Euro 7: il nuovo standard è previsto per il 2026

Il nuovo motore Mercedes 2.0 Diesel 4 cilindri, montato sulla Mercedes GLB

A marzo 2020, in piena emergenza Covid-19, Bruxelles ha avviato le prime consultazioni per il nuovo standard di emissioni Euro 7, che arriverà nel 2026.

L’Euro 7, oltre a imporre nuovi limiti sulle emissioni, avrà tre importanti obiettivi.

Il primo sarà quello di semplificare l’attuale quadro normativo, che al momento è diverso, nelle norme e nelle scadenze, per auto/furgoni (light duty) e per camion/autobus (heavy duty). Questa complessità è oggi causa di ritardi nello sviluppo e di un aumento di costi per l’industria.

Il secondo punto sarà evitare le iniziative nazionali, come per esempio i blocchi del traffico imposti dalle amministrazioni locali, a cui abbiamo assistito negli ultimi anni.

Il terzo obiettivo mirerà a controllare le emissioni anche durante l’intera vita dei veicoli, non solo in fase di immissione sul mercato, attraverso dati raccolti dai sistemi installati nei mezzi (On-board monitoring, OBM) e poi verificati da una “sorveglianza del mercato” e da test di conformità.

Vi sarà infine un ulteriore giro di vite per quanto riguarda le emissioni, i cui limiti furono decisi dalla Commissione Europea oltre dieci anni fa, e che oggi non sono più rappresentativi dello stato dell’arte della tecnologia.

Attuali limiti normativi (Euro 6B)

Euro 6d – autovetture
INQUINANTE Limiti in g/km
Benzina Diesel
CO 1 0,5
HC 0,1
HC+NOx 0,17
NOx 0,06 0,08
PM 0,005 0,005

 

Inoltre, saranno inclusi nella normativa altri gas inquinanti, che sono stati considerati pericolosi dalla comunità scientifica, come i gas serra diversi dall’anidride carbonica.

Oggi le tecnologie messe in atto dai costruttori per raggiungere gli ultimi standard Euro 6d (l’ultima delle cinque revisioni dell’Euro 6) si basano su strategie precise di controllo dell’iniezione del carburante, su gestione e controllo dell’aria aspirata in ingresso, su sistemi di ricircolo dei gas in camera di combustione (EGR), sulla riduzione catalitica selettiva (SCR) e sui filtri anti-particolato.

Come parte della certificazione WLTP, la conformità ai limiti emissivi deve essere verificata in un cosiddetto test su strada chiamato RDE (Real Driving Emissions). A tal fine, i veicoli di sviluppo sono dotati di un sistema di misurazione delle emissioni portatile PEMS (Portable Emissions Measurement System). Il sistema di misurazione viene installato come rimorchio o nel bagagliaio.

Con l’arrivo dell’Euro 6c, è stato introdotto il nuovo ciclo di omologazione WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure),  caratterizzato da una maggiore durata sia in termini di tempo che di chilometri rispetto al vecchio ciclo NEDC, e più accurato nel valutare gli effetti sul consumo di carburante e di emissioni di CO2, con l’obiettivo di fornire dati sui consumi e sulle emissioni il più possibile realistici.

A partire dall’Euro 6d-Temp è stato reso obbligatorio anche il ciclo RDE (Real driving emission), con il quale le emissioni di particolato e NOx vengono rilevate in una reale prova su strada.

Sistema di trattamento gas di scarico dei nuovi motori diesel Mercedes a quattro cilindri, OM654.
Grazie all’installazione vicino al motore, il sistema di controllo delle emissioni presenta basse perdite di calore e quindi condizioni operative molto favorevoli nella stragrande maggioranza delle situazioni operative. Il sistema include il ricircolo dei gas di scarico ad alta e bassa pressione, un catalizzatore di ossidazione (DOC) per evitare l’emissione di monossido di carbonio (CO) e idrocarburi incombusti (HC), un filtro antiparticolato con funzione combinata di catalizzatore SCR (sDPF) e un catalizzatore residuo di ammoniaca (ASC, Ammonia Slip Catalyst) che rappresenta l’ultimo passaggio prima del tubo di scarico, in cui l’eventuale ammoniaca residua (NH3) viene rimossa. L’ammoniaca sotto forma del vettore AdBlue® viene miscelata con i gas di scarico e condizionata prima di entrare nello sDPF.

 

Lo sviluppo tecnologico dei motori a combustione interna non si è mai fermato e sono già disponibili misure per ridurre ulteriormente le emissioni, rispetto a quanto stabilito oggi dalla legge, rendendo quindi maturi i tempi per l’adozione di nuovi standard.

Ma un’altra sfida che si pone è causata dal forte legame che intercorre tra le misure che contrastano l’emissione di sostanze tossiche e l’impatto sull’emissione dei gas serra, in primis l’anidride carbonica o CO2, direttamente proporzionale al consumo di carburante.

Spesso i due temi sono discordanti, cioè le misure adottate per la riduzione delle sostanze inquinanti generalmente causano l’aumento dei consumi.

