BIELACZYC Piotr 1 KORZEC Jerzy 2 SZCZOTKA Andrzej 3 Analiza nieprzeźroczystości spalin podczas badań emisji związków szkodliwych spalin na hamowni podwoziowej WSTĘP Ziemia wydaje się być ekologicznym imperium, ale mimo swej wielkości i pozornego bogactwa stanowi w rzeczywistości delikatny ekosystem, w którym wszystko jest ze sobą powiązane. Człowiek przez swój rozwój znacznie narusza panującą równowagę, doprowadzając do stanu zagrożenia środowiska. Ludzkość rozpoczynając swój dynamiczny rozwój cywilizacyjny nie potrafiła ocenić jego negatywnych skutków. Stąd obecnie, choć często za późno, problemy ekologiczne wysuwają się na pierwsze miejsce. Problem ekologiczny jest na tyle poważny, że wymaga ogólnoświatowych uregulowań i decyzji. Podstawowa strategia rozwoju ekologicznego musi doprowadzić do kompleksowego pojmowania produkcji i likwidacji zanieczyszczeń u źródła. Jednym z wielu źródeł zanieczyszczeń środowiska naturalnego jest motoryzacja [1, 6, 7]. Transport zmotoryzowany jest obecny w naszym życiu praktycznie wszędzie. Przemieszczanie się ludzi oraz przewozy ładunków stały się atrybutem współczesnej cywilizacji. Ludzie dążą do coraz szybszego, bardziej komfortowego i powszechniejszego przemieszczania się. Dominującą w tym rolę odgrywa indywidualny transport kołowy. Rys. 1. Źródła emisji związków szkodliwych do atmosfery przez pojazdy samochodowe Najczęściej degradowanie środowiska przez motoryzację utożsamia się z ruchem pojazdów i pracą silnika spalinowego, mimo że nie jest to jedyne źródło zanieczyszczeń motoryzacyjnych. Niniejszy artykuł przestawiana analizę produktów spalania współczesnych silników spalinowych, stosowanych w samochodach pod kątem zadymienia / nieprzeźroczystości spalin. Przyrządy badające zadymienie i nieprzezroczystość spalin są urządzeniami mierzącymi optyczne właściwości spalin z silników o zapłonie samoczynnym [4]. Przyrządy te zostały zaprojektowane do określania widocznej emisji sadzy, w oparciu o wygaszanie wiązki światła przez rozpraszanie i absorpcję [3]. Na ogół dymomierze i dymomierze absorpcyjne są znacznie prostsze (niektóre z nich bardzo proste) i tańsze w porównaniu z wieloma innymi urządzeniami służącymi do pomiaru masy lub liczby cząstek stałych. Są one również często używane do oceny emisji spalin poza laboratorium, 1 Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. 43-3 Bielsko-Biała ul. Sarni Stok 93 tel. 33 813 598, piotr.bielaczyc@bosmal.com.pl 2 Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. 43-3 Bielsko-Biała ul. Sarni Stok 93 tel. 33 813 519, jerzy.korzec@bosmal.com.pl 3 Instytut Badań i Rozwoju Motoryzacji BOSMAL Sp. z o.o. 43-3 Bielsko-Biała ul. Sarni Stok 93 tel. 33 813 494, andrzej.szczotka@bosmal.com.pl 344
