Autotechnika szakfolyóirat
Autotechnika szakfolyóirat
2018. szeptember | Olvasson bele!

Javaslatok a dízelmotoros gépkocsik környezetvédelmi vizsgáztatásához

Az utóbbi években az időszakos műszaki vizsgák követelményei, a mért jellemzők köre nem tartott lépést sem a gépjárműtechnika fejlődésével, sem a típusjóváhagyások szigorodó követelményeivel. Éppúgy nem, mint az egyre hangsúlyosabbá váló NO2- és részecskemennyiség-csökkentés, a levegőminőség és az emberi egészség elvárásaival sem. A modern dízelüzemű gépkocsik elektronikus vezérlésű fejlett motorokkal, OBD-vel, emissziócsökkentő rendszerekkel – mint például DPF, SCR – rendelkeznek. Ezen fejlett rendszerek hibamentes működésének elbírálására a jelenleg alkalmazott eszközök, előírt eljárások alkalmatlanok.

A helyzet javítására első lépésként az EU illetékes főigazgatósága, a DG MOVE (DG MOVE – Directorate-General for Mobility and Transport) megbízást adott a CITA-nak olyan költséghatékony

– eszközök és

– eljárások

felkutatására, amely az NO- és NO2-, PM-emisz-
szió értékelésére alkalmas az EU-ban a dízelmotoros gépjárművek időszakos műszaki vizsgáinak alkalmával. A vizsgálatnak a TEDDIE nevet adták, mely a TEst(D)DIEsel játékos betűszava.

Az eszközök felkutatása a szakirodalom áttanulmányozásával kezdődött. Azon mérőeszközöket tekintették választhatónak, melyeket egy laboratórium már mérőeszköz-vizsgálati program keretében értékelt. Az eredmények ellenőrzött vizsgálati módok (és ahhoz kapcsolódó eszközök) ajánlásaihoz vezettek. Végül egy költség – haszon analízissel értékelték a felülvizsgálati módot.

A vizsgálat módszere

A TEDDIE keretében az elemzéseihez 5 dízelüzemű személyautót (4 db EURO 5 szerint minősítettet vagy annak megfelelőt, 1 db EURO 6 követelményeinek már megfelelőt) és egy nehézhaszonjármű-motort használtak. A 2000 cm3 hengerűrtartalmú személygépkocsik futásteljesítménye 17 500...
166 500 km (átlag: 55 800 km) volt, valamennyi eredeti, gyári beépítésű utókezelő rendszerrel rendelkezett. A 12 000 cm3-es, EURO V követelménynek megfelelő nehézhaszonjármű-motor SCR-rel rendelkezett, de DOC-vel, EGR-rel vagy DPF-fel nem volt felszerelve. A személygépkocsikat görgős próbapadon, a haszonjárműmotort motorfékpadon, az időszakos műszaki vizsgák mérőeszközeivel vizsgálták. Az emisszió kontroll rendszerek működését hibák szimulálásával ellenőrizték, jellemzően:

– DPF hiányossága (öregedés), ezzel a DPF természetes elhasználódását szimulálták (a vizsgálatok idejére egy korábban, a hibás működése miatt cserélt alkatrészt építettek be). Más esetben a mechanikus sérülését mesterségesen hozták létre (átfúrták),

– karterszellőző kiiktatása olyan meghibásodás, ami szerelési, karbantartási munkák közben, vagy elöregedettség (törékenység) miatt következhet be,

– légtömegmérő elszennyeződhet (olaj, kosz), elöregedhet, hatástalan levegőszűrő miatt (elégtelen karbantartás). (A légtömegmérő-hiba nem megfelelő levegőmennyiség-érzékelést, hibás tüzelőanyag-befecskendezést és/vagy EGRműködést eredményez, növekedhet az NOx-kibocsátás. Mindez ahhoz vezet, hogy a motorvezérlő rendszer növeli a befecskendezett tüzelőanyag mennyiségét),

– DOC-hibák – működése során hő- és mechanikai terheléseknek van kitéve. A hatástalan működést a DOC eltávolításával szimulálták,

– SCR-katalizátor-hibák: az egyik leggyakoribb kiváltó ok mechanikai sérülés. A szimulálására keresztülfúrták D = 15 mm-es fúróval az NOx-csökkentő részét. Más esetben az öregedését mesterségesen idézték elő, 10 órán keresztül 650 ºC hőmérsékleten tartották.

