Microsoft Word - 16. Badania emisji zanieczyszczeń.doc

Badania emisji zanieczyszcze

ń z pojazdów i silników

Badania:

poznawcze,

kwalifikacyjne – standardowe, stanowi

ące realizację normali-

zowanych procedur do oceny emisji zanieczyszcze

ń pojazdów

i silników.

Badania kwalifikacyjne:

homologacja typu: TA – Tape Approval, FR – First Registra-
tion,

kontrola zgodno

ści produkcji z typem homologowanym,

kontrola zgodno

ści w eksploatacji z typem homologowanym,

kontrola w eksploatacji: okresowe badania techniczne i kont-
rola drogowa.

Homologacja

Homologacja – post

ępowanie urzędowe stwierdzające, że dany

typ pojazdu spełnia wszystkie stawiane mu wymagania for-
malne.

Homologacji udziela organ uprawniony do tego przez władze
pa

ństwowe w wyniku przeprowadzenia badań, przewidzianych

odpowiednimi przepisami, i uzyskania wyników, spełniaj

ących

warunki przewidziane w przepisach.

Typ wyrobu

Typ wyrobu w post

ępowaniu homologacyjnym – zespół cech

konstrukcyjnych i, wynikaj

ących z nich, właściwości użytko-

wych, które charakteryzuj

ą jednoznacznie wszystkie egzempla-

rze wyrobu zaliczane do tego typu.

Klasyfikacja bada

ń emisji zanieczyszczeń ze względu na

obiekt bada

ń:

Badania silnika – na hamowni silnikowej.

Badania pojazdu:

•

Na hamowni podwoziowej.

•

W warunkach drogowych – trakcyjne:
–

Eksploatacyjne, np. trwało

ściowe.

–

Testy drogowe.

Klasyfikacja bada

ń emisji zanieczyszczeń ze względu na

zale

żność warunków badań od czasu:

Badania statyczne – niezale

żne od czasu (warunki stałe).

Badania dynamiczne – zale

żne od czasu (warunki zmienne

w czasie).

Przykład testu statycznego

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

Schemat testu trzynastofazowego według regulaminu nr R49.02 EKG

Przykład testu dynamicznego

100

120

140

160

180

200

400

600

800

1000

t [s]

[

]

max

≤

130 km/h

130 km/h < v

max

≤

150 km/h

max

> 150 km/h

Przebieg pr

ędkości w teście autostradowym

Przepisy europejskie

Masy charakterystyczne pojazdów samochodowych:

Masa własna – to masa pojazdu z jego normalnym wyposa

że-

niem, paliwem, olejami, smarami i cieczami w ilo

ściach nominal-

nych, bez kieruj

ącego.

Dopuszczalna masa całkowita (dmc, DMC) – najwi

ększa, okre-

ślona właściwymi warunkami technicznymi, masa pojazdu,
obci

ążonego osobami i ładunkiem, dopuszczonego do poruszania

ę po drodze.

Maksymalna masa całkowita – najwi

ększa masa pojazdu obcią-

żonego określona w zależności od jego konstrukcji przez produ-
centa.

Masa odniesienia – masa pojazdu w stanie gotowo

ści do jazdy

pomniejszona o ujednolicon

ą masę kierowcy wynoszącą 75 kg

i powi

ększona o stałą masę wynoszącą 100 kg.

Kategorie pojazdów samochodowych

Kategoria M: pojazdy samochodowe maj

ące co najmniej

cztery koła i zaprojektowane i wykonane do przewozu osób,
w tym:

kategoria M1: samochody osobowe – pojazdy zaprojekto-
wane i wykonane do przewozu osób, maj

ące nie więcej niż

osiem miejsc w dodatku do siedzenia kierowcy;

kategoria M2: autobusy – pojazdy zaprojektowane i wyko-
nane do przewozu osób, maj

ące więcej niż osiem miejsc

w dodatku do siedzenia kierowcy i maj

ące masę maksy-

maln

ą nie przekraczającą 5 Mg;

kategoria M3: autobusy – pojazdy zaprojektowane i wyko-
nane do przewozu osób, maj

ące więcej niż osiem miejsc

w dodatku do siedzenia kierowcy i maj

ące masę maksy-

maln

ą przekraczającą 5 Mg.

