Specifická rizika v reáln. stském m provozu

_____________________________________________________________________________________

Výfukové emise ze silničních vozidel Specifická rizika v reálném městském provozu Michal Vojtíšek 1 Katedra vozidel a motorů, Fakulta strojní, Technická univerzita v Liberci 2 Ústav automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel, Fakulta strojní ČVUT v Praze Kontakt: [email protected], [email protected], [email protected] tel. 774 262 854

Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

1

Nádory, novotvary, a kvalita ovzduší v Praze

_____________________________________________________________________________________

Počet hlášených zhoubných nádorů a novotvarů in situ na 100 tis. obyvatel

?

Zdroj: Praha - Životní prostředí 2009.

?


2


_____________________________________________________________________________________


?


?


3


_____________________________________________________________________________________


?


?


4

Motivace a cíle práce _____________________________________________________________________________________

Vozidlové emise jsou jedním z hlavních zdrojů znečištění ovzduší, a mají výrazný negativní dopad na lidské zdraví, zvláště v blízkosti frekventovaných silnic. Emisní limity se neustále zpřísňují, ale nedochází k úměrnému snížení vlivu na lidské zdraví. S přibývající intenzitou dopravy přibývá nejen počet najetých km, ale i délka provozu motoru na volnoběh a nízká zatížení, počet rozjezdů, a míra dynamičnosti jízdy. Kvalita spalování i účinnost katalytických zařízení a dalších strategií pro snížení emisí mohou při popojíždění ve městě radikálně klesat. Spotřebuje se více paliva na km, a zároveň se vyprodukuje více emisí na kg paliva. Emisní limity provoz v kongesci nezohledňují, a není zřejmé, že s navýšením emisí v kongesci počítají emisní modely. Cílem práce je popsat emise při skutečném (nesimulovaném) hustém provozu. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

5

Další motivace práce: Vědět, co dýcháme na cestách _____________________________________________________________________________________


6

Anomálie městského provozu _____________________________________________________________________________________

Méně ustálený chod - dynamické střídání akcelerací a decelerací - vyšší spotřeba paliva

Volnoběh: Vysoký přebytek vzduchu, nízká teplota výfukových plynů - vyšší podíl organického uhlíku (OC) v částicích - ochlazování (a snižování účinnosti) katalytických zařízení - ukládání organických částic ve výfukovém systému - vyšší poměr „nanočástic“ - pomalé ředění okolním vzduchem (nukleace, kondenzace)

Rozjezd: - „předávkování“ motoru palivem (pro rychlý rozjezd) - ještě horší je-li využit amatérský „chiptuning“ - katalyzátor se ohřívá postupně, krátká akcelerace nestačí - uvolňování a přeměny dříve uložených částic

Malá vzdálenost „receptorů“ od „zdrojů“ Motory = složité, nelineární, dynamické systémy (obtížné modelování) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

7

Vliv zastavení a opětovného rozjezdu dálničního tahače na emise částic _____________________________________________________________________________________ Compared to “cruise-through”, “excess” PM emissions are created by stopping and re-accelerating trucks

VojtisekVojtisek-Lom, Lom, Society of Automotive Engineers Technical Paper, SAE 20022002-0101-2901 Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

8

Emise z dálničního tahače při osmihodinovém volnoběhu _____________________________________________________________________________________ 1999 Freightliner truck, CAT 3406 engine, ~150,000 miles 8-hour extended idling test Idle Aire Technologies, Knoxville, TN, December 17, 2001

VojtisekVojtisek-Lom, Lom, CRC OnOn-road vehicle emissions workshop, 2002 Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

9

Emise z dálničního tahače po následném rozjezdu _____________________________________________________________________________________ • Class 8 truck idled for 8 hours at high idle, then driven for ~32 miles on an interstate highway • PM emissions were sampled at the turbocharger outlet (engine-out) and at each stack (tailpipe) using three portable, on-board systems

1999 Freightliner truck, CAT 3406 engine, ~150,000 miles 8-hour extended idling test Idle Aire Technologies, Knoxville, TN, December 17, 2001

VojtisekVojtisek-Lom, Lom, CRC OnOn-road vehicle emissions workshop, 2002 Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

10

Teploty výfukových plynů vznětového motoru _____________________________________________________________________________________ EGT after turbo

600

439

< 15-20%500 max. výkonu T výf. < 250 C

415

416 460

engine torque (Nm)