Az időszakos műszaki vizsgák alatt végzendő emisszióvizsgálatoknak viszonylag gyorsnak, egyszerűnek, költségkímélőnek, valósághűnek és az eredményeknek általánosságban továbbíthatóknak kell lenniük a területi vizsgaközpontnak. Az ismert teljes terhelésű, szabadgyorsítású vizsgálatok képesek megfelelni ezen követelményeknek. A TEDDIE vizsgálatai során kipróbálták az alapjárati fordulatszámon, az emelt üresjárati fordulatszámon, szabad gyorsításos vizsgálattal, ismétlődő gyorsításos vizsgálatokat. A szabadgyorsításos vizsgálatokat korábban számos kritika érte, ezért a vizsgálatokat görgős próbapadon is elvégezték, konstans 50 km/h és 80 km/h sebességeknek megfelelő terhelések mellett.

Gázelemzők

Eszközök az NO-, NO2- és NOx-mérésre: azok az eszközök, melyek NO- vagy NO2-mérésre alkalmasak, az időszakos műszaki vizsgák alkalmával jellemzően elektrokémiai cellákra épülnek vagy NDUV (Non-Dispersive Ultraviolet) spektroszkópok. Az elektrokémiai cellákat számos területen fejleszteni kell, beleértve a hosszú távú stabilitást (különösen az NO2 mérőeszközök esetében), csökkenteni kell a keresztérzékenységet az egyéb kipufogókomponensekre és javítani kell a dinamikus érzékenységet. Folytatva az ilyen fejlesztést, az elektromechanikai cellákat alkalmazó eszközök is megfelelhetnek az időszakos műszaki vizsga követelményeinek. Az NDUV-eszközök a TEDDIE vizsgálatai során jól szerepeltek.

PM és opacitásmérő eszközök: a TEDDIE a PM mérőeszközök közül – többek között – a lézer fényszórás elvén működőt (LLSP) vizsgálta. Az LLSP mérőeszközök eléggé pontosak és stabilak voltak, rendelkeztek a szükséges dinamikus válasz karakterisztikával és eredménnyel a modern autók vizsgálatához az időszakos műszaki vizsga programban. 
A túlzott PM-emissziót egyértelműen tudják azonosítani, és jelentősen jobb az összefüggés a típusvizsgálat eredményeivel, mint az opacimétereknél. Az LLSP-eszközök költségei összehasonlíthatóak az opaciméterekével. Mindazonáltal, az LLSP-eszközökhöz egy gyakorlatias kalibrációs eljárás továbbra is követelmény.


➊ Diagram: lehetőségek a NOx és a részecskemennyiség egyidejű csökkentésére (nehézhaszonjármű-motorok)

Időszakos műszaki vizsga eljárások

Az EURO 5/6 előírásainak megfelelő személygépkocsikon és egy EURO V nehézhaszonjármű-motoron, laboratóriumi körülmények között elemezték az időszakos műszaki vizsgák javasolt eljárásait. A hibák hatása (mint pl. DPF-sérülés, hibás SCR) az emisszióban mérhető volt, a különböző eljárások és eszközök képesek voltak azonosítani azokat a típus-jóváhagyási vizsgálatok értékeitől való eltérés alapján. Az OBD-rendszerek hibamegállapító képességét szintén elemezték.

A következőket állapították meg:

1. Időszakos műszaki vizsgák alatt NOx- méréssel lehetséges-e a NOx-csökkentő emissziótechnikai rendszer egyes hibáit feltárni?

A gépkocsik azon szimulált hibái, melyek az NOX-emissziót a típusjóváhagyó vizsgálat feletti értékre emelték, nem voltak szisztematikusan kimutathatóak a vizsgálatokkal, és az alkalmazható vizsgálatok nem tudták azonosítani azokat. Más oldalról, egyes hibák nem vezettek az emissziószint típus specifikus érték fölé emelkedéséhez, és ezért az ilyen hibák nem lehettek azonosítottak a típusjóváhagyó vizsgálat értékeivel történt összevetéssel. Ez azt mutatja, hogy a kipufogóemisszió-mérő készülékek önmagukban nem elegendőek a modern dízelmotoros gépkocsik NOX-ellenőrző rendszerei hibáinak feltárására. További komponensek vizsgálatával egy hibakeresési lehetőséget kínál. A nehézhaszonjármű-motornak csak az SCR-rendszerének hibáit állapították meg. Amíg ezek a hibák az NOX típusjóváhagyás érték fölé emelkedéséhez vezettek, nem azonosították az időszakos műszaki vizsga méréseivel, elsősorban azért, mert az SCR-rendszer nem működött hatásosan az alacsony terhelések mellett. Ezért a végeredmény nem adott elegendő bizonyítékot arra, hogy támogassák az NOX mérőeszközök használatát az időszakos műszaki vizsgák alatt.

hirdetés


➋ A kipufogógáz opacitása és a részecske-tömeg menynyiség közötti összefüggés – EGEA

2. Időszakos műszaki vizsgák alatt PM- méréssel lehetséges-e a részecskekibocsátás-csökkentő emissziótechnikai rendszer egyes hibáit feltárni?