często w testach drogowych lub w stacjach kontroli pojazdów. W rzeczywistości pomiar nieprzezroczystości spalin jest jedyną relatywnie tanią i powszechnie dostępną metodą pomiaru zadymienia spalin w dynamicznych stanach pracy silnika, którą można wykorzystywać w laboratorium oraz badaniach drogowych. Z tego powodu, wyniki nieprzezroczystości spalin były wykorzystywane podczas testów kalibracyjnych samochodów nie wyposażonych w filtr cząstek stałych (DPF), a limity nieprzeźroczystości stosowane są w wielu programach kontroli i przeglądu silników o ZS. Istnieją 2 rodzaje urządzeń do pomiaru zadymienia spalin, charakteryzujące się odmienną zasadą działania: urządzenia mierzące nieprzezroczystość (opacimetry) badające spaliny w rurze wylotowej możliwość rejestracji dynamicznych stanów pracy silnika, urządzenia mierzące zadymienie (Smoke Number) które optycznie szacują ilość sadzy osadzonej na papierowym filtrze możliwość pomiarów w ustalonych stanach pracy silnika [2]. W niniejszym artykule opisano pomiary nieprzeźroczystości wykonane za pomocą dymomierza absorpcyjnego AVL 439 OPACIMETER, który został opisany w punkcie 1.2. 1. BADANE SAMOCHODY / STANOWISKO BADAWCZE ORAZ URZĄDZENIA POMIAROWE 1.1. Badane samochody Obiektami badań w niniejszym artykule były samochody osobowe oraz dostawcze z silnikami o zapłonie samoczynnym. Obiekty te były dość zróżnicowane zarówno pod względem zastosowanego silnika, jak również pod względem masy własnej pojazdu. W tab. 1 i 2 przedstawiono najważniejsze dane samochodów poddanych badaniom. Szczególną uwagę należy zwrócić na samochód G, który wyróżnia się spośród pozostałych układem zasilania (wtrysk pośredni) oraz na samochody E i F, które z kolei wyposażone były w filtr cząstek stałych (DPF). Dodatkowo w tabelach ujęte zostały dane dotyczące cyklu jezdnego, rozruchu silnika (zimny i ciepły rozruch) oraz ilość wykonanych prób dla każdego z badanych samochodów. Dla ułatwienia analizy, każdemu z samochodów został przydzielony kolor, którym jest on oznaczany w niniejszym artykule. Tab. 1. Specyfikacja samochodów A - D. Samochód A Samochód B Samochód B Samochód C Samochód C Samochód D Pojemność skokowa sil. [cm 3 ] 13 13 13 13 13 13 Moc silnika [kw] 55 55 55 66 66 66 Masa własna pojazdu [kg] 935 19 19 113 113 12 Moc jednostkowa [kw/kg],588,55,55,584,584,55 Moc jednostkowa [kw/cm 3 ],423,423,423,58,58,58 Wtrysk Wtrysk Wtrysk Wtrysk Wtrysk Wtrysk Układ zasilania bezpośredni bezpośredni bezpośredni bezpośredni bezpośredni bezpośredni Układ recyrkulacji spalin tak tak tak tak tak tak Filtr cząstek stałych nie nie nie nie nie nie Cykl jezdny NEDC NEDC NEDC NEDC NEDC NEDC Rozruch silnika Zimny Zimny Ciepły Zimny Ciepły Zimny Kategoria samochodu M1 M1 M1 M1 M1 M1 Poziom emisji Euro 4 Euro 4 Euro 4 Euro 4 Euro 4 Euro 4 Limit emisji PM [g/km],25,25,25,25,25,25 Kolor oznaczania w artykule 345
Tab. 2. Specyfikacja samochodów E - I. Samochód E Samochód F Samochód G Samochód H Samochód I Pojemność skokowa sil. [cm 3 ] 19 23 24 26 3 Moc silnika [kw] 11 81 75 85 115 Masa własna pojazdu [kg] 153 185 244 212 22 Moc jednostkowa [kw/kg],719,438,37,41,569 Moc jednostkowa [kw/cm 3 ],579,352,313,327,383 Wtrysk Wtrysk Wtrysk Wtrysk Wtrysk Układ zasilania bezpośredni bezpośredni pośredni bezpośredni bezpośredni Układ recyrkulacji spalin tak tak tak tak tak Filtr cząstek stałych tak tak nie nie nie Cykl jezdny NEDC NEDC NEDC NEDC NEDC Rozruch silnika Zimny Zimny Zimny Zimny Zimny Kategoria samochodu M1 N1 N1 N1 N1 Poziom emisji Euro 4 Euro 4 Euro 3 Euro 3 Euro 4 Limit emisji PM [g/km],25,6,1,1,6 Kolor oznaczania w artykule 1.2. Stanowisko badawcze oraz urządzenia