- PDF Stažení zdarma

Transkript

1 Neohlídáme-li si emise z motorů sami, budou motory z měst vykázány??? Doc. Michal Vojtíš íšek,, M.S., Ph.D. Centrum vozidel udržiteln itelné mobility Fakulta strojní, ČVUT v Praze EU LIFE+ projekt MEDETOX, Technická univerzita v Liberci michal.vojtisek@fs.cvut.cz tel. (+42) Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

2 Částice a ozon v přízemních vrstvách atmosféry jsou příčinou cca 46 tisíc předčasných úmrtí v EU ročně (dopravní nehody jen 39 tisíc) Motory patří mezi nejčistší spalovací zařízení. Nemají však komín, ani nejsou daleko za městem. Jsou všude mezi námi uprostřed ulic. Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

3 Přehled problematických látek Částice + sekundární aerosol NO x + tvorba troposférického ozonu Organické látky (HC) CO, benzen, olovo přestávají být problém Nové problémy: NO 2 - tvorba v oxidačních katalyzátorech NH 3 - tvorba v redukčních a třícestných kat. Aldehydy - kyslíkatá paliva (etanol) Skleníkové plyny N 2 O - redukční katalyzátory (LNT, SCR) v určitých režimech CH 4 - motory na zemní plyn a bioplyn, LNT Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

4 Částice se měřm ěří dle celkové hmotnosti, nově též dle počtu, tj. na váhu a na kus.. (Není ideáln lní,, ale zatím m nic jiného není.) zkuste takto prodávat autodíly, 1 náraznn razník k vážív jako několik n ECU, 1 žárovka jako 1 motor - Emisní limity v širší perspektivě Euro 6 autobus 1 km jízdy ~ 1 mg částic ~ 1 cigareta Výfuk lokomotivy na zemní plyn (CNG) Euro 6 HDV limit: 5 mg/kwh ~,6 mg/m3 Spalování odpadků ~ 5 mg/m3 Christian et al., Atmos. Chem. Phys., 1, , 21 Komín lokáln lního topeniště Limit pro lokální topeniště do 3 kw (21/212 Sb., příloha 1) mg/m3 od mg/m3 od Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

5 Motory produkují velmi malé částice, ty se bohužel s vysokou účinností zachycují v plicích ch a pronikají do krevního oběhu. hu... Zachycovací účinnost dýchacího systému (Oberdoerster) Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, normalized particle number concentration Spořilov, průměr r 4 lokalit Mean (error bars - st.dev.) Vojtíš íšek a kol., NanoCon 214 Geometric mean Median particle electric mobility diameter [nm] Naftový motor Ronkko a kol, EST

6 Koncentrace částic 1-5 nm ve venkovním ovzduší Spořilov Líbeznice Ranní špička Kouřící vozidla pozadí (pole) východní délka Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

7 Denver, USA (Stedman 1995) Ranní špička Kouřící vozidla Velký podíl na znečištění má malá část vozů s vysokými emisemi HC [g/mile] HC [g/mile] test mileage 25 3 test mileage CNG autobusy (měření autora, Pittsburgh, USA, ) HC HC [g/mile] [g/mile] východní délka Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, test mileage test mileage

8 Měření u ZŠZ Sion, Hr. Králov lové Nejvyšší koncentrace částic na parkovišti u školy, většina částic z malé části automobilů vchod do školy parkoviště koncentrace částic v tisících na cm maximum: částic/cm3 UF-CPC-1s Parkoviště u školy 5s Před vchodem do školy 5s 7:38 7:42 7:46 7:5 7:54 7:58 8:2 8:6 8:1 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

9 Potenciál technologie filtru částic: < 111 částic / kwh Při 5-1 m3/kwh to odpovídá < 1-2 tisíc částic na cm3. To je méně než podél silnic v ovzduší. EURO 5 DOC, DPF (particle filter), no SCR 212 Iveco Daily, 3.-liter Iveco engine Emissions of particulate matter very low even during 1-hour idle and generally well below 1 mg/m3 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

10 Filtry částic - účinnost 9 až 99,99% Vstupní strana Výstupní strana Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

11 Filtr částic A. Liati, P. Dimopoulos Eggenschwiler / Combustion and Flame 157 (21) Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

12 Koncentrace částic ve výfukovém potrubí Nákladní vůz, dieselový motor Euro 6 Říčany Kostelec nad Černými Lesy, listopad Koncentrace částic na centimetr krychlový Jízda_1 Jízda_2 PM [1/cm 3 ] Roční průměrné městské pozadí Praha-Suchdol (data z projektu UFIREG) Jizda_3 Jizda_ Dráha [km] Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

