ALLEGATO 4B

Procedura di prova per i motori ad accensione spontanea e i motori ad accensione comandata alimentati con gas naturale (GN) o gas di petrolio liquefatto (GPL) basata sul procedimento mondiale armonizzato di omologazione dei veicoli e motori pesanti [WHDC, regolamento tecnico mondiale (RTM) n. 4]

1. APPLICABILITÀ

Per il momento, il presente allegato non è applicabile ai fini dell'omologazione a norma del presente regolamento; lo sarà in futuro.

2. Riservato (1).

3. DEFINIZIONI, SIMBOLI E ABBREVIAZIONI

3.1. Definizioni

Ai fini del presente regolamento s'intende per:

3.1.1. “rigenerazione continua”, il processo di rigenerazione di un sistema di post-trattamento del gas di scarico che si effettua in permanenza oppure almeno una volta per ogni prova WHTC con avviamento a caldo. Questo tipo di processo non richiede una procedura di prova speciale;

3.1.2. “tempo di ritardo”, il tempo che intercorre tra la variazione del componente da misurare nel punto di riferimento e il raggiungimento di una risposta del sistema equivalente al 10 per cento del valore finale indicato (t10), definendo come punto di riferimento la sonda di campionamento. Per i componenti gassosi, equivale al tempo di trasporto del componente da misurare dalla sonda di campionamento al rivelatore;

3.1.3. “sistema deNOx”, un sistema di post-trattamento del gas di scarico concepito per ridurre le emissioni di ossidi di azoto (NOx) [ad esempio catalizzatori passivi e attivi per NOx con funzionamento in magro, adsorbitori di NOx e sistemi di riduzione catalitica selettiva (SCR)];

3.1.4. “motore diesel”, un motore che funziona secondo il principio dell'accensione spontanea;

3.1.5. “deriva”, la differenza tra le risposte al gas di azzeramento o al gas di calibrazione dello strumento di misura prima e dopo una prova di emissione;

3.1.6. “famiglia di motori”, un raggruppamento, operato dal costruttore, comprendente sistemi motore che, in base alle caratteristiche di progettazione di cui al paragrafo 5.2 del presente allegato, hanno caratteristiche di emissioni di scarico simili; tutti i componenti della famiglia devono essere conformi ai valori limite di emissione applicabili;

3.1.7. “sistema motore”, il motore, il sistema di controllo delle emissioni e l'interfaccia di comunicazione (hardware e messaggi) tra le unità elettroniche di controllo (ECU) del sistema motore e qualsiasi altra unità di controllo del gruppo motopropulsore o del veicolo;

3.1.8. “tipo di motore”, una categoria di motori che non differiscono per quanto riguarda caratteristiche essenziali del motore;

3.1.9. “sistema di post-trattamento del gas di scarico”, un catalizzatore (di ossidazione o a tre vie), filtro antiparticolato, sistema deNOx, sistema combinato deNOx-filtro antiparticolato o qualsiasi altro dispositivo di riduzione delle emissioni montato a valle del motore. Questa definizione esclude il sistema di ricircolo dei gas di scarico (EGR) che se installato è considerato parte integrante del motore;

3.1.10. “metodo di diluizione a flusso totale” il processo di miscelazione del flusso totale di gas di scarico con diluente prima della separazione di una parte della corrente di gas di scarico diluito per l'analisi;

3.1.11. “inquinanti gassosi”, monossido di carbonio, idrocarburi e/o idrocarburi non metanici (assumendo un rapporto CH pari a 1,85 per il carburante diesel, 2,525 per il GPL e 2,93 per il GN, e per la molecola CH3O un rapporto pari a 0,5 per i motori diesel alimentati a etanolo), metano (assumendo un rapporto CH pari a 4 per il GN) e ossidi di azoto, questi ultimi espressi in biossido di azoto (NO2) equivalente;

3.1.12. “alto regime (n hi)”, il più alto regime di rotazione del motore al quale si ottiene il 70 per cento della potenza massima dichiarata;

3.1.13. “basso regime (nlo )”, il più basso regime di rotazione del motore al quale si ottiene il 55 per cento della potenza massima dichiarata;

3.1.14. “potenza massima (Pmax)”, la potenza massima in kW indicata dal costruttore;

3.1.15. “regime di coppia massima”, il regime al quale si ottiene la coppia massima del motore indicata dal costruttore;

3.1.16. “coppia normalizzata”, coppia del motore in percentuale normalizzata alla coppia massima disponibile a un regime del motore;

3.1.17. “richiesta dell'operatore”, un intervento dell'operatore per regolare la potenza del motore. L'operatore può essere una persona (manuale) o un regolatore (automatico) che invia, meccanicamente o elettronicamente, un segnale al motore affinché eroghi una determinata potenza. Tale segnale può essere un'azione sul pedale dell'acceleratore, una leva di comando del gas, una leva di comando dell'alimentazione del carburante, una leva di comando della velocità o un valore di riferimento del regolatore oppure un segnale di comando elettronico corrispondente che sostituisce ciascuna di tali azioni;

3.1.18. “motore capostipite”, un motore scelto all'interno della famiglia di motori in modo che le sue caratteristiche di emissione siano rappresentative di tale famiglia;

3.1.19. “dispositivo di post-trattamento del particolato”, un sistema di post-trattamento del gas di scarico che riduce le emissioni inquinanti di particolato (PM) mediante separazione meccanica, aerodinamica, per diffusione o per inerzia;

3.1.20. “metodo di diluizione a flusso parziale” il processo di separazione di una parte del flusso totale di gas di scarico e di successiva miscelazione con una quantità opportuna di diluente a monte del filtro di campionamento del particolato;

3.1.21. “particolato (PM)”, qualsiasi materiale raccolto su un materiale filtrante specificato dopo diluizione del gas di scarico con aria pulita filtrata a una temperatura compresa fra 315 K (42 °C) e 325 K (52 °C); è costituito principalmente da carbonio, idrocarburi condensati e solfati con acqua;

3.1.22. “rigenerazione periodica”, il processo di rigenerazione di un dispositivo di controllo delle emissioni che si innesca periodicamente dopo meno di cento ore di normale funzionamento del motore. Durante i cicli di rigenerazione è possibile il superamento dei limiti di emissione;

3.1.23. “ciclo di prova stazionario con rampe di transizione”, un ciclo di prova che comporta una sequenza di modalità di prova del motore in condizioni stazionarie con criteri di regime e coppia definiti per ciascuna modalità e rampe prestabilite di transizione tra le varie modalità (WHSC);

3.1.24. “regime nominale”, il regime massimo a pieno carico consentito dal regolatore e indicato dal costruttore nella documentazione commerciale e di manutenzione, ovvero, se non è presente il regolatore, il regime al quale si ottiene la potenza massima del motore, indicato dal costruttore nella documentazione commerciale e di manutenzione;

3.1.25. “tempo di risposta”, il tempo che intercorre tra la variazione del componente da misurare nel punto di riferimento e il raggiungimento di una risposta del sistema equivalente al 90 per cento del valore finale indicato (t90), definendo come punto di riferimento la sonda di campionamento, dove la variazione del componente misurato corrisponde ad almeno il 60 per cento del fondo scala (FS) e si produce in meno di 0,1 secondi. Il tempo di risposta del sistema è costituito dal tempo di ritardo del sistema e dal tempo di salita del sistema;

3.1.26. “tempo di salita”, il tempo impiegato per il passaggio dal 10 per cento al 90 per cento del valore finale indicato (t 90 – t 10);

3.1.27. “risposta di calibrazione”, risposta media ad un gas di calibrazione per un intervallo di tempo di 30 s;

3.1.28. “emissioni specifiche”, le emissioni massiche espresse in g/kWh;

3.1.29. “ciclo di prova”, una sequenza di punti di prova aventi ciascuno un regime e una coppia definiti da far seguire al motore in condizioni operative stazionarie (WHSC) o transitorie (WHTC);

3.1.30. “tempo di trasformazione”, il tempo che intercorre tra la variazione del componente da misurare nel punto di riferimento e il raggiungimento di una risposta del sistema equivalente al 50 per cento del valore finale indicato (t 50), definendo come punto di riferimento la sonda di campionamento. Il tempo di trasformazione è utilizzato per l'allineamento dei segnali di diversi strumenti di misura;

3.1.31. “ciclo di prova transitorio”, un ciclo di prova con una sequenza di valori di regime e coppia normalizzati che variano in modo relativamente rapido nel tempo (WHTC);

3.1.32. “vita utile”, la percorrenza e/o il tempo per cui deve essere assicurata la conformità ai limiti di emissione di gas e particolato applicabili;

3.1.33. “risposta di azzeramento”, risposta media ad un gas di azzeramento per un intervallo di tempo di 30 s.

3.2. Simboli generali

Simbolo Unità Termine a 1 — Coefficiente angolare della regressione a 0 — Intercetta su y della regressione A/F st — Rapporto stechiometrico aria/carburante c ppm/percentuale vol. Concentrazione c d ppm/percentuale vol. Concentrazione su secco c w ppm/percentuale vol. Concentrazione su umido cb ppm/percentuale vol. Concentrazione di fondo C d — Coefficiente di efflusso dell'SSV c gas ppm/percentuale vol. Concentrazione sui componenti gassosi d m Diametro d V m Diametro di gola del tubo Venturi D 0 m3/s Intercetta della taratura della PDP D — Fattore di diluizione Δt s Intervallo di tempo e gas g/kWh Emissione specifica di componenti gassosi e PM g/kWh Emissione specifica di particolato e r g/kWh Emissione specifica durante la rigenerazione e w g/kWh Emissione specifica ponderata E CO2 percentuale Estinzione causata dal CO2 nell'analizzatore di NOx E E percentuale Efficienza riferita all'etano E H2O percentuale Estinzione causata dall'acqua nell'analizzatore di NOx E M percentuale Efficienza riferita al metano E NOx percentuale Efficienza del convertitore di NOx f Hz Frequenza di campionamento dei dati f a — Fattore atmosferico del laboratorio F s — Fattore stechiometrico H a g/kg Umidità assoluta dell'aria di aspirazione H d g/kg Umidità assoluta del diluente i — Pedice indicante una misurazione istantanea (ad esempio 1 Hz) k c — Fattore specifico per il carbonio k f,d m3/kg carburante Volume addizionale di scarico secco della combustione k f,w m3/kg carburante Volume addizionale di scarico umido della combustione k h,D — Fattore di correzione del valore di NOx in funzione dell'umidità per motori ad accensione spontanea k h,G — Fattore di correzione del valore di NOx in funzione dell'umidità per motori ad accensione comandata k r,u — Fattore di aggiustamento della rigenerazione verso l'alto k r,d — Fattore di aggiustamento della rigenerazione verso il basso k w,a — Fattore di correzione da secco a umido per l'aria di aspirazione k w,d — Fattore di correzione da secco a umido per il diluente k w,e — Fattore di correzione da secco a umido per il gas di scarico diluito k w,r — Fattore di correzione da secco a umido per il gas di scarico grezzo K V — Funzione di taratura della CFV λ — Rapporto di eccesso d'aria m b mg Massa del campione di particolato raccolto dal diluente m d kg Massa del campione di diluente passato attraverso i filtri di campionamento del particolato m ed kg Massa totale del gas di scarico diluito nell'arco del ciclo m edf kg Massa del gas di scarico diluito equivalente nell'arco del ciclo di prova m ew kg Massa totale del gas di scarico nell'arco del ciclo m gas g Massa delle emissioni gassose nell'arco del ciclo di prova m f mg Massa dei filtri di campionamento del particolato m p mg Massa del campione di particolato raccolto m PM g Massa delle emissioni di particolato nell'arco del ciclo di prova m se kg Massa del campione di gas di scarico nell'arco del ciclo di prova m sed kg Massa del gas di scarico diluito che passa attraverso il tunnel di diluizione m sep kg Massa del gas di scarico diluito che passa attraverso i filtri di raccolta del particolato m ssd kg Massa del diluente secondario M Nm norm. M a g/mol Massa molare dell'aria di aspirazione M d g/mol Massa molecolare del diluente M e g/mol Massa molare del gas di scarico M f Nm Coppia assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da installare M gas g/mol Massa molare dei componenti gassosi M r Nm Coppia assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da rimuovere n — Numero di misurazioni nr — Numero di misurazioni con la rigenerazione n min–1 Regime di rotazione del motore n hi min–1 Regime alto del motore n lo min–1 Regime basso del motore n pref min–1 Regime preferito del motore n p r/s Regime della pompa PDP p a kPa Pressione di vapore di saturazione dell'aria di aspirazione del motore p b kPa Pressione atmosferica totale p d kPa Pressione di vapore di saturazione del diluente P f kW Potenza assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da installare p p kPa Pressione assoluta p r kW Pressione del vapore acqueo dopo il bagno di raffreddamento p s kPa Pressione atmosferica a secco P kW Potenza P r kW Potenza assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da rimuovere q mad kg/s Portata massica di aria di aspirazione su secco q maw kg/s Portata massica di aria di aspirazione su umido q mCe kg/s Portata massica di carbonio nel gas di scarico grezzo q mCf kg/s Portata massica di carbonio in ingresso nel motore q mCp kg/s Portata massica di carbonio nel sistema di diluizione a flusso parziale q mdew kg/s Portata massica di gas di scarico diluito su umido q mdw kg/s Portata massica del diluente su umido q medf kg/s Portata massica di gas di scarico diluito equivalente su umido q mew kg/s Portata massica di gas di scarico su umido q mex kg/s Portata massica di campione estratto dal tunnel di diluizione q mf kg/s Portata massica di carburante q mp kg/s Flusso del campione di gas di scarico in ingresso nel sistema di diluizione a flusso parziale q vCVS m3/s Portata volumica del CVS q vs dm3/min Portata del sistema dell'analizzatore di gas di scarico q vt cm3/min Portata del gas tracciante r2 — Coefficiente di determinazione r d — Rapporto di diluizione r D — Rapporto tra diametri dell'SSV r h — Fattore di risposta agli idrocarburi del FID r m — Fattore di risposta al metanolo del FID r p — Rapporto tra pressioni dell'SSV r s — Rapporto medio di campionamento ρ kg/m3 Densità ρ e kg/m3 Densità del gas di scarico σ — Deviazione standard s Deviazione standard T K Temperatura assoluta T a K Temperatura assoluta dell'aria di aspirazione t s Tempo t 10 s Intervallo di tempo tra un segnale di ingresso a gradino e il 10 per cento valore finale indicato t 50 s Intervallo di tempo tra un segnale di ingresso a gradino e il 50 per cento valore finale indicato t 90 s Intervallo di tempo tra un segnale di ingresso a gradino e il 90 per cento valore finale indicato u — Rapporto tra le densità (o masse molari) dei componenti del gas e del gas di scarico diviso per 1 000 V 0 m3/r Volume di gas pompato per giro della PDP V s dm3 Volume del sistema del banco di analisi W act kWh Lavoro prodotto nel ciclo effettivo per il ciclo di prova W ref kWh Lavoro prodotto nel ciclo di riferimento per il ciclo di prova X 0 m3/r Funzione di taratura della PDP