400 414

440

464

447

392

343

318

287

263

235

219

200

300 366 394

200

291 167

100

234

237

0

126

96 157 -100 600

138 1000

134

363

237 268 311 273 264 223

116

317

187

183

174 166

129 1400

1800

2200 engine rpm


11

Velikostní spektra částic (traktorový motor Zetor)

_____________________________________________________________________________________

1.0E+07

dN/dlogDp [1/cm3]

1.0E+06

1.0E+05

idle 1500 rpm, 100% load

1.0E+04

1500 rpm, 75% load 1500 rpm, 50% load rated pow er

1.0E+03 10

100 ekvivalentní průměr [nm] ekvivalent diameter [nm]

1000


12

Katalyzátory se při malém zatížení ochlazují a snižuje se účinnost... _____________________________________________________________________________________ Efficiency of catalytic converters can decrease during idling and can remain decreased for a period of time after idling

NOx emissions during the first 0.25-mile segment of a 4.2-mile run. 2000 Dodge RAM-2500 gasoline powered van

Concentrations of HC during two consecutive I/M 240 tests, following approx. 30 minutes of idle, on a 1996 CNG Dodge 2500 van.

Approximate idle time before run [minutes]

241

20

221

15

201

10

181

5

161

0

141

1

0

121

0.1

101

0.2

81

0.3

Run 1 Run 2

61

0.4

40 35 30 25 20 15 10 5 0 41

0.5

21

0.6

ppm HC

NOx emissions during first 0.25 miles of run [grams]

0.7

time (s)


13

Účinnost oxidačního katalyzátoru (autobus, New York) _____________________________________________________________________________________ Extreme case: Bus catalyst operational only during sustained high load operation Measurement is far from accurate (repair-grade analyzer used), but useful for the purpose. 1

Engine rpm

0,9 0,8

Cold GPS_mph rpm start

Heavy urban traffic

Freeway

3000 2500

0,7

2000

0,6 0,5

1500

0,4 1000

0,3 0,2

500

0,1 0 13:15

13:30

13:45

14:00

14:15

14:30

0,08

0 14:45

100%

0,06

0%

0,05

B_CO[g/s]

RedP_CO[g/s] – emissions upstream of DOC Blue –d_CO[%] emissions downstream of DOC

-50%

0,04

-100%

0,03

-150%

0,02

-200%

0,01

-250%

0 13:15

13:30

13:45

14:00

14:15

14:30

PTI vs. UBunit difference

50%

Catalyst efficiency

Emissions CO g/s emis sions (g/s)

Green – catalyst efficiency 0,07

-300% 14:45


14

Ukázková měření _____________________________________________________________________________________ Měření výfukových emisí vybraných typů vozidel během reálného provozu při průjezdu Prahou měřicí aparaturou umístěnou na palubě vozidla Škoda Octavia, 5 míst, Renault Trafic, 6 míst, TU Liberec-ČVUT/ČZU Praha

Tahač DAF + návěs, 40 tun, Mělník – Rudná (Jižní spojka) Iveco Eucargo, 7 tun

Lokomotiva ČKD + 5 vagonů, ~300 tun, ~400 míst, Praha-Vršovice - Tanvald


15

Konstrukce přenosné palubní aparatury (Technická univerzita v Liberci, 2009) _____________________________________________________________________________________


16

Katal.

Konstrukce přenosné palubní aparatury - analytická část _____________________________________________________________________________________

Filtrovaný ředicí vzduch Nefelometr (dopředný rozptyl laserového paprsku)

Katal.

10-12 lpm odběr

Před nebo za katalytickým zařízením – není nutný laminární tok ani izokinetický odběr vzorku

Ochlazení a ohřátí Odstranění vzorku kondenzátu a větších částic

F-FC-P Měřicí ionizační komora

F-FC-P

F-FC-P

NDIR-HC,CO,CO2

chem.cell NO

F-FC-P

NDIR-HC,CO,CO2

chem.cell NO

F-FC-P

Filtr, regulace průtoku, čerpadlo

Odtok vzorku

Motor Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

17

Konstrukce přenosné palubní aparatury - výpočet emisí _____________________________________________________________________________________ Motor

Katal.

Přímé měření

Měřené koncentrace HC, CO, CO2, NO, částice Katal.

