14. fejezet - Az emissziós típusvizsgálatok során alkalmazott vizsgálati ciklusok

Tartalom
14.1. Az európai emissziós típusvizsgálati előírásokban szereplő határértékek csökkenési folyamatainak bemutatása
14.1.1. A benzinüzemű motorral hajtott személygépjárművek
14.1.2. A gázolajüzemű motorral hajtott személygépjárművek
14.1.3. A tehergépjármű motorok károsanyag-kibocsátásaira vonatkozó határértékek szigorodása
14.2. A személygépjárművek emissziós típusvizsgálatakor alkalmazott ciklus
14.3. A tehergépjárművek kiszerelt motorjainak típusvizsgálatakor alkalmazott ciklusok
14.3.1. Bevezetés
14.3.2. Az ESC vizsgálati ciklus
14.3.3. Az ELR vizsgálati ciklus
14.3.4. Az ETC vizsgálati ciklus
Irodalmak

14.1. Az európai emissziós típusvizsgálati előírásokban szereplő határértékek csökkenési folyamatainak bemutatása

14.1.1. A benzinüzemű motorral hajtott személygépjárművek

Az Otto-motorral hajtott személygépjárművek európai emissziós típusvizsgálati előírásai alapján az egyes Euro fokozatokra vonatkozóan a kipufogógáz komponensek határértékeit a 14.1. ábra ábra mutatja.

Az Otto-motorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékei
14.1. ábra - Az Otto-motorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékei


A (14.2. ábra) ábrán pedig a határértékek tendenciája egészen a legújabb, az Euro 6-os határértékekig. A tendenciákról az mondható el, hogy majdnem az összes komponens tekintetében azok az Euro 4-es határétékek óta nem változnak. Azonban Euro 5 előírás bevezetésével 3 új dolog vált kötelezővé. Egyrész a THC-n belül, küön meg kell határozni a nem-metán szén-hidrogéneket (NMHC), és mivel határértékkel rendelkezik, annak meg is kell, hogy feleljen. Másodsorban a közvetlen befecskendezésű Otto-motorral felszerelt járműnél a részecske-kibocsátást is vizsgálni kell. Az Euro 5-nek való megfelelés vizsgálatakor a gravimetrikus módszerrel kell meghatározni, a legújabb előírás alapján már a részecskeszám meghatározást is el kell végezni.

Az Otto-motorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékeinek tendenciája
14.2. ábra - Az Otto-motorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékeinek tendenciája


14.1.2. A gázolajüzemű motorral hajtott személygépjárművek

Dízel-motorral hajtott személygépjárművek európai emissziós típusvizsgálati előírásai alapján az egyes Euro fokozatokra vonatkozóan a kipufogógáz komponensek határértékeit a 14.3. ábra ábra mutatja.

Az dízelmotorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékei
14.3. ábra - Az dízelmotorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékei


A 14.4. ábra és 14.5. ábra ábrák pedig már az egyes komponensekre vonatkozó tendenciákat is mutatja. A tendenciákról az ábrák alapján a következők mondhatók el. Az Euro 4 bevezetése óta a komponensek kötelező csökkentése csak kismértékű. Kivéve ez alól a részecske-kibocsátást, amelynél még jelentős mértékű csökkentést kellett megvalósítani. A legkisebb mértékű csökkentés a NOx kibocsátásra jellemző. A HC+NOx, és CO kibocsátás határértékei az Euro 1-hez képest az Euro 6-ra kb. az ötödére csökkent. A legnagyobb mértékű csökkentés a részecske-kibocsátás területén kellett elérni, ahol ennek mértéke kb. 30!, és a két határérték között két nagyságrendnyi eltérés van. A szigorodást tovább növelte, hogy az Euro 5b bevezetésekor már a részecskeszámolást is el kellett végezni, és meg kellett felelni ahhoz, hogy a jármű emissziós típusengedélyt kapjon.

A dízelmotorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékeinek tendenciája
14.4. ábra - A dízelmotorral hajtott személygépjárművek emissziós jóváhagyási határértékeinek tendenciája


A dízelmotorral hajtott személygépjárművek emissziós (részecske) jóváhagyási határértékének tendenciája
14.5. ábra - A dízelmotorral hajtott személygépjárművek emissziós (részecske) jóváhagyási határértékének tendenciája


14.1.3. A tehergépjármű motorok károsanyag-kibocsátásaira vonatkozó határértékek szigorodása

A tehergépjármű dízelmotorok európai emissziós típusvizsgálati előírásai alapján az egyes Euro fokozatokra vonatkozóan a kipufogógáz komponensek határértékeit a 14.6. ábra ábra mutatja.

A tehergépjármű dízelmotorok emissziós jóváhagyási határértékei
14.6. ábra - A tehergépjármű dízelmotorok emissziós jóváhagyási határértékei


Első ránézésre a dízelmotorú személygépjármű előírásokhoz képest az tűnhet fel, hogy sok több komponens, illetve mérési elv érintett a tehergépjárművek motorjainak vizsgálatakor. A tendenciák alapján egyértelműen elmondható, hogy minden komponens határértéke csökkenő ez Euro fokozatok függvényében. A legszembetűnőbb az NOx csökkentése. A személygépjárművekhez képest elmondható, hogy itt van füstmérés is, illetve az Euro VI tervezetek szerint szükséges mérni az ammónia kibocsátást, illetve a már többször említett részecskeszámot is meg kell határozni. Az Euro III előírástól kezdődően már nem csak az állandósult állapotú vizsgálat (ESC) szerint, hanem az ún. ELR, és a tranziens ETC vizsgálatokat is el kell végezni. Az Euro VI előírás tervezetek szerint a vizsgálatok már nem az európai vizsgálati ciklusok szerint, hanem az ún. világ harmonizált eljárások szerint kell megvizsgálni, ami azt jelenti, hogy az egész világon ugyanazon egységes eljárás szerint kell megvizsgálni a tehergépjármű motorokat a károsanyag-kibocsátásuk szempontjából. (WHSC - World Harmonised Steady Cyclus, WHTC – World Harmonised Transient Cyclus)

A tehergépjármű dízelmotorok emissziós jóváhagyási határértékeinek tendenciája
14.7. ábra - A tehergépjármű dízelmotorok emissziós jóváhagyási határértékeinek tendenciája


14.2. A személygépjárművek emissziós típusvizsgálatakor alkalmazott ciklus

A személygépjárművek emissziós típusvizsgálata összesen 6 különböző típusú vizsgálatot foglal magában. Ezek közül az I. típusú vizsgálat, a legszélesebb körben ismert, a gépjárművek kipufogógáz-károsanyag tartalmának meghatározását jelenti hidegindítás után és az új európai menetciklus (New European Driving Cycle, NEDC) lefutása során. Az új európai menetciklust a 14.8. ábra ábra mutatja.

Az Európai menetciklus [14.1.]
14.8. ábra - Az Európai menetciklus [14.1.]


A (14.8. ábra) ábrán látható diagram a központi része a személygépjárművekre alkalmazandó európai emissziós típusvizsgálatnak. Ez a diagram az idő függvényében a járműsebességet mutatja.

A vizsgálat legfontosabb lépései a következőkkel adhatók meg:

  • a jármű feltöltve referencia tüzelőanyaggal, a gyártó által megadott motorolajjal, felszerelve a gyártó által megadott gumiabronccsal

  • a jármű temperálása

  • a jármű tömegének megfelelő referenciatömeg beállítása

  • a vizsgáló görgős pad ellenállásának beállítása az előírásban megadott függvény szerint (sebesség függvényében változó ellenálláserő)

  • a vizsgálati ciklus lefutása, miközben

    • a jármű kipufogógázát higítják

    • a higított kipufogógázból mintát vesznek

  • a ciklus lefutása után a higított kipufogógázt elemzik

  • számítással megkapják az egyes kipufogógáz komponensek megfelelő mértékegységű (g/km) értékeit

  • a kapott értékeket összehasonlítják az előírásokban megadott határértékekkel.