13 Vznikají při vysokých teplotách z dusíku ve vzduchu Benzinové motory: redukce v třícestném katalyzátoru přebytek vzduchu: vyšší emise NO x - přebytek paliva: vyšší emise částic Naftové motory: Oxidy dusíku (NO x ) V motoru vzniká NO, NO 2 se vyrábí v oxidačním katalyzátoru pro spalování částic (sazí), červenohnědý plyn leptající sliznice Snížení o desítky % recirkulací (EGR) (vyšší emise částic) Snížení o desítky % zpožděním vstřiku paliva (vyšší spotřeba a částice) Zásobníkový katalyzátor (záchyt + pravidelná redukce při provozu bez přebytku vzduchu) (vyšší spotřeba paliva) Selektivní redukční katalyzátor (SCR): do výfuku dávkován roztok močoviny, ta se rozkládá na amoniak (NH 3 ), NH 3 reaguje s NO a NO 2, vzniká dusík, účinnost až 99%, nutné přesné řízení!!! Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

14 Nízké emise oxidů dusíku (NO x ) jsou reáln lně dosažiteln itelné Měřen Naftový autobus SOR CN12 Euro 6 letiště Hradčany any VUT&TUL při i testech Centra dopravního výzkumu a TUV SUD ení ČVUT Průměrné hodnoty Braunschweig cycle: 195 mg/km NO x. Při 37 litrů na 1 km, 22 g/kwh: 162 mg/kwh (Euro 6: 46 mg/kwh) Limit pro automobily (nafta): 18 mg/km Euro 5, 8 mg/km Euro 6 Průměrné reálné emise automobilu (nafta), Euro 3-5: 1 mg/km Limit pro automobily (nafta): 18 mg/km Euro 5, 8 mg/km Euro 6 Jedno Euro 5 naftové auto = 1 mg/km = pět nových autobusů Ale pět autobusů uveze stovky cestujících!!! Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

15 Proč jsou emise v reáln lném m provozu vyšší oproti homologačním m testům m (typové schválen lení) Technická omezení teplota katalyzátoru, teplota, průtok, složení výfukových plynů Nežádoucí dopady paliv a technologií Neoptimální seřízení výrobcem - Level I: Víceemise v režimech nepokrytých cyklem - Level II: Víceemise i v režimech cyklu ( DieselGate ) Neoptimální seřízení a úpravy uživatelem palivo navíc zpravidla zvýší výkon i když se úplně nespálí Stárnutí a poruchy Nemusí být pozorovatelné proto pravidelné technické kontroly Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

16 Kongesce a pomalá jízda: Ochlazování SCR katalyzátor torů DAF XF115, Euro 5, 54 tis. km, 39 tun, Pražský okruh FS-Nox FS-PM1 km/h 3 per. Mov. Avg. (km/h) 1 12 per. Mov. Avg. (FS-PM) 12 per. Mov. Avg. (FS-Nox) Euro 5 equivalents at 25 g/kwh: 2. g/kwh ~ 8 g NOx/kg fuel /.2 g/kwh ~.8 g PM/kg fuel km/h 1 5 fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg] NOx částice road speed [km/h] :: 1:: 11:: 12:: 13:: 14:: 15:: 16:: 17:: 18:: -2 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

17 Emisní problémy automobilových vznětových motorů v EU Nižší zdvihové objemy a turbo: výkon v malých otáčkách zajišťován předávkováním palivem Dlouhý provoz v nízkém zatížení: Zhoršení spalování, vyšší podíl OC v PM, snížení účinnosti katalyzátorů Euro 4 Skoda Fabia vozidlová zkušebna NEDC vs. vyšší výkonové hladiny fuel delivery rate [relative] Emise zhoršeny nízku účinností oxidačního katalyzátoru po delším volnoběhu PM concentrations Požadavek potřebného přebytku vzduchu je protichůdný požadavku na vysoký výkon Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run 2 PM engine rpm NO emissions - Skoda Fabia turbodiesel Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, fuel delivery rate [relative] NOx NOx sníženy EGR (recirkulace výfukových plynů) NOx: Použití EGR je protichůdné požadavku vyššího výkonu Supplemental tests NEDC Run 1 NEDC Run engine rpm?

18 Jízda po městm stě Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor, 13 kw NOx [mg/s], PM*1 [mg/s], CO2 [g/s], speed [km/h] CO2 NOx PM*1 rpm km/h Velká část celkových emisí krátké epizody s vysokými emisemi 14:13: 14:15: 14:17: 14:19: 14:21: Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

19 Jízda po dálnici Osobní automobil Škoda Octavia, naftový motor Euro 4, 4 13 kw Nad 12 km/h se emise částic a NOx prudce zvyšuj ují... protiargument: takto se nejezdí v obydlených oblastech 4 PM 4 NO acceleration [m/s 2 ] 1-1 acceleration [m/s 2 ] Real-world freeway ECE 2 (dyno) Real-world freeway ECE 1 ECE road speed [km/h] road speed [km/h] Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

