Részecskeszűrők utólagos beépítése nehézgépjárművek esetében Előírások, műszaki szempontok, hazai alkalmazás 12. Haszongépjármű Műszaki Konferencia 2011. június 2-3. Várgesztes Dr. Merétei Tamás tudományos főmunkatárs Közlekedéstudományi Intézet Nonprofit Kft. 1
Tartalom Részecskeszűrés indítékai: A környezeti levegő részecskeszennyezettsége, dízelüzemű gépkocsiállomány növekedése, emissziós előírások szigorítása,alacsony Emissziójú Zónák (LEZ) Részecskék jellemzői, humán-egészségügyi hatások: keletkezés, fizikai-kémiai összetétel, méreteloszlás, méréstechnika A részecske-emisszió csökkentése a motor kialakításával: Befecskendezési és égésfolyamat javítása. Kipufogógáz visszavezetés A dízelmotorok részecskeszűrésének alapelvei: szűrési alapelvek, szűrők anyagai, szűrési, regenerálási technológiák Részecskeszűrők utólagos beépítése: szempontok, minősítés alapelvei, vizsgálati módszerek, követelmények, hatékonyság Külföldi autóbusz-vállalatok tapasztalatai: Berlini Közlekedési Vállalat (BVG 1350busz), Zürichi Autóbusz Társaság(BVZ 164busz) A szűrők utólagos beépítésének hazai tapasztalatai: BKV Zrt., autóbusz-állomány, vizsgált szűrők, vizsgálati módszer, eredmények, költségelemzés Következtetések, javaslatok 2
Részecske emisszió csökkentésének hazai indítékai A dízelüzemű gépjármű-állomány és használatának folyamatos növekedése (tgk 80-90%; szgk 12-15%; busz 100%). Benzin felhasználás csökken gázolajé nő. Használt dízelüzemű gépjárművek (buszok, tgk-k, szgk-k behozatala. Gázolaj-felhasználás folyamatos növekedése. Nagyvárosaink levegőjének PM-10 szennyezettsége egészségügyi kockázatot jelent, meghaladja az EUhatárértékeket és csökkenteni kell Az EU kezdeményezésére Környezetvédelmi Zónák (Alacsony Emissziójú Övezetek LEZ) kialakítása az európai és hazai nagyvárosokban. Útdíjkedvezmény (Németország, Svájc) 3
A Budapest XI. Kosztolányi Dezső téren mért PM10 és NOx/NO2 havi átlagértékeinek alakulása Adatforrás: Hungarian Air Quality Monitoring System (station BP6 Kosztolanyi ) 4
A PM10 24 órás határérték-túllépés évenkénti alakulása Budapest mérőállomásain 5
A PM10 24 órás határérték-túllépések évenkénti alakulása Európa nagyvárosainak mérőállomásain 6
Az elérhető életkor csökkenésének kockázata a PM 2,5 következtében 2000-ben (baloldalon) és 2020-ban (jobboldalon) Forrás: IIASA 7
8
Nehéz haszon járművek károsanyag -kibocsátási határértékei (EURO I EURO II - EURO III ) Káros anyagok Egység EURO I EURO III EURO III EEV EURO II dízel dízel/gáz Dízel P<85 kw P>85 kw dízel/gáz ETC ESC/ELR ETC ESC/ELR CO 4,5 4,5 4 2,1 5,45 1,5 3 HC 1,1 1,1 1,1 0,66-0,25 - NMHC - - - - 0,78-0,4 g/kwh CH4 - - - - 1,6-0,65 NOx 8 8 7 5 5 2 2 PM 0,612 0,36 0,15 0,1 0,16 0,02 0,02 Füst m -1 - - - 0,8-0,15 - Bevezetés éve: típusvizsgálat Káros anyagok E gység dízel ESC/ELR 1993 1996 2000 EURO IV EURO IV EEV EUR O V EURO V EEV dízel/gáz ETC dízel ESC/ELR dízel/gáz ETC dízel ESC/ELR dízel/gáz ETC dízel ESC/ELR CO 1,5 4 1,5 3 1,5 4 1,5 3 HC 0,46-0,25-0,46-0,25 - NMHC - 0,55-0,4-0,55-0,4 g/kwh CH4-1,1-0,65-1,1-0,65 NOx 3,5 3,5 2 2 2 2 2 2 PM dízel/gáz ETC 0,02 0,03 0,02 0,02 0,02 0,03 0,02 0,02 Füst m -1 0,5-0,15-0,5-0,15 - Bevezetés éve: típusvizsgálat 2005 2008 A nehéz gépjárművek (autóbuszok) kipufogógáz károsanyag-emissziójára vonatkozó határértékek az Európai Unió előírásai szerint 9
