Károsanyag kibocsátás vizsgálata Minıség ellenırzés 1
Légfelesleg tényezı C 8 H 18 + 12,5 O 2 = 8 CO 2 + 9 H 2 O C 8 H 18 + 12,5 (O 2 +79/21N 2 ) = 8 CO 2 + 9 H 2 O + 12,5 79/21N 2 114 kg C 8 H 18 + 400 kg O 2 + 1316,67 kg N 2 = 352kgCO 2 + 162kgH 2 O + 1316,67kgN 2 1 kg C 8 H 18 + 15,06 kg levegı = 3,09 kg CO 2 + 1,42 kg H 2 O + 11,55 kg N 2 λ = m valós /m elm = m valós /B*m lo Elméleti leti égési levegı igény 2
Korszerő motorokkal szemben támasztott igény: Teljesítmény növelése Hatásfok növelése Károsanyag kibocsátás csökkentése CO 2 Emisszió CO C x H y NO x Hatásfok Teljesítmény 3
Emissziós határértékek (szgj) www.dieselnet.com 4
Európai OBD határértékek, g/km www.dieselnet.com 5
MPI (Ford) 6
OTTO ciklus 1 2 p 4 2-3 3 5 4-5 3-4 1 2 6 V V Komp. V Löket 6-1 5-6 7
Ottó motor fojtásos szabályozása (- fojtás nélkül, --- fojtással) 8
A káros anyagok emissziója a légfelesleg függvényében Otto-motorok gépjármő. gázmotorok. 9
Szgj. (Otto-motorok) emissziós határai 10
Direkt befecskendezés 11
DIESEL ciklus 1-2 2-3 p 3 4 3-4 4-5 5 5-6 6-1 1 2 6 V 12
Diesel-motor mennyiségi szabályozása (- teljes dózis, --- csökkentett dózis) 13
A káros anyagok emissziója a légfelesleg függvényében Diesel-motorok Otto-motorok gépjármő. gázmotorok. 14
Szgj. (Diesel-motorok) emissziós határai Részecske kibocsátás [g/kwh] Füstgáz visszavezetés EURO 3 (2000) EURO 5 Részecske szőrı EURO 4 Kialakítás Jelenlegi motorok Vezérlés Katalizátor Füstgáz visszavezetés nélkül USA NOx [g/kwh] Prof. Bengt Johansson, ECM-2005 15
Fékpadi mérırendszer Puffer tartály 500 g U p mérıperem k 2156 HM 6U 16
Víz (örvény) fékpad k 17
Örvényáramú fékpad 18
Fékgép különbözı üzemmódjai 19
Aszinkron fékgép AVL: DynoEXACT APA 20
Christian Schyr, AVL List GmbH, Graz Austria 21
Diesel-motor kibocsátása különbözı fordulatszámokon és terheléseken 22
Otto-motor kibocsátása különbözı fordulatszámokon és terheléseken 23
A mérés körülményei: A környezeti nyomás és hımérséklet közelítse meg a "szabványos" légköri viszonyokat, vagyis: légköri nyomás (száraz) legalább 96,6 kpa a környezeti hımérséklet 23±7 C korrekció: F = 99 Ta ps 298 0,7 hőtıfolyadék-hımérséklet gyártó által elıírt v. 80±5 C léghőtéses motoroknál a környezeti levegı hıfoka a gyártó által meghatározott maximum 0-20 C, üzemanyag hımérséklet gyártó által elıírt határértéken belül állandó, v. 38±5 C kenıolaj hımérséklet gyártó által elıírt határértéken belül állandó, a feltöltılevegı hımérsékletét a deklarált legnagyobb teljesítménynek megfelelı fordulatszámnál és teljes terhelésnél ± 5 K-en belül meg kell közelítenie 24
Motor vizsgálati ciklusok vizsgálati ciklus adott fordulatszámmal és nyomatékkal meghatározott vizsgálati pontok sorozatát jelenti melyeken a motor állandósult üzemállapotban mőködik(esc vizsgálat) vagy átmeneti üzemi állapotban (ETC, ELR vizsgálat) mőködik; 25
az ESC amely, egy 13 állandósult üzemállapotból álló ciklus, az ELR átmeneti terhelési fokozatokból áll különbözı fordulatszámoknál, amelyek egyetlen vizsgálati eljárás szerves részei és amelyeket egy idıben kell elvégezni; az ETC amely másodpercrıl - másodpercre változó átmeneti üzemállapotok sorozatából áll. 26
