Direttiva 2012/46

Direttiva 2012/46/UE della Commissione: aggiornamento della disciplina sulle emissioni dei motori per macchine mobili non stradali

La direttiva interviene sulla direttiva 97/68/CE per adeguare il quadro europeo ai progressi tecnici nella misurazione e nel controllo delle emissioni dei motori destinati a macchine mobili non stradali. Il legislatore europeo mira in particolare a rafforzare l’effettività dei limiti della fase IV, a ridurre le aree di incertezza interpretativa nelle prove e ad allineare la disciplina a standard UNECE e ai riferimenti europei per i veicoli pesanti.

Finalità e impostazione generale

La direttiva persegue un obiettivo di armonizzazione tecnica delle legislazioni nazionali in materia di emissioni di inquinanti gassosi e particolato prodotti da motori a combustione interna installati su macchine mobili non stradali. Le modifiche riguardano soprattutto:

• l’aggiornamento delle prove di omologazione;
• il controllo dell’NOx e l’efficacia dei sistemi di post-trattamento;
• la durabilità delle prestazioni emissive;
• la registrazione delle emissioni di CO2;
• il riconoscimento di omologazioni equivalenti già rilasciate in altri quadri normativi.

La direttiva, come atto di modifica, vincola gli Stati membri quanto al risultato da raggiungere e lascia loro la scelta della forma e dei mezzi di recepimento.

Ambito di applicazione

La disciplina si applica ai motori a combustione interna destinati all’installazione su macchine mobili non stradali, con particolare riferimento alle categorie e fasi emissive già previste dalla direttiva 97/68/CE. Le novità hanno rilievo per i fabbricanti di motori, per i fabbricanti di macchinari originali (OEM), per i servizi tecnici e per le autorità di omologazione.

Sono interessati anche gli operatori/proprietari delle macchine, perché la direttiva impone istruzioni di uso e manutenzione, sistemi di avvertimento e sistemi di persuasione che incidono sul funzionamento della macchina in caso di anomalie o di mancato rifornimento del reagente.

Obiettivi normativi principali

La ratio dell’intervento emerge dai considerando:

• introduzione di requisiti più rigorosi per la fase IV;
• correzione di lacune nelle modalità di prova;
• rafforzamento del controllo degli NOx, anche tramite strategie diagnostiche e di allerta;
• prevenzione del cosiddetto cycle beating;
• allineamento a standard internazionali, in particolare UNECE n. 96 e regole analoghe ai veicoli pesanti euro VI;
• introduzione della registrazione delle emissioni di CO2 e chiarimento delle emissioni del basamento.

Modifiche alle prove di omologazione e alle condizioni operative

L’allegato I riformula le condizioni di prova per i motori di fase IIIB e IV. Per la fase III B sono fissati requisiti ambientali e di funzionamento specifici; per la fase IV la prova è più articolata e contempla:

• pressione atmosferica minima;
• intervalli di temperatura ambiente;
• temperatura del liquido di raffreddamento superiore a 343 K (70 °C).

È inoltre disciplinato il funzionamento a basse temperature per motori fase IV dotati di EGR, con possibilità di usare strategie ausiliarie quando la temperatura ambiente è inferiore a 275 K (2 °C) e al ricorrere di determinate condizioni tecniche.

L’articolo relativo all’ambito di prova della fase IV stabilisce una zona di prova definita su base di regime di giri e potenza, escludendo i punti inferiori al 30% della coppia massima o della potenza massima, salvo esclusione motivata e approvata.

Sistema di controllo degli NOx: requisiti tecnici e funzionali

La parte più innovativa riguarda i requisiti per i motori conformi alla fase IV. La direttiva richiede che il fabbricante fornisca informazioni dettagliate sulle caratteristiche operative delle misure di controllo degli NOx e che la strategia di controllo funzioni in tutte le condizioni ambientali normalmente presenti nell’Unione, comprese le basse temperature.

Quando è utilizzato un reagente, il fabbricante deve dimostrare in omologazione che l’emissione di ammoniaca nel ciclo NRTC o NRSC a caldo non supera in media 10 ppm.

Sono anche previste regole sul campionamento del reagente nei serbatoi installati sulla macchina: il punto di prelievo deve essere facilmente accessibile senza strumenti speciali.

Sistema di allerta dell’operatore

La macchina deve essere dotata di un sistema di allerta che informi l’operatore, mediante segnali luminosi o messaggi, circa:

• livello insufficiente del reagente;
• qualità insufficiente del reagente;
• interruzione della somministrazione;
• malfunzionamenti di monitoraggio o anomalie assimilate.