Kategoria N: pojazdy samochodowe maj

ące co najmniej

cztery koła i zaprojektowane i wykonane do przewozu ładun-
ków, w tym:

kategoria N1: samochody ci

ężarowe – pojazdy zaprojekto-

wane i wykonane do przewozu ładunków i maj

ące masę

maksymaln

ą nie przekraczającą 3,5 Mg;

kategoria N2: samochody ci

ężarowe – pojazdy zaprojekto-

wane i wykonane do przewozu ładunków i maj

ące masę

maksymaln

ą przekraczającą 3,5 Mg ale nie przekracza-

ącą 12 Mg;

kategoria N3: samochody ci

ężarowe – pojazdy zaprojekto-

wane i wykonane do przewozu ładunków i maj

ące masę

maksymaln

ą przekraczającą 12 Mg.

Kategoria O: przyczepy (z wł

ączeniem naczep), w tym:

kategoria O1: przyczepy o masie maksymalnej nie prze-
kraczaj

ącej 0,75 Mg;

kategoria O2: przyczepy o masie maksymalnej przekra-
czaj

ącej 0,75 Mg, ale nie przekraczającej 3,5 Mg;

kategoria O3: przyczepy o masie maksymalnej
przekraczaj

ącej 3,5 Mg, ale nie przekraczającej 10 Mg;

kategoria O4: przyczepy o masie maksymalnej przekra-
czaj

ącej 10 Mg.

Kategoria G: pojazdy terenowe.

Regulaminy Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ

Regulamin nr 24.03 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń widzialnych (zadymienie spalin) z silników

ZS stosowanych do nap

ędu pojazdów samochodowych.

Regulamin nr 40.01 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń gazowych (tlenku węgla i węglowodorów)

z silników stosowanych do nap

ędu motocykli.

Regulamin nr 47 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń gazowych (tlenku węgla i węglowodorów)

z silników stosowanych do nap

ędu motorowerów.

Regulamin nr 49.03 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń z silników ZS (tlenku węgla, węglowodo-

rów, tlenków azotu i cz

ąstek stałych) oraz ZI na gazowe paliwa

ęglowodorowe: gaz ziemny – NG i skroplony gaz ropopochodny

– LPG (tlenku w

ęgla, węglowodorów i tlenków azotu), stosowa-

nych do nap

ędu pojazdów kategorii: M1, M2, M3, N1, N2 i N3

(samochody osobowe, dostawcze i ci

ężarowe).

Regulamin nr 83.05 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń (tlenku węgla, węglowodorów, tlenków

azotu dla silników ZI i samoczynnym oraz – dodatkowo dla silni-
ków ZS – cz

ąstek stałych) z silników stosowanych do napędu po-

jazdów kategorii: M1 i N1 (samochody osobowe i lekkie samo-
chody ci

ężarowe – o masie maksymalnej mniejszej niż 3,5 Mg).

Regulamin nr 84 EKG

życie paliwa przez pojazdy kategorii: M1 i N1 o masie mak-

symalnej mniejszej ni

ż 2 Mg.

Regulamin nr 96.01 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń (tlenku węgla, węglowodorów, tlenków

azotu i cz

ąstek stałych) z silników ZS stosowanych do napędu po-

jazdów kategorii T (ci

ągniki).

Regulamin nr 101 EKG

Emisja dwutlenku w

ęgla i zużycie paliwa przez pojazdy kategorii

M1 i N1 (samochody osobowe i dostawcze – o masie maksymal-
nej mniejszej ni

ż 3,5 Mg) oraz zużycie energii elektrycznej przez

pojazdy elektryczne.

Przepisy ameryka

ńskie

Wymagania dotycz

ące struktury ekologicznej pojazdów wytwa-

rzanych przez producenta.

Struktura:

W przepisach federalnych: Tier 1 i Tier 2.

W przepisach kalifornijskich: Tier 1 i Tier 2 oraz:

•

TLEV – Transitional Low Emission Vehicles – pojazdy
o przej

ściowo niskiej emisji,

•

LEV – Low Emission Vehicles – pojazdy o niskiej emisji,

•

ULEV – Ultra Low Emission Vehicles – pojazdy o skrajnie
niskiej emisji,

•

SULEV – Super Ultra Low Emission Vehicles – pojazdy
o bardzo skrajnie niskiej emisji,

•

HEV – Hybrid Electric Vehicles – elektryczne pojazdy hy-
brydowe,

•

EZEV – Equivalent Zero Emission Vehicles – pojazdy
o równowa

żnie zerowej emisji,

•

ZEV – Zero Emission Vehicles – pojazdy o zerowej emisji.