Az ESC vizsgálat Az üzemmeleg motor egy elıírt üzemállapot sorozata alatt folyamatosan vizsgálni kell a kipufogógázban lévı fenti szennyezıanyagokat a kezeletlen kipufogógázból vett minta alapján. A vizsgálati ciklus egy sor fordulatszámmal és terheléssel meghatározott üzemállapotból áll, amelyek felölelik a dízelmotorok jellemzı üzemi tartományát. Minden egyes üzemállapotban meg kell határozni az egyes gáznemg znemő szennyezıanyagok koncentráci cióját, a kipufogógáz-áramot, a motor teljesítm tményét, és a mért m értékeket súlyozni s kell. A részecske-mintát kondicionált környezeti levegıvel kell felhígítani. A teljes vizsgálati eljárás alatt egy mintát kell venni és összegyőjteni megfelelı szőrıkön. Az egyes kibocsátott szennyezıanyagok gramm/kilowattórában kifejezett mennyiségét az e fejezetben leírt módon kell kiszámítani. Ezenfelül az ellenırzési területnek a vizsgáló laboratórium által kiválasztott három vizsgálati pontján mérni kell a NOx mennyiségét, és a mért értékeket össze kell hasonlítani azokkal az értékekkel, amelyeket a vizsgálati ciklusnak a kiválasztott vizsgálati pontokat burkoló üzemállapotaiból számítottak. A NOx befolyásolás ellenırzése biztosítja a motor szennyezıanyag-kibocsátás csökkentésének hatékonyságát a tipikus motor-üzemeltetési tartományon belül. A vizsgálati pontokat jóváhagyott véletlenszerő (randomizációs) statisztikai módszerekkel kell kiválasztani. 27
A vizsgálati ciklusok specifikus meghatározása Leadott teljesítmény (a leadott P max %-a) P max 50 %-a Ellenırzött terület P max P max 70 %-a Alapjárat Motor fordulatszám 28
AZ ESC ÉS ELR VIZSGÁLATI CIKLUS Az A, B és C motor-fordulatszámokat a gyártónak kell megadnia a következı elıírásoknak megfelelıen: Az n hi magas fordulatszámot a II/A rész 8.2. pontja szerint meghatározott, deklarált P(n) legnagyobb effektív teljesítmény 70 %-ának számításával kell megállapítani. Az n hi az a legnagyobb motor-fordulatszám, amelynél a teljesítmény-görbén ez a teljesítményérték elıfordul. Az n lo alacsony fordulatszámot a II/A rész 8.2. pontja szerint meghatározott, deklarált P(n) legnagyobb effektív teljesítmény 50 %-ának számításával kell megállapítani. Az n lo az a legkisebb motor-fordulatszám, amelynél a teljesítmény-görbén ez a teljesítményérték elıfordul. Az A, B és C motor-fordulatszámokat a következık szerint kell kiszámítani: A fordulatszám = n lo + 0,25 (n hi - n lo ) B fordulatszám = n lo + 0,5 (n hi - n lo ) C fordulatszám = n lo + 0,75 (n hi - n lo ) 29
ESC Európai állandósult állapotú ciklus (European steady state cycle) Üzemálla pot száma Motorfordulatszá m Százalékos terhelés Súlyozó tényezı Az üzemmód idıtartama 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 alapjárat a b b a a a b b c c c c 100 50 75 50 75 25 100 25 100 25 75 50 0,15 0,08 0,10 0,10 0,05 0,05 0,05 0,09 0,10 0,08 0,05 0,05 0,05 4 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 2 perc 30
