Specifická rizika v reáln. stském m provozu

Transkript

1 Výfukové emise ze silničních vozidel - Specifická rizika v reáln lném m městskm stském m provozu Michal Vojtíšek 1 Katedra vozidel a motorů, Fakulta strojní, Technická univerzita v Liberci 2 Ústav automobilů, spalovacích motorů a kolejových vozidel, Fakulta strojní ČVUT v Praze Kontakt: michal.vojtisek@tul.cz, michal.vojtisek@fs.cvut.cz, michal@sustainablejourneys.eu tel Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

2 Nádory, novotvary, a kvalita ovzduší v Praze? Počet hlášených zhoubných nádorů a novotvarů in situ na 1 tis. obyvatel Zdroj: Praha - Životní prostředí 29.? Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

3 Nádory, novotvary, a kvalita ovzduší v Praze? Počet hlášených zhoubných nádorů a novotvarů in situ na 1 tis. obyvatel Zdroj: Praha - Životní prostředí 29.? Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

4 Nádory, novotvary, a kvalita ovzduší v Praze? Počet hlášených zhoubných nádorů a novotvarů in situ na 1 tis. obyvatel Zdroj: Praha - Životní prostředí 29.? Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

5 Motivace a cíle práce Vozidlové emise jsou jedním z hlavních zdrojů znečištění ovzduší, a mají výrazný negativní dopad na lidské zdraví, zvláště v blízkosti frekventovaných silnic. Emisní limity se neustále zpřísňují, ale nedochází k úměrnému snížení vlivu na lidské zdraví. S přibývající intenzitou dopravy přibývá nejen počet najetých km, ale i délka provozu motoru na volnoběh a nízká zatížení, počet rozjezdů, a míra dynamičnosti jízdy. Kvalita spalování i účinnost katalytických zařízení a dalších strategií pro snížení emisí mohou při popojíždění ve městě radikálně klesat. Spotřebuje se více paliva na km, a zároveň se vyprodukuje více emisí na kg paliva. Emisní limity provoz v kongesci nezohledňují, a není zřejmé, že s navýšením emisí v kongesci počítají emisní modely. Cílem práce je popsat emise při skutečném (nesimulovaném) hustém provozu. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

6 Další motivace práce: Vědět, co dýcháme na cestách Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

7 Anomálie městského provozu Méně ustálený chod - dynamické střídání akcelerací a decelerací - vyšší spotřeba paliva Volnoběh: Vysoký přebytek vzduchu, nízká teplota výfukových plynů - vyšší podíl organického uhlíku (OC) v částicích - ochlazování (a snižování účinnosti) katalytických zařízení - ukládání organických částic ve výfukovém systému - vyšší poměr nanočástic - pomalé ředění okolním vzduchem (nukleace, kondenzace) Rozjezd: - předávkování motoru palivem (pro rychlý rozjezd) - ještě horší je-li využit amatérský chiptuning - katalyzátor se ohřívá postupně, krátká akcelerace nestačí - uvolňování a přeměny dříve uložených částic Malá vzdálenost receptorů od zdrojů Motory = složité, nelineární, dynamické systémy (obtížné modelování) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

8 Vliv zastavení a opětovn tovného rozjezdu dálničního tahače e na emise částic Compared to cruise-through, excess PM emissions are created by stopping and re-accelerating trucks Vojtisek-Lom Lom, Society of Automotive Engineers Technical Paper, SAE Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

9 Emise z dálničního tahače při osmihodinovém volnoběhu 1999 Freightliner truck, CAT 346 engine, ~15, miles 8-hour extended idling test Idle Aire Technologies, Knoxville, TN, December 17, 21 Vojtisek-Lom Lom, CRC On-road vehicle emissions workshop, 22 Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

10 Emise z dálničního tahače po následném rozjezdu Class 8 truck idled for 8 hours at high idle, then driven for ~32 miles on an interstate highway PM emissions were sampled at the turbocharger outlet (engine-out) and at each stack (tailpipe) using three portable, on-board systems 1999 Freightliner truck, CAT 346 engine, ~15, miles 8-hour extended idling test Idle Aire Technologies, Knoxville, TN, December 17, 21 Vojtisek-Lom Lom, CRC On-road vehicle emissions workshop, 22 Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