Il sistema d’allerta deve restare attivo anche dopo l’attivazione del sistema di persuasione. Il segnale deve essere distinto da quello utilizzato per altri guasti o manutenzioni del motore. È ammesso l’uso di segnali acustici, che però possono essere annullati dall’operatore.

Il sistema si disattiva solo quando viene meno la causa dell’allerta o quando i relativi DTC/informazioni sono cancellati da uno scanner, con regole specifiche sulla cancellazione delle informazioni sul controllo degli NOx.

Sistema di persuasione dell’operatore

La direttiva impone alla macchina un sistema di persuasione fondato su due possibili modelli:

• sistema a 2 stadi, con riduzione delle prestazioni seguita da interruzione del funzionamento;
• sistema a 1 stadio con effetto grave immediato, attivato alle stesse condizioni del livello non grave.

Il sistema non può essere disattivato automaticamente senza rimozione della causa e deve cessare quando cessano le condizioni che ne hanno determinato l’attivazione. È prevista una deroga limitata per emergenze dichiarate dalle autorità nazionali o regionali, dalle forze armate o dai servizi di emergenza, previa approvazione dell’autorità di omologazione.

Il livello non grave comporta una riduzione graduale della coppia almeno del 25% lungo la gamma dei regimi di rotazione, con tasso di riduzione non inferiore all’1% al minuto. Il livello grave deve portare la macchina a prestazioni tali da indurre l’operatore a risolvere l’anomalia; tra le strategie ammesse vi sono la riduzione della coppia fino a non più del 50% della coppia massima e la riduzione del regime a non più del 60% di quello nominale.

È ammessa una funzione temporanea di superamento del sistema di persuasione per ragioni di sicurezza o diagnosi autoriparativa, per massimo 30 minuti e con non più di 3 interventi per ciascun periodo di attivazione.

Disponibilità del reagente: soglie e conseguenze

La direttiva regola in dettaglio il livello del reagente e le conseguenze della sua diminuzione:

• il sistema d’allerta si attiva quando il livello scende sotto il 10% della capacità del serbatoio, o una percentuale più elevata scelta dal fabbricante;
• l’allerta deve essere chiara e progressiva, fino a diventare continuativa;
• la persuasione non grave si attiva al 2,5% della capacità nominale o a una soglia maggiore scelta dal fabbricante;
• la persuasione grave si attiva quando il serbatoio è vuoto o, a scelta del fabbricante, già sotto il 2,5%.

L’operatore non può disattivare il sistema d’allerta o persuasivo prima che il serbatoio sia stato riportato a un livello sufficiente a evitare la riattivazione.

Qualità del reagente e tempi di reazione

È introdotto il concetto di concentrazione minima accettabile CDmin, che il fabbricante deve determinare dimostrando che le emissioni di NOx non superano 0,9 g/kWh. Se il reagente scende sotto tale soglia, il sistema deve riconoscerlo come non corretto.

Una volta rilevata la non conformità della qualità del reagente:

• l’allerta all’operatore si attiva immediatamente;
• se il problema non è corretto entro 10 ore di funzionamento del motore, si attiva la persuasione non grave;
• se non è corretto entro 20 ore, si attiva la persuasione grave.

Interruzione della somministrazione del reagente

La direttiva impone un mezzo di rilevazione dell’interruzione della somministrazione. Il sistema di allerta si attiva in caso di interruzione, e la persuasione segue dopo 10 ore per il livello non grave e dopo 20 ore per il livello grave, salvo ripetizione del malfunzionamento, che riduce le soglie secondo i meccanismi di cui alla sezione 11.

Difetti di monitoraggio attribuibili a manipolazioni

La sezione dedicata ai difetti di monitoraggio attribuibili a manipolazioni richiede di sorvegliare anche:

• valvola EGR ostruita;
• guasti del sistema diagnostico di controllo degli NOx.

Il sistema deve prevedere almeno quattro rilevatori/contatori per le principali anomalie: qualità del reagente, interruzione della somministrazione, valvola EGR ostruita e guasto del sistema NCD. La logica di attivazione è legata allo status del DTC, che deve essere in linea di principio “confermato e attivo”.

Dimostrazione in sede di omologazione

La conformità alle prescrizioni del sistema di allerta e di persuasione deve essere dimostrata in omologazione mediante prove strutturate. La direttiva prevede:

• prove per l’allerta in caso di scarsità di reagente e di altri malfunzionamenti;
• prove per la persuasione non grave;
• prove per la persuasione grave.