3.3. Simboli e abbreviazioni relativi alla composizione del carburante

w ALF tenore di idrogeno nel carburante, percentuale in massa w BET tenore di carbonio nel carburante, percentuale in massa w GAM tenore di zolfo nel carburante, percentuale in massa w DEL tenore di azoto nel carburante, percentuale in massa w EPS tenore di ossigeno nel carburante, percentuale in massa α rapporto molare dell'idrogeno (H/C) γ rapporto molare dello zolfo (S/C) δ rapporto molare dell'azoto (N/C) ε rapporto molare dell'ossigeno (O/C)

riferiti a un carburante CH α O ε N δ S γ

3.4. Simboli e abbreviazioni relativi ai componenti chimici

C1 Idrocarburo carbonio 1 equivalente CH4 Metano C2H6 Etano C3H8 Propano CO Monossido di carbonio CO2 Biossido di carbonio DOP Diottilftalato HC Idrocarburi H2O Acqua NMHC Idrocarburi non metanici NOx Ossidi di azoto NO Ossido nitrico NO2 Biossido di azoto PM Particolato

3.5. Abbreviazioni

CFV Tubo Venturi a flusso critico CLD Rivelatore a chemiluminescenza CVS Campionamento a volume costante deNOx Sistema di post-trattamento degli NOx EGR Ricircolo dei gas di scarico FID Rivelatore a ionizzazione di fiamma GC Gascromatografo HCLD Rivelatore a chemiluminescenza riscaldato HFID Rivelatore a ionizzazione di fiamma riscaldato LPG Gas di petrolio liquefatto NDIR Analizzatore a infrarossi non dispersivo NG Gas naturale NMC Dispositivo di eliminazione (cutter) degli idrocarburi non metanici PDP Pompa volumetrica % FS Percentuale rispetto al fondo scala PFS Sistema a flusso parziale SSV Tubo Venturi subsonico VGT Turbina a geometria variabile

4. PRESCRIZIONI GENERALI

Il sistema motore deve essere progettato, costruito e montato in modo che, in condizioni di impiego normali, il motore sia conforme alle prescrizioni del presente allegato durante la sua vita utile, definita nel presente regolamento.

5. PRESCRIZIONI RELATIVE ALLE PRESTAZIONI

5.1. Emissione di inquinanti gassosi e di particolato

Le emissioni di inquinanti gassosi e di particolato prodotte dal motore devono essere determinate con i cicli di prova WHTC e WHSC descritti al paragrafo 7. I sistemi di misura devono soddisfare i requisiti di linearità del paragrafo 9.2 nonché le prescrizioni dei paragrafi 9.3 (misurazione delle emissioni gassose) e 9.4 (misurazione del particolato) e dell'appendice 3.

L'autorità di omologazione può approvare altri sistemi o analizzatori se constata che questi danno risultati equivalenti conformemente al paragrafo 5.1.1.

5.1.1. Equivalenza

La determinazione dell'equivalenza dei sistemi si effettua sulla base di uno studio di correlazione tra il sistema considerato e uno dei sistemi del presente allegato; lo studio si esegue su almeno 7 coppie di campioni.

Con il termine “risultati” s'intende il valore ponderato delle emissioni per il ciclo specifico. Le prove di verifica della correlazione devono essere eseguite presso lo stesso laboratorio, nella stessa cella di prova, sullo stesso motore e di preferenza in parallelo. L'equivalenza delle medie delle coppie di campioni è determinata mediante i dati statistici delle prove F e t, come descritto nell'appendice 4, paragrafo A.4.3, ottenuti con le condizioni di laboratorio, la cella di prova e il motore descritti sopra. I valori fuori linea devono essere determinati conformemente alla norma ISO 5725 ed esclusi dalla base di dati. I sistemi da utilizzare per le prove di correlazione sono soggetti all'approvazione dell'autorità di omologazione.

5.2. Famiglia di motori

5.2.1. Principi generali

Una famiglia di motori è caratterizzata da parametri di progettazione comuni a tutti i motori della famiglia. I costruttori di motori possono decidere quali motori appartengano a una famiglia di motori, purché siano rispettati i criteri di appartenenza elencati al paragrafo 5.2.3. La famiglia di motori deve essere approvata dall'autorità di omologazione. Il costruttore deve fornire all'autorità di omologazione i dati utili riguardanti i livelli di emissioni dei componenti della famiglia di motori.

5.2.2. Casi particolari

In alcuni casi si possono avere interazioni fra i parametri. Affinché nella stessa famiglia di motori siano inclusi solo motori con caratteristiche di emissione allo scarico simili, occorre tenere conto anche di queste interazioni. Questi casi devono essere individuati dal costruttore e notificati all'autorità di omologazione e di essi occorre tener conto come criterio per la creazione di una nuova famiglia di motori.

I dispositivi o elementi non elencati nel paragrafo 5.2.3, ma tali da incidere notevolmente sul livello di emissioni devono essere individuati dal costruttore in base a criteri di buona pratica ingegneristica e notificati all'autorità di omologazione e di essi occorre tener conto come criterio per la creazione di una nuova famiglia di motori.

Oltre ai parametri di cui al paragrafo 5.2.3, il costruttore può introdurre altri criteri che permettano la definizione di famiglie di dimensioni più limitate. Tali criteri non sono necessariamente costituiti da parametri che incidono sul livello di emissioni.

5.2.3. Parametri che definiscono la famiglia di motori

5.2.3.1. Ciclo di combustione:

a) ciclo a 2 tempi

b) ciclo a 4 tempi

c) motore rotativo

d) altri

5.2.3.2. Configurazione dei cilindri

5.2.3.2.1. Posizione dei cilindri nel blocco cilindri

a) V

b) in linea

c) radiale

d) altro (a F, a W, ecc.)

5.2.3.2.2. Posizione relativa dei cilindri

I motori con lo stesso blocco possono appartenere alla stessa famiglia a condizione che l'interasse dei cilindri sia lo stesso.

5.2.3.3. Fluido di raffreddamento principale

a) aria

b) acqua

c) olio

5.2.3.4. Cilindrata unitaria

5.2.3.4.1. Motori con cilindrata unitaria ≥ 0,75 dm3

Affinché motori con cilindrata unitaria ≥ 0,75 dm3 siano considerati appartenenti alla stessa famiglia di motori, la differenza tra le relative cilindrate unitarie non deve essere superiore al 15 per cento della cilindrata unitaria massima della famiglia.

5.2.3.4.2. Motori con cilindrata unitaria < 0,75 dm3

Affinché motori con cilindrata unitaria < 0,75 dm3 siano considerati appartenenti alla stessa famiglia di motori, la differenza tra le relative cilindrate unitarie non deve essere superiore al 30 per cento della cilindrata unitaria massima della famiglia.

5.2.3.4.3. Motore con altri limiti legati alla cilindrata unitaria

I motori con cilindrata unitaria rispettivamente superiore e inferiore ai limiti definiti ai paragrafi 5.2.3.4.1 e 5.2.3.4.2 possono essere considerati appartenenti alla stessa famiglia di motori purché vi sia l'approvazione dell'autorità di omologazione. L'approvazione deve fondarsi su elementi tecnici (calcoli, simulazioni, risultati di prova ecc.) che indichino che il superameno dei limiti non incide in maniera significativa sulle emissioni allo scarico.

5.2.3.5. Metodo di aspirazione dell'aria

a) aspirazione naturale

b) con sovralimentazione

c) con sovralimentazione e dispositivo di raffreddamento dell'aria di sovralimentazione

5.2.3.6. Tipo di carburante

a) Olio diesel

b) gas naturale (GN)

c) gas di petrolio liquefatto (GPL)

d) Etanolo

5.2.3.7. Tipo di camera di combustione

a) camera aperta

b) camera divisa

c) altri tipi

5.2.3.8. Tipo di accensione

a) accensione comandata

b) Accensione spontanea

5.2.3.9. Valvole e luci

a) configurazione

b) numero di valvole per cilindro

5.2.3.10. Tipo di alimentazione del carburante

a) tipo di alimentazione del carburante liquido i) pompa e condotto (ad alta pressione) e iniettore ii) pompa in linea o pompa a distributore iii) pompa unitaria o iniettore unitario iv) common rail v) carburatore vi) altri

b) tipo di alimentazione del carburante gassoso i) gassosa ii) liquida iii) unità di miscelazione iv) altri

c) altri tipi

5.2.3.11. Dispositivi vari

a) ricircolo dei gas di scarico (EGR)

b) iniezione d'acqua

c) iniezione di aria

d) altri

5.2.3.12. Strategia di controllo elettronico

La presenza o l'assenza di un'unità elettronica di controllo (ECU) è considerata un parametro fondamentale della famiglia.

Nel caso di motori a controllo elettronico, il costruttore presenta gli elementi tecnici che giustificano il raggruppamento di tali motori nella stessa famiglia, vale a dire i motivi in base a cui è lecito ritenere che tali motori rispettino gli stessi requisiti relativi alle emissioni.

Detti elementi possono essere calcoli, simulazioni, stime, descrizione dei parametri di iniezione, risultati di prova ecc.

Sono esempi di elementi controllati:

a) fasatura

b) pressione di iniezione

c) iniezioni multiple

d) pressione di sovralimentazione

e) VGT

f) EGR

5.2.3.13. Sistemi di post-trattamento del gas di scarico

La presenza dei seguenti dispositivi, singolarmente o in combinazione, è considerata un criterio per l'appartenenza di un motore a una famiglia:

a) catalizzatore di ossidazione

b) catalizzatore a tre vie

c) sistema deNOx con riduzione selettiva degli NOx (aggiunta di agente riducente)

d) altri sistemi deNOx

e) trappola per particolato a rigenerazione passiva

f) trappola per particolato a rigenerazione attiva

g) altre trappole per particolato

h) altri dispositivi

Se un motore è stato omologato senza sistema di post-trattamento come motore capostipite o come componente della famiglia, lo stesso motore, una volta equipaggiato di catalizzatore di ossidazione, può essere inserito nella stessa famiglia di motori purché non richieda l'uso di un carburante con caratteristiche diverse.