Az időszakos műszaki vizsgán szemrevé-tellel és opaciméterrel sem lehetett különbséget tenni azon hibás és hibátlan járművek között, melyeknek típusjóváhagyási értéke kevesebb mint 5 mg/km. A PM mérőeszközök ([mg/m3]-ben) jobb különbséget mutatnak, és elfogadható feleletet adnak a kisebb PM-emisszióhoz. Az autók azon hibáit, melyek nagymértékű PM-emisszió-kibocsátást eredményeztek (mint jelentős folytonossági hiány az egyébként „zárt” DPF-ben), teljes mértékben felfedték ezekkel a vizsgálatokkal. Általánosságban a PM mérőeszközök eredményei jobbak voltak az NOx mérőeszközöknél. A szabadgyorsításos vizsgálat a legpraktikusabb hibakimutató eljárás. A nehézhaszonjárművek SCR-rendszereinek hibái kis hatással bírtak a PM-emisszióra. Ez érdekes lehet egy újabb vizsgálathoz, megállapítandó a motorral kapcsolatos problémákat – mint a befecskendezőhibákat, az EGR-szelep-hibákat, az utókezelő rendszerek hibáit, melyek hatással vannak a PM-emisszióra.

3. Képes-e hibákat észlelni az emisszió-ellenőrző rendszer a NO2 / NOX arány megállapításával?

Az NO2/NOX aránya túlságosan változatos. Ennek elemzésével a mindennapok gyakorlatában a hibák azonosítása nem lehetséges. Míg ez a mérték hasznos lehet hibák azonosítására EURO 3 és EURO 4 gépkocsiknál, EURO 5 és EURO 6 gépkocsik esetén ezt az arányt az emisszió-ellenőrző rendszer számos különböző eleme befolyásolja. Az arány nagyon érzékenyen befolyásolja az aktuális utókezelő technológia hatékonyságát. A haszonjárművek NO2-emissziója nagyon csekély, ezért az NO2 /NOX arány nem alkalmazható hibamegállapításra.

4. Képes-e hibákat észlelni az emisszió-ellenőrző rendszer az OBD alkalmazásával?

Egyik vizsgált gépkocsi OBD-rendszere sem volt képes felismerni a színlelt hibákat. Mindazonáltal, hogy az OBD-t nem kifejezetten ezen hibák jelzésére fejlesztették ki, információi a NOX-csökkentő rendszer hibáinak felismerésében hasznosak. Tanácsos további mérésként PM-elemzéssel kombinálni. Ezek alkalmazásának előkészítéséhez további kutatások szükségesek.
A nehézhaszonjármű-motorok OBDrendszere képes volt azonosítani azokat a hibákat, melyek SCR és DTC adagolási hibaként lettek tárolva.

Arra a következtetésre jutottak, hogy a szabadgyorsításos vizsgálatok és az új eszközök – a PM ([mg/m3]-ben) mérésére – kombinációja mutatnak életképes lehetőséget a jövőben az autók emisszióvizsgálatára az időszakos műszaki vizsgák alatt. További fejlesztések szükségesek a nehézhaszonjárművekhez. Az NOX-emisszió (vagy NOX / NO2 arány) mérőeszközei, vagy az OBD használata a műszaki vizsgák emissziómérései közben további kutatásokat igényelnek.

Költségek

A TEDDIE keretében elvégzett CBA-elemzés csak a dízelüzemű gépkocsikra vonatkozik. 
A felülvizsgált dízelmotoros autók megfelelőségi emisszió teszt bevétel átlagértéke (az új PM-eszközökkel végzett szabadgyorsításos vizsgálatokkal számítva) évenként 864 millió €. 
Ez azt jelenti, hogy minden egyes vizsgált gépkocsi bevétele 20 €-t tenne ki. Az opaciméterek azonnali cseréje a számítások szerint 
92 millió € lenne, a bevétel / költség aránya 9. Ezen mérőeszközök ötéves perióduson belül történő cseréje 22 millió €, a bevétel/költség aránya 39. Az opaciméterek ötéves perióduson belül történő cseréjének stratégiája gazdaságilag kedvezőbb lenne, mint az azonnali cserék.

