Legislacion y normativas

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.


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.


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


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 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 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


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)



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

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

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


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.


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


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

Documents

Legislacion y normativas