pomiarowe Laboratorium, w którym wykonywane były badania w ramach niniejszej pracy pokazano schematycznie na rys. 2. Składa się ono z następujących pomieszczeń: komora klimatyczna utrzymująca temperaturę T = 2 3⁰C oraz wilgotność bezwzględną H = 5,5 12,2 g wody / kg suchego powietrza, pomieszczenie wagowe, w którym waży się filtry, o temp. T = 25⁰C z tolerancją ±5⁰C oraz wilgotności względnej Hw = 45% z tolerancją ±1%, pomieszczenie gazów roboczych i kalibracyjnych. Zdjęcie 1. Klimatyzowane pomieszczenie z hamownią podwoziową SCHENCK 5 GS6 w IBiRM BOSMAL 346
Rys. 2. Schemat laboratorium emisji spalin w IBiRM BOSMAL W laboratorium w komorze klimatycznej znajdują się następujące elementy: hamownia podwoziowa Schenck 5 GS6, system rozcieńczający spalin (CVS), tunel rozcieńczający AVL CET. Podgrzewany przewód Grzałka SV3 SV1 Powietrze zerujące Pobór próbki V4 Powietrze oczyszczające SV2 Sprężone powietrze Odbiornik KOMORA POMIAROWA Nadajnik Regulator ciśnienia Akumulator Spaliny Pompa Powrót próbki Przepływomierz Filtr Rys. 3. Schemat przepływu badanej próbki przez dymomierz absorpcyjny AVL 439 Opacimeter. SV zawory elektromagnetyczne, V4 zawór wejściowy dla próbki [4] W Unii Europejskiej Regulamin nr 24 EKG ONZ limituje dopuszczalne zadymienie spalin w silnikach o ZS do samochodów osobowych, ciężarowych oraz przeznaczonych do użytku stacjonarnego. Urządzeniem spełniającym wymagania tej normy jest dymomierz absorpcyjny AVL 347
. 439 Opacimeter. Dymomierz ten realizuje próbkowanie spalin na podstawie poboru części ich strumienia. Zasada działania polega na poborze przez sondę z rury wydechowej pojazdu części strumienia spalin, a następnie przesłania ich dalej do komory pomiarowej, która jest ogrzewana (rys. 3). Komora pomiarowa, o ściśle określonej długości pomiarowej i nieodbijającej powierzchni, jest wypełniana spalinami. Na końcu oraz początku komory zainstalowane są nadajnik (lampa) oraz odbiornik (detektor) światła (rys. 4). Wielkością mierzoną jest utrata natężenia światła pomiędzy nadajnikiem, a odbiornikiem światła, z czego przeliczana jest wartość nieprzezroczystości. Przeliczenia opierają się o prawo Beer-Lamberta. Nadajnik Spaliny Odbiornik L [m] Rys. 4. Zasada pomiaru nieprzezroczystości N i współczynnika absorpcji [1, 4] 2. METODYKA POMIAROWA W krajach Unii Europejskiej aktualnie obowiązuje test jezdny NEDC (New European Driving Cycle), pokazany na rys. 5. Składa on się z czterech cykli elementarnych ECE R 15, które tworzą fazę miejską UDC (Urban Driving Cycle) oraz jednego cyklu EUDC (Extra Urban Driving Cycle), tzw. fazy pozamiejskiej. Przed rozpoczęciem cyklu samochód podlega kondycjonowaniu przez czas min. 8 godzin w temperaturze 2 3⁰C. Po kondycjonowaniu temperatura silnika, oleju oraz wszystkich płynów są takie same jak temperatura otoczenia (dlatego takie testy nazywa się testami z zimnego rozruchu). Z kolei testy, w których silnik był nagrzany przed rozpoczęciem próby (temperatura oleju powyżej 85⁰C) nazywa się testami z ciepłego rozruchu. Rys. 5. Cykl jezdny NEDC [5] 348