Se il motore richiede l'uso di un carburante con caratteristiche specifiche (ad esempio se è dotato di una trappola per particolato che richiede la presenza di speciali additivi nel carburante per effettuare la rigenerazione), la decisione di inserirlo nella stessa famiglia deve fondarsi sugli elementi tecnici forniti dal costruttore. Tali elementi devono indicare che il livello di emissioni previsto del motore equipaggiato corrisponde al valore limite relativo al motore non equipaggiato.

Se un motore è stato omologato con un sistema di post-trattamento come motore capostipite o come componente di una famiglia il cui motore capostipite è equipaggiato con lo stesso sistema di post-trattamento, lo stesso motore non munito di sistema di post-trattamento non va inserito nella stessa famiglia di motori.

5.2.4. Scelta del motore capostipite

5.2.4.1. Motori ad accensione spontanea

Una volta che la famiglia di motori è stata approvata dall'autorità di omologazione, il motore capostipite della famiglia deve essere scelto in base al criterio principale della quantità massima di carburante erogata per ogni corsa al regime dichiarato di coppia massima. Nel caso in cui due o più motori condividano questo criterio principale, il motore capostipite deve essere scelto in base al criterio secondario della quantità massima di carburante erogata per ogni corsa al regime nominale.

5.2.4.2. Motori ad accensione comandata

Una volta che la famiglia di motori è stata approvata dall'autorità di omologazione, il motore capostipite della famiglia deve essere scelto in base al criterio principale della cilindrata massima. Nel caso in cui due o più motori condividano questo criterio principale, il motore capostipite deve essere scelto utilizzando i criteri secondari nel seguente ordine di priorità:

a) quantità più elevata di carburante erogata per ogni corsa al regime di potenza nominale dichiarato;

b) fasatura di accensione più avanzata;

c) livello più basso di EGR.

5.2.4.3. Note sulla scelta del motore capostipite

L'autorità di omologazione può ritenere che il caso peggiore per quanto riguarda il livello delle emissioni di una famiglia possa essere caratterizzato meglio sottoponendo a prova ulteriori motori. In questo caso, il costruttore del motore deve presentare le informazioni del caso per stabilire quali motori della famiglia hanno presumibilmente il livello di emissioni più elevato.

Se la famiglia comprende motori che presentano altre caratteristiche che probabilmente incidono sulle emissioni allo scarico, anche queste caratteristiche devono essere identificate e considerate nella scelta del motore capostipite.

Se la famiglia comprende motori che presentano gli stessi valori di emissioni per periodi di vita utile diversi, occorre tenerne conto nella scelta del motore capostipite.

6. CONDIZIONI DI PROVA

6.1. Condizioni di prova in laboratorio

Misurare la temperatura assoluta (T a) dell'aria di alimentazione del motore espressa in Kelvin e la pressione atmosferica riferita al secco (p s), espressa in kPa e determinare il parametro f a come segue: in motori multicilindrici con gruppi di collettori di aspirazione distinti, come nel caso dei motori a “V”, è ammessa la misurazione della temperatura media dei gruppi distinti. Il parametro f a deve essere riportato con i risultati di prova. Per una miglior ripetibilità e riproducibilità dei risultati di prova, si raccomanda che il parametro f a sia tale che: 0,93 ≤ f a ≤ 1,07.

a) Motori ad accensione spontanea: Motori ad aspirazione naturale e con sovralimentatore meccanico: (1) Motori turbocompressi, con o senza raffreddamento dell'aria aspirata: (2)

b) Motori ad accensione comandata: (3)

6.2. Motori con raffreddamento dell'aria di sovralimentazione

Si registra la temperatura dell'aria di alimentazione che, al regime nominale e a pieno carico, deve coincidere con un'approssimazione di ± 5 K con la temperatura massima dell'aria di alimentazione specificata dal costruttore. La temperatura del fluido di raffreddamento non deve essere inferiore a 293 K (20 °C).

Se si usa un impianto di condizionamento dell'aria di alimentazione proprio del laboratorio o un ventilatore esterno, la portata del refrigerante, al regime nominale e a pieno carico, deve essere regolata in modo da raggiungere una temperatura dell'aria di alimentazione entro ± 5 K dalla temperatura massima dell'aria di sovralimentazione specificata dal costruttore. La temperatura e la portata del refrigerante del dispositivo di raffreddamento dell'aria di sovralimentazione alla regolazione suddetta non devono essere modificate per tutta la durata del ciclo di prova, tranne nel caso in cui esse determinino un raffreddamento eccessivo e non rappresentativo dell'aria di sovralimentazione. Il volume del dispositivo di raffreddamento dell'aria di sovralimentazione si basa sulla buona pratica ingegneristica ed è rappresentativo dell'installazione del motore nelle condizioni di impiego. L'impianto di condizionamento dell'aria di alimentazione del laboratorio deve essere progettato in modo da ridurre al minimo l'accumulo di condensa. La condensa accumulata deve essere drenata e tutte le condotte di drenaggio devono essere chiuse ermeticamente prima delle prove relative alle emissioni.

Se il costruttore del motore specifica i limiti di perdita di pressione dell'aria di sovralimentazione che attraversa il sistema di raffreddamento, è necessario garantire che la perdita di pressione dell'aria di sovralimentazione che attraversa il sistema di raffreddamento alle condizioni del motore specificate dal costruttore rientri in tali limiti indicati dal costruttore. La perdita di pressione va misurata nei punti specificati dal costruttore.

6.3. Potenza del motore

La base per la misurazione delle emissioni specifiche è la potenza del motore e il lavoro prodotto nel ciclo determinati in conformità ai paragrafi da 6.3.1 a 6.3.5.

6.3.1. Informazioni generali riguardanti l'installazione del motore

Il motore è sottoposto a prova con i dispositivi ausiliari/le apparecchiature elencati nell'appendice 7.

Se i dispositivi ausiliari/le apparecchiature non sono installati come richiesto, la loro potenza è considerata in conformità ai paragrafi da 6.3.2 a 6.3.5.

6.3.2. Dispositivi ausiliari/apparecchiature da installare per le prove relative alle emissioni.

Qualora non fosse possibile installare sul banco di prova i dispositivi ausiliari/le apparecchiature richiesti in conformità all'appendice 7, la potenza da essi assorbita va determinata e sottratta dalla potenza (di riferimento ed effettiva) del motore misurata sull'intero intervallo di velocità del motore del WHTC e sui regimi di prova del WHSC.

6.3.3. Dispositivi ausiliari/apparecchiature da rimuovere per la prova

Qualora fosse impossibile rimuovere i dispositivi ausiliari/le apparecchiature non richiesti in conformità all'appendice 7, la potenza da essi assorbita può essere determinata e aggiunta alla potenza (di riferimento ed effettiva) del motore misurata sull'intero intervallo di velocità del motore del WHTC e sui regimi di prova del WHSC. Se tale valore è superiore al 3 per cento della potenza massima alla velocità di prova, è necessario dimostrarlo all'autorità di omologazione.

6.3.4. Determinazione della potenza ausiliaria

La potenza assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature deve essere determinata solo se:

a) i dispositivi ausiliari/le apparecchiature richiesti in conformità all'appendice 7 non sono montati sul motore; e/o

b) i dispositivi ausiliari/le apparecchiature non richiesti in conformità all'appendice 7 sono montati sul motore.

La potenza ausiliaria e il metodo di misurazione/calcolo usato per determinarla devono essere forniti dal costruttore del motore per tutta la zona di funzionamento dei cicli di prova e devono essere approvati dall'autorità di omologazione.

6.3.5. Ciclo di lavoro del motore

Il calcolo del ciclo di lavoro di riferimento ed effettivo (cfr. i paragrafi 7.4.8 e 7.8.6) deve basarsi sulla potenza del motore in conformità al paragrafo 6.3.1. In questo caso, P f e P r dell'equazione 4 sono pari a zero e P è uguale a P m.

Se dispositivi ausiliari/apparecchiature sono installati in conformità ai paragrafi 6.3.2 e/o 6.3.3, si deve utilizzare la potenza da essi assorbita per correggere ciascun valore istantaneo di potenza nell'arco del ciclo P m,i come segue:

(4)

in cui:

P m,i è la potenza del motore misurata, in kW, P f,i è la potenza assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da installare, in kW, P r,i è la potenza assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da rimuovere, in kW.

6.4. Sistema di aspirazione aria del motore

Si utilizza un sistema di aspirazione aria del motore o un sistema del laboratorio di prova che presenti una restrizione dell'aspirazione d'aria coincidente con un'approssimazione di ± 300 Pa con il valore massimo specificato dal costruttore per un depuratore per aria pulita al regime nominale e a pieno carico. La pressione differenziale statica della restrizione va misurata nella posizione specificata dal costruttore.

6.5. Sistema di scarico del motore

Si utilizza un sistema di scarico del motore o un sistema del laboratorio di prova che presenti una contropressione allo scarico compresa tra l'80 e il 100 per cento del valore massimo specificato dal costruttore al regime nominale e a pieno carico. Se la restrizione massima è uguale o inferiore a 5 kPa, il punto di regolazione deve situarsi ad almeno 1,0 kPa dal massimo. Il sistema di scarico deve essere conforme alle prescrizioni relative al campionamento dei gas di scarico di cui ai paragrafi 9.3.10 e 9.3.11.

6.6. Motore con sistema di post-trattamento del gas di scarico

Se il motore è provvisto di un sistema di post-trattamento del gas di scarico, il condotto di scarico deve avere lo stesso diametro del condotto effettivamente utilizzato per il motore o il diametro specificato dal costruttore su una lunghezza pari ad almeno 4 diametri del condotto a monte della sezione di espansione che contiene il dispositivo post-trattamento. La distanza dalla flangia del collettore di scarico o dall'uscita del turbocompressore al sistema di post-trattamento del gas di scarico deve essere uguale alla distanza utilizzata nella configurazione del veicolo o compresa entro i limiti indicati dal costruttore. La contropressione o limitazione allo scarico deve rispettare gli stessi criteri di cui sopra e può essere regolata con una valvola. Per i dispositivi di post-trattamento a restrizione variabile, la restrizione massima allo scarico è definita alle condizioni di post-trattamento (livello di rodaggio/invecchiamento e di rigenerazione/ostruzione) specificate dal costruttore. Se la restrizione massima è uguale o inferiore a 5 kPa, il punto di regolazione deve situarsi ad almeno 1,0 kPa dal massimo. Il contenitore del dispositivo di post-trattamento può essere rimosso durante le prove preparatorie e durante la mappatura del motore e sostituito con un contenitore equivalente avente un supporto catalizzatore inattivo.

Le emissioni misurate nel ciclo di prova devono essere rappresentative delle emissioni in condizioni reali di utilizzo. Nel caso di un motore dotato di un sistema di post-trattamento del gas di scarico che richiede l'uso di un reagente, il reagente usato per tutte le prove deve essere dichiarato dal costruttore.

I motori muniti di sistemi di post-trattamento del gas di scarico a rigenerazione continua non richiedono una procedura di prova speciale, ma il processo di rigenerazione deve essere dimostrato in conformità al paragrafo 6.6.1.

Per i motori muniti di sistema di post-trattamento del gas di scarico a rigenerazione periodica, come descritto al paragrafo 6.6.2, i risultati delle emissioni devono essere adeguati per tener conto delle rigenerazioni. In questo caso, l'emissione media dipende dalla frequenza dell'evento di rigenerazione, espressa come frazione della durata delle prove in cui si produce la rigenerazione.

6.6.1. Rigenerazione continua

Le emissioni si misurano in un sistema di post-trattamento stabilizzato in modo da produrre un comportamento di emissione ripetibile. Il processo di rigenerazione si deve verificare almeno una volta durante la prova WHTC con avviamento a caldo e il costruttore deve dichiarare le condizioni normali in cui avviene la rigenerazione (carico di particolato carbonioso, temperatura, contropressione allo scarico, ecc.).