A haszonjármű motorok kipufogógáz károsanyag kibocsátásra vonatkozó határértékek szigorodása az európai, amerikai és japán előírásokban 10
Jóváhagyott és a tervezett Alacsony Emissziójú Zónák (Low Emission Zone) Európa területén www.lowemissionzones.eu 11
Alacsony Emissziójú Zónák előírásai Európa országaiban Ország/ városok Gépjármű-kategória Bevezetés Időpontja/ alkalmazás időhat ára Emissziós osztály (tiltott)vagy határ Utólagos emissziócsökken - tő elfogadása Ausztria A 12 autópálya Tirol Nehéz tgk 7,5 t felett 2007.01.01. Euro-0;1 nem Cseh köztársaság Prága Tgk 3,5t felett hétfő-péntek 8-18h 6,0t felett mindig Dánia: hat nagyváros Tgk 3,5t felett, buszok 2008.07.01. 2010.07.01. NSZK: 42 város Szgk benzinüzemű Szgk,tgk dízelüzemű 2008.01.01. Euro-0;1 nem 2008.01.10. 2010.10.01. Hollandia: 16 város Tgk 3,5 t felett 2013.07.01- ig 2013.07.01- től Euro-0,1,2 vagy szűrő Euro-0,1,2,3 vagy szűrő Euro-0 Euro-0,1vagy szűrő Euro-3+ szűrő (életkorhatár:8év) Euro-4 alatt Norvégia: 3 nagyváros Tgk, busz 3,5 t felett 2010.09.01. Euro-4 alatt emissziós osztálytól függő behajtási díj Olaszország: 10 észak-olasz tartomány, Róma, Milánó Szgk benzinüzemű Motorkerékpár Tgk, busz 3,5 t felett 2005-2010 2010 2008 Euro-1 alatt Kétütemű Euro-0,1,2 vagy szűrő Svédország: 6 nagyváros Tgk, busz 3,5 t felett 2014-ig Euro-3 alatt nem Egyesült Királyság: London és 2 város Tgk 3,5 t felett Buszok 5 t felett Kistgk 1,2t önsúly felett 2007.07.07 -től Euro-3 alatt vagy szűrő Igen igen igen igen nem igen igen 12
Részecske-képződés a motor égésfolyamata során A részecske-emisszió forrásai: - Tökéletlen égés: A részecskék alapvetően elemi szénből (40-45%) és elégetlen tüzelőanyagból/kenőolajból származó szénhidrogénekből (30-35%) állnak. - Mechanikus kopásból származó fémek - Adalékokból és egyéb éghetetlen összetevőkből származó anyagok: ásványok, sók,kénvegyületek Alapvető képződési folyamatok: -Elő-vegyületek (precursorok) kialakulása pirolízissel majd ezekből polimerizációval makromolekulák képződése - Elsődleges részecskeformációk magképződéssel (nucleus) koncentrációjuk: 10 12 /cm 3, átmérőjük:néhány nm - Méretnövekedés koagulációval - Dehidratáció oxidációs folyamatok révén 13
A részecskeméretek az emberi haj vastagságához és a strand homok méretéhez viszonyítva 14
Finom részecskék szűrése az ember légzőszerveiben 15
Dízelmotor részecskék lerakódása a légutakban Lerakódás a tüdőben Részecske átmérő 16
Részecske mérés és szűrés történelem 1775 Pott P. összefüggést állapított meg a légúti rákos betegségek és a korom hatása között kéményseprőknél 1868 Tyndall felfedezi a finomrészecskék mérésére szolgáló optikai effektust 1916 Részecskeszám és szilikózis közötti összefüggés megállapítása bányászoknál 1936 Staub folyóirat cikket közöl az 1μm alatti méretű részecskék egyértelmű egészségkárosító hatásáról 1959 a Johannesburgi Egyezményben rögzítik a tüdőbe jutó részecskék méreteloszlását 1978 javaslat a részecskeszűrők alkalmazására gépjárműveknél, 1983 az EPA/US javaslatára az SAE bevezeti az első PM határértéket 0.6 g/mile-t 1985 részecskeszűrővel ellátott Mercedes Kaliforniában Az elmúlt 3 évtizedben több mint 100 000 utólagosan felszerelt szűrő bányagépek, alagútépítő berendezések és villás targoncák motorjain 2000 a PSA Peugeot a 607HDI 2.2 típusán aktív szűrőt vezet be 2002 végéig 400 000 szűrővel felszerelt autót adnak el. 2007-től minden új nehéz tgk-t szűrővel szerelnek fel az USA-ban 17