Nieprzezrocztsość spalin [%] Nieprzezroczystość spalin [%] jazdy [km/h] 3. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA 3.1. OBLICZENIA NIEPRZEŹROCZYSTOŚCI SPALIN Dane wejściowe otrzymane z przebiegu każdej próby są następujące: czas trwania poszczególnych faz testów (odpowiednio t UDC =78 s, t EUDC =4s), droga, jaką samochód przejechał w trakcie przeprowadzonej próby, wyrażona w km (dalej oznaczana, jako S UDC dla fazy UDC oraz jako S EUDC dla fazy EUDC), ciągły przebieg nieprzezroczystości spalin w czasie (rys.7), mierzony co sekundę przez dymomierz absorpcyjny, wyrażony w %. Na podstawie wyżej wymienionych danych obliczono średnie wartości nieprzeźroczystości spalin w obydwóch fazach testu (UDC oraz EUDC). 4 35 3 Samochód E Samochód F Samochód G 14 12 1 25 8 2 15 1 6 4 5 2 2 4 6 8 1 12 Rys. 6. Przykładowy przebieg nieprzezroczystości w teście NEDC dla samochodów E, F i G 3.2. Analiza średnich wartości nieprzezroczystości spalin Na rys. 7 przedstawiono średnie wartości nieprzeźroczystości spalin w obydwu fazach testu. Można na ich podstawie zauważyć, że nieprzeźroczystość spalin w fazie EUDC była wyraźnie wyższa niż w fazie UDC. Dla kilku samochodów była ona nawet 2-krotnie wyższa w fazie EUDC. 8 Średnie wartości nieprzezroczystości spalin w fazach UDC i EUDC Faza UDC I 6 Faza EUDC 4 A B zimny B ciepły C zimny C ciepły D G 2 E F H Rys. 7. Średnia wartość nieprzezroczystości spalin w fazach UDC i EUDC 349
Nieprzezroczystość spalin [%] jazdy [km/h] Analizując wartości nieprzezroczystości spalin pod kątem zimnych i ciepłych rozruchów, można zauważyć ogólną tendencję obniżenia się wartości nieprzeźroczystości dla testów ze startów ciepłych zarówno dla fazy UDC, jak i EUDC. Różnice te nie są jednak duże (względnie do 15% dla samochodu B oraz 6% dla samochodu C). Wartości nieprzezroczystości spalin w fazie UDC dla samochodu C kształtują się na wyższym poziomie niż dla samochodu B, natomiast w fazie EUDC są nieco niższe dla samochodu C. Spośród samochodów A D (z silnikami o pojemności skokowej 13 cm 3 ) najniższą nieprzeźroczystość stwierdzono dla samochodu A, a najwyższą dla samochodu D (zarówno w fazie UDC, jak i EUDC). Nieprzezroczystość zmierzona dla samochodu A jest niższa o 54% (względna różnica) w fazie UDC i o 36% w fazie EUDC dla samochodu A w porównaniu do samochodu D. Nieprzezroczystość spalin samochodów G i H (samochody tej samej kategorii z silnikami o zbliżonej pojemności skokowej i jednakowym poziomie emisji Euro 3) w fazie UDC była na podobnym poziomie, natomiast w fazie EUDC była wyższa o około 36% dla samochodu z pośrednim wtryskiem paliwa (samochód G) w porównaniu do samochodu z bezpośrednim wtryskiem paliwa (samochód H). Najniższą wartość nieprzeźroczystości spalin w obydwóch fazach testu zmierzono dla samochodów E i F, które wyposażone były w filtry cząstek stałych (DPF). Najwyższa wartość nieprzezroczystości została zmierzona dla samochodu I (o największej pojemności skokowej). 3.3. Analiza czasowych przebiegów nieprzezroczystości spalin Przebiegi nieprzezroczystości spalin przedstawiono na rysunkach 8 12. Analizie poddano przebiegi wartości średnich arytmetycznych ze wszystkich przeprowadzonych prób dla danego samochodu. 