Per dimostrare che il processo di rigenerazione è continuo, devono essere effettuate almeno tre prove con avviamento a caldo. Ai fini di tale dimostrazione, il motore deve essere riscaldato in conformità al paragrafo 7.4.1, il motore deve essere stabilizzato in conformità al paragrafo 7.6.3 e si deve effettuare la prima prova WHTC con avviamento a caldo. Le successive prove con avviamento a caldo devono iniziare dopo la stabilizzazione in conformità al paragrafo 7.6.3. Durante le prove si devono registrare le temperature e le pressioni allo scarico (temperatura a monte e a valle del sistema di post-trattamento, contropressione allo scarico, ecc.).

Il sistema di post-trattamento è considerato del tipo a rigenerazione continua se le condizioni dichiarate dal costruttore si verificano nel corso delle prove e i risultati delle tre (o più) prove WHTC con avviamento a caldo non mostrano una dispersione superiore al valore maggiore tra ± 25 per cento o 0,005 g/kWh e si applicano le prescrizioni generali relative alle prove di cui al paragrafo 7.6 (WHTC) e al paragrafo 7.7 (WHSC).

Se il sistema di post-trattamento del gas di scarico prevede una modalità di sicurezza che passa alla modalità di rigenerazione periodica, esso deve essere controllato conformemente al paragrafo 6.6.2. In questo caso specifico, i limiti di emissione applicabili possono essere superati e non devono essere ponderati.

6.6.2. Rigenerazione periodica

Per i sistemi di post-trattamento del gas di scarico basati su un processo di rigenerazione periodica, le emissioni si misurano in almeno tre prove WHTC con avviamento a caldo, una con e due senza un evento di rigenerazione, su un sistema di post-trattamento stabilizzato, e si ponderano i risultati secondo l'equazione 5.

Il processo di rigenerazione deve verificarsi almeno una volta durante la prova WHTC con avviamento a caldo. Il motore può essere dotato di un interruttore capace di impedire o consentire il processo di rigenerazione, a condizione che tale operazione non abbia alcun effetto sulla taratura originale del motore.

Il costruttore dichiara le condizioni normali in cui avviene il processo di rigenerazione (carico di particolato carbonioso, temperatura, contropressione allo scarico, ecc.) e la durata dello stesso. Inoltre, fornisce la frequenza dell'evento di rigenerazione in termini di numero di prove in cui si produce la rigenerazione rispetto al numero di prove in cui non si produce. La procedura esatta per determinare tale frequenza si basa su dati durante l'uso e su criteri di buona prassi ingegneristica ed è approvata dall'autorità di omologazione.

Il costruttore fornisce un sistema di post-trattamento con un carico tale da determinare l'innesco della rigenerazione durante la prova WHTC. Ai fini dell'esecuzione di tali prove, il motore è riscaldato in conformità al paragrafo 7.4.1, è stabilizzato in conformità al paragrafo 7.6.3 e si inizia la prova WHTC con avviamento a caldo. La rigenerazione non deve verificarsi durante la fase di riscaldamento del motore.

Le emissioni medie specifiche tra fasi di rigenerazione si determinano in base alla media aritmetica dei risultati di diverse prove WHTC con avviamento a caldo approssimativamente equidistanti (g/kWh). Almeno una prova WHTC con avviamento a caldo deve essere effettuata quanto meno tempo possibile prima della prova di rigenerazione e una prova WHTC con avviamento a caldo deve essere effettuata subito dopo la prova di rigenerazione. In alternativa il costruttore può fornire dati che dimostrano che le emissioni rimangono costanti (il valore maggiore tra ±25 per cento o 0,005 g/kWh) nel periodo tra le fasi di rigenerazione. In tal caso possono essere utilizzate le emissioni di una sola prova WHTC con avviamento a caldo.

Durante la prova di rigenerazione si registrano tutti i dati necessari ad individuare la rigenerazione (emissioni CO o NOx, temperatura a monte e a valle del sistema di post-trattamento, contropressione allo scarico, ecc.).

Durante la prova di rigenerazione i limiti di emissione applicabili possono essere superati.

La procedura di prova è illustrata schematicamente nella figura 2.

Le emissioni WHTC con avviamento a caldo devono essere ponderate nel modo seguente:

(5)

in cui:

n è il numero di prove WHTC con avviamento a caldo senza rigenerazione nr è il numero di prove WHTC con avviamento a caldo con rigenerazione (almeno una prova) è l'emissione specifica media senza rigenerazione, g/kWh è l'emissione specifica media con rigenerazione, g/kWh

Per la determinazione di , si applicano le seguenti disposizioni:

a) Se per la rigenerazione occorre più di una prova WHTC con avviamento a caldo, eseguire prove WHTC con avviamento a caldo complete consecutive, continuare a misurare le emissioni senza stabilizzazione e senza spegnere il motore fino a rigenerazione avvenuta e calcolare la media delle prove WHTC con avviamento a caldo.

b) Se la rigenerazione è completata durante una delle prove WHTC con avviamento a caldo, portare a termine la prova.

Con il consenso dell'autorità di omologazione, è possibile applicare i fattori di aggiustamento della rigenerazione moltiplicativi c) o additivi d) in base a una valida analisi tecnica.

c) I fattori di aggiustamento moltiplicativi si calcolano nel modo seguente: (verso l'alto) (6) (verso il basso) (6a)

d) I fattori di aggiustamento additivi si calcolano nel modo seguente: (verso l'alto) (7) (verso il basso) (8)

Relativamente ai calcoli delle emissioni specifiche di cui al paragrafo 8.6.3, i fattori di aggiustamento della rigenerazione si applicano come segue:

e) per una prova senza rigenerazione, k r,u va moltiplicato o aggiunto, rispettivamente, all'emissione specifica e nelle equazioni 69 o 70,

f) per una prova con rigenerazione, k r,d va moltiplicato a o sottratto da, rispettivamente, l'emissione specifica e nelle equazioni 69 o 70.

A richiesta del costruttore, i fattori di aggiustamento della rigenerazione:

g) si possono applicare ad altri componenti della stessa famiglia di motori,

h) si possono applicare ad altre famiglie di motori che utilizzano lo stesso sistema di post-trattamento, previa approvazione dell'autorità di omologazione concessa sulla base di dati tecnici oggettivi forniti dal costruttore che dimostrino che le emissioni sono simili.

6.7. Sistema di raffreddamento

Utilizzare un sistema di raffreddamento del motore avente una capacità sufficiente a mantenere il motore alle temperature di funzionamento normali prescritte dal costruttore.

6.8. Olio lubrificante

L'olio lubrificante deve avere le caratteristiche tecniche specificate dal costruttore e deve essere rappresentativo dell'olio lubrificante disponibile sul mercato; le caratteristiche tecniche dell'olio lubrificante usato per la prova devono essere registrate e presentate con i risultati della prova.

6.9. Caratteristiche tecniche del carburante di riferimento

Le caratteristiche tecniche del carburante di riferimento sono indicate nell'appendice 2 del presente allegato per i motori ad accensione spontanea e negli allegati 6 e 7 per i motori alimentati a GNC e GPL.

La temperatura del carburante deve essere quella indicata nelle raccomandazioni del costruttore.

6.10. Emissioni del basamento

Non è consentito scaricare direttamente nell'atmosfera le emissioni del carter, con la seguente eccezione: i motori muniti di turbocompressori, pompe, compressori o supercompressori per l'aspirazione dell'aria possono scaricare le emissioni del carter nell'atmosfera, se tali emissioni sono aggiunte alle emissioni di gas di scarico (fisicamente o matematicamente) durante tutte le prove riguardanti le emissioni. I costruttori che sfruttano questa possibilità devono installare i motori in modo che tutte le emissioni del basamento possano essere incanalate nel sistema di campionamento delle emissioni.

Ai fini del presente paragrafo, le emissioni del basamento che sono sempre incanalate nello scarico a monte del post-trattamento del gas di scarico durante il funzionamento non sono considerate come se fossero scaricate direttamente nell'atmosfera.

Per misurare le emissioni, le emissioni del basamento aperto vanno incanalate nel sistema di scarico come segue:

a) i materiali delle tubature devono essere a pareti lisce, elettroconduttori e non devono reagire con le emissioni del basamento. La lunghezza dei tubi deve essere il più possibile ridotta;

b) il numero di curve delle tubature del basamento del laboratorio deve essere ridotto al minimo e il raggio delle curve inevitabili deve essere il più ampio possibile;

c) le tubature di scarico del basamento del laboratorio devono essere riscaldate, a parete sottile o isolate e devono soddisfare le specifiche del costruttore del motore riguardanti la contropressione del basamento;

d) le tubature di scarico del basamento devono collegarsi al gas di scarico grezzo a valle del sistema di post-trattamento, a valle delle restrizioni dei gas di scarico installate e sufficientemente a monte delle sonde campione per garantire una miscelazione completa con il gas di scarico del motore prima del campionamento. Il tubo si scarico del basamento deve collegarsi alla corrente di gas di scarico libera per evitare gli effetti dello strato limite e favorire la miscelazione. L'uscita del tubo di scarico del basamento può essere orientata in qualsiasi direzione rispetto al flusso di gas di scarico grezzo.

7. PROCEDURE DI PROVA

7.1. Principi di misura delle emissioni

Per misurare le emissioni specifiche, il motore deve essere fatto funzionare per tutto l'arco dei cicli di prove definiti ai paragrafi 7.2.1 e 7.2.2. Per misurare le emissioni specifiche è necessario determinare la massa dei componenti nello scarico e il corrispondente ciclo di lavoro del motore. I componenti sono determinati con i metodi di campionamento descritti ai paragrafi 7.1.1 e 7.1.2.

7.1.1. Campionamento continuo

Nel campionamento continuo, la concentrazione del componente è misurata in continuo dal gas di scarico grezzo o diluito. Tale concentrazione è moltiplicata per la portata del gas di scarico continuo (grezzo o diluito) nella posizione di campionamento delle emissioni per determinare la portata della massa del componente. L'emissione del componente è sommata in continuo durante tutto il ciclo di prova. Tale somma è la massa totale del componente emesso.

7.1.2. Campionamento per lotti

Nel campionamento per lotti, un campione di gas di scarico grezzo o diluito è estratto in continuo e immagazzinato per essere successivamente misurato. Il campione estratto deve essere proporzionale alla portata del gas di scarico grezzo o diluito. Sono esempi di campionamento per lotti la raccolta di componenti gassosi diluiti in un sacchetto e la raccolta di particolato (PM) su un filtro. Le concentrazioni campionate per lotti sono moltiplicate per la massa o la portata massica totale del gas di scarico (grezzo o diluito) da cui sono state estratte durante il ciclo di prova. Tale prodotto è la massa o la portata massica totale del componente emesso. Per calcolare la concentrazione di particolato, il PM depositato su un filtro dal gas di scarico estratto in modo proporzionale va diviso per la quantità di gas di scarico filtrata.

7.1.3. Procedure di misurazione

Il presente allegato usa due procedure di misurazione equivalenti da un punto di vista funzionale. Per i cicli di prova WHTC e WHSC si possono usare entrambe le procedure:

a) campionamento in continuo dei componenti gassosi nel gas di scarico grezzo e determinazione del particolato mediante un sistema di diluizione a flusso parziale;

b) determinazione dei componenti gassosi e del particolato mediante un sistema di diluizione a flusso pieno (sistema CVS).

È ammessa qualsiasi combinazione dei due principi (ad esempio misurazione del gas di scarico grezzo per le emissioni gassose e misurazione del particolato con un sistema a flusso totale).

7.2. Cicli di prova

7.2.1. Ciclo di prova transitorio WHTC

Il ciclo di prova transitorio WHTC è elencato nell'appendice 1 come una sequenza secondo per secondo di valori di regime e di coppia normalizzati. Per eseguire la prova in una cella di prova per motori, i valori normalizzati sono convertiti in valori effettivi per lo specifico motore sottoposto alla prova, sulla base della curva di mappatura del motore. Tale conversione è definita denormalizzazione e il ciclo di prova sviluppato si definisce ciclo di riferimento del motore da sottoporre alla prova. Con questi valori di riferimento di regime e di coppia si esegue il ciclo nella cella di prova e si registrano i valori effettivi di regime, coppia e potenza. Per convalidare la prova, successivamente al completamento della stessa si esegue un'analisi di regressione fra i valori di riferimento e i valori effettivi di regime, coppia e potenza.

Per il calcolo delle emissioni specifiche al banco, si calcola il lavoro prodotto nel ciclo effettivo integrando la potenza effettiva del motore nell'arco del ciclo. Per la convalida del ciclo, il lavoro prodotto nel ciclo effettivo deve rientrare nei limiti prescritti del lavoro prodotto nel ciclo di riferimento.