Az füstmérő (opaciméter) mérési elve Opacitás: A fényintenzitás százalékos csökkenése N=((I 0 -I)/I 0 )*100 [%] Fényelnyelési tényező: k = (-1/L)*ln(1-N/100) [m -1 ] 18
Részecske emisszió gravimetrikus mérése 19
Kondenzációs elven működő részecskeszámláló 20
A részecske-emisszió csökkentése a motor kialakításával 1. Szívórendszer kialakítása, beszívott levegő kezelése: Turbótöltés (változtatható geometria, waste gate Töltőlevegő visszahűtése, Szívórendszer kialakítása, (4 szelep hengerenként, dinamikus feltöltés, perdület) Szívócsonk (szívószelep) kialakítása, Kipufogógáz visszavezetés, utókezelés 2. Égési eljárás: Égéstér alakja és helye, Kompresszió-viszony 3. Olajfogyasztás csökkentése: Hengerfal megmunkálása, Gyűrűk, dugattyú kialakítása, Motorolaj jellemzői 4. Tüzelőanyag befecskendező rendszer jellemzői: Befecskendezés kezdete és nyomása (Common Rail rendszer) Befecskendezési törvény Befecskendező fúvóka kialakítása 21
A részecskeleválasztás alapelemei 22
A kerámia, teljesáramú wallflow részecske-szűrő működési elve 23
Metallit részáramú szűrő működési módja 24
Szűrőanyagok: Kordierit (kerámia): - Kedvező, egyszerű gyártás, alacsony hőtágulás - Érzékeny a hőmérsékletre, alacsony korombefogadása Szilícium-karbid (kerámia): - Nagy felület, hőálló, stabil - Költségesebb gyártás Szinterfém: - Egyszerű tisztítás, magas hamubefogadó-képesség - Költséges gyártás, nagy tömeg 2008.11.05. 25
Kordierit vagy szilícium-karbid monolit telítődése hamuval Channels of Cordierite or SiC Monoliths narrowed by Ash High increase of back pressure due to narrowed ducts by ash accumulation. Duct diameter works with power of 4 for the partly pressure drop. Reduced filtration area. 26
Szűrőelemek telítődése hamuval Wabenfilter mit Aschebeladung 27
Kerámia részecskeszűrők gyártása A poralakú nyersanyagtól a méhsejtszerkezetig Nyersanyag Keverés Extrudálás Szárítás Égetés Darabolás Rétegfelvitel Töltés Ellenőrzés Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29. 28
Kerámia (cordierit) baloldalon és szilikon-karbid jobboldalon szűrő pórus struktúrája Pore structure of cordierite (left) and silicon carbide (right) soot filter (Forrás: Andreas Mayer et al: Particle Filter Retrofit for all Diesel Engines) 29
REM-Pic., Detailed REM-Pic., Up-stream flow side Szinterfém szűrő pórus struktúrája SMF - Filter - Material 30
Részecske-szűrő kialakítás, cellasűrűség Cellasűrűség (cpsi = cells per square inch) 100 cpsi Nagy cellasűrűség: 200 cpsi 300 cpsi - Ellennyomás megnő - Katalizátor aktivitása megnő - Felület megnő - Koromtároló képesség megnő 31
A szinter-fém szűrő működési elve 32
Functionality of the Sintered Metal Filter (SMF ) > Flow direction is from outside to inside of the pockets. Szinter-fém szűrő kialakítása 33
A hamu és a korom eloszlása 34
Korom réteg vastagságának növekedése a csatorna mentén 35
A szűrő falán kialakuló stabil hamu réteg, amelyen a korom réteg fekszik A korom alakja és struktúrája. 36
Korom réteg alatt mindig felismerhető a hamu 37
A hamu tartalmaz egyéb anyagokat is Kémiai összetétel 38
Hamu és koromrészek a szűrő falán 39
A korom nanostruktúrája 40
Different State of the Art Diesel Particulate Filters (Forrás: Andreas Mayer et al: Particle Filter Retrofit for all Diesel Engines) Különböző szűrőanyagú szűrők szűrőtest kialakítása 41