Badania pojazdów samochodowych na hamowni podwo-
ziowej

Badania pojazdów kategorii M1, M2 i N1:

Euro 1 – Euro 4: o masie maksymalnej mniejszej od
3,5 Mg,

Euro 5, Euro 6: o masie odniesienia mniejszej od 2,61 Mg.

Pojazdy z silnikami ZI i ZS:

samochody osobowe,

mikrobusy,

lekkie samochody ci

ężarowe, tzw. dostawcze.

100

120

140

200

400

600

800

1000

1200

t [s]

[

]

Przebieg pr

ędkości pojazdu w teście wg regulaminu nr 83 EKG –

– NEDC (New European Driving Cycle)

(UDC – Urban Driving Cycle i EUDC – Extra Urban Driving Cycle)

100

500

1000

1500

2000

2500

t [s]

[

]

Przebieg pr

ędkości w teście FTP–75 (Federal Transient Procedure)

100

120

100

200

300

400

500

600

700

800

t [s]

]

Przebieg pr

ędkości w teście HWFET (Highway Federal Extra Test)

do pomiaru zu

życia paliwa

100

200

300

400

500

600

700

t [s]

[

]

Przebieg pr

ędkości w teście Japan 10 – 15 Mode

Badania silników pojazdów samochodowych na hamowni
silnikowej

Badania silników pojazdów M3, N2 i N3:

Euro I – Euro IV: o maksymalnej masie całkowitej wi

ększej

od 3,5 Mg,

Euro V, Euro VI: o masie odniesienia wi

ększej od 2,61 Mg.

Silniki do samochodów ci

ężarowych i autobusów:

silniki ZS o wtrysku bezpo

średnim (HDDID – Heavy Duty

Direct Injection Diesel),

silniki ZI i ZS zasilane paliwami gazowymi (NG i LPG).

Badania silników na hamowni w warunkach:

statycznych,

dynamicznych.

0,15

0,08

0,05

0,09

0,10

0,08

0,05

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

w id

Schemat testu ESC (European Stationary Cycle,

ew. European Steady Cycle) zgodnie z regulaminem 49.03 EKG

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

0,7

0,5

0,25(n

- n

)

0,5(n

- n

)

0,75(n

- n

)

Schemat doboru pr

ędkości obrotowych do testu ESC

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

100

200

300

400

500

t [s]

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

100

200

300

400

500

t [s]

Schemat testu ELR (European Load Response) do pomiaru
współczynnika ekstynkcji promieniowania

świetlnego przez

spaliny zgodnie z regulaminem 49.03 EKG

0,08

0,03

0,08

0,1

0,06

0,17

0,02

0,03

0,05

0,1

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

Schemat testu WHSC (World Harmonized Steady Cycle)

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

Schemat testu statycznego do badania silników spalinowych

maszyn niedrogowych NRSC (Nonroad Steady Cycle)

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

200

400

600

800

1000

1200

1400

t [s]

-0,6

-0,4

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

200

400

600

800

1000

1200

1400

t [s]

Schemat testu dynamicznego HDDTT

(Heavy Duty Diesel Transient Test)

0,2

0,4

0,6

0,8

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

t [s]

-0,6

-0,4

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

t [s]

Schemat testu dynamicznego ETC (European Transient Cycle)

zgodnie z regulaminem 49.03 EKG

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

500

1000

1500

2000

t [s]

-0,6

-0,4

-0,2

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

500

1000

1500

2000

t [s]

Schemat testu dynamicznego WHTC

(World Harmonized Transient Cycle)

Test WHTC – z rozruchem nie nagrzanego silnika, przerwa 5 min
i test z rozruchem nagrzanego silnika

⋅

– emisja jednostkowa w te

ście z rozruchem nie nagrzanego silnika

– emisja jednostkowa w te

ście z rozruchem nagrzanego silnika

– praca wykonana przez silnik w te

ście z rozruchem nie nagrzanego

silnika

– praca wykonana przez silnik w te

ście z rozruchem nagrzanego

silnika

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

200

400

600

800

1000

1200

1400

t [s]

0,2

0,4

0,6

0,8

1,2

200

400

600

800

1000

1200

1400

t [s]

Schemat testu dynamicznego do badania silników spalinowych

maszyn niedrogowych NRTC (Nonroad Transient Cycle)

Regulamin nr 83.05 EKG
Typy bada

ń:

Emisja drogowa w te

ście jezdnym NEDC na hamowni pod-

woziowej.