Per gli inquinanti gassosi, si possono usare il campionamento continuo (gas di scarico grezzo o diluito) o il campionamento per lotti (gas di scarico diluito). Il campione di particolato deve essere diluito con un diluente condizionato (come l'aria ambiente) e raccolto su un unico filtro adatto allo scopo. Il WHTC è illustrato schematicamente nella figura 3.

7.2.2. Ciclo di prova stazionario con rampe di transizione WHSC

Il ciclo di prova stazionario con rampe di transizione WHSC consiste in una serie di modalità di regime e di carico normalizzate che sono convertite nei valori di riferimento per lo specifico motore sottoposto alla prova, sulla base della curva di mappatura del motore. Il motore deve funzionare per il tempo prescritto in ciascuna modalità, completando le variazioni di regime e di carico in modo lineare nell'arco di 20 + 1 secondo. Per convalidare la prova, successivamente al completamento della stessa si esegue un'analisi di regressione fra i valori di riferimento e i valori effettivi di regime, coppia e potenza.

La concentrazione di ciascun inquinante gassoso, la portata di scarico e la potenza sono determinati in tutto l'arco della prova. Gli inquinanti gassosi possono essere registrati in continuo o campionati in un sacchetto di campionamento. Il campione di particolato deve essere diluito con un diluente condizionato (come l'aria ambiente). Si preleva un unico campione durante l'intera procedura di prova raccogliendolo su un unico filtro adatto allo scopo.

Per il calcolo delle emissioni specifiche al banco, si calcola il lavoro prodotto nel ciclo effettivo integrando la potenza effettiva del motore nell'arco del ciclo.

Il WHSC è illustrato nella tabella 1. Tranne che per la modalità 1, l'inizio di ciascuna modalità è definito come l'inizio della rampa dalla modalità precedente.

Tabella 1

Ciclo di prova WHSC

Modalità Regime normalizzato (per cento) Coppia normalizzata (per cento) Durata modalità (s) compresa transizione di 20 s 1 0 0 210 2 55 100 50 3 55 25 250 4 55 70 75 5 35 100 50 6 25 25 200 7 45 70 75 8 45 25 150 9 55 50 125 10 75 100 50 11 35 50 200 12 35 25 250 13 0 0 210 Somma 1 895

7.3. Sequenza di prova generale

Il seguente diagramma raffigura schematicamente le indicazioni generali da seguire durante la prova. Informazioni particolareggiate sulle singole fasi sono riportate nei paragrafi corrispondenti. Ove opportuno, sono ammessi scostamenti rispetto alle indicazioni fornite, ma i requisiti specifici dei vari paragrafi sono obbligatori.

Per la prova WHTC, la procedura di prova è costituita da una prova con avviamento a freddo effettuata dopo un raffreddamento naturale o forzato del motore, da un periodo di sosta a caldo (hot soak) e da una prova con avviamento a caldo.

Per la prova WHSC, la procedura di prova è costituita da una prova con avviamento a caldo successiva al precondizionamento del motore nella modalità WHSC 9.

7.4. Mappatura del motore e ciclo di riferimento

Prima della procedura di mappatura del motore si effettuano misure preliminari sul motore, controlli preliminari sulle prestazioni del motore e tarature preliminari del sistema, attenendosi alla sequenza generale di prova indicata al paragrafo 7.3.

Come base per la generazione del ciclo di riferimento WHTC e WHSC, mappare il motore in condizioni di funzionamento a pieno carico per determinare la coppia massima in funzione della velocità e le curve di potenza massima in funzione della velocità. La curva di mappatura si usa per denormalizzare la velocità del motore (paragrafo 7.4.6) e la coppia del motore (paragrafo 7.4.7).

7.4.1. Riscaldamento del motore

Il motore viene riscaldato tra il 75 % e il 100 % della sua potenza massima o secondo le raccomandazioni del costruttore e la valida valutazione tecnica. Verso la fine del riscaldamento far funzionare il motore per stabilizzare la temperatura del liquido di raffreddamento e dell'olio lubrificante del motore entro + 2 % dei rispettivi valori medi per almeno 2 minuti o finché il termostato del motore non controlla la temperatura del medesimo.

7.4.2. Determinazione dell'intervallo dei regimi di mappatura

I regimi di mappatura minimo e massimo sono definiti come segue:

regime minimo di mappatura = regime di minimo; regime massimo di mappatura = il valore minore tra n hi × 1,02 o regime al quale la coppia a pieno carico cade a zero.

7.4.3. Curva di mappatura del motore

Quando il motore è stabilizzato in conformità al paragrafo 7.4.1, si effettua la mappatura del motore con la procedura seguente:

a) si toglie il carico al motore e lo si fa funzionare al minimo;

b) si fa funzionare il motore alla velocità di mappatura minima con richiesta massima da parte dell'operatore;

c) si aumenta la velocità del motore ad una media di 8 ± 1 min–1/s dal minimo al massimo regime di mappatura o ad una media costante in modo da impiegare da 4 a 6 minuti per passare dal minimo al massimo regime di mappatura. Si registrano la velocità e la coppia ad una frequenza di campionamento di almeno un punto al secondo.

Quando per determinare i valori negativi della coppia di riferimento si sceglie l'opzione b) del paragrafo 7.4.7, la curva di mappatura può continuare direttamente con una richiesta minima da parte dell'operatore dalla velocità di mappatura massima alla velocità di mappatura minima.

7.4.4. Mappatura alternativa

Se un costruttore ritiene che le tecniche di mappatura di cui sopra non siano sicure o non siano rappresentative di un dato motore, si possono usare tecniche alternative. Tali tecniche di mappatura devono soddisfare la finalità delle procedure di mappatura specificate, cioè determinare la coppia massima disponibile a tutti i regimi del motore raggiunti durante i cicli di prova. Qualsiasi deviazione rispetto alle tecniche di mappatura specificate nel presente paragrafo per motivi di sicurezza o di rappresentatività deve essere approvata dall'autorità di omologazione insieme con la relativa motivazione. Tuttavia, per motori con regolatore o turbocompressore, in nessun caso la curva di coppia deve essere mappata mediante regimi decrescenti del motore.

7.4.5. Ripetizione delle prove

Non è necessario mappare il motore prima di ciascun ciclo di prova. Il motore deve essere rimappato prima del ciclo di prova se:

a) è trascorso un tempo eccessivo da quando è stata determinata l'ultima mappatura, secondo una valutazione tecnica, oppure

b) il motore è stato sottoposto a modifiche fisiche o ritarature che possono influire sulle sue prestazioni.

7.4.6. Denormalizzazione del regime del motore

Per generare i cicli di riferimento è necessario denormalizzare le velocità normalizzate dell'appendice 1 (WHTC) e della tabella 1 (WHSC) utilizzando la seguente equazione:

(9)

Per determinare n pref, si deve calcolare l'integrale della coppia massima da n idle a n 95h dalla curva di mappatura del motore determinata in conformità al paragrafo 7.4.3.

I regimi del motore nelle figure 4 e 5 sono definiti come segue:

n lo è il regime minimo del motore a cui la potenza è il 55 per cento della potenza massima n pref è il regime del motore a cui l'integrale della coppia massima mappata è il 51 per cento dell'integrale totale n hi è il regime massimo del motore a cui la potenza è il 70 per cento della potenza massima n idle è il regime di minimo n 95h è il regime massimo del motore a cui la potenza è il 95 per cento della potenza massima

Per i motori (principalmente i motori ad accensione comandata) con una curva ripida della funzionalità droop del regolatore, in cui il taglio del combustibile non consente di far funzionare il motore fino a n hi o n 95h, si applicano le seguenti disposizioni:

n hi nell'equazione 9 è sostituito da n Pmax × 1,02 n 95h è sostituito da n Pmax × 1,02

7.4.7. Denormalizzazione della coppia del motore

I valori di coppia di cui alla tabella della macchina dinamometrica dell'appendice 1 (WHTC) e alla tabella 1 (WHSC) sono normalizzati alla coppia massima al rispettivo regime. Per generare i cicli di riferimento, i valori di coppia per ciascuno dei valori del regime di riferimento determinati al paragrafo 7.4.6 devono essere denormalizzati utilizzando la curva di mappatura determinata in conformità al paragrafo 7.4.3 come segue:

(10)

in cui:

M norm,i è la coppia normalizzata, in percentuale M max,i è la coppia massima dalla curva di mappatura, in Nm M f,i è la coppia assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da installare, in Nm M r,i è la coppia assorbita dai dispositivi ausiliari/dalle apparecchiature da rimuovere, in Nm

Se i dispositivi ausiliari/le apparecchiature sono montati a norma del paragrafo 6.3.1 e dell'appendice 7, M f e M r sono uguali a zero.

Per i valori di coppia negativi dei punti di trascinamento (m nell'appendice 1), ai fini della generazione del ciclo di riferimento si devono adottare valori di riferimento determinati in uno dei modi seguenti:

a) 40 per cento negativo della coppia positiva disponibile al punto di regime associato;

b) mappatura della coppia negativa richiesta per il trascinamento del motore dal regime di mappatura massimo al regime di mappatura minimo;

c) determinazione della coppia negativa richiesta per il trascinamento del motore al minimo e a n hi e interpolazione lineare tra questi.

7.4.8. Calcolo del lavoro di riferimento prodotto nel ciclo

Il lavoro di riferimento prodotto nel ciclo è determinato durante il ciclo di prova calcolando in modo sincrono i valori istantanei per la potenza del motore dal regime di riferimento e dalla coppia di riferimento, come determinati ai paragrafi 7.4.6 e 7.4.7. I valori istantanei della potenza del motore sono integrati durante il ciclo di prova per calcolare il lavoro di riferimento prodotto nel ciclo W ref (kWh). Se non sono montati dispositivi ausiliari in conformità al paragrafo 6.3.1., i valori istantanei della potenza sono corretti usando l'equazione 4 del paragrafo 6.3.5.

Si usa la stessa metodologia per integrare sia la potenza di riferimento che la potenza effettiva del motore. Se si devono determinare valori compresi tra valori di riferimento adiacenti ovvero fra valori misurati adiacenti, si applica l'interpolazione lineare. Per l'integrazione del lavoro prodotto nel ciclo effettivo, tutti i valori di coppia negativi vengono messi a zero ed inclusi. Se l'integrazione viene eseguita ad una frequenza minore di 5 Hz e se durante un dato intervallo di tempo il valore di coppia si modifica da positivo a negativo o da negativo a positivo, si calcola la porzione negativa e la si mette a zero. La porzione positiva va inclusa nel valore integrato.

7.5. Operazioni preliminari

7.5.1. Installazione dell'apparecchiatura di misurazione

La strumentazione e le sonde di campionamento devono essere installate nel modo prescritto. Il condotto di scarico deve essere collegato al sistema di diluizione a flusso totale, se usato.

7.5.2. Preparazione dell'apparecchiatura di misurazione per il campionamento

Prima dell'inizio del campionamento delle emissioni compiere le azioni di seguito elencate:

a) nelle 8 ore precedenti il campionamento delle emissioni in conformità al paragrafo 9.3.4 controllare le perdite;

b) per il campionamento per lotti, collegare mezzi di stoccaggio puliti, quali sacchetti svuotati;

c) avviare tutti gli strumenti di misura secondo le istruzioni del costruttore e la valida valutazione tecnica;

d) avviare i sistemi di diluizione, le pompe campione, le ventole di raffreddamento e il sistema di raccolta dati;

e) regolare le portate del campione ai livelli desiderati, utilizzando, se lo si desidera, il flusso nel bypass;

f) preriscaldare o preraffreddare gli scambiatori di calore nel sistema di campionamento e portarli entro i rispettivi intervalli di temperatura di funzionamento per la prova;

g) consentire ai componenti riscaldati o raffreddati quali linee, filtri, refrigeranti e pompe campione di stabilizzarsi alle rispettive temperature di funzionamento;

h) accendere il flusso del sistema di diluizione del gas di scarico almeno 10 minuti prima della sequenza di prova;

i) azzerare o riazzerare i dispositivi elettronici integrati prima dell'inizio di ciascun intervallo di prova.

7.5.3. Controllo degli analizzatori dei gas

È necessario selezionare gli intervalli dell'analizzatore dei gas. È consentito utilizzare analizzatori delle emissioni con commutazione dell'intervallo automatica o manuale. Durante il ciclo di prova, l'intervallo degli analizzatori delle emissioni non deve essere commutato. Allo stesso modo, durante il ciclo di prova non si possono commutare i guadagni degli amplificatori operazionali analogici di un analizzatore.