11 Teploty výfukových plynů vznětového motoru 6 EGT after turbo < 15-2% 5 max. výkonu T výf. < 25 C engine torque (Nm) engine rpm Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

12 Velikostní spektra částic (traktorový motor Zetor) 1.E+7 1.E+6 dn/dlogdp [1/cm3] 1.E+5 1.E+4 1.E+3 idle 15 rpm, 1% load 15 rpm, 75% load 15 rpm, 5% load rated pow er ekvivalentní diameter průměr [nm] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

13 Katalyzátory se při malém zatížení ochlazují a snižuje se účinnost... Efficiency of catalytic converters can decrease during idling and can remain decreased for a period of time after idling NOx emissions during the first.25-mile segment of a 4.2-mile run. 2 Dodge RAM-25 gasoline powered van Concentrations of HC during two consecutive I/M 24 tests, following approx. 3 minutes of idle, on a 1996 CNG Dodge 25 van..7 NOx emissions during first.25 miles of run [grams] ppm HC Run 1 Run Approximate idle time before run [minutes] time (s) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

14 Účinnost oxidačního katalyzátoru (autobus, New York) Extreme case: Bus catalyst operational only during sustained high load operation Measurement is far from accurate (repair-grade analyzer used), but useful for the purpose.,9 Engine rpm 1,8,7,6,5,4,3,2,1 Cold GPS_mph start rpm Heavy urban traffic Freeway 13:15 13:3 13:45 14: 14:15 14:3 14: ,8,7 Green catalyst efficiency 1% 5% Emissions g/s emissions CO (g/s),6 % B_CO[g/s],5 Red emissions upstream of DOC -5% P_CO[g/s] Blue d_co[%] emissions downstream of DOC,4-1%,3-15%,2-2%,1-25% -3% 13:15 13:3 13:45 14: 14:15 14:3 14:45 Catalyst efficiency PTI vs. UB unit difference Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

15 Ukázková měření Měření výfukových emisí vybraných typů vozidel během reálného provozu při průjezdu Prahou měřicí aparaturou umístěnou na palubě vozidla Škoda Octavia, 5 míst, Renault Trafic, 6 míst, TU Liberec-ČVUT/ČZU Praha Tahač DAF + návěs, 4 tun, Mělník Rudná (Jižní spojka) Iveco Eucargo, 7 tun Lokomotiva ČKD + 5 vagonů, ~3 tun, ~4 míst, Praha-Vršovice - Tanvald Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

16 Konstrukce přenosné palubní aparatury (Technická univerzita v Liberci, 29) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

17 Konstrukce přenosné palubní aparatury - analytická část Katal. Katal lpm odběr Před nebo za katalytickým zařízením není nutný laminární tok ani izokinetický odběr vzorku Ochlazení a ohřátí Odstranění vzorku kondenzátu a větších částic F-FC-P Filtrovaný ředicí vzduch Nefelometr (dopředný rozptyl laserového paprsku) Měřicí ionizační komora F-FC-P F-FC-P NDIR-HC,CO,CO2 NDIR-HC,CO,CO2 F-FC-P F-FC-P chem.cell NO chem.cell NO Filtr, regulace průtoku, čerpadlo Motor Odtok vzorku Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

18 Konstrukce přenosné palubní aparatury - výpočet emisí Motor ECU Katal. Katal. Měřené koncentrace HC, CO, CO2, NO, částice Časový posun pro kompenzaci odezvy (zjištěn experimentálně) Přímé měření Tok nasávaného vzduchu Tlak, teplota vzduchu Teplota motoru Otáčky motoru Rychlost vozidla Diagnostické rozhraní η dopr x M vzd x p sani x ω x zdvih. objem Q vzd = R x T sani GPS poloha, výška, rychlost, časový signál Synchronizace dat Harmonizace intervalu - 1 s 1. Výpočet toku výfukových plynů (tok nasávaného vzduchu, složení vzduchu, paliva, emisí) 2. Hmotnostní tok emisí = const. x koncentrace x tok výf. plynů 3. Spotřeba paliva = emise uhlíku (PM, HC, CO, CO2) / podíl uhlíku v palivu Integrace: Emise na test, km, kg paliva Záznam všech dat po 1 s Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