A fentiekben leegyszerűsített módon leírt vizsgálat csak az I. típusú vizsgálatot jelenti. Ahogy említettük a teljes előírás összesen 6 típusú vizsgálatot tartalmaz. A fennmaradó vizsgálatok a következők:

  • szén-monoxid-kibocsátási vizsgálat alapjárati fordulatszámon

  • a kartergáz-kibocsátás ellenőrzése

  • a szikragyújtású motorral szerelt járművek párolgási kibocsátásának meghatározása

  • az átlagos szén-monoxid- és szénhidrogén-kibocsátás vizsgálata hidegindítás után alacsony környezeti hőmérsékleten

  • a szennyezéscsökkentő berendezések tartósságának ellenőrzésére szolgáló vizsgálat leírása

A személygépjárművek, hasonlóan a tehergépjárművek motorjainak emissziós típusvizsgálata is rendkívül bonyolult és nagy műszer, berendezés, tudásigényű folyamat.

14.3. A tehergépjárművek kiszerelt motorjainak típusvizsgálatakor alkalmazott ciklusok

14.3.1. Bevezetés

Az előírásban meghatározott definíció szerint a ‘vizsgálati ciklus’ a fordulatszámmal és nyomatékkal meghatározott vizsgálati pontok sorozatát jelenti melyeken a motor állandósult üzemállapotban működik (ESC vizsgálat), vagy átmeneti üzemi állapotban (ETC, ELR vizsgálat);

  • az ESC amely, egy 13 állandósult üzemállapotból álló ciklus,

  • az ELR átmeneti terhelési fokozatokból áll különböző fordulatszámoknál, amelyek egyetlen vizsgálati eljárás szerves részei és azokat egy időben kell elvégezni;

  • az ETC amely másodpercről - másodpercre változó átmeneti üzemállapotok sorozatából áll.

A környezeti nyomás és hőmérséklet közelítse meg a "szabványos" légköri viszonyokat, vagyis:

  • légköri nyomás (száraz) legalább 96,6 kPa

  • a környezeti hőmérséklet 23±7 °C korrekció:

     

     
  • hűtőfolyadék-hőmérséklet gyártó által előírt v. 80±5 °C

  • léghűtéses motoroknál a környezeti levegő hőfoka a gyártó által meghatározott maximum 0-20 °C,

  • üzemanyag hőmérséklet gyártó által előírt határértéken belül állandó, v. 38±5°C

  • kenőolaj hőmérséklet gyártó által előírt határértéken belül állandó,

  • a feltöltőlevegő hőmérsékletét a deklarált legnagyobb teljesítménynek megfelelő fordulatszámnál és teljes terhelésnél ± 5 K-en belül meg kell közelítenie

14.3.2. Az ESC vizsgálati ciklus

Az üzemmeleg motornál egy előírt üzemállapot sorozata alatt folyamatosan vizsgálni kell a kipufogógázban lévő fenti szennyezőanyagokat a kezeletlen kipufogógázból vett minta alapján. A vizsgálati ciklus egy sor fordulatszámmal és terheléssel meghatározott üzemállapotból áll, amelyek felölelik a dízelmotorok jellemző üzemi tartományát. Minden egyes üzemállapotban meg kell határozni az egyes gáznemű szennyezőanyagok koncentrációját, a kipufogógáz-áramot, a motor teljesítményét, és a mért értékeket súlyozni kell. A részecske-mintát kondicionált környezeti levegővel kell felhígítani. A teljes vizsgálati eljárás alatt egy mintát kell venni és összegyűjteni megfelelő szűrőkön. Az egyes kibocsátott szennyezőanyagok gramm/kilowattórában kifejezett mennyiségét az e fejezetben leírt módon kell kiszámítani.

Az ESC vizsgálati ciklus [14.3.]
14.9. ábra - Az ESC vizsgálati ciklus [14.3.]