14 Samochód B zimny rozruch FAZA UDC 8 12 1 Samochód B ciepły rozruch 6 8 6 4 4 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Rys. 8. Średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie UDC dla samochodu B Na rysunkach 8 1 można zaobserwować wpływ stanu pracy silnika w fazie miejskiej na przebieg nieprzezroczystości spalin, gdyż w fazie tej silnik samochodu oprócz przyspieszania i hamowania pracuje również na biegu jałowym. Prędkości do jakich rozpędzany jest samochód w tej fazie są stosunkowo niskie i wynoszą odpowiednio 15, 32 oraz 5 km/h. Dla samochodu B (rys. 8) można zauważyć, że na biegu jałowym zadymienie silnika generalnie nie przekracza 2% i kształtuje się na podobnym poziomie jak w stanach ustalonych (jazda ze stała prędkością). Analizując przyspieszanie samochodu stwierdzono, że prędkość, do jakiej samochód jest rozpędzany nie ma 35
Nieprzezroczystość spalin [%] jazdy [km/h] Nieprzezroczystość spalin [%] jazdy [km/h] większego wpływu na wartość nieprzezroczystości spalin. Zarówno przy rozpędzaniu do 15 km/h, 32 km/h, jak i do 5 km/h, zmiany te kształtują się na poziomie 8% dla testu z zimnego rozruchu oraz 11% dla testu z ciepłego rozruchu. Można również zauważyć, że skoki nieprzezroczystości spalin podczas przyspieszania samochodu są wyższe dla testów z ciepłych rozruchów w porównaniu do testów z zimnych rozruchów, natomiast w stanach ustalonych (stała prędkość pojazdu oraz bieg jałowy) jest odwrotnie do czasu około 5 sekund, po czym przebiegi te zaczynają być bardzo zbliżone do siebie z uwagi na nagrzewanie się zimnego silnika (stan cieplny silnika zaczyna być niezależny od rozruchu). 14 Samochód C zimny rozruch FAZA UDC 8 12 Samochód C ciepły rozruch 6 1 8 4 6 4 2 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Rys. 9. Średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie UDC dla samochodu C Dla samochodu C (rys. 9) zależności osiąganych wartości nieprzezroczystości od przebiegu prędkości jazdy są bardzo zbliżone do zaobserwowanych dla samochodu B. Zauważyć można zmiany nieprzezroczystości spalin podczas przyspieszania oraz zdecydowanie niższe wartości dla ustalonych stanów pracy silnika. Dla tego samochodu przebiegi nie są już tak powtarzalne (dla pojedynczego testu ECE R15). Przy drugim przyspieszaniu do prędkości 15 km/h przebieg nieprzezroczystości dla testu z zimnego rozruchu nie wykazuje dużych zmian wartości, podczas gdy dla trzeciego przyspieszania do tej prędkości skok ten jest wyraźnie widoczny. Dla samochodu C zmierzono wyższe wartości nieprzezroczystości spalin aniżeli dla samochodu B. 5 45 Samochód A FAZA UDC 8 4 35 3 25 2 Samochód D 6 4 15 1 5 2 1 2 3 4 5 6 7 8 Rys. 1. Średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie UDC dla samochodów A i D 351
Nieprzezroczystość spalin [%] jazdy [km/h] Nieprzezroczystość spalin [%] jazdy [km/h] Analizując średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie UDC dla samochodów A i D (rys. 1) można zauważyć, że samochód D cechuje się wyższymi wartościami zadymienia w stanach ustalonej pracy silnika, jak również podczas przyspieszania samochodu. Samochód A natomiast wykazuje bardzo słabą zależność przebiegu nieprzezroczystości spalin od przebiegu prędkości jazdy. Zadymienie generowane przez silnik tego samochodu kształtuje się na zbliżonym, stałym oraz niskim poziomie w całej fazie UDC (nie licząc rozruchu). 