Per esempio, i filtri anti-particolato, aumentando la contropressione allo scarico, causano una diminuzione dell’efficienza complessiva del motore e quindi un aumento dei consumi di carburante e di emissione di CO2.

In futuro, questo binomio tra emissioni di gas serra ed emissioni di sostanze tossiche sarà sempre più determinante nella scelta e nel dimensionamento dei motori e delle tecnologie.

Ricordiamo che la Commissione Europea ha fissato un ambizioso programma di abbattimento drastico delle emissioni di CO2, chiamata “Carbon Neutrality”, che mira ad azzerare l’eccesso di produzione di CO2 nel pianeta entro il 2050. Si procederà con tappe intermedie, la prima nel 2030, anno in cui si punta a ottenere un taglio del 60% dei valori di CO2 rispetto al dato (circa 160 g/km) rilevato come media del mercato auto nel 2005.

Di seguito alcuni esempi di nuove interessanti tecnologie per contrastare ulteriormente le emissioni degli inquinanti, evidenziando il loro impatto sull’emissione dei gas serra:

adozione di turbocompressori elettrici, per migliorare l’efficienza ai bassi regimi e ai bassi carichi e velocizzare lo start-up termico del motore (riduzione dei consumi e dei gas serra).

aumento del regime minimo nelle condizioni stazionarie per aumentare il flusso e quindi aumentare le temperature dei gas di scarico (aumento dei consumi e dei gas serra)

riscaldamento elettrico dei catalizzatori durante le fasi di start&stop (nessun impatto sui consumi e sui gas serra)

iniezione del carburante direttamente nei tubi di scarico per alzare la temperatura dei gas (aumento dei consumi e dei gas serra)

filtri passivi a freddo di NOx, che viene intrappolato e poi rilasciato solo quando l’SCR è caldo abbastanza (aumento dei consumi e dei gas serra)

integrazione del sistema SCR nel filtro anti-particolato (DPF), per avvicinare il sistema al motore e quindi rendere più veloce il riscaldo (nessun impatto sui consumi e sui gas serra)

Il controllo delle emissioni di particolato interesserà sempre di più anche i nuovi motori a benzina, che dovranno quasi obbligatoriamente installare il GPF (Gasoline Particulate Filter), il filtro anti-particolato, come i diesel fanno già dai tempi dell’Euro 4.

Sarà inoltre necessario l’aumento delle dimensioni dei catalizzatori, con conseguenti problemi di ingombri per le nuove vetture, che già soffrono il confronto con le auto elettriche, le quali possono vantare un’abitabilità nettamente migliore, grazie alla compattezza dell’unità propulsiva e della trasmissione.

L’Euro 7 potrebbe inoltre causare un’inversione di tendenza per quanto riguarda le cilindrate dei motori sportivi, come segnalato da Frank-Steffen Walliser, responsabile del reparto sportivo di Porsche, secondo cui, per poter mantenere le potenze attuali, occorrerà aumentare la cilindrata e presumibilmente anche il numero di cilindri, a causa delle limitazioni che ci saranno sulle potenze specifiche.

Le Case che non vorranno arrendersi alla riduzione della potenza erogata dalle proprie vetture più sportive, dovranno quindi ritornare a cilindrate più generose, passando inoltre dai 4 ai 6 cilindri e dai 6 agli 8 cilindri, un fenomeno opposto rispetto a quello a cui abbiamo assistito negli ultimi anni con il downsizing.

 

Gruppo turbocompressore elettrico Garrett Motion E-Turbo a 48V, arriverà sul mercato nel 2021.
L’elettrificazione del turbocompressore permette di rimuovere il vincolo di dover progettare una turbina che sia in grado di lavorare anche con bassi carichi, permettendo così un dimensionamento delle palette della turbina solo per i regimi a pieno carico, dove la miscela in camera di combustione è prossima al rapporto stecchiometrico.
Inoltre garantisce un più rapido riscaldamento del motore nelle fasi di start-up e nella guida cittadina, perché è possibile mantenere sempre in rotazione il gruppo anche quando la portata dei gas di scarico è bassa.
Garrett ha condotto alcuni test su una Audi Q7 2L benzina, equipaggiandola con un turbocompressore elettrico Garrett T25 da 3 ekW (48V) ottenendo risultati sorprendenti:
1) Incremento di coppia e potenza massima rispettivamente del 10% e del 16% rispetto alla variante con turbocompressore meccanico.
2) Gradiente di coppia (la capacità di raggiungere il valore di coppia nominale) a 1500 giri/min addirittura quattro volte maggiore rispetto alla variante con turbocompressore meccanico. (1 secondo contro 4,5 secondi necessari per la versione non elettrificata)
3) Bilancio energetico complessivo positivo nell’utilizzo urbano, cioè l’energia elettrica recuperata dal sistema rigenerativo è stata rilevata più elevata rispetto a quella richiesta per mettere in rotazione il gruppo.