19 Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) Iveco Eurocargo, r.v. 26, 87 tis. km Motor Iveco Tector, Euro 4 Jízda Liberec Ústí Teplice Říčany u Prahy (rozvoz vysokoobjemových vzorkovačů) Měřicí aparatura Káva (nevylitá) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

20 Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) poklidné zimní ráno při výjezdu z Liberce... Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

21 Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) Liberec Ústí n.l. Teplice - Říčany Říčany Za Libercem Liberec (vzorově klidná, neagresivní jízda, ono to na sněhu ani jinak nejde...) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

22 Nákladní automobil Iveco Eurocargo (7 t) (Liberec Ústí n.l. ) Teplice - Říčany Dálnice Průjezd Prahou (Ďáblice Vysočany Jižní spojka Spořilov D1 Říčany) km celkem - průměrná rychlost 7.4 km/h km/h :15: 14:45: 15:15: 15:45: 16:15: 16:45: 17:15: 17:45: 18:15: 18:45: 19:15: 3 Není to jízda ustálenou rychlostí! km/h km celkem - průměrná rychlost 2.7 km/h :41: 15:51: 16:1: 16:11: 16:21: 16:31: 16:41: 16:51: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

23 Tahač DAF DAF, 54 tis. km, s návěsem, 24 t náklad, celkem 4 tun Motor Paccar, přeplňovaný šestiválec, zdvihový objem 12,9 litru, výkon 41 k, emisní norma Euro 5, se selektivní redukcí NOx ( Ad-blue ) Jízda Mělník Rudná s několikerým průjezdem po Jižní spojce (Běchovice Spořilov) Velmi klidný, rozvážný řidič (prémie za ušetřené palivo motivace k eko-jízdě!) Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

24 Tahač DAF 15 Ukázka: Rozjezd, nájezd na dálnici a jízda po dálnici (blízko Roudnice n.l.). Při řazení klesá výkon motoru na nulu (16 převodových stupňů). I při jízdě po dálnici ustálenou rychlostí výkon motoru i emise částic kolísají I mírné stoupání nebo klesání ovlivňuje výkon motoru 2 CO2 1 PM [mg/m3], CO2 [%], rpm x rpm PM_Mca km/h road speed [km/h] 2 1 9:48: 9:53: 9:58: 1:3: 1:8: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

25 Tahač DAF 15 Ukázka: Dojezd kolony a pojezd v koloně na Jižní spojce. Neustálený chod motoru Při řazení klesá výkon motoru na nulu (16 převodových stupňů) Vyšší PM při rozjezdu Vyšší PM při deceleraci s využitím motorové brzdy (není vstřikováno palivo uložené PM?) 18 CO2 rpm 9 16 PM_Mca km/h 8 PM [mg/m3], CO2 [%], rpm x :9: 17:11: 17:13: 17:15: 17:17: 17:19: road speed [km/h] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

26 Tahač DAF 15 Průměrná rychlost (3 s průměr) a emise NOx a PM na kg paliva (12 s průměr).8 g PM/kg paliva odpovídá při 4 t a 32 kg/1 km:.25 g PM/km,.6 g PM/t-km Při jízdě cestovní rychlostí se emise výrazně neliší od limitů Euro 5 i při stáří motoru 19% deklarované minimální životnosti (5 km). Při snížení průměrné rychlosti NOx i PM na kg paliva i spotřeba paliva výrazně narůstají! (např. při.2 g PM/kg paliva, 5 kg/1 km:.1 g PM/km,.25 g PM/t-km) 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 1 5 fuel-specific NOx and PM emissions [g/kg] road speed [km/h] :: 1:: 11:: 12:: 13:: 14:: 15:: 16:: 17:: 18:: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