La risposta di zero e la risposta di calibrazione devono essere determinate per tutti gli analizzatori utilizzando gas che abbiano una tracciabilità internazionale e che soddisfino le specifiche di cui al paragrafo 9.3.3. Gli analizzatori FID devono essere calibrati su un numero di atomi di carbonio pari a uno (C1).

7.5.4. Preparazione del filtro di campionamento del particolato

Almeno un'ora prima della prova, si introduce il filtro in una capsula di Petri, protetta contro la contaminazione da polvere, ma tale da permettere il ricambio dell'aria e lo si pone in una camera di pesata per la stabilizzazione. Al termine del periodo di stabilizzazione si pesa il filtro e si registra la tara. Il filtro viene poi conservato in una piastra di Petri chiusa o in un portafiltri sigillato fino al momento della prova. Il filtro deve essere usato entro otto ore dall'uscita dalla camera di pesata.

7.5.5. Regolazione del sistema di diluizione

La portata di gas di scarico diluito totale di un sistema di diluizione a flusso pieno o la portata di gas di scarico diluito attraverso un sistema di diluizione a flusso parziale deve essere regolata in modo da escludere la condensazione dell'acqua nel sistema e ottenere una temperatura superficiale massima del filtro compresa fra 315 K (42 °C) e 325 K (52 °C).

7.5.6. Avvio del sistema di campionamento del particolato

Si avvia il sistema di campionamento del particolato e lo si fa funzionare in derivazione (bypass). Il livello di fondo delle particelle del diluente può essere determinato campionando il diluente prima dell'ingresso del gas di scarico nel tunnel di diluizione. La misurazione può essere effettuata prima o dopo la prova. Se la misurazione viene effettuata sia all'inizio che al termine del ciclo, si può calcolare la media dei valori. Se per la misurazione del fondo si usa un sistema di campionamento diverso, la misurazione può essere effettuata parallelamente all'esecuzione della prova.

7.6. Esecuzione del ciclo WHTC

7.6.1. Raffreddamento del motore

Il raffreddamento si può ottenere in modo naturale o forzato. Per il raffreddamento forzato si utilizzano sistemi basati su una valida valutazione tecnica, che consistono nel soffiare aria fredda sul motore, nel far circolare olio freddo nel sistema di lubrificazione del motore, nel raffreddare il fluido refrigerante nel sistema di raffreddamento del motore e nel raffreddare il sistema di post-trattamento dei gas di scarico. Nel caso del raffreddamento forzato del sistema di post-trattamento, l'aria di raffreddamento non deve essere utilizzata fino a quando la temperatura del sistema di post-trattamento non è scesa sotto la temperatura di attivazione del trattamento catalitico. Non è ammesso l'uso di procedimenti di raffreddamento che determinino emissioni non rappresentative.

7.6.2. Prova con avviamento a freddo

La prova con avviamento a freddo ha inizio quando le temperature del lubrificante del motore, del fluido refrigerante e dei sistemi di post-trattamento sono tutte comprese fra 293 e 303 K (20 e 30 °C). Avviare il motore con uno dei metodi seguenti:

a) con la procedura raccomandata dal costruttore nel manuale d'uso utilizzando un motorino di avviamento di serie e una batteria con una carica adeguata oppure un sistema di alimentazione adeguato; o

b) utilizzando la macchina dinamometrica. Si trascina il motore ad un regime corrispondente, con un'approssimazione di ± 25 per cento, al tipico regime di avviamento con motorino di avviamento nelle condizioni di utilizzo. Si arresta il motorino di avviamento entro 1 secondo dall'avviamento del motore. Se il motore non si avvia dopo 15 secondi di utilizzo del motorino di avviamento, si arresta il motorino e si accertano i motivi del mancato avviamento, salvo nel caso in cui il manuale d'uso o il manuale di manutenzione-riparazione indichino che una durata maggiore della procedura di avviamento è normale.

7.6.3. Periodo di sosta a caldo

Immediatamente dopo il completamento della prova di avviamento a freddo, il motore deve essere condizionato per la prova di avviamento a caldo tramite un periodo di sosta a caldo di 10 ± 1 minuti.

7.6.4. Prova di avviamento a caldo

Terminato il periodo di sosta a caldo di cui al paragrafo 7.6.3 si avvia il motore con i metodi di avviamento indicati al paragrafo 7.6.2.

7.6.5. Sequenza di prova

La sequenza di prova sia della prova con avviamento a freddo sia della prova con avviamento a caldo inizia nel momento in cui si avvia il motore. Con il motore in funzione, iniziare il controllo del ciclo facendo in modo che il funzionamento del motore corrisponda al primo set point del ciclo.

Il ciclo WHTC si esegue conformemente al ciclo di riferimento di cui al paragrafo 7.4. I set point di regime e di coppia devono essere impostati a una frequenza di 5 Hz o maggiore (valore raccomandato 10 Hz). I set point si calcolano per interpolazione lineare fra le regolazioni a 1 Hz del ciclo di riferimento. Durante il ciclo di prova il regime e la coppia effettivi devono essere registrati almeno una volta al secondo (1 Hz); i segnali possono essere filtrati elettronicamente.

7.6.6. Raccolta dei dati riguardanti le emissioni

All'inizio della sequenza di prova, si avviano le apparecchiature di misura per effettuare simultaneamente le operazioni seguenti:

a) raccolta o analisi del diluente, se viene usato un sistema di diluizione a flusso totale;

b) si avvia la raccolta o l'analisi del gas di scarico grezzo o diluito, a seconda del metodo usato;

c) si avvia la misurazione della quantità di gas di scarico diluito e delle temperature e pressioni prescritte;

d) si avvia la registrazione della portata massica del gas di scarico, in caso di utilizzo dell'analisi del gas di scarico grezzo;

e) si avvia la registrazione dei dati di retroazione di regime e coppia del banco dinamometrico.

Se la misurazione viene effettuata sul gas di scarico grezzo, le concentrazioni di emissioni [(NM)HC, CO e NOx] e la portata massica del gas di scarico devono essere misurate in continuo e registrate con una frequenza di almeno 2 Hz su supporto informatico. Tutti gli altri dati possono essere registrati con una frequenza di campionamento di almeno 1 Hz. Per quanto concerne gli analizzatori analogici, la risposta viene registrata e i dati di taratura possono essere applicati on line oppure off line in sede di valutazione dei dati.

Se si utilizza un sistema di diluizione a portata piena, HC e NOx vengono misurati in continuo nel tunnel di diluizione con una frequenza minima di 2 Hz. Le concentrazioni medie vengono determinate mediante integrazione dei segnali dell'analizzatore su tutto il ciclo di prova. Il tempo di risposta del sistema non deve essere superiore a 20 secondi e deve essere coordinato con le fluttuazioni di flusso del CVS e con gli scarti tra tempo di campionamento e ciclo di prova, se necessario. CO, CO2 e NMHC possono essere determinati mediante integrazione dei segnali di misurazione in continuo o analisi delle concentrazioni raccolte nel sacchetto di campionamento nell'arco del ciclo. Le concentrazioni degli inquinanti gassosi presenti nel diluente vengono determinate prima del punto in cui il gas di scarico entra nel tunnel di diluizione mediante integrazione o mediante raccolta nel sacchetto del fondo. Tutti gli altri parametri da misurare devono essere registrati con almeno una misurazione al secondo (1 Hz).

7.6.7. Campionamento del particolato

All'inizio della sequenza di prova, si commuta il sistema di campionamento del particolato dal bypass alla raccolta del particolato.

Se si usa un sistema di diluizione a flusso parziale, si provvede a controllare la pompa (o le pompe) del campione in modo che la portata attraverso la sonda di campionamento del particolato o il condotto di trasferimento si mantenga proporzionale alla portata massica del gas di scarico determinata conformemente al paragrafo 9.4.6.1.

Se si usa un sistema di diluizione a flusso totale, si provvede a regolare la pompa (o le pompe) del campione in modo che la portata attraverso la sonda di campionamento del particolato o il condotto di trasferimento venga mantenuta al valore di portata impostato con un'approssimazione di ±2,5 per cento. Se si usa la compensazione del flusso (vale a dire il controllo proporzionale del flusso del campione), si deve dimostrare che il rapporto tra il flusso nel tunnel principale e il flusso del campione di particolato non si discosta di oltre ±2,5 per cento dal valore stabilito (salvo per i primi 10 secondi di campionamento). Registrare la temperatura e la pressione medie all'ingresso del o dei misuratori del gas o della strumentazione di controllo del flusso. Se la portata impostata non può essere mantenuta per tutto il ciclo (con un'approssimazione di ±2,5 %) a causa di un elevato carico di particolato sul filtro, la prova deve essere annullata. Ripetere la prova riducendo la portata del campione.

7.6.8. Arresto del motore e malfunzionamento delle apparecchiature

Se il motore si arresta in qualsiasi momento durante la prova con avviamento a freddo, si deve annullare la prova. Il motore deve essere precondizionato e riavviato secondo le prescrizioni del paragrafo 7.6.2 e la prova ripetuta.

Se il motore si arresta in qualsiasi momento durante la prova con avviamento a caldo, si deve annullare la prova. Far sostare il motore come indicato al paragrafo 7.6.3 e ripetere la prova con avviamento a caldo. In questo caso, non è necessario ripetere la prova con avviamento a freddo.

In caso di cattivo funzionamento di qualsiasi apparecchiatura di prova prescritta durante il ciclo di prova, si annulla la prova e la si ripete conformemente alle disposizioni indicate in precedenza.

7.7. Esecuzione del ciclo WHSC

7.7.1. Precondizionamento del sistema di diluizione e del motore

Il sistema di diluizione e il motore vengono avviati e riscaldati in conformità al paragrafo 7.4.1. Dopo il riscaldamento, il motore e il sistema di campionamento sono precondizionati facendo funzionare il motore in modalità 9 (cfr. il paragrafo 7.2.2, tabella 1) per almeno 10 minuti e contemporaneamente facendo funzionare il sistema di diluizione. Successivamente, si possono raccogliere campioni preliminari di emissioni di particolato. Non occorre stabilizzare o pesare i filtri usati per la raccolta dei campioni preliminari e li si può subito eliminare. Si impostano le portate ai livelli di portata approssimativi previsti per la prova. Dopo il precondizionamento, spegnere il motore.

7.7.2. Avviamento del motore

5 ± Un minuto dopo il completamento del precondizionamento nella modalità 9 di cui al paragrafo 7.7.1 si avvia il motore con la procedura di avviamento raccomandata dal costruttore nel manuale d'uso, utilizzando un motorino di avviamento di serie o la macchina dinamometrica come indicato al paragrafo 7.6.2.

7.7.3. Sequenza di prova

La sequenza di prova inizia dopo l'avvio del motore e entro un minuto dal momento in cui si verifica che la modalità di funzionamento del motore corrisponda alla prima modalità del ciclo (motore al minimo).

Il ciclo WHSC deve essere eseguito attenendosi all'ordine delle modalità di prova riportato nella tabella 1 del paragrafo 7.2.2.

7.7.4. Raccolta dei dati riguardanti le emissioni

All'inizio della sequenza di prova, si avviano le apparecchiature di misura per effettuare simultaneamente le operazioni seguenti:

a) raccolta o analisi del diluente, se viene usato un sistema di diluizione a flusso totale;

b) si avvia la raccolta o l'analisi del gas di scarico grezzo o diluito, a seconda del metodo usato;

c) si avvia la misurazione della quantità di gas di scarico diluito e delle temperature e pressioni prescritte;

d) si avvia la registrazione della portata massica del gas di scarico, in caso di utilizzo dell'analisi del gas di scarico grezzo;

e) si avvia la registrazione dei dati di retroazione di regime e coppia del banco dinamometrico.

Se la misurazione viene effettuata sul gas di scarico grezzo, le concentrazioni di emissioni [(NM)HC, CO e NOx] e la portata massica del gas di scarico devono essere misurate in continuo e registrate con una frequenza di almeno 2 Hz su supporto informatico. Tutti gli altri dati possono essere registrati con una frequenza di campionamento di almeno 1 Hz. Per quanto concerne gli analizzatori analogici, la risposta viene registrata e i dati di taratura possono essere applicati on line oppure off line in sede di valutazione dei dati.

