OCENA EMISJI SPALIN POJAZDÓW KATEGORII EURO 6 W TESTACH DROGOWYCH

Transkrypt

1 PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 115 Transport 217 Poznan University of Technology, Faculty of Machines and Transport OCENA EMISJI SPALIN POJAZDÓW KATEGORII EURO 6 W TESTACH DROGOWYCH, lipiec 216 Streszczenie: opracowaniem nowych procedur, który w rzeczywistych warunkach ruchu (RDE Real Driving Emission W artykule porównano wyniki emisji spalin uzyskiwane w testach drogowych z wykorzystaniem wyniki przedstawiono w odniesieniu do metod pomiarowych: metoda klasyczna wych pomiarowych (MAV moving average windows WLTC) i na ich podstawie wyznacza metoda kategoryzacji mocy (Power Binning), zwana w literaturze jako CLEAR Classification of Emissions from Automobiles in Real driving na podstawie kategoryzacji mocy podczas testu RDE. emisja spalin, samochody osobowe, testy drogowe 1. WPROWADZENIE 1]. osobowych dla wszystkich samochodów osobowych. Przebieg testu jezdnego odpowiada za najbardziej prawdopodobne warunki drogowe, a wykonywane badania jednakowe dla

2 132 Jerzy Merkisz, Jacek P e w propozycji przepisów Unii Europejskiej) (Portable Emisssion Measurement System drogowego, ogranicz zakresie pracy silników. Autorzy publikacji [1 (NEDC New European Driving Cycle [16], CADC Common Artemis Driving Cycles, WLTP Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure [15 h w silniki wy Selective Catalyst Reduction). 9], w którym porównano Badania porównawcze emisji spalin pojazdów o klasie emisyjnej Euro 5 przeprowadzone w laboratorium na hamowni podwoziowej [7 jezdnych (m.in. NEDC, CADC oraz WMTC Worldwide Motorcycle Test Cycle mi (,6 g/km). Autorzy - azotu dla normy Euro 5 to,18 g/km). paliwami alternatywnymi (np. gazem ziemnym) [13] (215). W artykule zwrócono na znaczne przebiegi pojazdów zasilanych paliwami alternatywnymi, co w konsekwencji skutkuje nawet 8-

3 Ocena emisji spalin pojazdów kategorii Euro 6 w testach drogowych 133 ule m.in. w publikacjach [6, 17 oraz nachylenie drogi. 14 iskrowym i samoczynnym w w drogi o 1% powoduje 2- z silnikiem benzynowym oraz 1,5- samoczynnym. (715/27/WE [5] oraz 692/28 [4 [8 normy w warunkach laboratoryjnych. Zgodnie z nowymi zasadami [3], dla wszystkich estracji modeli - mg/km), czyli 168 mg/km. Natomiast od stycznia 22 r. dla nowego typu (a od stycznia 12 mg/km (rys. 1) Euro 6b Euro 6c Euro 6d NEDC i koncepcji WLTC Conformity Factor (CF) CF NOx = 2,1 CF NOx = 1,5 RDE dla emisji drogowej CO, NO x, PN: (EC 427/216 oraz EC 646/216) CO, NO x, PN CO 2??? Rys. 1 [2, 3]

4 134 Jerzy Merkisz, Jacek P [3]: Moving Average Windows); zwane literaturze jako EMROAD, opracowane przez JRC, metoda kategoryzacji mocy (Power Binning); zwane w literaturze jako CLEAR Classification of Emissions from Automobiles in Real driving, opracowane na Uniwersytecie w Graz.. w dni robocze, na utwardzonych drogach i ulicach (np. jazda terenowa nie jest dozwolona). (rys. 2). Wymagania Miejskie Pozamiejskie Autostradowe 6 km/h 6 9 km/h > 9 km/h Dystans ~34% (±1%) ~33% (±1%) ~33% (±1%) Min. dystans 16 km 16 km 16 km Min. dystans > 29% Rys. 2 [3] 2. Obiektam icy zawartych w spalinach pojazdów (osobno dla silnika ZI i ZS). analizator Semtech DS firmy Sensors.. Do