27 Škoda Octavia r.v. 23, 167 tis. km 23 Škoda Octavia přeplňovaný čtyřválec, objem 1.9 litru, 66 kw, najeto 167 tis. km Trasa z TU Liberec do ČVUT Praha via centrum Osobní automobil s naftovým motorem rychlost [km/h] VAG_km/h PM [mg/m3] 1:: 1:15: 1:3: 1:45: 11:: 11:15: 11:3: 11:45: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno PM [mg/m3]

28 Osobní automobil s naftovým motorem Škoda Octavia r.v. 23, 167 tis. km Trasa z ČVUT Praha do TU Liberec řídil automechanik Emise částic g/kg paliva při jízdě po dálnici, g/kg při jízdě po městě (odhad.2-.3 g/kg), při spotřebě paliva 5 kg/1 km a 5 sedadlech to je při jízdě městem g/km, a.2-.3 g na sedadlo-kilometr. Poznámka: Jedno vozidlo mělo mírně nižší, dvě vozidla vyšší emise částic. Toto je jenom příklad každý automobil a motor je jiný!!! rychlost [km/h] VAG_km/h PM [g/kg fuel] 17:45: 18:: 18:15: 18:3: 18:45: 19:: 19:15: 19:3: PM [g/kg fuel] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

29 Osobní automobil s naftovým motorem Škoda Octavia r.v. 23, 167 tis. km Trasa z TU Liberec do ČVUT Praha via centrum řídil instruktor autoškoly throttle position [%] PM engine rpm rychlost [km/h] VAG_km/h PM [mg/m3] 1:: 1:15: 1:3: 1:45: 11:: 11:15: 11:3: 11:45: PM [mg/m3] Nejvyšší koncentrace: počátek akcelerace z nízkých otáček Trasa z ČVUT Praha do TU Liberec řídil automechanik throttle position [%] PM engine rpm rychlost [km/h] VAG_km/h PM [mg/m3] 17:45: 18:: 18:15: 18:3: 18:45: 19:: 19:15: 19:3: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno PM [mg/m3]

30 Automobil s naftovým motorem Škoda Octavia 26, 13 kw, Euro 4 Osobní automobil Škoda Octavia (r.v.26) s přeplňovaným vznětovým motorem 2, l, 13 kw - Měření dynamických emisí během rychlé a agresivní jízdy Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

31 Automobil s naftovým motorem Škoda Octavia 26, 13 kw, Euro Rychlost [km/h] Emise PM [mg/s] 6 5 Rychlost [km/h] emise PM [mg/s] :: 15:: 16:: 17:: 18:: 19:: 2:: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

32 Automobil s naftovým motorem Škoda Octavia 26, 13 kw, Euro Rychlost [km/h] Emise PM [mg/s] 6 5 Rychlost [km/h] :25: 16:35: 16:45: 16:55: 17:5: 17:15: 17:25: emise PM [mg/s] Jízda ustálenou rychlostí - Takto byla provozována většina motorů v tunelových studiích TESO a při měřeních na zkušebně, ze kterých jsou vypočteny mnohé emisní faktory Toto je cesta po Praze po místních komunikacích (nikoliv po obchvatu) Rychlost [km/h] Rychlost [km/h] Emise PM [mg/s] emise PM [mg/s] :48: 16:5: 16:52: 16:54: 16:56: 16:58: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

33 Automobil s naftovým motorem Škoda Octavia 26, 13 kw, Euro 4 Toto je cesta po rychlostní silnici Mladá Boleslav Turnov Liberec 12 1 Rychlost [km/h] Emise PM [mg/s] 6 5 Rychlost [km/h] emise PM [mg/s] :4: 18:5: 19:: 19:1: 19:2: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

