Emisní vlastnosti automobilů a automobilových motorů Ochrana životního prostředí: podíl automobilové dopravy na celkovém znečištění ovzduší Emisní předpisy:
CARB, EPA, ECE (EHK), národní legislativa Emisní testy (EHK 83, EHK 49)
Emisní limity (g/km, g/kWh) Povinnosti výrobců automobilů: typové zkoušky, homologace stálost emisních vlastností ve výrobě stálost emisních vlastností při provozu (OBD) Povinnosti provozovatele automobilu:
emisní kontroly při periodických technických prohlídkách
Nová technická řešení a jiná opatření ke snížení výfukových emisí: • Optimalizace chodu motoru (omezování neúčelného chodu motoru při zastavení vozidla, hybridní pohony) • Náhrada klasických uhlovodíkových paliv ropného původu tzv. alternativními (ekologickými) palivy • Technicko-organizační opatření při řízení dopravy (významné zejména pro dopravu ve městech) ZVM - 2009
Scholz
1
Emisní vlastnosti automobilů kat. M1 a N1 se zjišťují na zkušebně simulací jízdy na válcích.
Předpis EHK 15.00 EHK 15.01 EHK 15.02 EHK 15.03 EHK 15.04 EHK 15.05 EHK 83.01 EHK 83.02 EHK 83.03 – Z/V EURO 3 (M1) – Z/V EURO 4 (M1) – Z/V
Platný od 1973 1977 1979 1981 1984/86 1990/91 1992 1995 1997 2000 2005
Limity měrných emisí [ g/km ] CO 28,9 23,2 23,2 18,8 14,3 11,1 2,72 2,72 2,3/1,0 2,3/0,64 1,0/0,50
NOx HC+NOx HC PM 2,15 1,83 1,83 2,47 1,6 2,1 4,69 1,48 3,70 0,97 V-0,14 0,97 V-0,14 0,5/0,7 -/0,08 0,20/- 0,15/0,50 V-0,56 V-0,05 0,10/- 0,08/0,25 V-0,30 V-0,025
část 1.: simulace jízdy ve městě
část 2.: dálniční
2 ZVM - 2009
Scholz
Vývoj emisních limitů pro VM kategorie vozidel M1 a N1 ZVM - 2009
Scholz
3
Další vývoj limitních hodnot výfukových škodlivin vozidlových motorů pro kategorii vozidel M1 a N1 v Evropě lze odhadnout podle postupu zpřísňování emisních požadavků předpisu CARB a EPA v USA, kde jsou nejtvrdší požadavky na postupné snižování emisí škodlivin z motorových vozidel a to určuje trend i pro Evropu. Předpis EPA platí pro 49 států USA, Kalifornie (předpis CARB) má ještě přísnější předpisy proti EPA. Předpisy CARB tlačí na postupné snižování emisních limitů pro nová vozidla (vč. emisí NMOG): výrobcům se určují podíly vozidel s jednotlivými emisními úrovněmi (TLEV, LEV, ULEV, SULEV, ZEV) v jejich výrobním programu. NMOG (Non-Methan Organic Gases): uhlovodíky ve výfukových plynech, tj. všechny aldehydy, ketony, alkoholy a estery s 5 a méně atomy uhlíku a všechny alkany, alkeny, alkiny a aromaty s obsahem do 12 atomů uhlíku. HCHO: formaldehyd
palivo
Kontrola [mil] Všechna 50 000 100 000 paliva 50 000 100 000 50 000 100 000 120 000 Elektro Nedefin. Vodík Nedefin.
