Technological scenarios for after-treatment systems of high-performance engines in EURO 7 perspective

The purpose of this Thesis consists in the development and application of a model for an after-treatment system equipped to a high performance Gasoline engine. The vehicle must guarantee emission levels that comply with the current legislation defined by the European Union, the "EURO 6d" standard. The technological solutions used for this intent are TWC, which reduces gaseous pollutants, and GPF which removes soot from the gases emitted. Particular attention is given to the optimization of the reaction scheme that models the catalytic process. The methodology followed involves the use of data from different types of experimental tests. The characteristic parameters of the reaction kinetics are calibrated as well as the accumulation of Oxygen in the component. Once the model is defined, it is validated by comparison with the experimental data and subsequently, with a simulation in a three-dimensional environment, it is subjected to a further check on the results obtained. In a second phase we consider scenarios in which, by applying new technological solutions to the model, we want to reduce the content of pollutants in the exhaust gases. In view of a continuous improvement of technologies, in fact, vehicles will have to comply with stricter standards than those currently in force in order to guarantee a lower contribution to global pollution. The calculated final emission levels will have to meet the future EURO 7 standard, which is expected to be more restrictive than the current legislation.

Lo scopo di questa Tesi consiste nello sviluppo e applicazione di un modello per un sistema di post trattamento equipaggiato un motore benzina ad alte prestazioni. Il veicolo deve garantire i livelli di emissione che rispettino la normativa attuale definita dall’Unione Europea, standard "EURO 6d". Le soluzioni tecnologiche usate a tal fine sono Three Way Catalyst (TWC), che effettua la riduzione degli inquinanti gassosi, e Gasoline Particulate Filter (GPF) il quale rimuove il particolato dai gas emessi. Particolare attenzione viene data all’ottimizzazione dello schema di reazioni che modella il processo catalitico. La metodologia seguita prevede l’utilizzo di dati da diverse tipologie di prove sperimentali. Vengono calibrati i parametri caratteristici della cinetica delle reazioni nonchè l’accumulo di ossigeno nel componente. Una volta definito il modello viene validato mediante confronto con i dati sperimentali e successivamente, con una simulazione in ambiente tri-dimensionale, viene sottoposto ad un ulteriore controllo sul risultati ottenuti. In un seconda fase si considerano scenari in cui, applicando nuove soluzioni tecnologiche al modello, si vuole ridurre il contenuto di inquinanti nei fumi allo scarico. Nell’ottica di un continuo miglioramento delle tecnologie, infatti, i veicoli dovranno ottemperare a standard più rigidi di quelli attualmente in vigore in modo da garantire un minor apporto all’inquinamento globale. I livelli finali di emissioni calcolati dovranno soddisfare il futuro standard EURO 7 che si prevede essere più restrittivo dell’attuale normativa.