34 (Škoda Octavia r.v. 27, 13 kw motor) speed km/h Vliv agresivní a rychlé jízdy km/h 12 rpm :15: 19:3: 19:45: 2:: 2:15: 2:3: 2:45: engine rpm Mountain road - performance City Expressway driving climb descend perf. normal City driving Mountain road - ordinary climb descend idling mg PM / mol exhaust mg/mol PM g PM / kg fuel 19:15: 19:3: 19:45: 2:: 2:15: 2:3: 2:45: (Tento test se z bezpečnostn nostních důvodd vodů nejel v Praze.) Grafy převzaty p z Vojtíš íšek a kol., Society of Automotive Engineers Tech. Paper series, Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno g PM / kg fuel.56 g PM / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit.25 g/km

35 Vliv agresivní a rychlé jízdy (Škoda Octavia r.v. 27, 13 kw motor) speed km/h km/h 12 rpm :15: 19:3: 19:45: 2:: 2:15: 2:3: 2:45: engine rpm ppm_nox g Nox / kg fuel 7 6 exhaust ppm NOx :15: 19:3: 19:45: 2:: 2:15: 2:3: 2:45: (Tento test se z bezpečnostn nostních důvodd vodů nejel v Praze.) Grafy převzaty p z Vojtíš íšek a kol., Society of Automotive Engineers Tech. Paper series, Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno g NOx / kg fuel 5.6 1g NOx / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit.25 g/km

36 Vliv agresivní a rychlé jízdy (Škoda Octavia r.v. 27, 13 kw motor) acceleration [km/h/s] PM Real freeway ECE 2 (dyno) 15 1 Každá bublina reprezentuje okamžité koncentrace emisí (úměrné ploše bubliny) v každé sekundě jízdy. Poloha bubliny udává okamžitou rychlost a zrychlení NO Cruise ECE 1 ECE road speed [km/h] acceleration [km/h/s] road speed [km/h] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

37 e x h a u s t C O [% ] Renault Trafic 27, Euro Automobil s naftovým motorem Concentrations of CO in the exhaust of a 27 Renault Traffic van with a common-rail turbodiesel engine during five consecutive replications of ECE urban driving cycle on an airport service road 17:25 17:3 17:35 17:4 17:45 local time [hh:mm] 17:5 % CO engine rpm 5, 4, 3, 2, 1, - (1,) eng in e rpm Concentrations of CO in the exhaust of a 27 Renault Traffic van with a common-rail turbodiesel engine during real-world driving in urban, mountain and moderately hilly rural area % CO road speed [km/h] 12 1 e x h a u s t C O [% ] ro a d s p e e d [k m /h ]. 15:25 15:3 15:35 15:4 15:45 15:5 15:55 16: 16:5 16:1 16:15 16:2 16:25 16:3 16:35 local 16:4 time [hh:mm] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

38 Automobil s naftovým motorem Renault Trafic 27, Euro 4 road speed [km/h] km/h g Nox / kg fuel 5.6 g NOx / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit 15:1: 15:2: 15:3: 15:4: 15:5: 16:: 16:1: g NOx / kg of fuel road speed [km/h] km/h g PM / kg fuel.56 g PM / kg fuel ~ ~ Euro 4 limit.25 g/km 15:1: 15:2: 15:3: 15:4: 15:5: 16:: 16:1: Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno g PM / kg of fuel

39 Škoda Fabia benzinový motor 1,2 HTP rychlost [km/h], emise HC a NOx [mg/s] Rychlost [km/h] emise NOx [mg/s] emise HC [mg/s] emise CO [mg/s] 17:15: 17:25: 17:35: 17:45: 17:55: emise CO [mg/s] Toto je výjezd z Prahy a cesta po příměstské arteriální komunikaci Jízda ustálenou rychlostí (řidič se snažil, jinak se takto příliš nejezdí) Toto je cesta po Praze po místních komunikacích (nikoliv po obchvatu) rychlost [km/h], emise HC a NOx [mg/s] Rychlost [km/h] emise NOx [mg/s] emise HC [mg/s] emise CO [mg/s] 16:25: 16:35: 16:45: 16:55: 17:5: emise CO [mg/s] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