NMHC [g/míli] TLEV TLEV LEV LEV ULEV ULEV SULEV ZEV ZEV
NMOG [g/míli] 0,125 0,156 0,075 0,090 0,04 0,055 0,001 0,000 0,000
ZVM - 2009
CO [g/míli] 3,4 4,2 3,4 4,2 1,7 2,1 1,0 0,000 0,000 Scholz
NOx PM HCHO [g/míli] [g/míli] [g/míli] 0,015 0,4 0,018 0,08 0,6 0,015 0,2 0,018 0,08 0,3 0,008 0,2 0,011 0,04 0,3 0,01 0,02 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 4
Pro motorová vozidla kat. M2, M3 (autobusy) a N2, N3 (nákladní automobily) platí emisní předpis EHK 49: emisní limity jsou v [g/kWh] . Měření emisních vlastností se provádí na samostatném motoru (bez vozidla).
Předpis EHK 49.00 (ECE R 49.00) EHK 49.01 EHK 49.02 (EURO I) EHK 49.03 (EURO II) EHK 49.04 (E III) EURO 4 EURO 5
Platný od 1983 1990 1993 1996 2001 2005 2008
Limity měrných emisí [ g/kWh ] CO 14,0 11,2 4,5 4 2,1 1,5 1,5
HC 3,5 2,4 1,1 1,1 0,66 0,46 0,46
NOx 18,0 14,4 8 7 5 3,5 2,0
PM 0,36 0,15 0,1 0,02 0,02
Emisní test podle EHK 49 se od zavedení předpisu prováděl ve 13 ustálených provozních režimech motoru, od předpisu EURO 4 je zaveden nový emisní test pro tyto motory vozidel, který trvá 30 minut a v sekundových intervalech v celém průběhu testu se mění provozní režim (jak otáčky motoru, tak točivý moment motoru). Motor tak trvale pracuje v přechodových režimech – TRANSIENT test. EEV (Enhanced Enviromentallly Friendly Vehicle – vozidlo šetrné k životnímu prostředí). ZVM - 2009
Scholz
5
Ekologické efekty plynofikace motorových vozidel BENZIN 1.1 g/km
0.42 g/km
4.53 g/km
1.6 mg/km
54.3 g/km
4.73 mg/km
5.2 225.7 mg/km mmol/km
262 g/km
100% 90% 80% 70% 60% 50% 79.0%
40% 30%
87.0%
82.4%
56.7% 47.9%
43.0%
20%
41.0%
2.7% CO
CH + NOX
PM
P AH
B TX
A LD
LET SM OG
A CID
Jednodušší stavba molekul u plynných paliv zajišťuje průběh hoření s výrazně menší produkcí nových uhlovodíkových molekul, které jsou hygienicky velmi rizikové (PAH, PAHKARC). Plynná paliva mají proti kapalným palivům výrazně nižší výfukové emise po startu motoru.
46.2%
10% 0%
Plynná paliva mají proti kapalným palivům ropného původu menší hmotnostní podíl C v 1 kg paliva.
GW
PROPAN - BUTAN
120 [%] 100
Předností plynných paliv je hermetická těsnost palivového systému.
80 DIESEL
60
Vodík jako motorové palivo pro období poropného věku – bez CO2
LPG
40
20
0 NOx
ZVM - 2009
HC
CO
PM
PAH
PAHkarc
Scholz 6
Paliva budoucnosti – cesta k omezování produkce CO2 Biopaliva: rostlinné oleje, biolíh, paliva z biomasy Základní schéma možného postupu výroby kapalných paliv z biomasy (Biomass to Liquid – BtL): termickým rozkladem se získá plynný meziprodukt, který cestou FT syntézy s hydrogenačními procesy a katalytickým reformingem se upraví na kapalnou fázi, ze které se destilací postupně oddělí jednotlivá motorová paliva. Palivem pro „období poropného věku“ se označuje vodík: vodík jako “nosič” energie navíc patří do kategorie obnovitelných zdrojů. Přímému spalování vodíku v pístových motorech konkurují palivové články, do vyřešení celé řady problémů u palivových článků však zůstává pístový motor v dominantním postavení. ZVM - 2009
Scholz
7
ZVM - 2009
Scholz
8