20 Automobil, r.v. 215, Euro 5, naftový motor s LNT rychlost [km/h] NO [ppm], CH4 [ppm] CH4 [ppm] NOx [ppm] N2O [ppm] CO2 [%] Vysoké zatížení vyšší emise NOx regenerace i částic LNT absence regenerace LNT = vyšší NOx zrychlení [m/s 2 ] CO2 [%], N2O [ppm] :4 13:45 13:5 13:55 14: 14:5 14:1 14:15 14:2 14:25 14:3 14:35 14:4 Při dynamičtější jízdě nedocházelo k regeneraci zásobníkového katalyzátoru ( úspora paliva?) a emise NO x byly výrazně vyšší. Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

21 NOx [ppm] in raw exhaust - FTIR WLTP - Nov 12, 12: v Front left [km/h] 12 NOx raw [ppm] roll speed [km/h] <- WLTP cyklus NO+NO2 (NOx) [ppm] N Ox [ppm] in raw e xhaus t v Front le ft [km/h] Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha, roll speed [km/h] Koncentrace NOx ve výfukových plynech Euro 6 automobil r.v. 215 (nafta) <- CADC cyklus (Artemis)

22 DieselGate : Detekuje-li motor, že není testován dle požadavků na typové schválení, upraví se řízení motoru (spalování a/nebo úprava výfukových plynů), s vedlejším důsledkem zvýšení NO x Grams per cycle Run NOx HC CO CO2 [kg] PM (Nákladní vozidlo, měřeno autorem v USA před více než 1 lety) grams per second NOx WVU Run 1 WVU Run 2 WVU Run 3 WVU Run 4 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

23 DieselGate : Detekuje-li motor, že je testován dle požadavků na typové schválení, plní limity pro NOx, zatímco za jiných podmínek ale ve stejných provozních režimech - jsou emise NOx vyšší (? - malá úspora paliva či pořizovací ceny) NOx [mg/km] 1 1 ECE R83 S vozidlem ježděno vně zkušebny ECE R83 S vozidlem ježděno vně zkušebny Jiný přípravný cyklus 1 Euro 6 limit NEDC cycle 8 mg/km 1 NEDC NEDC 3xEUDC NEDC Typové schválení ECE R83: 3xEUDC, ochlazení, NEDC NEDC NEDC Artemis (entire cycle) 3xEUDC NEDC NEDC NEDC 2xEUDC NEDC WLTP NEDC cold ECE 1 ECE 2 EUDC 1 EUDC 2 EUDC 3 NEDC NEDC-16 (Opel Zafira 1.6 CDTi, r.v. 215, Euro 6, měření ČVUT v Praze pro reportáž WHR) Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

24 g NOx (NO+NO2) DieselGate : NEDC s nízkými NOx a s EGR, a opačně (VW Passat, Euro 5, měření ČVUT v Praze pro reportáž BBC) NEDC-cold-NOx NEDC-hot-NOx road speed km/h ppm NOx (NO+NO2) 8 NEDC-4WD-hot-NOx NEDC-4WD-cold-NOx NEDC-4WD-cold-CO2 NEDC-4WD-hot-CO ppm CO2-4 Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

25 Odstranění DPF: Krátkozrak tkozraké řešení Problém s DPF je zpravidla důsledkem jiných problémů s motorem??? Typický stavební stroj, Švýcarsko Vozidlo neplní EU legislativu (jiné než schválené provedení) Dodatečná montáž DPF česká realita? Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

26 Proč je nutná pečliv livá údržba a emisní kontroly Nízkoemisní technologie je složitá, pokud vše nepracuje správně, emise mohou být vysoké!!! Problémem nejsou ani tak staré motory, jako motory ve špatném stavu. Automobil - s filtrem: ~.1 g/km i méně částic - bez filtru, seřízený: ~.2-.1 g/km částic Automobil kouřící, ve špatném stavu, neseřízený, neodborně přečipovaný: Hulí jako lokomotiva ~.5-5 a více g/km více než Stará dieselová lokomotiva: g/km částic - ČKD , r.v. 1968, 163 litrů objem Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,

27 Proč je nutná pečliv livá údržba a emisní kontroly Cílem emisní legislativy EU je především chránit lidské (tj. naše) zdraví. Velká část celkových emisí pochází z malé části vozidel. Cíl technických kontrol: tyto nalézt a opravit. Je to mnohem levnější než další zpřísňování emisních limitů. Logika některých (spíše ne technicky orientovaných) voličů a politiků: Vzduch stále špatný? Ještě více zpřísnit emisní limity. Nelze již zpřísnit? Tak (naftové?) motory zakažte! Udržitelná mez emisí: Pro částice není bezpečná hodnota. Doporučení zdravotníků a limity US EPA poloviční oproti limitům EU. Je mnohem nižší, než současné hodnoty. Můžeme začít tím, že budeme pečlivě udržovat motory, jezdit rozumně, a nepřetěžovat dopravní síť. Vojtíšek: Výfukové emise. DiagCon, Praha,