ECU Diagnostické rozhraní

Tok nasávaného vzduchu Tlak, teplota vzduchu Teplota motoru Otáčky motoru Rychlost vozidla

GPS – poloha, výška, rychlost, časový signál

Časový posun pro ηdopr x Mvzd x psani x ω x zdvih. objem kompenzaci odezvy Qvzd = --------------------------------------------(zjištěn experimentálně) RxT sani

Synchronizace dat Harmonizace intervalu - 1 s 1. Výpočet toku výfukových plynů (tok nasávaného vzduchu, složení vzduchu, paliva, emisí) 2. Hmotnostní tok emisí = const. x koncentrace x tok výf. plynů 3. Spotřeba paliva = emise uhlíku (PM, HC, CO, CO2) / podíl uhlíku v palivu Integrace: Emise na test, km, kg paliva Záznam všech dat po 1 s Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

18

Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) _____________________________________________________________________________________ • Iveco Eurocargo, r.v. 2006, 87 tis. km • Motor Iveco Tector, Euro 4 • Jízda Liberec – Ústí – Teplice – Říčany u Prahy (rozvoz vysokoobjemových vzorkovačů)

Měřicí aparatura Káva (nevylitá)


19

Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) poklidné zimní ráno při výjezdu z Liberce... _____________________________________________________________________________________


20

Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) Liberec – Ústí n.L. – Teplice - Říčany _____________________________________________________________________________________ Říčany

Za Libercem

Liberec (vzorově klidná, neagresivní jízda, ono to na sněhu ani jinak nejde...) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

21

Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) (Liberec – Ústí n.L. –) Teplice - Říčany _____________________________________________________________________________________ Dálnice

Průjezd Prahou

(Ďáblice – Vysočany – Jižní spojka – Spořilov – D1 – Říčany)

90 26.22 km celkem - průměrná rychlost 7.04 km/h 80 70 60 50 km/h 40 30 20 10 0 14:15:00 14:45:00 15:15:00 15:45:00 16:15:00 16:45:00 17:15:00 17:45:00 18:15:00 18:45:00 19:15:00

30

Není to jízda ustálenou rychlostí!

25

km/h

2.43 km celkem - průměrná rychlost 2.07 km/h

20 15 10 5 0 15:41:00

15:51:00

16:01:00

16:11:00

16:21:00

16:31:00

16:41:00

16:51:00


22

Tahač DAF 105 _____________________________________________________________________________________ • 2006 DAF, 540 tis. km, s návěsem, 24 t náklad, celkem 40 tun • Motor Paccar, přeplňovaný šestiválec, zdvihový objem 12,9 litru, výkon 410 k, emisní norma Euro 5, se selektivní redukcí NOx („Ad-blue“) • Jízda Mělník – Rudná s několikerým průjezdem po Jižní spojce (Běchovice – Spořilov) • Velmi klidný, rozvážný řidič (prémie za ušetřené palivo – motivace k „eko-jízdě“!)


23

Tahač DAF 105 _____________________________________________________________________________________ • Ukázka: Rozjezd, nájezd na dálnici a jízda po dálnici (blízko Roudnice n.L.). • Při řazení klesá výkon motoru na nulu (16 převodových stupňů). • I při jízdě po dálnici „ustálenou“ rychlostí výkon motoru i emise částic kolísají

20

CO2

100

18

rpm

90

PM_Mca 16

80

km/h

14

70

12

60

10

50

8

40

6

30

4

20

2

10

0 9:48:00

9:53:00

9:58:00

10:03:00

road speed [km/h]

PM [mg/m3], CO2 [%], rpm x 100

• I mírné stoupání nebo klesání ovlivňuje výkon motoru

0 10:08:00


24

Tahač DAF 105 _____________________________________________________________________________________ • Ukázka: Dojezd „kolony“ a pojezd v koloně na Jižní spojce. • Neustálený chod motoru • Při řazení klesá výkon motoru na nulu (16 převodových stupňů) • Vyšší PM při rozjezdu • Vyšší PM při deceleraci s využitím motorové brzdy (není vstřikováno palivo – uložené PM?)