Le prove si svolgono su banco o, in alternativa, su macchina completa o apparecchiatura completa, con possibilità di ricorrere a simulazioni. Per il corretto funzionamento del sistema NCD, il ciclo di prova standard è il NRTC a caldo, salvo autorizzazione per cicli alternativi.

Durabilità delle emissioni

L’appendice 5 dell’allegato III riscrive i requisiti di durabilità per i motori ad accensione spontanea. Per le fasi IIIA e IIIB, il fabbricante deve determinare fattori di deterioramento per ciascun inquinante mediante prove di durata, con regole diverse a seconda che il motore sia munito o meno di post-trattamento.

Per la fase IV, il sistema è più sofisticato:

• il fabbricante può realizzare programmi di accumulo delle ore di funzionamento in servizio o su dinamometro;
• devono essere eseguite misurazioni a inizio, metà e fine programma, almeno in tre punti;
• si utilizzano cicli NRSC e NRTC a caldo;
• i fattori di deterioramento sono determinati mediante regressione lineare, con possibilità di regressione non lineare previa autorizzazione;
• sono ammessi fattori predefiniti moltiplicativi: CO 1,3; HC 1,3; NOx 1,15; PM 1,05.

Il rapporto tra emissioni misurate e limiti va verificato applicando i DF secondo la formula moltiplicativa o additiva prevista.

Registrazione delle emissioni di CO2

Le nuove appendici 6 e 7 introducono la registrazione delle emissioni di CO2 dei motori di tutte le fasi da I a IV.

Sono previste due modalità alternative:

• misurazione del gas di scarico grezzo o diluito secondo la procedura dell’allegato III;
• procedura alternativa se il fabbricante sceglie di applicare l’allegato 4B del regolamento UNECE n. 96, serie di modifiche 03.

I risultati vanno espressi in g/kWh. Per la fase IIIB la CO2 si misura con il ciclo NRTC a caldo. La direttiva disciplina in dettaglio analizzatori NDIR, flussi, correzioni da secco a umido, valutazione dati e calcolo delle emissioni specifiche.

Emissioni del basamento

La modifica chiarisce anche il regime delle emissioni del basamento. In linea generale, esse non possono essere scaricate direttamente in atmosfera; per i motori muniti di turbocompressori, pompe, compressori o supercompressori è però consentito lo scarico, purché tali emissioni siano aggiunte ai gas di scarico nelle prove. Sono inoltre fissate specifiche tecniche per i tubi di campionamento e per la miscelazione con il gas di scarico grezzo.

Documentazione tecnica, schede di prova e informazioni all’operatore

L’allegato II amplia i dati da comunicare nelle domande di omologazione, includendo alimentazione carburante, distribuzione, accensione e altre voci tecniche. L’allegato V sostituisce il verbale di prova per i motori ad accensione spontanea, introducendo nuove tabelle per DF, CO2, risultati NRSC e NRTC, rigenerazione e tipo di campionamento.

L’appendice 5 della durabilità e la sezione 3 impongono anche istruzioni scritte sul sistema di controllo delle emissioni, sui reagenti, sui comportamenti dell’operatore e sulle conseguenze del mancato rispetto delle istruzioni.

Omologazioni equivalenti

Il nuovo allegato XII aggiorna il riconoscimento di omologazioni alternative equivalenti. Sono riconosciute equivalenti, a seconda delle categorie e delle fasi:

• omologazioni ai sensi della direttiva 2000/25/CE;
• omologazioni ai sensi delle direttive 88/77/CEE e 2005/55/CE, secondo le pertinenti fasi;
• omologazioni UNECE n. 49 e n. 96 nelle diverse serie di modifiche;
• per la fase IV, omologazioni ai sensi del regolamento (CE) n. 595/2009 o del regolamento UNECE n. 49, serie di modifiche 06, purché un servizio tecnico confermi la conformità ai requisiti dell’allegato I, paragrafo 8.5.

Termine di recepimento e rilevanza pratica

Per gli operatori italiani, il dato centrale è il termine di trasposizione: 21 dicembre 2013. Le modifiche incidono direttamente su omologazioni, fascicoli tecnici, prove di laboratorio, manuali di uso e manutenzione, sistemi diagnostici a bordo e strategie di post-trattamento, con riflessi sia regolatori sia contrattuali lungo la filiera costruttore-OEM-utilizzatore.