Részecskeszűrő regenerálási technológiák A szűrők termikus regenerációja 550-600 ºC-on történik, mivel a a kipufogógáz üzemi hőmérséklete 200-450 ºC között változik, ezért a regenerációt mesterségesen a következő eljárásokkal segítik elő: -A kipufogógáz hőmérsékletének növelése (égésfolyamat befolyásolása például utó-befecskendezés, kipufogógáz fűtése például befecskendezés a kipufogócsőbe) - A korom (részecskék) gyulladási hőmérsékletének csökkentése (katalitikus bevonat a szűrőn CDPF: Pt, Ag, Mo stb. vagy a tüzelőanyag adalékolása Ce, Mn) - Reaktiv oxidáns -NO2- alkalmazása: (oxidációs katalizátor segítségével az NO oxidációja NO2-vé -CRT- kénmentes gázolaj az előfeltétel) A szűrők regeneráció szerint csoportosítva: aktív vagy passzív 42
A korom égési intenzitása levegő, oxigén, NO 2 környezetben a hőmérséklet függvényében 43
Regenerációs módszerek 44
DPF - Regeneráció Technológiák A különböző technológiák működési tartománya A korom gyulladása külső segítség nélkül Tüzelőanyag adalék Szűrő katalitikus bevonattal CRT -System Termo-elektromos Regeneració Utó-befecskendezés (OE-System) 0 100 200 300 400 500 600 700 Exhaust Temperature [ C] Járulékos előny CSMF Működési tartomány 45
Folyamatos regenerációjú, kerámia szűrő kialakítása 46
Tisztítási folyamat: HJS/DES Tisztító berendezés kerámia részecske szűrők számára Átvételi ellenőrzés (szűrősérülés?) Mérlegelés (súlymérés) Izzítás, (felmelegítés a korom gyulladási hőmérsékletére, a korom oxidációjához) Lehűtés,után súlymérés Tisztítás (hamu és oxidált olajmaradványok kifúvatása sűrített levegővel) Súlymérés (tisztítás hatásának értékelése) Munkaidőigény: kb. 16 óra 47
Szinter-fém szűrő szerkezeti egységei és tisztítása 48
Láng égővel működő regenerációjú kerámia szűrő kialakítása 49
Részecskeszűrők utólagos beépítésének alapelemei 1. Szempontok: Kiválasztás alapadatai: regeneráció módja (passzív, aktív),beépítési térfogat és tömeg, belépő kipufogógáz hőmérséklet eloszlása, szűrőelem kialakítása 2. Minősítés alapelvei: Ultrafinom részecske emisszió hatékony csökkentése. A szűrő nem eredményezheti másodlagos károsanyagok kibocsátását. Megbízható és tartós működés (a motor élettartamával összevethető). 3. Vizsgálati módszerek: A motor emissziós szintjének megfelelő ECE R49 Euro fokozat szerinti. A regeneráció során is vizsgálandó az emisszió aktív szűrőknél. 4. Követelmények: Finom részecskék (20-300nm)csökkentési hatásfoka: részecsketömeg legalább 90%, részecskeszám legalább 97%. Megbízhatóság: élettartam 100-500000km, meghibásodási valószínűség <3%. 50
Részecskeszűrők utólagos felszerelésének alkalmazástechnikai kérdései A szűrőkkel szemben támasztott alapvető követelmények: - A finom részecske emisszió (20-300nm) hatékony csökkentése(90%) - A részecske emisszió tömegének hatékony csökkentése((90%) - Nem növelheti az előírások által korlátozott kipufogógázkomponensek (CO, HC, NO x ) emisszióját és nem okozhat másodlagos emissziót (PAH, dioxin stb) - Nem lehet érdemi negatív hatása a motor teljesítményére és fogyasztására - Megbízható működés és tartósság (10 000üzemóra vagy 5év) - Nem növelheti a jármű elhaladási zaját - Egyszerű be és kiszerelhetőség, tisztíthatóság 51