5 Ocena emisji spalin pojazdów kategorii Euro 6 w testach drogowych 135 Tablica 1 Charakterystyka wykorz Parametr ZI ZS Liczba cylindrów, rozmieszczenie 3 ] Norma ekologiczna Euro 6 Euro 6 Moc maks. [kw] przy [obr/min] 169/ / 4 Maks. moment obrotowy [Nm] przy [obr/min] 35 / / Zasilanie paliwem Common Rail ruchu podczas przejazdu na terenie miejskim, pozamiejskim i autostradowym; badania wykonywano 3-krotnie, a ; wyniki (tab. 2). uwidacznia (rys. 3). Parametry testu Charakterystyka trasy badawczej Pojazd A Silnik ZI Pojazd B Silnik ZS Tablica 2 (A B) 1% ½(A + B) ,65 147,9 133,3 11,36 33,73 34,51 2,28 5,116 49,936, V [km/h] h [m] S [m] Rys. 3.

6 136 Jerzy Merkisz, Jacek P 3. ANALIZA 3.1. ANALIZA WSZYSTKICH DANYCH POMIAROWYCH Zarejestrowane wykonania wykresów wybranych (rys. 4 i 5). a) b) Rys. 4. tlenków azotu przyspieszenie pojazdu podczas testu RDE dla pojazdu ZI (a) i ZS (b) a) b) Rys. 5. masy (a b) odniesione do parametrów pracy silnika pojazdu podczas testu RDE (pojazd z silnikiem ZS)

7 Ocena emisji spalin pojazdów kategorii Euro 6 w testach drogowych 137 CF (Conformity Factor), które zdefiniowano jako iloraz emisji (CF = brde/bnorma). 6a): e 16 mg/km, wszystkich bad 6b): wska drogowej uzyskane w rzeczywistej z silnikami ZI. a) b) CO, HC, NOx, PM [mg/km], PN/1 12 [1/km], CO 2 [g/km] CO NOx THC CO2 CF [-] CF 2 Euro 6 =1,89,83,97 1,22 CO NOx THC CO2 wyznaczone 7a): emisja drogowa sumy tlenków azotu 3,11 mg/km, 12 1/km, emisja 7b):

8 138 Jerzy Merkisz, Jacek P a) b) 35 5 CO, HC, NOx, PM [mg/km], PN/1 12 [1/km], CO 2 [g/km] CO NOx HC + NOx PM PN CO2 CF [-] CF Euro 6 = CO NOx HC + NOx PM PN CO2 wyznaczone drogowych dla tlenków 3.2. M badawczej jest ok eprowadzenia testu badawczego (rys. 8). testu), czas testu w którym silnik nie jest rozgrzany do normalnej temperatury pracy; uzyskane w przekrocz

9 Ocena emisji spalin pojazdów kategorii Euro 6 w testach drogowych 139 wymogi testu), CHARAKTERYSTYKA TRASY Miejska Pozamiejska Autostradowa Razem Dystans > 16 km > 16 km > 16 km 17,16 13,69 2,83 51,68 Czas testu 9-12 min 87 Czas etapu zimnego rozruchu min 5 min % 23-43% 23-43% 33,2 26,49 4,31 1, 15-4 km/h 16,9 73,2 19,32 35,78 < 3%, >= 5 min 9,28 6-3% Miejska - czas postoju 45,32 <= 1 m 7,6 Rys. 8. Charakterystyka trasy badawczej dla pojazdu z silnikiem ZS dla pojazdu z silnikiem ZI bco przez limit emisji drogowej NOx pozamiejskiej 9a); pozamiejskiej e uzyskano ). pozamiejskiej,1 pozamiejskiej rys. 1b);

