:
• Tráfico urbano, arranque frío
• Tráfico urbano, arranque caliente
• Conducción extra-urbana
en tres pautas de conducción:
• Agresiva
• Normal
• Sosegada
LA INFLUENCIA DEL USUARIO
Emisión de HC media por vehículo (g/milla)
Millas recorridas por
vehículo (miles de
millones)
LA INFLUENCIA DEL USUARIO frente al FABRICANTE
Los vehículos se
hacen mas “limpios”,
pero hacen más
kilómetros
Una cantidad elevada de
HC proviene de
relativamente pocos coches
con muy altas emisiones
Emisores normales
Altos emisores
Muy altos emisores
% de la flota % de las emisiones
LA INSPECCIÓN TÉCNICA EN RELACIÓN CON LAS EMISIONES
• La directiva 95 / 55 / CEE y sus derivadas
• Diagnosis del estado de mantenimiento del motor
• Medida de emisiones contaminantes
Planteamientos generales de la inspección técnica de vehículos en relación con la contaminación (Introducción de la Directiva 92/55/CEE)
Mantener nivel moderado de emisiones mediante control periódico
Retirar vehículos muy contaminantes
Control: simple, rápido y barato
Mal ajuste y mantenimiento del motor perjudicial medio ambiente
Vehículos de gasolina CO es indicación SUFICIENTE del mantenimiento
Vehículos diesel Opacidad es indicación SUFICIENTE del mantenimiento
Vehículos mal mantenidos ALTO PORCENTAJE de rechazos
Vehículos con sistemas avanzados de control de emisiones Controles más
severos.
LA INSPECCIÓN TÉCNICA EN RELACIÓN CON LAS EMISIONES
Vehículos con motor de gasolina
– Inspección visual del sistema de escape y sistemas de control de emisiones
– Medición de CO a ralentí a vehículos sin catalizador comprobando que no superan el valor establecido por el fabricante. Si no se dispone:
– CO < 4,5 % (vehículos entre entrada en vigor de directiva 70/220/CEEy anteriores a 1/10/1986)
– CO < 3,5 % (vehículos puestos en circulación después de 1/10/1986)
– Medición de la eficacia del dispositivo de control de emisiones para los vehículos con catalizador según lo dispuesto por el fabricante en la homologación. El motor debe estar caliente. Si no se dispone de datos:
– Ralentí: CO < 0,5%
– n > 2000 r/min: CO < 0,3%, factor = 1 0,03.
CO % CO % y
Ralentí
2000 r/min
LA INSPECCIÓN TÉCNICA EN RELACIÓN CON LAS EMISIONES
Vehículos con motor diesel (posteriores a 1/1/1980)
– Medición de opacidad en escape durante el transitorio de aceleración a fondo en vacío, según lo dispuesto en la placa conforme la directiva 72/306/CEE. Esta aceleración debe subir el motor hasta el régimen máximo de revoluciones. Si no se dispone de datos, se sube hasta el corte de inyección
OPACIDAD
RÉGIMEN MOTOR
Posición acelerador
Valor límite
Los valores máximos de opacidad deben ser:
– Aspiración natural k < 2,5 m-1
– Sobrealimentados k < 3,5 m-1
Futuro
• Generalización de los sistemas de Diagnosis Embarcada (EOBD: “European On-Board Diagnostics”).
• Normalización entre los fabricantes de los conectores y protocolos de comunicación.
• Medida con equipos embarcados en tráfico real.
• Si la gestión de los sistemas anticontaminación del motor operan adecuadamente se debe suponer que sus emisiones son bajas.
POSIBILIDADES DEL FUTURO EN LA Inspección Técnica de emisiones
Ensayos a ralentí
Ciclos cortos en vacío (92/55/CEE)
Ciclos cortos en carga estacionarios
Ciclos transitorios(EPA I/M 240)
COSTE
CO
MP
LE
JID
AD
Ee
Ee+(FCe )
Ee+FC
E+FC
E: Emisiones. FC: Consumo. e : Estimación
Ensayos de Inspección y Control de emisiones
• Correlación de límites de homologación.
• Simple, cortos, bajo coste
• Criterio PASA / NO-PASA
• Arranque en frío ?
• Aceptación social