Alkalmazott részecskeszűrő minősítési eljárások 1. California Diesel Risk Reduction-Verification Procedure (http://www.arb.ca.gov/diesel/verdev/proceduredec04.pdf.htm) PM (tömeg) csökkentésre három szint van elfogadva:1. min 25%; 2. min 50%; 3. min 85%. 2. EPA Voluntary Diesel Retrofit Program(VDRP) Retrofit Technology Verification Process www.epa.gov/otaq/retrofit/documents/overview.txt PM (tömeg)csökkentés 25-100% között fokozatmentesen változhat 3. Svájc VERT Filter List (Verminderung der Emissionen von Realmaschinen im Tunnelbau) http://www.suva.ch.htm PM (tömeg és részecskeszám csökkentés min. 95%) 4. StVZO Anlage26 Németország Maßnahmen gegen die Verunreinigung der Luft durch Partikel PM (tömeg) követelmény 4 fokozat: 0,15; 0,10; 0,02; g/kwh 5. ENSZ-EGB (REC) Előírás-tervezet: két kipufogógáz komponensre vonatkozik: PM és NOx (külön és együtt), minősítés az Euro-fokozatok határértékei szerint de kétféle minimális csökkentési hatásfokot rögzít (50% és 90%), a vizsgálat módszere az ENSZ-EGB R-49 előírásai szerinti, 52
Külföldi autóbusz-vállalatok tapasztalatai 1.Berlini Közlekedési Vállalat (BVG) Buszállomány: 1350 busz (1/3-a szóló, 1/3-a csuklós és 1/3-a pedig emeletes busz). 2004 óta csak CRT működési elvű szűrőket építenek be. 2002 év végéig 1000 buszt láttak el utólagosan szűrővel. Jelenleg 1250 busz üzemel szűrővel. 2004 óta csak szinterfém szűrőelemet tartalmazó szűrőt szerelnek fel. Részecskeszűrők utólagos felszerelésére saját beruházásból 11 millió DEM-t fordítottak. A szűrőket utólagosan csak a 0,5-1,0 l/1000 km értéknél kisebb olajfogyasztású autóbuszokra szerelik fel. A szűrőket 250 mbar ellennyomás felett szerelik ki tisztításra. Eddigi tapasztalataik szerint kerámia szűrőbetétek esetében erre átlagosan 60 000 km után, szinter-fém szűrők esetében pedig 130 000 km után kerül sor. A szűrők tisztításának szükségességét az ellennyomás folyamatos ellenőrzése alapján állapítják meg, erre minden szűrővel felszerelt busznál egy ún. datalogger szolgál. A szűrők meghibásodásának leggyakoribb oka a motor olajfogyasztásának növekedése. A szűrők ára az említett CRT teljes-áramú kivitel esetében 5500-7000 EUR, beszerelésük költsége 150 EUR, a tisztítás költsége pedig 200 EUR. 53
Külföldi autóbusz-vállalatok tapasztalatai 2. Zürichi Autóbusz Társaság (BVZ) Buszállományuk: 171 autóbusz, ennek 95%-a fel van szerelve részecske-szűrővel. Az újonnan forgalomba helyezett buszok (Euro-V) már gyárilag fel vannak szűrővel szerelve, a régiekre pedig a motor nagyjavítása, felújítása során kerül felszerelésre. Elsősorban teljes-áramú szűrőket szerelnek fel utólagosan. A szűrők kiszerelést igénylő tisztítását a szűrő előtt mért ellennyomás alapján végzik, erre átlagosan évente kerül sor. Az utólagos szűrő felszerelés költsége 15000- CHF körül mozog. 3. Gráci és a londoni autóbusz-vállalatok Az említett két nagyváros autóbuszüzemei a részáramú szűrők utólagos beépítését preferálják, mégpedig kizárólagosan. Grácban a REMUS Londonban pedig a DCL gyártmányt építik be túlnyomóan. Alapvető okok: a kisebb beruházási és üzemi költség, valamint a tisztítás hiánya miatti jóval egyszerűbb karbantartás. 54