PM [mg/m3], CO2 [%], rpm x 100

16

CO2

rpm

PM_Mca

km/h

90 80

14

70

12

60

10

50

8

40

6

30

4

20

2

10

0 17:09:00

road speed [km/h]

18

0 17:11:00

17:13:00

17:15:00

17:17:00

17:19:00


25

Tahač DAF 105 _____________________________________________________________________________________ • Průměrná rychlost (30 s průměr) a emise NOx a PM na kg paliva (120 s průměr) • 0.08 g PM/kg paliva odpovídá při 40 t a 32 kg/100 km: 0.025 g PM/km, 0.0006 g PM/t-km • Při jízdě „cestovní rychlostí“ se emise výrazně neliší od limitů Euro 5 i při stáří motoru 109% deklarované minimální životnosti (500 000 km). • Při snížení průměrné rychlosti NOx i PM na kg paliva i spotřeba paliva výrazně narůstají! (např. při 0.2 g PM/kg paliva, 50 kg/100 km: 0.1 g PM/km, 0.0025 g PM/t-km) FS-Nox

Euro 5 equivalents at 250 g/kWh: 2.0 g/kWh ~ 8 g NOx/kg fuel / 0.02 g/kWh ~ 0.08 g PM/kg fuel

FS-PM10000

100

km/h 30 per. Mov. Avg. (km/h)

1000

50

120 per. Mov. Avg. (FS-PM) 120 per. Mov. Avg. (FS-Nox)

0 road speed [km/h]

fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg]

100

10

-50

1

-100

0.1

-150

0.01 9:00:00

10:00:00

11:00:00

12:00:00

13:00:00

14:00:00

15:00:00

16:00:00

17:00:00

-200 18:00:00


26

Osobní automobil s naftovým motorem – Škoda Octavia r.v. 2003, 167 tis. km

_____________________________________________________________________________________ 2003 Škoda Octavia přeplňovaný čtyřválec, objem 1.9 litru, 66 kW, najeto 167 tis. km Trasa z TU Liberec do

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10:00:00

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 11:45:00

VAG_km/h PM [mg/m3]

10:15:00

10:30:00

10:45:00

11:00:00

11:15:00

11:30:00


PM [mg/m3]

rychlost [km/h]

ČVUT Praha via centrum

27


_____________________________________________________________________________________ Trasa z ČVUT Praha do TU Liberec – řídil automechanik Emise částic 0.1-0.15 g/kg paliva při jízdě po dálnici, 0.1-1.5 g/kg při jízdě po městě (odhad 0.2-0.3 g/kg), při spotřebě paliva 5 kg/100 km a 5 sedadlech to je při jízdě městem 0.01-0.015 g/km, a 0.002-0.003 g na „sedadlo-kilometr“. Poznámka: Jedno vozidlo mělo mírně nižší, dvě vozidla vyšší emise částic. Toto je

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 17:45:00

1.4

VAG_km/h PM [g/kg fuel]

1.2 1 0.8 0.6

PM [g/kg fuel]

rychlost [km/h]

jenom příklad – každý automobil a motor je jiný!!!

0.4 0.2 0 18:00:00

18:15:00

18:30:00

18:45:00

19:00:00

19:15:00

19:30:00


28


_____________________________________________________________________________________ Trasa z TU Liberec do ČVUT Praha via centrum – řídil instruktor autoškoly

rychlost [km/h]

throttle position [%]

PM

80 60 40 20 0 0

1000

2000 engine rpm

3000

4000

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10:00:00

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 11:45:00

VAG_km/h PM [mg/m3]

10:15:00

10:30:00

10:45:00

11:00:00

11:15:00

11:30:00

PM [mg/m3]

100

Nejvyšší koncentrace: počátek

80

PM

rychlost [km/h]

throttle position [%]

100

60

40

20

0 0

1000

2000 3000 engine rpm

4000

5000

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 17:45:00

30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

VAG_km/h PM [mg/m3]

18:00:00

18:15:00

18:30:00

18:45:00

19:00:00

19:15:00

PM [mg/m3]

Trasa z ČVUT Praha do TU Liberec – řídil automechanik

akcelerace z nízkých otáček

19:30:00


29

Automobil s naftovým motorem Škoda Octavia 2006, 103 kW, Euro 4 _____________________________________________________________________________________

Osobní automobil Škoda Octavia (r.v.2006) s přeplňovaným vznětovým motorem 2,0 l, 103 kW - Měření dynamických emisí během rychlé a agresivní jízdy


30

Automobil s naftovým motorem

120

Rychlost [km/h] 6 Emise PM [mg/s]

100

5

80

4

60

3

40

2

20

1

0 14:00:00

15:00:00

16:00:00

17:00:00

18:00:00

19:00:00

emise PM [mg/s]