A CITA következtetései és javaslatai az EU jogalkotóinak

A munkacsoport az EU jogalkotóinak címzett, az időszakos műszaki vizsgára vonatkozó javaslatát a zárójelentés utolsó alfejezetében, 11 pontban fogalmazta meg: „Következtetések: a jelenleg hatályos jogszabályban az időszakos műszaki vizsgák emissziós vizsgálatának számos korlátja ismert, elsősorban a korszerű dízelautók esetében. A jelenleg hatályos jogszabály, eszközök és eljárások korszerűsítése indokolt. Figyelembe véve a tanulmányban vizsgált autók és járművek korlátozott számát, korainak tűnik módosítani a jogszabályt további bizonyítások nélkül. Mindezek ellenére a következők, mint előzetes javaslatok veendők figyelembe:

Javaslatok

1. a TEDDIE bizonyítékai alátámasztják, hogy a jelenlegi jogszabályban rögzített szabadgyorsításos vizsgálat megfelelő eljárás maradhat a modern dízelautók számára,

2. figyelembe veendő, hogyan határozták meg a motor fordulatszám-korlátozását a jogszabályokban – annak érdekében, hogy a szabadgyorsításos vizsgálat minden járművön elvégezhető legyen. Például tisztázandó, hogyan függeszthető fel az időszakos műszaki vizsga méréseinek időtartamára a fordulatszám-korlátozás, és módot kell adni a motor megfelelő gyorsítására (például kevesebb, mint 2 másodperc),

3. a jelenleg hatályos jogszabályban a dízelemisszió korlátok „K” értékben vannak meghatározva, [m-1] mértékegységben, ami a hagyományos opaciméter egysége. Megfontolandó lenne áttérni a részecske-tömeg koncentráció mérésére [mg/m3]-ben, annak érdekében, hogy az új járművekre vonatkozó előírással jobban egyezzenek. A jelenleg hatályos jogszabályt úgy kellene felváltani, hogy a „K” értékek [mg /m3]-re cserélődjenek,

4. az áttérés elfogadása esetén, az erre vonatkozó jogszabályba be kellene iktatni a megfelelő részecske-tömeg mérőeszközöket (mint az LLSP-eszközöket),

5. a részecske-tömeg mérőeszköz [mg/m3] értéke és a „K” [m-1] értéke közötti összefüggést is meg kellene határozni, annak érdekében, hogy használható legyen mérőeszközként. A lehetőséget jelenleg a gyártók is vizsgálják, a német PTB is vizsgálja. Az EGEA már egy átmeneti „általános korrekciós diagram”-ot készített különböző LLSP-s mértékegységek és eszközök között,

6. az időszakos műszaki vizsgák alatt végzett részecske-tömeg mérés határértékét meg kell tudni határozni a jelenleg hatályos jogszabályban, felhasználva a típusjóváhagyás opacitás előírt értékeit a korrelációs funkcióval – az egyik olyannal, mint amit az EGEA fejlesztett,

7. a részecske-tömeg általános határértékének (vagy bármilyen beszabályozásra előírt értéknek) vizsgálati eredményeken alapultnak kellene lennie,

8. a további tanulmányok eredményétől függően a jogalkotásban figyelembe kell venni az OBD használatának kiterjesztését az emissziós és más paraméterek kiértékelésére, melyek az időszakos műszaki vizsga méréseihez relevánsak (pl. motorfordulatszám),

9. a benzin-elektromos és dízel-elektromos hibrid gépkocsik jelenleg nincsenek megnevezve az EU időszakos műszaki vizsgára vonatkozó jogszabályában (annak hatálya nem terjed ki ezen gépkocsikra). A jogszabály felülvizsgálatának tartalmaznia kellene a hibrid gépkocsikat is, meg kellene fontolni a megfelelő vizsgálati módot. Szükséges lenne egy eljárás a hibrid gépkocsik vizsgálatára, a motor meghatározott terhelési szintű működtetéséhez,

10. a vizsgálati eljárásokat és műszereket harmonizálni kell határidők és az emissziószabványok tekintetében,

11. a fenti módosításokat a típusjóváhagyó előírásoknál figyelembe kell venni.

CITA TEDDIE „A new roadworthiness emission test for diesel vehicles involving NO/NO2 and PM measurements - Final report” alapján készült kivonatos közlés, az összeállítást készítette:

Vígh László


Kapcsolódó dokumentum:


38-41


Tetszett a cikk?

hirdetés

hirdetés