A szűrők utólagos beépítésének hazai tapasztalatai: BKV Zrt., motortípus emissziós kategória P [kw] állomány 2007 BKV állomány 2008 mind autóbusztípus átlagéletkor Rába D2156 HM6U Euro 0 141 105 105 Ik 260, Ik 280 21 Rába D2156 MT6U Euro 0 164 44 44 Ik 260, Ik 280 19 Rába D2356 HM6U Euro 0 176 1 1 Ik 260 16 Rába D10 UTS 150 Euro 0 150 179 179 Ik 260, Ik 280 17 DAF LT 160G Euro 0 160 130 130 Ik 415 16 459 459 Rába D10 UTS 155 Euro 1 155 370 370 Ik 260, Ik 280 17 DAF LT 160L Euro 1 160 39 39 Ik 415 15 DAF LT 195L Euro 1 198 169 169 Ik 415, Ik 435 14 578 578 Rába D10 UTSLL 160 Euro 2 160 50 50 Ik 280 7-173 15 Rába D10 UTSLL 190 Euro 2 190 1 1 Ik 435 12 DAF GS 160M Euro 2 160 1 1 Ik 415 12 DAF GS 200M Euro 2 200 1 1 Ik 435 12 MAN D 0826 LOH 17 Euro 2 164 114 114 Ik 412 8 MAN D 2865 LUH 07 Euro 2 230 1 1 Ik 435 12 Perkins AL 81072 Euro 2 101 80 80 Ik 405 13 Mercedes OM906 hla Euro 2 205 _ 4 Citaro VB 9 248 248 Volvo D7C 275 HS Euro 3 202 150 160 Volvo 3 Iveco Cursor 8 Euro 3 200 1 1 Irisbus Agora 7 MAN D 0826 LOH Euro 3 220 _ 25 MAN SL223 VT 6 Volvo D7C 290 HS Euro 3 213 _ 70 AlfaLocaloVT/NV 3 151 256 1436 1541 A BKV Zrt. autóbusz állománya emissziós kategóriák szerint autóbusz és motor típusonként 55
A BKV Zrt. autóbusz állománya emissziós kategóriánként (2008. 09. 30.) E3 11% Normál motoros 10% E0 E2 22% 17% E1 40% 56
A vizsgálatok módszere 1. A szűrő minősítő vizsgálata motorfékpadi mérések útján az ENSZ EGB 49. és 24. sz. előírása szerint, és motorikus/emissziós hatásának (ellennyomás, nyomaték, teljesítmény, tüzelőanyag-fogyasztás, emissziócsökkentési hatásfok) értékelése. (Mértük ezenkívül a finom részecske koncentrációt és méreteloszlását a TSI gyártmányú CPC 3022A típusú kondenzációs részecskeszámlálóval és egy GRIMM 1.109 típusú aeroszol spektrométerrel.) 2. A motorfékpadi vizsgálatok kedvező eredménye alapján a szűrők beépítése a kiválasztott jó műszaki állapotú autóbuszokba és a buszüzemi azaz a tartampróba vizsgálatok végrehajtása. 3. A szűrő működésének folyamatos ellenőrzése datalogger segítségével: (szűrő előtti ellennyomás, a szűrőbe belépő kipufogógáz hőmérséklete, szűrő külső falának hőmérséklete folyamatos (másodpercenkénti) rögzítése és 10-15 naponként a rögzített adatok kiolvasása, majd egy speciális e célra kifejlesztett szoftver segítségével a kiértékelése.) 4. A szűrők üzemi működésének ellenőrzése: (kipufogógáz-ellennyomás, a szűrő előtt/után mért füst-emisszió, a busz menetdinamikai tulajdonságait jellemző gyorsítóképesség valamint az elhaladási zaj szűrő nélkül /szűrővel.) 57
Vizsgálati autóbusz: IKARUS 280.40 58
Vizsgálati autóbusz: Volvo 7700A 59
Ikarus 280.40 típusú, BPO-485 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és BAUMOT BA1012 típusú részecskeszűrővel 60
Ikarus 280.40 típusú, BPO-429 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és HJS 94622034 típusú részecskeszűrővel 61
Ikarus 280.40 típusú, BPO-440 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és REMUS B12 típusú részecskeszűrővel 62
Ikarus 280.40 típusú, BPO-416 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és DCL B484-SF-XX12-X3 típusú részecskeszűrővel 63
VOLVO 7700A típusú, FLR-711 forgalmi rendszámú autóbusz kipufogódobbal és a VOLVO 703304450 típusú részecskeszűrővel 64