Rychlost [km/h]

Škoda Octavia 2006, 103 kW, Euro 4 _____________________________________________________________________________________

0 20:00:00


31

Automobil s naftovým motorem

50

5

40

4

30

3

20

2

10

1

0 16:25:00

16:35:00

16:45:00

16:55:00

Toto je cesta po Praze po místních komunikacích (nikoliv po obchvatu)

17:05:00

17:15:00

0 17:25:00

Jízda ustálenou rychlostí - Takto byla provozována většina motorů v tunelových studiích TESO a při měřeních na zkušebně, ze kterých jsou vypočteny mnohé emisní faktory

60


50

5

40

4

30

3

20

2

10

1

0 16:48:00

16:50:00

16:52:00

16:54:00

16:56:00

emise PM [mg/s]


emise PM [mg/s]

60

Rychlost [km/h]

Rychlost [km/h]

Škoda Octavia 2006, 103 kW, Euro 4 _____________________________________________________________________________________

0 16:58:00


32

Automobil s naftovým motorem Škoda Octavia 2006, 103 kW, Euro 4 _____________________________________________________________________________________

120


100

5

80

4

60

3

40

2

20

1

0 18:40:00

0 18:50:00

19:00:00

19:10:00

emise PM [mg/s]

Rychlost [km/h]

Toto je cesta po rychlostní silnici Mladá Boleslav – Turnov – Liberec

19:20:00


33

Vliv agresivní a rychlé jízdy (Škoda Octavia r.v. 2007, 103 kW motor) _____________________________________________________________________________________ 200

5000

180

4500

160

4000 km/h rpm

3500 3000

100

2500

80

2000

60

1500

40

1000

20

500

0 19:15:00

19:30:00

Mountain road - performance

19:45:00

City driving

climb descend

20:00:00

Expressway perf.

normal

20:15:00

City driving

climb

0 20:45:00

20:30:00

Mountain road - ordinary

idling

descend

9

3 mg/mol PM g PM / kg fuel

8 mg PM / mol exhaust

engine rpm

120

7 6

2.5 2

5 1.5 4 3

1

2 0.5 1 0 19:15:00

19:30:00

19:45:00

20:00:00

20:15:00

20:30:00

0 20:45:00

g PM / kg fuel

speed km/h

140

0.56 g PM / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit 0.025 g/km

(Tento test se z bezpečnostních důvodů nejel v Praze.) Grafy př ek a kol., Society of Automotive Engineers Tech. Paper series, 2009 převzaty z Vojtíš Vojtíšek 2009--0101-0148. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

34

Vliv agresivní a rychlé jízdy (Škoda Octavia r.v. 2007, 103 kW motor) _____________________________________________________________________________________

200

5000

180

4500

160

4000 km/h rpm

3000

100

2500

80

2000

60

1500

40

1000

20

500

0 19:15:00

19:30:00

19:45:00

20:00:00

20:15:00

20:30:00

0 20:45:00

1200

ppm_Nox 70 g Nox / kg fuel 60

1000

50

800

40

600

30

400

20

1400

exhaust ppm NOx

3500 engine rpm

120

200 0 19:15:00

19:30:00

19:45:00

20:00:00

20:15:00

20:30:00

g NOx / kg fuel

speed km/h

140

5.6 10g NOx / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit 0.25 0 g/km

20:45:00

(Tento test se z bezpečnostních důvodů nejel v Praze.) Grafy př ek a kol., Society of Automotive Engineers Tech. Paper series, 2009 převzaty z Vojtíš Vojtíšek 2009--0101-0148. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

35

Vliv agresivní a rychlé jízdy (Škoda Octavia r.v. 2007, 103 kW motor) _____________________________________________________________________________________ PM

15

Real freeway

Každá bublina reprezentuje okamžité koncentrace emisí (úměrné ploše bubliny) v každé sekundě jízdy. Poloha bubliny udává okamžitou rychlost a zrychlení

ECE 2 (dyno)

acceleration [km/h/s]

10

5

0 Cruise

NO

15

ECE 1

-5

ECE 2

-10 0

20

40

60

80

100

120

road speed [km/h]

140

acceleration [km/h/s]

10

160

5180

0

-5

-10 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

road speed [km/h]


36

Automobil s naftovým motorem Renault Trafic 2007, Euro 4 _____________________________________________________________________________________ Concentrations of CO in the exhaust of a 2007 Renault Traffic van with a common-rail turbodiesel engine during five consecutive replications of ECE urban driving cycle on an airport service road