II.

ężenie tlenku węgla w spalinach i współczynnika nadmiaru

powietrza na biegu jałowym.

III.

Emisja w

ęglowodorów ze skrzyni korbowej.

IV.

Emisja par w

ęglowodorów z pojazdu w komorze grzewczej.

Trwało

ść urządzeń ograniczających emisję zanieczyszczeń –

spełnienie wymaga

ń w badaniach typu I po przebiegu po-

jazdu.

VI.

Emisja drogowa tlenku w

ęgla i węglowodorów w teście jezd-

nym UDC na hamowni podwoziowej przy temperaturze oto-
czenia

−

Test pokładowego systemu diagnozowania OBD.

Samochody z silnikami ZI – badania typu I

VI oraz test OBD.

Samochody z silnikami ZS podlegaj

ą badaniom typu: I i V oraz

test OBD, je

śli samochód jest w taki system wyposażony.

Samochody osobowe z silnikami ZI

0,5

1,5

2,5

[

]

Euro 1

Euro 2

Euro 3

Euro 4

Euro 5

Euro 6

07.1992

01.1996

01.2000

01.2005

09.2009

09.2014

NOx

HC & NOx

Samochody osobowe z silnikami ZS

0,5

1,5

2,5

[

]

Euro 1

Euro 2,

IDI

Euro 2,

Euro 3

Euro 4

Euro 5a Euro 5b

Euro 6

07.1992 01.1996

01.1996 01.2000

01.2005 09.2009 09.2011 09.2014

HC & NOx

NOx

Limity st

ężeń objętościowych w spalinach silników ZI na biegu

jałowym:

0,3% dla tlenku w

ęgla na biegu jałowym z minimalną prędko-

ścią obrotową,

0,2% dla tlenku w

ęgla na biegu jałowym ze zwiększoną

ędkością obrotową (nie mniejszą niż 2000 min

–1

z wyj

ątkiem pojazdów, dla których w świadectwach homolo-

gacji s

ą potwierdzone wartości większe.

Dla samochodów wyposa

żonych w sondę lambda współczynnik

nadmiaru powietrza na biegu jałowym z zwi

ększoną prędkością

obrotow

ą powinien być zawarty w granicach od 0,97 do 1,03.

Kryterialny wynik badania typu III – brak nadci

śnienia

w skrzyni korbowej silnika pracuj

ącego na biegu jałowym, ozna-

czaj

ący brak emisji węglowodorów ze skrzyni korbowej.

Badania emisji par w

ęglowodorów z pojazdu (typu IV):

etap przygotowawczy, zawieraj

ący m.in. kondycjonowanie

samochodu, opró

żnianie i napełnianie zbiornika paliwa,

test jezdny NEDC,

badania systemu odpowietrzania zbiornika paliwa,

test parowania w czasie postoju samochodu z wył

ączonym silni-

kiem w komorze w podwy

ższonej temperaturze HSL:

(6 ÷ 36) h w temperaturze (296 ÷ 304) K,

test dziennych strat parowania (24 h) DBL w czasie postoju sa-
mochodu z wył

ączonym silnikiem w komorze w zmiennej tempe-

raturze: pocz

ątkowej 293 K, maksymalnej 308 K oraz amplitu-

dzie temperatury 15 K.

Emisja parowania w

ęglowodorów – suma emisji w testach HSL

i DBL. Limit dopuszczalnej emisji par w

ęglowodorów z pojazdu

w komorze grzewczej w kombinacji testów wynosi 2 g.

Badanie typu V, dotycz

ące trwałości urządzeń ograniczających

emisj

ę zanieczyszczeń

Spełnienie wymaga

ń w badaniach typu I po przebiegu pojazdu

80000 km.

Współczynniki powi

ększenia dopuszczalnych średnich emisji

drogowych zanieczyszcze

ń w teście jezdnym ECE R83.05

w stosunku do wyników badania typu I.

Typ

silnika

Dla emisji

drogowej

Dla emisji

drogowej

Dla emisji

drogowej

Dla sumy

emisji

drogowych

HC i NO

Dla emisji

drogowej

1,2

–

1,1

–

1,0

1,2

Badanie typu VI

Wyznaczanie emisji drogowej tlenku w

ęgla i węglowodorów

w te

ście jezdnym UDC na hamowni podwoziowej przy tempera-

turze otoczenia

−

Limity

średniej emisji drogowej w teście UDC:

dla tlenku w

ęgla 15 g/km,

dla w

ęglowodorów 1,8 g/km.