Se si utilizza un sistema di diluizione a portata piena, HC e NOx vengono misurati in continuo nel tunnel di diluizione con una frequenza minima di 2 Hz. Le concentrazioni medie vengono determinate mediante integrazione dei segnali dell'analizzatore su tutto il ciclo di prova. Il tempo di risposta del sistema non deve essere superiore a 20 secondi e deve essere coordinato con le fluttuazioni di flusso del CVS e con gli scarti tra tempo di campionamento e ciclo di prova, se necessario. CO, CO2 e NMHC possono essere determinati mediante integrazione dei segnali di misurazione in continuo o analisi delle concentrazioni raccolte nel sacchetto di campionamento nell'arco del ciclo. Le concentrazioni degli inquinanti gassosi presenti nel diluente vengono determinate prima del punto in cui il gas di scarico entra nel tunnel di diluizione mediante integrazione o mediante raccolta nel sacchetto del fondo. Tutti gli altri parametri da misurare devono essere registrati con almeno una misurazione al secondo (1 Hz).

7.7.5. Campionamento del particolato

All'inizio della sequenza di prova, si commuta il sistema di campionamento del particolato dal bypass alla raccolta del particolato. Se si usa un sistema di diluizione a flusso parziale, si provvede a controllare la pompa (o le pompe) del campione in modo che la portata attraverso la sonda di campionamento del particolato o il condotto di trasferimento si mantenga proporzionale alla portata massica del gas di scarico determinata conformemente al paragrafo 9.4.6.1.

Se si usa un sistema di diluizione a flusso totale, si provvede a regolare la pompa (o le pompe) del campione in modo che la portata attraverso la sonda di campionamento del particolato o il condotto di trasferimento venga mantenuta al valore di portata impostato con un'approssimazione di ±2,5 per cento. Se si usa la compensazione del flusso (vale a dire il controllo proporzionale del flusso del campione), si deve dimostrare che il rapporto tra il flusso nel tunnel principale e il flusso del campione di particolato non si discosta di oltre ±2,5 per cento dal valore stabilito (salvo per i primi 10 secondi di campionamento). Registrare la temperatura e la pressione medie all'ingresso del o dei misuratori del gas o della strumentazione di controllo del flusso. Se la portata impostata non può essere mantenuta per tutto il ciclo (con un'approssimazione di ±2,5 %) a causa di un elevato carico di particolato sul filtro, la prova deve essere annullata. Ripetere la prova riducendo la portata del campione.

7.7.6. Arresto del motore e malfunzionamento delle apparecchiature

Se il motore si arresta in qualsiasi momento durante la prova, si deve annullare la prova. Il motore deve essere precondizionato in conformità al paragrafo 7.7.1 e riavviato secondo le prescrizioni del paragrafo 7.7.2 e la prova deve essere ripetuta.

In caso di cattivo funzionamento di qualsiasi apparecchiatura di prova prescritta durante il ciclo di prova, si annulla la prova e la si ripete conformemente alle disposizioni indicate in precedenza.

7.8. Operazioni da eseguire dopo la prova

7.8.1. Operazioni da eseguire dopo la prova

Al completamento della prova si arresta la misurazione della portata massica del gas di scarico e del volume di gas di scarico diluito, nonché il flusso di gas nei sacchetti di raccolta e la pompa di campionamento del particolato. Se si usa un analizzatore integratore, continuare il campionamento fino allo scadere dei tempi di risposta del sistema.

7.8.2. Verifica del campionamento proporzionale

Per i campioni dei lotti proporzionali, come i campioni nel sacchetto o i campioni di particolato, occorre verificare che il campionamento proporzionale sia stato mantenuto in conformità ai paragrafi 7.6.7 e 7.7.5. I campioni che non soddisfano le prescrizioni devono essere annullati.

7.8.3. Condizionamento e pesata del particolato

Il filtro antiparticolato va posizionato in un contenitore coperto o sigillato oppure il porta filtri deve essere chiuso per proteggere i filtri campione dalla contaminazione ambientale. Così protetto, il filtro deve essere riportato nella camera di pesata. Condizionare il filtro per almeno un'ora e poi pesarlo in conformità al paragrafo 9.4.5. Registrare il peso lordo del filtro.

7.8.4. Verifica della deriva

Determinare la risposta di calibrazione e la risposta di azzeramento degli intervalli dell'analizzatore dei gas usati non appena possibile e in ogni caso entro 30 minuti dal completamento del ciclo di prova o durante il periodo di sosta. Ai fini del presente paragrafo, il ciclo di prova è definito come segue:

a) per la prova WHTC: la sequenza completa freddo-sosta-caldo;

b) per la prova WHTC con avviamento a caldo (paragrafo 6.6): la sequenza sosta-caldo;

c) per la prova WHTC con avviamento a caldo e rigenerazione multipla (paragrafo 6.6): il numero complessivo delle prove con avviamento a caldo;

d) per la prova WHSC: il ciclo di prova.

Le seguenti disposizioni si applicano alla deriva dell'analizzatore:

a) è possibile inserire le risposte di calibrazione e di azzeramento prima e dopo la prova direttamente nell'equazione 66 del paragrafo 8.6.1 senza determinare la deriva;

b) se la differenza in termini di deriva tra i risultati prima e dopo la prova è inferiore all'1 % del fondo scala, le concentrazioni misurate si possono utilizzare non corrette o si possono correggere per tener conto della deriva secondo le prescrizioni del paragrafo 8.6.1;

c) se la differenza in termini di deriva tra i risultati prima e dopo la prova è pari o superiore all'1 % del fondo scala, la prova deve essere annullata o le concentrazioni misurate corrette per tener conto della deriva secondo le prescrizioni del paragrafo 8.6.1.

7.8.5. Analisi del campionamento con sacchetto dei gas

Non appena possibile, procedere come segue:

a) i campioni di gas nel sacchetto devono essere analizzati entro 30 minuti dal completamento della prova con avviamento a caldo o durante il periodo di sosta per la prova con avviamento a freddo;

b) i campioni di fondo devono essere analizzati entro 60 minuti dal completamento della prova con avviamento a caldo.

7.8.6. Convalida del lavoro prodotto nel ciclo

Per calcolare il lavoro prodotto nel ciclo effettivo, si omettono i punti eventualmente registrati durante l'avviamento del motore. Il lavoro prodotto nel ciclo effettivo è determinato durante il ciclo di prova utilizzando in modo sincrono i valori effettivi di regime e di coppia per calcolare i valori istantanei della potenza del motore. I valori istantanei della potenza del motore sono integrati durante il ciclo di prova per calcolare il lavoro prodotto nel ciclo effettivo W act (kWh). Se non sono montati dispositivi ausiliari/apparecchiature in conformità al paragrafo 6.3.1, i valori istantanei della potenza sono corretti usando l'equazione 4 del paragrafo 6.3.5.

Si usa la stessa metodologia descritta al paragrafo 7.4.8 per integrare la potenza effettiva del motore.

Il lavoro prodotto nel ciclo effettivo W act è utilizzato per il raffronto con il lavoro prodotto nel ciclo di riferimento W ref e per il calcolo delle emissioni specifiche al banco (cfr. il paragrafo 8.6.3).

W act deve essere compreso tra l'85 per cento e il 105 per cento di W ref.

7.8.7. Analisi statistica di convalida del ciclo di prova

Le regressioni lineari dei valori effettivi (n act, M act, P act) rispetto ai valori di riferimento (n ref, M ref, P ref) si eseguono sia per la prova WHTC che per la prova WHSC.

Per minimizzare l'effetto distorsivo dello sfasamento temporale tra i valori effettivi e i valori del ciclo di riferimento è possibile anticipare o ritardare nel tempo l'intera sequenza dei segnali del regime e della coppia effettivi rispetto alla sequenza del regime e della coppia di riferimento. Se i segnali effettivi sono spostati, è necessario spostare il regime e la coppia nella stessa misura e nella stessa direzione.

Si usa il metodo dei minimi quadrati con un'equazione di interpolazione ottimale avente la forma:

(11)

in cui:

y è il valore effettivo del regime (min–1), della coppia (Nm) o della potenza (kW) a1 è il coefficiente angolare della linea di regressione x è il valore di riferimento del regime (min–1), della coppia (Nm) o della potenza (kW) a0 è l'intercetta su y della linea di regressione

Si calcolano l'errore standard della stima (SEE) di y su x e il coefficiente di determinazione (r2) per ciascuna linea di regressione.

Si raccomanda di eseguire questa analisi a 1 Hertz. La prova è considerata valida se rispetta i criteri indicati nella tabella 2 (WHTC) o nella tabella 3 (WHSC).

Tabella 2

Tolleranze della linea di regressione per la prova WHTC

norm. norm. Potenza Errore standard della stima (SEE) di y su x Massimo 5 per cento della velocità massima di prova Massimo 10 per cento della coppia massima del motore Massimo 10 per cento della potenza massima del motore Coefficiente angolare della linea di regressione, a1 Da 0,95 a 1,03 0,83 - 1,03 0,89 - 1,03 Coefficiente di determinazione, r2 Minimo 0,970 Minimo 0,850 Minimo 0,910 intercetta su y della linea di regressione, a0 Massimo 10 per cento del regime di minimo Il valore maggiore tra ± 20 Nm o ± 2 per cento della coppia massima Il valore maggiore tra ± 4 kW o ± 2 per cento della potenza massima





Tabella 3

Tolleranze della linea di regressione per la prova WHSC

norm. norm. Potenza Errore standard della stima (SEE) di y su x Massimo 1 per cento della velocità massima di prova Massimo 2 per cento della coppia massima del motore Massimo 2 per cento della potenza massima del motore Coefficiente angolare della linea di regressione, a1 Da 0,99 a 1,01 0,98 – 1,02 0,98 – 1,02 Coefficiente di determinazione, r2 Minimo 0,990 Minimo 0,950 Minimo 0,950 intercetta su y della linea di regressione, a0 Massimo 1 per cento della velocità massima di prova Il valore maggiore tra ± 20 Nm o ± 2 per cento della coppia massima Il valore maggiore tra ± 4 kW o ± 2 per cento della potenza massima

Ai soli fini della regressione, è ammessa l'omissione di punti secondo quanto indicato nella tabella 4, prima di eseguire il calcolo della regressione. Tuttavia, tali punti non devono essere omessi per il calcolo del lavoro e delle emissioni nel ciclo. L'omissione di punti si può applicare a tutto il ciclo o a qualsiasi parte di esso.

Tabella 4

Omissioni di punti dall'analisi di regressione ammesse

Evento Condizioni Omissioni di punti ammesse Richiesta minima da parte dell'operatore (punto di minimo) n ref = 0 per cento nonché Mref = 0 per cento nonché M act > (M ref – 0,02M max. mapped torque) nonché M act < (M ref + 0,02M max. mapped torque) Regime e potenza Richiesta minima da parte dell'operatore (punto di trascinamento) Mref < 0 per cento Potenza e coppia Richiesta minima da parte dell'operatore n act ≤ 1,02 n ref e M act > M ref oppure n act > n ref e M act ≤ M ref'' oppure n act > 1,02 n ref e M ref < M act ≤ (M ref + 0,02M max. mapped torque) Potenza e coppia o regime Richiesta massima da parte dell'operatore n act < n ref e M act ≥ M ref oppure n act ≥ 0,98 n ref e M act < M ref oppure n act < 0,98 n ref e M ref > M act ≥ (M ref – 0,02M max. mapped torque) Potenza e coppia o regime

8. CALCOLO DELLE EMISSIONI

Il risultato finale della prova si arrotonda in un unico passaggio al numero di decimali a destra della virgola indicato dalla norma sulle emissioni applicabile, più un'ulteriore cifra significativa, così come indicato nella norma ASTM E 29-06B. Non è ammesso l'arrotondamento dei valori intermedi in base a cui viene ricavato il risultato finale delle emissioni specifiche al banco.

Nell'appendice 6 sono riportati alcuni esempi di operazioni di calcolo.

Il calcolo delle emissioni su base molare, a norma dell'allegato 7 dell'RTM n. [xx] relativo al protocollo di prova delle emissioni dallo scarico per le macchine mobili non stradali, è ammesso previa autorizzazione dell'autorità di omologazione.