4,000

0.006

3,000

0.004

2,000

0.002

1,000

0.000

-

-0.002 17:25

17:30

17:35

(1,000) 17:45 local time [hh:mm] 17:50

17:40

Concentrations of CO in the exhaust of a 2007 Renault Traffic van with a common-rail turbodiesel engine during real-world driving in urban, mountain and moderately hilly rural area % CO

3.0

road speed [km/h]

120

2.5

100

2.0

80

1.5

60

1.0

40

0.5

20

0.0 15:25

eng in e rpm

ex h a u s t C O [% ]

0.008

e xh au st C O [% ]

5,000

% CO engine rpm

ro ad sp ee d [km /h ]

0.010

0 15:30

15:35

15:40

15:45

15:50

15:55

16:00

16:05

16:10

16:15

16:20

16:25

16:30

time [hh:mm] 16:35 local16:40


37

Automobil s naftovým motorem Renault Trafic 2007, Euro 4 _____________________________________________________________________________________ 50

5.6 g NOx / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit

km/h g Nox / kg fuel

80

40

70

35

60

30

50

25

40

20

30

15

20

10

10

5

0 15:10:00

15:20:00

15:30:00

15:40:00

15:50:00

16:00:00

100

0 16:10:00

2

90 road speed [km/h]

45

1.8

km/h g PM / kg fuel

80

0.56 g PM / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit 0.025 g/km

70 60

1.6 1.4 1.2

50

1

40

0.8

30

0.6

20

0.4

10

0.2

0 15:10:00

15:20:00

15:30:00

15:40:00

15:50:00

16:00:00

g PM / kg of fuel

road speed [km/h]

90

g NOx / kg of fuel

100

0 16:10:00


38

Škoda Fabia – benzinový motor 1,2 HTP _____________________________________________________________________________________

400

70

350

60

300

50

250

40

200

30

150

20

100

10

50

0 17:15:00

17:25:00

17:35:00

Jízda ustálenou rychlostí (řidič se snažil, jinak se takto příliš nejezdí) Toto je cesta po Praze po místních komunikacích (nikoliv po obchvatu)

Toto je výjezd z Prahy a cesta po příměstské arteriální komunikaci

450

0 17:55:00

17:45:00

100 90 80

Rychlost [km/h] emise NOx [mg/s] emise HC [mg/s] emise CO [mg/s]

500 450 400

70

350

60

300

50

250

40

200

30

150

20

100

10

50

0 16:25:00

16:35:00

16:45:00

16:55:00

emise CO [mg/s]

80

500

rychlost [km/h], emise HC a NOx [mg/s]

rychlost [km/h], emise HC a NOx [mg/s]

90

Rychlost [km/h] emise NOx [mg/s] emise HC [mg/s] emise CO [mg/s]

emise CO [mg/s]

100

0 17:05:00


39

Starý benzinový motor s karburátorem (Škoda Favorit) vs. elektronicky řízený vznětový motor Euro 4 (Octavia): Jízda do kopce – klidný styl jízdy (instruktor autoškoly) _____________________________________________________________________________________ 5000

rpm

90

100

5,000

80

4000

70

3500

60

3000

50

2500

40

2000

30

1500

1,000

20

1000

-

10

500

rpm

60

3,000

40

2,000

0 21:39

21:40 21:41

21:42 21:43

21:44 21:45

21:46

0 20:15

computer time [hh:mm]

Škoda Favorit - normal driving 10 9

0 20:16

20:17

20:18

20:19

g PM / kg fuel

0.3

5 4

0.2

3 2

g Nox / kg fuel

6

PM [g/kg fuel]

0.4

7

20:21

20:22

3.5

g PM / kg fuel

0.5

8

20:20

g Nox / kg fuel

35

%_CO

engine rpm

4,000

4500

30

3

25

2.5

20

2

15

1.5

10

1

g PM / kg fuel

km/h

80

speed km/h

6,000

20

% CO

km/h

100

120

engine rpm [1/min]

road speed [km/h]