10 14 Jerzy Merkisz, Jacek P 1,833, a) b) 5, 5, 4, 4, CF - CO 3, 2, CF - NOx 3, 2, 1,,,92,189,229,169 Miejski Pozamiejski Autostradowy RDE 1,, 1,198,726,762,374 Miejski Pozamiejski Autostradowy RDE i tlenków azotu (b) uzyskane w poszczególnych dla pojazdu z silnikiem ZI a) b) 5, 5, 4,391 4, 4, CF - CO 3, 2, 1,,2,174,656,342 CF - NOx 3, 2, 1, 1,165 1,314 2,279, Miejski Pozamiejski Autostradowy RDE, Miejski Pozamiejski Autostradowy RDE c) 5, 4, 3,833 CF - PN 3, 2, 1,833 2,333 2,667 1,, Miejski Pozamiejski Autostradowy RDE dla pojazdu z silnikiem ZS 3.3. METODA KATEGORYZACJI MOCY

11 Ocena emisji spalin pojazdów kategorii Euro 6 w testach drogowych 141 emisji ustalono tak, aby pojazdu LDV (tab. 3) Tablica 3 Klasa mocy P norm [ ] od (>) miejskie 1,1 21,98 18,5611 2,1,1 28,79 21,858 3,1 1, 44, 43,45 4 1, 1,9 4,74 13, ,9 2,9,45 2, ,9 3,7,45, ,7 4,6,4, ,6 5,5,4,24 9 5,5,3,3 Pnorm Przecz [kw] Pnorm (1) PNEDC [kw] gdzie: Przecz PNEDC podwoziowej. 11). Dla pojazdu CF) tlenku,1 19 tlenków azotu,41 oraz,8,23 oraz,35 a) b) CF 3 2 1,1 CO,19,41 NOx,82,23,35 Rys. 11 CF ,31 2,4 2,12 CO NOx PN 2,8

12 142 Jerzy Merkisz, Jacek P 4. PODSUMOWANIE CF),,17 oraz,19 (odpowiednio z wykorzystaniem wszystkich danych pomiarowych, z wykorzystaniem metody u z wykorzystaniem metody kategoryzacji mocy) 3%;,,76 oraz,82 (dla odpowiednich procedur) 12);,,34 oraz,35 (z wykorzystaniem odpowiednich metod badawczych) emisji drogowej tlenków azotu, 2,29 oraz 2,4, 2,67 oraz 2,8 13). CF Wszystkie dane pomiarowe Metoda kategoryzacji mocy 1,22,17 CO,19,89,76 NOx,82 Rys. 12. W i (pojazd z silnikiem ZI) CF Wszystkie dane pomiarowe Metoda kategoryzacji mocy 2,89 2,99 2,8 2,67 2,29 2,4 1,41,34,35 CO NOx PN Rys. 13. i wyników (pojazd z silnikiem ZS)

13 Ocena emisji spalin pojazdów kategorii Euro 6 w testach drogowych 143 x pojazdu zasilanego silnikiem ZI, natomiast dla pojazdu zasilanego silnikiem ZS, (CFNOx = 2,29 2,89, przy ograniczeniu CFNOx = 2,1 dla wszystkich metod obróbki wyników CFPN = 2,67 2,99, przy ograniczeniu CFPN = 2,1). a to 3 minuty wykorzystanych w w poszczególnych fazach testu homologacyjnego dla samochodów osobowych, Bibliografia 1. Commission Regulation (EC) 443/29 of the European Parliament and of the Council of 23 April 29 setting emission performance standards for new passenger cars as part of the Community s integrated approach to reduce CO2 emissions from light-duty vehicles, Commission Regulation (EU) 216/427 of 1 March 216 amending Regulation (EC) No 692/28 as regards emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 6), Commission Regulation (EU) 216/646 of 2 April 216 amending Regulation (EC) No 692/28 as regards emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 6), Commission Regulation (EC) 692/28 of 18 July 28 implementing and amending Regulation (EC) No 715/27 of the European Parliament and of the Council on type-approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 5 and Euro 6) and on access to vehicle repair and maintenance information, Commission Regulation (EC) 715/27 of the European Parliament and of the Council of 2 June 27 on type approval of motor vehicles with respect to emissions from light passenger and commercial vehicles (Euro 5 and Euro 6) and on access to vehicle repair and maintenance information, Feist M.D., Sharp C.A., Spears M.W.: Determination of PEMS Measurement Allowances for Gaseous Emissions Regulated under the Heavy-Duty Diesel Engine In-Use Testing Program Part 1-Project Overview and PEMS Evaluation Procedures. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 2 (1), 29, Fontaras G., Franco V., Dilara P., Martini G., Manfredi U.: Development and Review of Euro 5 Passenger Car Emission Factors Based on Experimental Results Over Various Driving Cycles. Science of the Total Environment, , 214, , doi:1.116/ j.scitotenv Franco V., Kousoulidou M., Muntean M., Ntziachristos L., Hausberger S., Dilara P.: Road Vehicle Emission Factors Development: A Review. Atmospheric Environment, 7, 213, 84 97, doi:1.116/j.atmosenv Kousoulidou M., Fontaras G., Ntziachristos L., Bonnel P., Samaras Z., Dilara P.: Use of Portable Emissions Measurement System (PEMS) for the Development and Validation of Passenger Car Emission Factors. Atmospheric Environment, 64, 213, , doi:1.116/j.atmosenv