A HJS gyártmányú, teljes-áramú szűrő hatása a 13 lépcsős vizsgálatnál a részecske emisszióra méret szerinti számlálással és gravimetrikusan mérve Összrészecske: 7nm- 2mm [#/kwcm 3 ] Finomrészecske: 7nm- 250nm [#/kwcm 3 ] 3000000 600 3000000 600 2500000 Gyári kip.dob HJS 94622034 500 2500000 Gyári kip.dob HJS 94622034 500 2000000 372,14 400 2000000 362,7 400 1500000 300 1500000 300 1000000 157,56 173,45 200 1000000 153,78 169,05 200 500000 0 81,05 92,83 82,26 58,92 67,66 40,85 49,47 25,61 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag 100 0 500000 0 90,99 79,7 80,52 57,99 66,64 40,1 48,65 24,85 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag 100 0 Gravimetrikus részecske [g/kwh] 0,07 0,06 0,06587 Gyári kip.dob 0,05 HJS 94622034 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00469 0 65
A HJS gyártmányú, teljes-áramú szűrő hatása a 13 lépcsős vizsgálatnál az NOx, NO 2 és CO emisszióra NO x [g/kwh] NO 2 [g/kwh] 12 4,5 10 Gyári kip.dob HJS 94622034 4 3,5 Gyári kip.dob HJS 94622034 8 3 6 2,5 2 4 1,5 2 1 0,5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag CO [g/kwh] 6 5 Gyári kip.dob HJS 94622034 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag 66
A HJS gyártmányú, teljes-áramú szűrő hatása a 13 lépcsős vizsgálatnál a CH emisszióra valamint a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztásra és teljes terhelésnél a fényelnyelés elvén mért füst-emisszióra CH [g/kwh] Fogyasztás [g/kwh] 1,2 500,0 1 0,8 Gyári kip.dob HJS 94622034 450,0 400,0 350,0 300,0 Gyári kip.dob HJS 94622034 0,6 250,0 0,4 200,0 150,0 0,2 100,0 50,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Átlag Mért füst K [m -1 ] 0,35 0,3 0,25 Gyári kip.dob HJS 94622034 0,2 0,15 0,1 0,05 0 1900 [rpm] 1800 1600 1400 1200 1000 850 Szab.gyors. 67
A részecskeszűrő gyártmánya típusa kialakítása működési elve tömege ellennyomása* emissziócsökkentése [%] Mérés Jegyző- [kg] [mbar] NO x CO HC PM PMdb szgy. füst dátuma: könyv sz.: DCL 3150-FF-5S55-21 méhsejtszerk. teljesáramú 28,7 187 9,3 91,3 88,9 91,5 99,1 2007.06.08 14. DCL 3150-DQ-AS12-X4 részáramú 18,9 123 6,1 90 81 46,6 21,7 2007.05.25 8. DCL 9582-FF-5C55-21 méhsejtszerk. teljesáramú 60,5 151 0,6 92,4 83,3 90 96,0 2007.10.11 18. DCL B416-SF-BN12-X3 részáramú 44,7 167 1,8 80,4 66,7 61,4 62,8 2007.10.11 20. HJS 94622034 szinterfém teljesáramú 58 128 4,2 84,4 94,1 92,9 93,2 2007.12.19 26. Remus B12 részáramú 48,7 115 4,2 85,1 77,8 58,5 56,5 2007.12.20 31. GAT Eurokat DPX1 870.30850 I. prototip. méhsejtszerk. teljesáramú 37,6 167 4,8 86,1 88,9 88,6 93,5 2008.02.21 35. GAT Eurokat 870.01.30850 II. prototip. kerámiaszivacs részáramú 35,6 273 4,5 80,2 77,8 58,1 43,9 2008.02.21 37. GAT Eurokat 870.01.30850 III. prototip. kerámiaszivacs részáramú 35,2 309 30,1 2008.02.26 38. Baumot BA1012 méhsejtszerk. teljesáramú 15,5 160 4,8 86,1 88,9 88,3 99,3 2008.02.27 40. VOLVO + 70330450 teljesáramú 29,2 215-0,9 80,0 70,0 93,6 96,8 2008.03.20 3. ECOCAT ++ I. részáramú 40 161,3 6,2 97,7 97,0 77,0 58,0 2009.04.16 14. DCL B484-SF-XX12-X3 méhsejtszerk. részáramú 47 85 4,7 93 84,8 84,7 49,6 2009.06.10 17. Városi autóbuszokon vizsgált részecskeszűrők adatai és az emisszió csökkentés A vizsgálati motor típusa: Rába D10 UTSLL 160 + A VOLVO részecskeszűrő vizsgálata A RÁBA D10 TLL 225 E3 típusú motoron történt. ++ Az ECOCAT I. tip.részecskeszűrő vizsgálata a RÁBA D10 UTSLL 190 típusú motoron történt. 10. Táblázat 68
A részecskeszűrő előtti nyomás- és hőmérséklet-adatok regisztrálására kifejlesztett adatgyűjtő készülék 1 részecskeszűrő 2 központi egység 3 kommunikációs egység 4 nyomásmérő csatlakozópontja 5 hőmérő csatlakozópontja 6 áramforrás 7 kondenzvízleválasztó 8 adatátviteli illesztőegység 9 számítógép 69