40 Starý benzinový motor s karburátorem (Škoda Favorit) vs. elektronicky řízený vznětový motor Euro 4 (Octavia): Jízda do kopce klidný styl jízdy (instruktor autoškoly) Škoda Favorit - normal driving 1 km/h , 9 rpm , 8 4 road speed [km/h] km/h rpm 4, 3, 2, engine rpm [1/min] speed km/h engine rpm 2 1, :39 21:4 21:41 21:42 21:43 21:44 21:45 21:46 computer time [hh:mm] :15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:2 2:21 2: Škoda Favorit - normal driving %_CO g PM / kg fuel g Nox / kg fuel g PM / kg fuel % CO PM [g/kg fuel] g Nox / kg fuel g PM / kg fuel :39 21:4 21:41 21:42 21:43 21:44 21:45 21:46 computer time [hh:mm] 2:15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:2 2:21 2:22 Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

41 Starý benzinový motor s karburátorem (Škoda Favorit) vs. elektronicky řízený vznětový motor Euro 4 (Octavia): Jízda do kopce agresivní styl jízdy (řídil závodní jezdec) 12 Škoda Favorit - aggressive driving 6, 1 9 km/h rpm 5 45 road speed [km/h] km/h rpm 5, 4, 3, 2, engine rpm [1/min] speed km/h engine rpm 2 1, :54 21:55 21:56 21:57 21:58 21:59 computer time [hh:mm] 1 19:2 19:21 19:22 19:23 19:24 19:25 5 % CO g Nox / kg fuel Škoda Favorit - aggressive driving g PM / kg fuel 1 %_CO.5 9 PM_g/kg fuel :54 21:55 21:56 21:57 21:58 21:59 computer time [hh:mm] PM [g/kg fuel] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno g Nox / kg fuel :2 19:21 19:22 19:23 19:24 19:25 g PM / kg fuel

42 Klidná vs. agresivní jízda do kopce -Novější Euro 4 diesel vs. starý benzinový motor Minula se daň z registrace starých aut účinkem? 35 g Nox / kg fuel g PM / kg fuel g Nox / kg fuel g PM / kg fuel g Nox / kg fuel g PM / kg fuel g Nox / kg fuel g PM / kg fuel :15 2:16 2:17 2:18 2:19 2:2 2:21 2:22 19:2 19:21 19:22 19:23 19:24 19:25 Škoda Favorit - normal driving Škoda Favorit - aggressive driving % CO %_CO PM_mg/mol PM [mg/mol exhaust] % CO %_CO PM_mg/mol PM [mg/mol exhaust] :39 21:4 21:41 21:42 21:43 21:44 21:45 21:46-21:54 21:55 21:56 21:57 21:58 21:59 computer time [hh:mm] computer time [hh:mm] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

43 Klidná vs. agresivní jízda autobusem 1991 International, DT36 motor (~ Euro 3) Vliv agresivní jízdy na emise částic - každá bublina znázorňuje hmotnostní emise PM za jednu sekundu jízdy Typické provozní režimy autobusového motoru v běžném provozu (International DTA-36 turbodiesel, 145 kw, 6. l) Všechny režimy Agresivní jízda Klidná jízda točivý moment točivý moment otáčky motoru Nebo též dle terminologie dr. J. Horáka, VŠB Ostrava (Ovzduší 211), vliv kvality obsluhy otáčky motoru Tato data jsou z autobusu ve státě New York Zdroj: Soukromé měření autorem, USA, 24. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

44 Klidná vs. agresivní jízda autobusem 1991 International, DT36 motor (~ Euro 3) Studený start Autobus International kw 6, l turbodiesel Normální jízda Agresivní jízda (při dodržení bezpečnosti provozu a předpisů) Velmi klidná jízda (bez omezení dopravy pomalou jízdou) Obsah kruhu je úměrný okamžitým emisím pevných částic, kruh = 1 s jízdy Zdroj: Soukromé měření autorem z vlastní iniciativy, USA, 24. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