14 144 Jerzy Merkisz, Jacek P 1. Ligterink N., Kadijk G., van Mensch P., Hausberger S., Rexeis M.: Investigations and Real World Emission Performance of Euro 6 Light-Duty Vehicles. TNO Report, R11891, 213, May J., Favre C., Bosteels D.: Emissions from Euro 3 to Euro 6 Light-Duty Vehicles Equipped with a Range of Emissions Control Technologies. Association for Emissions Control by Catalyst, London Official Site of the COPERT 4 Model (28), P : Real Driving Emissions Testing of Vehicles Powered by Compressed Natural Gas. SAE Technical Paper , 215, doi:1.4271/ Pielecha J., Merkisz J., Stojecki A., Ja : Measurements of Particles Mass, Number and Size Distribution from Light-Duty Vehicles in Conditions of Variable Terrain Topography. 19th ETH- Conference on Combustion Generated Nanoparticles, Zurich UNECE Global Technical Regulation No. 15. Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure. UNECE, Geneva, Switzerland, 215; main/wp29/wp29r- 1998agr-rules/ECE-TRANS-18a15e.pdf. 16. UNECE Regulation No. 83 Revision 5. Uniform Provisions Concerning the Approval of Vehicles with Regard to the Emission of Pollutants According to Engine Fuel Requirements; UNECE: Geneva, Switzerland, 215; /wp29regs/r83r4e.pdf. 17. Weiss M., Bonnel P., Hummel R., Provenza A., Manfredi U.: On-Road Emissions of Light-Duty Vehicles in Europe. Environmental Science and Technology, 45, 211, EVALUATION OF EURO 6 CATEGORY VEHICLES EMISSION IN ROAD TESTS Summary: New test procedures for determining exhaust emission from passenger vehicles will be introduced in 217. For several years, the European Commission has been developing new procedures, which aim is to perform tests in road conditions. The purpose is to determine the real value of emissions, which are not always reflected by the level of emissions obtained in the laboratory. Proper and accurate procedures for determining emissions in real traffic conditions (RDE Real Driving Emission) have not yet been approved (as opposed to Heavy-Duty Vehicles for which such conditions already exist), but there are proposals that are currently being analyzed by major research centers in Europe. There are many differences between those proposals such as determining road emission or research methodology related to emission measurement of hydrocarbons. The work compares the results of emissions measured in road tests using the latest legislative proposals related to passenger cars. The results are shown in relation to the used measurement method: classic method of determining exhaust emission; uses all measurement data determining the mass of harmful compounds and distance traveled during the test; method of averaging the measuring windows (MAV moving average windows), also in the literature called EMROAD method, which determines the measurement windows (on the basis of carbon dioxide emissions from the WLTC test) and on its basis determines the road emission in RDE test; generalized method of instantaneous power (Power Binning), known in the literature as CLEAR Classification of Emissions from Automobiles in Real driving, determines road emissions on the basis of generalized instantaneous power during the RDE test. Keywords: exhaust emission, passenger cars, real driving tests