8.1. Correzione secco/umido

Se le emissioni sono misurate su secco, si converte la concentrazione misurata nel valore su umido applicando l'equazione seguente:

(12)

in cui:

c d è la concentrazione su secco in ppm o percentuale vol. kw è il fattore di correzione secco/umido (k w,a, k w,e, o k w,d secondo la relativa equazione usata)

8.1.1. Gas di scarico grezzo

(13)

oppure

(14)

oppure

(15)

con

(16)

nonché

(17)

in cui:

H a è l'umidità dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca w ALF è il tenore di idrogeno nel carburante, percentuale in massa q mf,i è la portata massica istantanea del carburante, kg/s q mad,I è la portata massica istantanea dell'aria di aspirazione su secco, kg/s p r è la pressione del vapore acqueo dopo il bagno di raffreddamento, kPa p b è la pressione atmosferica totale, kPa w DEL è il tenore di azoto nel carburante, percentuale in massa w EPS è il tenore di ossigeno nel carburante, percentuale in massa α è il rapporto molare dell'idrogeno nel carburante c CO2 è la concentrazione di CO2 su secco, percentuale c CO è la concentrazione di CO su secco, percentuale

Le equazioni (13) e (14) sono fondamentalmente identiche; il fattore 1,008 nelle equazioni (13) e (15) è un'approssimazione del denominatore più accurato dell'equazione (14).

8.1.2. Gas di scarico diluito

(18)

oppure

(19)

con

(20)

in cui:

α è il rapporto molare dell'idrogeno nel carburante c CO2w è la concentrazione di CO2 su umido, percentuale c CO2d è la concentrazione di CO2 su secco, percentuale H d è l'umidità del diluente, g di acqua per kg di aria secca H a è l'umidità dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca D è il fattore di diluizione (cfr. il paragrafo 8.5.2.3.2)

8.1.3. Diluente

(21)

con

(22)

in cui:

H d è l'umidità del diluente, g di acqua per kg di aria secca

8.2. Correzione degli NOx in funzione dell'umidità

Poiché l'emissione di NOx dipende dalle condizioni dell'aria ambiente, la concentrazione di NOx deve essere corretta per tenere conto dell'umidità applicando i fattori indicati al paragrafo 8.2.1 o 8.2.2. L'umidità dell'aria di aspirazione Ha può essere ricavata dalla misurazione dell'umidità relativa, del punto di rugiada, della pressione del vapore o della temperatura di bulbo secco/umido utilizzando le equazioni generalmente accettate.

8.2.1. Motori ad accensione spontanea

(23)

in cui:

H a è l'umidità dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca

8.2.2. Motori ad accensione comandata

(24)

in cui:

H a è l'umidità dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca

8.3. Correzione della galleggiabilità del filtro antiparticolato

Gli effetti di galleggiabilità in aria della massa del filtro di campionamento devono essere corretti. La correzione della galleggiabilità dipende dalla densità del filtro di campionamento, dalla densità dell'aria e dalla densità del peso di taratura della bilancia e non tiene conto della galleggiabilità del PM in sé. La correzione della galleggiabilità deve applicarsi alla massa della tara del filtro e alla massa lorda del filtro.

Se la densità del materiale del filtro non è nota, si utilizzano le densità seguenti:

a) filtro in fibre di vetro rivestite di teflon: 2 300 kg/m3;

b) filtro a membrana in teflon: 2 144 kg/m3;

c) filtro a membrana in teflon con anello di supporto in polimetilpentene: 920 kg/m3.

Per i pesi di taratura in acciaio inossidabile, si utilizza un materiale con una densità di 8 000 kg/m3. Se si usa un materiale diverso, la sua densità deve essere nota.

Si utilizza l'equazione seguente:

(25)

con

(26)

in cui:

m uncor è la massa del filtro antiparticolato non corretta, mg ρ a è la densità dell'aria, kg/m3 ρ w è la densità del peso di taratura della bilancia, kg/m3 ρ f è la densità del filtro di campionamento del particolato, kg/m3 p b è la pressione atmosferica totale, kPa T a è la temperatura dell'aria ambiente in prossimità della bilancia, K 28,836 è la massa molare dell'aria all'umidità di riferimento (282,5 K), g/mol 8,3144 è la costante molare dei gas

La massa del campione di particolato mp usata nei paragrafi 8.4.3 e 8.5.3 si calcola come segue:

(27)

in cui:

m f,G è la massa lorda del filtro antiparticolato corretta per la galleggiabilità, mg m f,T è la massa della tara del filtro antiparticolato corretta per la galleggiabilità, mg

8.4. Diluizione a flusso parziale (PFS) e misurazione del gas grezzo

I segnali di concentrazione istantanea dei componenti gassosi sono utilizzati per calcolare le emissioni in massa mediante moltiplicazione per la portata massica istantanea del gas di scarico. La portata massica del gas di scarico può essere misurata direttamente o calcolata con i metodi di misura del flusso dell'aria di aspirazione e del flusso di carburante, con il metodo del gas tracciante o con la misurazione dell'aria di aspirazione e del rapporto aria/carburante. Occorre prestare particolare attenzione al tempo di risposta dei diversi strumenti. Queste differenze devono essere tenute in considerazione mediante l'allineamento temporale dei segnali. Per il particolato, i segnali della portata massica dello scarico sono usati per controllare che il sistema di diluizione a flusso parziale prelevi un campione proporzionale alla portata massica del gas di scarico. Per controllare che la proporzionalità sia corretta si utilizza un'analisi di regressione tra il campione e la portata del gas di scarico secondo le modalità descritte al paragrafo 9.4.6.1. La procedura di prova è illustrata schematicamente nella figura 6.

8.4.1. Determinazione del flusso massico del gas di scarico

8.4.1.1. Introduzione

Per il calcolo delle emissioni contenute nel gas di scarico grezzo e per il controllo del sistema di diluizione a flusso parziale è necessario conoscere la portata del gas di scarico. Per la determinazione della portata massica del gas di scarico si può utilizzare uno dei metodi descritti nei paragrafi da 8.4.1.3 a 8.4.1.7.

8.4.1.2. Tempo di risposta

Per il calcolo delle emissioni, il tempo di risposta dei metodi descritti nei paragrafi da 8.4.1.3 a 8.4.1.7 deve essere uguale a o minore del tempo di risposta dell'analizzatore, che in base a quanto prescritto al paragrafo 9.3.5 deve essere ≤ 10 s.

Per il controllo di un sistema di diluizione a flusso parziale, il tempo di risposta deve essere più rapido. Per i sistemi di diluizione a flusso parziale con controllo in linea, il tempo di risposta deve essere ≤ 0,3 s. Per i sistemi di diluizione a flusso parziale con “controllo predittivo”” sulla base di una prova preregistrata, il tempo di risposta del sistema di misura della portata del gas di scarico deve essere ≤ 5 s con un tempo di salita ≤ 1 s. Il tempo di risposta del sistema deve essere specificato dal costruttore dello strumento. Le prescrizioni combinate relative ai tempi di risposta per la portata del gas di scarico e per i sistemi di diluizione a flusso parziale sono indicate nel paragrafo 9.4.6.1.

8.4.1.3. Metodo di misura diretta

La misura diretta della portata istantanea del gas di scarico deve essere effettuata con sistemi quali:

a) dispositivi di misura della pressione differenziale, quali ad esempio boccagli di misura del flusso (per maggiori dettagli cfr. ISO 5167);

b) flussimetri ultrasonici;

c) flussometro a vortici.

Devono essere prese idonee precauzioni allo scopo di evitare errori di misura che influirebbero sugli errori dei valori di emissione. In particolare, è necessario aver cura di installare il dispositivo nel sistema di scarico del motore secondo le raccomandazioni del costruttore e la buona pratica ingegneristica. Le prestazioni e le emissioni del motore, in particolare, non devono variare in seguito all'installazione del dispositivo.

I flussometri devono rispettare i requisiti di linearità indicati al paragrafo 9.2.

8.4.1.4. Metodo di misurazione dell'aria e del carburante

Questo metodo implica la misura del flusso d'aria e del flusso di carburante con flussimetri adatti. Il flusso istantaneo del gas di scarico si calcola nel modo seguente:

(28)

in cui:

q mew,i è la portata massica istantanea del gas di scarico, kg/s q maw,i è la portata massica istantanea dell'aria di aspirazione, kg/s q mf,i è la portata massica istantanea del carburante, kg/s

I flussometri devono soddisfare i requisiti di linearità di cui al paragrafo 9.2 e devono essere sufficientemente accurati per soddisfare anche i requisiti di linearità relativi al flusso di gas di scarico.

8.4.1.5. Metodo di misura del gas tracciante

Questo metodo comporta la misura della concentrazione di un gas tracciante nello scarico.

Una quantità nota di gas inerte (ad esempio elio puro) viene iniettata come gas tracciante nel flusso di gas di scarico. Il gas viene miscelato e diluito dal gas di scarico, ma non deve reagire nel condotto di scarico. A questo punto dev'essere misurata la concentrazione del gas tracciante nel campione di gas di scarico.

Per garantire la completa miscelazione del gas tracciante, la sonda di campionamento del gas di scarico dev'essere posizionata alla distanza maggiore tra almeno 1 m o almeno 30 volte il diametro del condotto di scarico, a valle del punto di iniezione del gas tracciante. La sonda di campionamento può essere posizionata a una distanza minore dal punto di iniezione se si controlla la completa miscelazione confrontando la concentrazione del gas tracciante con la concentrazione di riferimento quando il gas tracciante viene iniettato a monte del motore.

La portata del gas tracciante deve essere regolata in modo tale che, con il motore al minimo, a miscelazione avvenuta la concentrazione del gas tracciante sia inferiore al fondo scala dell'analizzatore del gas tracciante.

Il flusso del gas di scarico si calcola nel modo seguente:

(29)

in cui:

q mew,i è la portata massica istantanea del gas di scarico, kg/s qvt è la portata del gas tracciante, cm3/min c mix,i è la concentrazione istantanea del gas tracciante dopo la miscelazione, ppm ρ e è la densità del gas di scarico, kg/m3 (cfr. la tabella 4) cb è la concentrazione di fondo del gas tracciante nell'aria di aspirazione, ppm

La concentrazione di fondo del gas tracciante (c b) può essere determinata calcolando la media delle concentrazioni di fondo misurate immediatamente prima e dopo la prova.

La concentrazione di fondo può essere trascurata se è inferiore all'1 per cento della concentrazione del gas tracciante dopo la miscelazione (c mix.i) nel momento di massima portata del gas di scarico.

Il sistema complessivo deve rispettare i requisiti di linearità relativi al flusso di gas di scarico indicati al paragrafo 9.2.

8.4.1.6. Metodo di misura del flusso d'aria e del rapporto aria/carburante

Con questo metodo si calcola la massa di gas di scarico in base al flusso d'aria e al rapporto aria/carburante. Il calcolo della portata massica istantanea del gas di scarico è il seguente:

(30)

con

(31)

(32)

in cui:

q maw,i è la portata massica istantanea dell'aria di aspirazione, kg/s A/F st è il rapporto stechiometrico tra aria e carburante, kg/kg λ i è il rapporto istantaneo di eccesso d'aria c CO2d è la concentrazione di CO2 su secco, percentuale c COd è la concentrazione di CO su secco, ppm c HCw è la concentrazione di HC su umido, ppm

Il flussometro per l'aria deve soddisfare i requisiti di linearità di cui al paragrafo 9.2 e il sistema complessivo deve rispettare i requisiti di linearità relativi al flusso di gas di scarico di cui al paragrafo 9.2.

Se per misurare il rapporto di eccesso d'aria si utilizzano apparecchiature di misura del rapporto aria/carburante, ad esempio un sensore del tipo ad ossido di zirconio, queste devono essere conformi alle prescrizioni di cui al paragrafo 9.3.2.7.

8.4.1.7. Metodo del bilancio del carbonio

Implica il calcolo della massa dello scarico dal flusso di carburante e dai componenti gassosi dello scarico che comprendono carbonio. Il calcolo della portata massica istantanea del gas di scarico è il seguente:

(33)

con

(34)

nonché

(35)

in cui:

q mf,i è la portata massica istantanea del carburante, kg/s H a è l'umidità dell'aria di aspirazione, g d'acqua per kg di aria secca w BET è il tenore di carbonio nel carburante, percentuale in massa w ALF è il tenore di idrogeno nel carburante, percentuale in massa w DEL è il tenore di azoto nel carburante, percentuale in massa w EPS è il tenore di ossigeno nel carburante, percentuale in massa c CO2d è la concentrazione di CO2 su secco, percentuale c CO2d,a è la concentrazione di CO2 su secco dell'aria di aspirazione, percentuale c CO è la concentrazione di CO su secco, ppm c HCw è la concentrazione di HC su umido, ppm

8.4.2. Determinazione dei c