Az ELR vizsgálat Az elıírt terhelésreagálási vizsgálat során fényelnyelés elvén mőködı füstölésmérıvel meg kell határozni az üzemmeleg motor füstölését. A vizsgálat a motor 10 %- tól 100 %-ig terjedı terhelésébıl áll állandó fordulatszámon, három különbözı motorfordulatszámnál. Ezenfelül egy negyedik terhelési fokozattal is kell járni amelyet a vizsgáló laboratórium választ ki, és ennek értékét össze kell vetni az elızı terhelési fokozatok értékeivel. A füstf stölés s csúcs csértékét t az e fejezet A részében leírt átlagoló algoritmussal kell meghatározni 31
ELR vizsgálat állandó motor-fordulatszámon alkalmazott terhelési fokozatok sorából álló ciklust jelent; Fordulatszám Európai terhelésreagálási vizsgálat (European load response test) 1. ciklus 2. ciklus 3. ciklus 4. ciklus Kiválasztott pont Terhelés 32
Az ETC vizsgálat Az üzemmeleg motor elıírást átmeneti üzemállapotaiból álló ciklus során, amely jól megközelíti a tehergépkocsikba és buszokba épített nagy igénybevételő motorok úttípustól függı üzemelési viszonyait, vizsgálni kell a fenti szennyezıanyagokat a teljes kipufogógáz z mennyiség g kondicionált környezeti levegıvel vel törtt rtént felhígítása után. Felhasználva a motor-fékpad visszacsatolt nyomaték- és fordulatszám-jeleit, a teljesítményt a ciklus idejének figyelembevételével összegezni (integrálni) kell, ami a motornak a ciklus alatt végzett munkáját adja eredményként. Meg kell határozni az NOx és s HC koncentráci ciót t a ciklus során n az gázelemzg zelemzı készülék k jeleinek integrálásával. A CO, CO2 és s NMHC koncentráci ciója meghatározhat rozható az elemzı készülék k jeleinek integrálásával, vagy zsákos mintavétel tel útján. A részecskék mennyiségének meghatározásához megfelelı szőrıkön arányos mintát kell összegyőjteni. A hígított kipufogógáz áramát az egész ciklusra meg kell határozni, a kibocsátott szennyezıanyagok tömegének kiszámításához. A kibocsátott szennyezıanyagok tömegének értékeket a motor munkájára kell vonatkoztatni, hogy megkapjuk az egyes szennyezıanyagok kibocsátott mennyiségét gramm/kilowattóra mértékegységben. 33
ETC vizsgálat 1800 másodpercrıl-másodpercre változó, átmeneti üzemállapotból álló ciklust jelent; Városi utak Vidéki utak Autópályák Fordulatszám % Nyomaték % Idı [s] 34
ECE R 83 (Emission standards for on-road vehicles ) 35
ECE R-49 (cycle was replaced by the ESC schedule ) 36
Generátor egységek 37
38
39
40
41
42
43
Kezeletlen kipufogógáz CO, CO2, NOx és HC összetevıit elemzı rendszer folyamatábrája; csak az ESC vizsgálatnál 44
Hígított kipufogógáz CO, CO2, NOx és HC összetevıit elemzı rendszer folyamatábrája; az ETC vizsgálatnál, választhatóan az ESCnél 45
Részecske mintavevı rendszer 46
Részáramú hígító rendszer CO2 koncentráció méréssel, szénegyensúllyal és teljes mintavétellel 47
Részáramú hígító rendszer izokinetikus szondával és rész-mintavétellel (szívóventilátor vezérlés) 48
Teljes átáramlású hígító rendszer 49
Füstölés mérése - Opacimetria 50
Rész- és teljesáramú füstölésmérı A fényforrás egy 2800 3250 K közötti színhımérséklető fehér fényő izzólámpa, vagy egy 550-570 nm közötti színkép-csúcsot mutató zöld fényt kibocsátó LED legyen 51
Filter Smoke Number (FSN) 52 AVL
Vége! 53
Irodalmak: Masaru Nakajima (Hino Motors, Ltd.): Harmonization activities of regulation and international standardization for vehicle exhaust emissions (Heavy Duty Vehicles), JSAE Seminar on Vehicle Environment and Safety issues 54