Škoda Favorit - normal driving

0.1

1

5

-

0.5

0 21:39

21:40

21:41

21:42

21:43

21:44


21:45

21:46

0 20:15

0 20:16

20:17

20:18

20:19

20:20

20:21

20:22


40

Starý benzinový motor s karburátorem (Škoda Favorit) vs. elektronicky řízený vznětový motor Euro 4 (Octavia): _____________________________________________________________________________________ Jízda do kopce – agresivní styl jízdy (řídil závodní jezdec)

rpm

5000

100

5,000

80

4000

70

3500

80

4,000

60

3000

60

3,000

50

2500

40

2000

30

1500

20

1000

10

500

km/h

40

2,000

rpm 20

1,000

0 21:54

speed km/h

90

engine rpm [1/min]

6,000

road speed [km/h]

120

21:55

21:56

21:57

21:58

0 19:20

21:59


Škoda Favorit - aggressive driving 10

%_CO

% CO

5 0.2

4 3

0.1

2 1

g Nox / kg fuel

0.3

PM [g/kg fuel]

7 6

19:22

19:23

19:24

19:25

g Nox / kg fuel g PM / kg fuel

0.5

0.4

8

0 19:21

35

PM_g/kg fuel

9

3.5

30

3

25

2.5

20

2

15

1.5

10

1

5

-

4500

engine rpm

km/h

100

g PM / kg fuel

Škoda Favorit - aggressive driving

0.5

0 21:54

21:55

21:56

21:57


21:58

21:59

0 19:20

0 19:21

19:22

19:23

19:24

19:25


41

Klidná vs. agresivní jízda do kopce -Novější Euro 4 diesel vs. starý benzinový motor _____________________________________________________________________________________ Minula se daň z registrace starých aut účinkem? g Nox / kg fuel

3.5

35

30

3

30

3

25

2.5

25

2.5

20

2

20

2

15

1.5

15

1.5

10

1

10

1

20:16

20:17

20:18

20:19

20:20

20:21

g Nox / kg fuel

0.5

5

0

0 19:20

20:22

0.5

Škoda Favorit - normal driving

19:23

19:24

19:25

1

PM_mg/mol

0.9

9

8

0.8

8

0.8

7

0.7

7

0.7

6

0.6

6

0.6

5

0.5

5

0.5

4

0.4

4

0.4

3

0.3

3

0.3

2

0.2

2

0.2

1

0.1

1

0.1

-

0 21:39

21:40

21:41

21:42

21:43

21:44


21:45

21:46

10

% CO

%_CO

9

% CO

19:22

Škoda Favorit - aggressive driving

PM [mg/mol exhaust]

10

0 19:21

%_CO

1

PM_mg/mol

0.9

-

PM [mg/mol exhaust]

0 20:15

g PM / kg fuel

g Nox / kg fuel

5

3.5

g PM / kg fuel

g PM / kg fuel

g PM / kg fuel

g Nox / kg fuel

35

0 21:54

21:55

21:56

21:57

21:58

21:59



42

Klidná vs. agresivní jízda autobusem 1991 International, DT360 motor (~ Euro 3)

_____________________________________________________________________________________ Typické provozní režimy autobusového motoru v běžném provozu (International DTA-360 turbodiesel, 145 kW, 6.0 l)

Vliv agresivní jízdy na emise částic - každá bublina znázorňuje hmotnostní emise PM za jednu sekundu jízdy točivý moment

Všechny režimy

Agresivní jízda

točivý moment

Klidná jízda

0

500

1000

1500 2000 otáčky motoru

2500

3000

Nebo též dle terminologie dr. J. Horáka, VŠB Ostrava (Ovzduší 2011), vliv „kvality obsluhy“

Tato data jsou z autobusu ve státě New York 0

1000

2000

3000

otáčky motoru Zdroj: Soukromé měření autorem, USA, 2004. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

43

Klidná vs. agresivní jízda autobusem 1991 International, DT360 motor (~ Euro 3)

_____________________________________________________________________________________

Studený start

Autobus International 3400 145 kW 6,0 l turbodiesel

Agresivní jízda

Normální jízda

(při dodržení bezpečnosti provozu a předpisů)

Velmi klidná jízda (bez omezení dopravy pomalou jízdou)

Obsah kruhu je úměrný okamžitým emisím pevných částic, kruh = 1 s jízdy

Zdroj: Soukromé měření autorem z vlastní iniciativy, USA, 2004. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů – specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno 10.5.2012.