45 Příklad ustáleného chodu motoru: Lokomotiva ČKD řady 749 Lokomotiva řady 749, ČKD Praha, r.v Motor: K 6S31 DR, ČKD Praha, r.v. 1968, řadový přeplňovaný šestiválec, zdvihový objem 163,2 litru, výkon 15 k při 775 ot/min 5 vagonů, hmotnost soupravy 29-3 tun (počet a hmotnost cestujících nebyly přesně známy) Měření provedena při běžném provozu rychlíku na trati Praha - Tanvald Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

46 generator power [kw] Lokomotiva ČKD řady 749 Emise PM (průměr Praha-Turnov): 1.5 g/km,.66 g/kg paliva (spotřeba paliva 185 l/1 km), ~.35 g/t-km (3 tun), ~.26 g na sedadlo-kilometr (Euro 6:.45 g/km automobil) Power [kw] Track speed [km/h] 7:: 7:15: 7:3: 7:45: 8:: 8:15: 8:3: 8:45: 9:: 9:15: 9:3: 9:45: 1:: track speed [km/h] exhaust NO [ppm], CO [ppm] :: 7:15: 7:3: 7:45: 8:: 8:15: 8:3: 8:45: 9:: 9:15: 9:3: 9:45: 1:: NO [ppm] CO 5 [ppm] PM 45 [mg/m3] PM [mg/m3] Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

47 Závěry Emise ze silničních vozidel nejsou ustálené výrazně závisí na použité technologii a kvalitě obsluhy. Krátké episody s vysokými emisemi dominují celkovým emisím. Provozní podmínky mají zásadní a výrazný vliv na emise zvláště částic: Se snižující se plynulostí dopravy narůstají u silničních vozidel emise zvláště částic, ty jsou vyšší při akceleracích a při delším provozu na velmi nízká zatížení. Motor lokomotivy, díky konzervativní, robustní konstrukci a relativně ustáleným provozních podmínkám dosáhl, i přes velké stáří, emisí nikoliv nesrovnatelných (na tunu a kilometr nebo sedadlo a kilometr) s moderními silničními osobními a nákladními vozy. Není zřejmé, že omezení starších vozů s benzinovými motory a jejich náhrada průměrnými moderními vozy (třetina až polovina vznětové motory) vede ke snížení emisí částic. Emise částic ze spalovacích motorů je třeba snížit v reálných podmínkách, nejen dalším snižováním limitů pro nové motory. Městský provoz je spojen s řadou anomálií, které je vhodné brát v potaz. Množství dat je omezené, poukazují na trendy, neposkytují věrohodné kvantitativní srovnání. Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno

48 Foto pro zamyšlení: Útlum automobilové dopravy a podpora pěší a cyklistické dopravy. Lower Manhattan, New York, USA Poděkov kování S přispěním finančního nástroje EU LIFE Projekt LIFE1 ENV/CZ/651 - MEDETOX Měření emisí kamionu při volnoběhu a následné jízdě byla financována společností IdleAire, Knoxville, Tennessee, USA a měřena ve státě Tennessee. Měření emisí kamionů při rozjezdu a jízdě po dálnici byla financována Kalifornským úřadem pro ochranu ovzduší a měřena ve státě Kalifornie. Měření v ČR byla financována granty MŠMT Ministerstva dopravy ČR CG Kvantifikace environmentálních a bezpečnostních vlivů dopravy a MŠMT 1M568 "Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka II a dr. Vojtíškem. Na měření emisí osobních vozidel se podíleli ing. Martin Dufek, ing. Jan Mareš a ing. Michael Fenkl z Katedry vozidel a motorů FS TU v Liberci. Na měření emisí lokomotivy se podíleli ing. Jonáš Jirků a doc. ing. Jaroslav Opava, CSc. z Fakulty dopravní ČVUT v Praze. Zvláštní poděkování Depu kolejových vozidel Vršovice Českých drah (lokomotiva), a Maliník Rebels Performance Motoring Club (agresivní jízda). Vojtíšek: Výfukové emise spalovacích motorů specifická rizika v reálném městském provozu. GenTox, Brno