Ezenfelül az ellenőrzési 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 ellenőrzése biztosítja a motor szennyezőanyag-kibocsátás csökkentésének hatékonyságát a tipikus motor-üzemeltetési tartományon belül. A vizsgálati pontokat jóváhagyott véletlenszerű (randomizációs) statisztikai módszerekkel kell kiválasztani.

Az A, B és C motor-fordulatszámokat a gyártónak kell megadnia a következő előírásoknak megfelelően:

  • Az nhi magas fordulatszámot a deklarált P(n) legnagyobb effektív teljesítmény 70 %-ának számításával kell megállapítani. Az nhi az a legnagyobb motor-fordulatszám, amelynél a teljesítmény-görbén ez a teljesítményérték előfordul.

  • Az nlo alacsony fordulatszámot a deklarált P(n) legnagyobb effektív teljesítmény 50 %-ának számításával kell megállapítani. Az nlo az a legkisebb motor-fordulatszám, amelynél a teljesítmény-görbén ez a teljesítményérték előfordul.

Az A, B és C motor-fordulatszámokat a következők szerint kell kiszámítani:

  • A fordulatszám = nlo + 0,25 (nhi - nlo)

  • B fordulatszám = nlo + 0,5 (nhi - nlo)

  • C fordulatszám = nlo + 0,75 (nhi - nlo)

A 14.10. ábra és 14.11. ábra ábrán mérési eredményeket mutatunk be az ESC vizsgálati ciklussal elvvégzett vizsgálatok során kapott eredményekből.

Az ESC ciklus vizsgálatakor kapott mérési eredmények
14.10. ábra - Az ESC ciklus vizsgálatakor kapott mérési eredmények


Az ESC ciklus vizsgálatakor kapott mérési eredmények
14.11. ábra - Az ESC ciklus vizsgálatakor kapott mérési eredmények


14.3.3. Az ELR vizsgálati ciklus

Az előírt terhelésreagálási vizsgálat során fényelnyelés elvén működő füstölésmérővel meg kell határozni az üzemmeleg motor füstölését. A vizsgálat a motor 10 %-tól 100 %-ig terjedő terheléséből áll állandó fordulatszámon, három különböző motor fordulatszám esetén. Ezenfelül egy negyedik terhelési fokozattal is kell járni amelyet a vizsgáló laboratórium választ ki, és ennek értékét össze kell vetni az előző terhelési fokozatok értékeivel. A füstölés csúcsértékét egy átlagoló algoritmussal kell meghatározni.

Az ELR vizsgálati ciklus [14.3.]
14.12. ábra - Az ELR vizsgálati ciklus [14.3.]


14.3.4. Az ETC vizsgálati ciklus

Az üzemmeleg motor előírást átmeneti üzemállapotaiból álló ciklus során, amely jól megközelíti a tehergépkocsikba és buszokba épített nagy igénybevételű motorok úttípustól függő üzemelési viszonyait, vizsgálni kell a fenti szennyezőanyagokat a teljes kipufogógáz mennyiség kondicionált környezeti levegővel történt 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 HC koncentrációt a ciklus során az gázelemző készülék jeleinek integrálásával. A CO, CO2 és NMHC koncentrációja meghatározható az elemző készülék jeleinek integrálásával, vagy zsákos mintavétel útján. A részecskék mennyiségének meghatározásához megfelelő szűrőkön arányos mintát kell összegyűjteni. A hígított kipufogógáz áramát az egész ciklusra meg kell határozni, a kibocsátott szennyezőanyagok tömegének kiszámításához. A kibocsátott szennyezőanyagok tömegének értékeket a motor munkájára kell vonatkoztatni, hogy megkapjuk az egyes szennyezőanyagok kibocsátott mennyiségét gramm/kilowattóra mértékegységben.

Az ETC vizsgálati ciklus [14.2.]
14.13. ábra - Az ETC vizsgálati ciklus [14.2.]


Irodalmak

[14.1.] ECE R15 (1970) / EUDC (1990) Direktíva.

[14.2.] 1999/96/EC of December 13, 1999 Direktíva.

[14.3.] 88/77/EEC Direktíva.