Test pokładowego systemu diagnozowania OBD

Test wykonywany zgodnie z procedur

ą wytwórcy badanego po-

jazdu.

W zakresie testu m.in. badania symulacyjne uszkodze

ń ze

wzgl

ędu na ich identyfikację przez system diagnozowania,

w szczególno

ści badania układów sprawdzania prawidłowości

funkcjonowania urz

ądzeń ograniczających emisję zanieczysz-

cze

ń.

Regulamin nr 24.03 EKG

Silniki ZS wszystkich pojazdów samochodowych.

Limity współczynnika ekstynkcji promieniowania

świetlnego

mierzonego dymomierzem optycznym:

w te

ście swobodnego przyspieszenia: dla silników niedołado-

wanych 2,5 m

–1

, dla silników doładowanych 3 m

–1

na zewn

ętrznej charakterystyce prędkościowej limit jest za-

żny od umownego natężenia przepływu powietrza przez sil-

nik Q

0,5

1,5

2,5

100

150

200

250

300

[dm

/s]

[

-1

]

< 42 dm

/s k = 2,26 m

-1

> 200 dm

/s k = 1,065 m

-1

Limit współczynnika ekstynkcji promieniowania

świetlnego na

zewn

ętrznej charakterystyce prędkościowej w zależności od

umownego nat

ężenia przepływu powietrza przez silnik

Regulamin nr 49.03 EKG

Emisja zanieczyszcze

ń z silników ZS oraz ZI na gazowe paliwa

ęglowodorowe, stosowanych do napędu pojazdów.

Silniki ZS do samochodów ci

ężarowych i autobusów

(testy statyczne ESC i WHSC i test dynamiczny ELR)

·h

)]

1992.01

1996.10

1998.10

1999.10

2000.10

2005.10

2008.10

2013.01

Euro Ia

Euro Ib

Euro II

EEV

Euro III Euro IV

Euro V

Euro VI

ECE R49

ESC

WHSC

NOx

Euro Ia – N

≤ 85 kW i n

>3000 min

–1

Silniki ZS i silników ZI na gazowe paliwa w

ęglowodorowe do

samochodów ci

ężarowych i autobusów

(testy dynamiczne ETC i WHTC)

·h

)]

1999.10

2000.01

2005.01

2008.01

2013.01

EEV

Euro III

Euro IV

Euro V

Euro VI

ETC

WHTC

NMHC

CH4

NOx

Perspektywy rozwoju metod bada

ń kontrolnych emisji substancji

szkodliwych

Tendencje w badaniach emisji spalin z silników:

badania emisji zanieczyszcze

ń w eksploatacji silników spali-

nowych z zastosowaniem przeno

śnego systemu pomiaru emi-

sji (Portable Emissions Measurement System – PEMS),

limitowanie emisji dwutlenku w

ęgla i zużycia paliwa,

uwzgl

ędnianie w badaniach najbardziej niekorzystnej dla śro-

dowiska fazy rozruchu silnika nie nagrzanego,

badania emisji w rozruchach silnika w niskich temperatu-
rach,

zaostrzenie testu na emisj

ę węglowodorów z pojazdu w czasie

postoju,

sprawdzanie spełnienia wymaga

ń norm po zwiększonym prze-

biegu pojazdu (dla samochodów osobowych i dostawczych –
160 000 km, dla silników samochodów ci

ężarowych i autobu-

sów – 1 000 000 km),

stosowanie do bada

ń silników ZS oprócz testów statycznych

równie

ż testów dynamicznych, bardziej reprezentatywnych

dla rzeczywistej eksploatacji trakcyjnej,

wprowadzania coraz ostrzejszych limitów emisji,

wprowadzanie kontroli spełniania wymaga

ń ochrony środo-

wiska przez pojazdy b

ędące w eksploatacji – opracowanie me-

tod bada

ń mniej skomplikowanych niż homologacyjne, ale sy-

muluj

ące warunki użytkowania (w odróżnieniu od dotychczas

stosowanych bada

ń kontrolnych, np. pomiaru stężenia tlenku

ęgla na biegu jałowym dla silników ZI),