44

Příklad ustáleného chodu motoru: Lokomotiva ČKD řady 749 _____________________________________________________________________________________ •

Lokomotiva řady 749, ČKD Praha, r.v. 1968

•

Motor: K 6S310 DR, ČKD Praha, r.v. 1968, řadový přeplňovaný šestiválec, zdvihový objem 163,2 litru, výkon 1500 k při 775 ot/min

•

5 vagonů, hmotnost soupravy 290-300 tun (počet a hmotnost cestujících nebyly přesně známy)

•

Měření provedena při běžném provozu rychlíku na trati Praha - Tanvald


45

Lokomotiva ČKD řady 749 _____________________________________________________________________________________ Emise PM (průměr Praha-Turnov): 1.05 g/km, 0.66 g/kg paliva (spotřeba paliva 185 l/100 km), ~ 0.0035 g/t-km (300 tun), ~ 0.0026 g na “sedadlo-kilometr” (Euro 6: 0.0045 g/km automobil)

900

90

800

80

700 600

70 60

500 400

50 40

300

30

200

20

100 0

10 0

7:00:00

7:15:00

7:30:00

7:45:00

8:00:00

8:15:00

8:30:00

8:45:00

9:00:00

9:15:00

9:30:00

9:45:00

10:00:00 NO [ppm] CO 50 [ppm]

2000 exhaust NO [ppm], CO [ppm]

110 100

1800

PM 45 [mg/m3] 40

1600 1400

35

1200

30

1000

25

800

20

600

15

400

10

200

5

0

0

7:00:00

7:15:00

7:30:00

7:45:00

8:00:00

8:15:00

8:30:00

8:45:00

9:00:00

9:15:00

9:30:00

9:45:00

PM [mg/m3]

generator power [kW]

Track speed [km/h]

track speed [km/h]

Power [kW]

1100 1000

10:00:00


46

Závěry

_____________________________________________________________________________________

Emise ze silničních vozidel nejsou „ustálené“ výrazně závisí na „použité technologii“ a „kvalitě obsluhy“. Krátké episody s vysokými emisemi dominují celkovým emisím. Provozní podmínky mají zásadní a výrazný vliv na emise zvláště částic:

Se snižující se plynulostí dopravy narůstají u silničních vozidel emise zvláště částic, ty jsou vyšší při akceleracích a při delším provozu na velmi nízká zatížení. Motor lokomotivy, díky konzervativní, robustní konstrukci a relativně ustáleným provozních podmínkám dosáhl, i přes velké stáří, emisí nikoliv nesrovnatelných (na tunu a kilometr nebo sedadlo a kilometr) s moderními silničními osobními a nákladními vozy. Není zřejmé, že omezení starších vozů s benzinovými motory a jejich náhrada průměrnými moderními vozy (třetina až polovina vznětové motory) vede ke snížení emisí částic.

Emise částic ze spalovacích motorů je třeba snížit v reálných podmínkách, nejen dalším snižováním limitů pro nové motory. Městský provoz je spojen s řadou anomálií, které je vhodné brát v potaz. Množství dat je omezené, poukazují na trendy, neposkytují věrohodné kvantitativní srovnání.


47

Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy. Lower Manhattan, New York, USA _____________________________________________________________________________________

Poděkování „S přispěním finančního nástroje EU LIFE“ Projekt LIFE10 ENV/CZ/651 - MEDETOX

Měření emisí kamionu při volnoběhu a následné jízdě byla financována společností IdleAire, Knoxville, Tennessee, USA a měřena ve státě Tennessee. Měření emisí kamionů při rozjezdu a jízdě po dálnici byla financována Kalifornským úřadem pro ochranu ovzduší a měřena ve státě Kalifornie. Měření v ČR byla financována granty MŠMT Ministerstva dopravy ČR CG912-058-520 „Kvantifikace environmentálních a bezpečnostních vlivů dopravy“ a MŠMT 1M0568 "Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka II“ a dr. Vojtíškem. Na měření emisí osobních vozidel se podíleli ing. Martin Dufek, ing. Jan Mareš a ing. Michael Fenkl z Katedry vozidel a motorů FS TU v Liberci. Na měření emisí lokomotivy se podíleli ing. Jonáš Jirků a doc. ing. Jaroslav Opava, CSc. z Fakulty dopravní ČVUT v Praze. Zvláštní poděkování Depu kolejových vozidel Vršovice Českých drah (lokomotiva), a Maliník Rebels Performance Motoring Club (agresivní jízda).


48

Specifická rizika v reáln. stském m provozu

Recommend Documents