Példa az adatgyűjtő készülék nyomás- és hőmérőjének bekötésére a részecskeszűrő elé 70
Az adatgyűjtő készülék kommunikációs egységének elhelyezése az autóbusz vezetőfülkéjében 71
A BAUMOT szűrő előtt regisztrált ellennyomás és hőmérséklet gyakoriság-eloszlása 72
A REMUS szűrő előtt regisztrált ellennyomás és hőmérséklet gyakoriságeloszlása 73
A HJS szűrő (BPO-429 frsz busz) ellennyomás és hőmérsékletek alakulása 2009.04.16.-11.19. között 74
A HJS szűrő (BPO-429 frsz busz) ellennyomás és hőmérsékletek alakulása 2010. 05.03.-05.10. között 75
Részecskeszűrők utólagos beépítésének költség/haszon elemzése autóbuszokra vonatkozóan Dízelüzemű autóbuszok részecskeszűrővel történő utólagos felszerelésének költség/haszon elemzése Kipufogógáz-emisszió EURO határérték kategória EURO 0-1 EURO 2 EURO 3 EURO 4 dízelüzemű autóbuszok darabszáma 50 50 150 10 PM határérték [g/kwh] 0,36 0,15 0,1 0,02 kibocsátás a határ 80 %-a [g/kwh] 0,28 0,12 0,08 0,016 évi futásteljesítmény [km] 70000 70000 70000 70000 átlagsebesség [km/h] 20 20 20 20 évi üzemidő [óra/év] 3500 3500 3500 3500 átlagos teljesítmény [kw] 100 100 100 100 évi PM emisszió [kg/év,busz 100,8 42 28 5,6 kiszűrt PM [kg/év,busz] 90,7 37,8 25,2 5,04 autóbusz hátralévő élettartama [év] 5 10 15 15 összes kiszűrt PM emisszió [kg/év,flotta] 4535 1890 3580 50,4 összes kiszűrt PM emisszió [kg/élet, flotta 22675 18900 56700 756 a szűrő ára [EURO] 5000 5000 5000 5000 1 kg PM externális költsége [EURO] 300 300 300 300 egy autóbuszon egy év alatt megtakarított költség [EURO/év,busz] 27210 11340 7560 1512 Megtérülés, költség/éves haszon [év] 0,18 0,31 0,66 3,3 76
Következtetések, javaslatok A részecskeszűrő utólagos felszerelése hatékony és megbízható eszköz a részecske-emisszió csökkentésére Ezek alkalmazásba vétele több országban már megtörtént kedvező eredményekkel A hazai alkalmazásba vétel feltétele a minősítési követelmények és felügyelet rendszerének, valamint a támogatás stratégiájának a kialakítása A hazai bevezetés elősegítésére indokolt az EU és egyéb külföldi környezetvédelmi támogatási lehetőségek feltárása 77
A részecskeszűrő CRT és a szelektív katalizátor SCR együttes alkalmazása SCRT Forrás:Proventia 78
SCRT Kialakítása Forrás: Proventia 79
A részecskeszűrő és a szelektív katalizátor együttes alkalmazása 80
SCRT rendszer beépítése Forrás: HJS-467 19 81
SCRT rendszer alkalmazásával elérhető emisszió csökkentés Forrás: HJS-467 82
Köszönöm a figyelmet! Dr. Merétei Tamás tudományos főmunkatárs Közlekedéstudományi Intézet Járműtechnikai, Környezetvédelmi és Energetikai Tagozat meretei.tamas@kti.hu Tel.:(06-1)-371-5848 83
Akerman H 14 részecskeszűrő, 2300 üzemóra után kiégetve és kifújva Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29. 84
Szinter-fém szűrő tisztítás előtt (baloldalon) és tisztítás után (jobboldalon) Ash loaded sintered metal filter before (left) and after (right) cleaning (Forrás: Andreas Mayer et al: Particle Filter Retrofit for all Diesel Engines) 85
Magas olajfogyasztás jele Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29. 86
Szétverődött katalizátorok és szűrők Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29. 87
Túlmelegedés jele Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29. 88
Ellenőrizetlen regeneráció általi túlhevülés mint a leggyakoribb károk Forrás: DIESELvision 08, 2008.08.29. 89
90