15 12 9 Samochód B zimny rozruch Samochód B ciepły rozruch Samochód C zimny rozruch Samochód C ciepły rozruch FAZA EUDC 15 1 6 5 3 78 83 88 93 98 13 18 113 118 Rys. 11. Średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie EUDC dla samochodów B i C 15 12 Samochód A Samochód D FAZA EUDC 15 1 9 6 5 3 78 83 88 93 98 13 18 113 118 Rys. 12. Średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie EUDC dla samochodów A i D Na rysunkach 11 i 12 można zaobserwować zmiany nieprzezroczystości spalin w fazie pozamiejskiej, w której silnik był poddawany największym obciążeniom. Rozpędzanie samochodu do prędkości 12 km/h oraz stabilny stan cieplny silnika to cechy charakteryzujące tę fazę. Silnik pojazdu w tej fazie praktycznie w ogóle nie pracuje na biegu jałowym, a stany ustalone jego pracy występują przy podwyższonych prędkościach obrotowych. Analizując średnie przebiegi nieprzezroczystości spalin w fazie EUDC dla samochodów B i C (rys. 11) należy zwrócić uwagę na kilka ważnych faktów. Można zaobserwować jak bardzo czasowe przebiegi dla tych samochodów są uzależnione od charakteru pracy silnika. Podczas przyspieszania 352
zadymienie dosyć gwałtownie rośnie, w stanach ustalonych stabilizuję się na jednym poziomie, a podczas hamowania silnikiem gwałtownie spada. Można również zauważyć, że rodzaj testu jakiemu poddawany jest samochód (zimny i ciepły rozruch) nie ma większego wpływu na wartość nieprzezroczystości, ponieważ silnik w fazie EUDC jest już w pełni nagrzany. Wpływ na wielkośći nieprzezroczystości spalin ma natomiast prędkość jazdy w stanach ustalonych, co przekłada się na prędkość obrotową i obciążenie silnika. Generalnie wyższe wartości nieprzezroczystości spalin zmierzono dla samochodu B w zakresie wyższych prędkości jazdy (w szczególności 12 km/h), natomiast przy prędkości jazdy 5 i 7 km/h dla samochodu A. Przebiegi nieprzezroczystości w fazie EUDC dla samochodów A i D przedstawione zostały na rys. 12. Podobnie jak w pozostałych analizowanych fazach samochód A wykazuje tutaj dużo mniejszą podatność (mniejsze gwałtowne skoki) na zmianę stanu pracy silnika, aniżeli samochód D. Ponadto wartości nieprzezroczystości spalin również są mniejsze dla samochodu A. Przebieg nieprzezroczystości spalin dla samochodu A dokładnie odwzorowuje przebieg prędkości jazdy w tej fazie. Reakcja na zmianę prędkości pojazdu (zmianę stanu pracy silnika) jest tutaj bardzo widoczna. Dodatkowo można nawet zaobserwować momenty zmiany biegów podczas pierwszego przyspieszania w tej fazie, które są wyraźnie widoczne zarówno na wykresie przebiegu prędkości jazdy jak i na wykresie przebiegu nieprzezroczystości spalin. Samochód D wykazuje tutaj dużo bardziej gwałtowny przebieg oraz generalnie wyższe wartości zadymienia. WNIOSKI Istotny wpływ na przebieg nieprzezroczystości spalin ma charakter pracy silnika (jego prędkość obrotowa oraz obciążenie). Podczas przyspieszania, kiedy wzrasta obciążenie oraz prędkość obrotowa, silnik emituje spaliny o wyższym zadymieniu, natomiast gdy pracuje w stanach ustalonych (stała prędkość obrotowa oraz obciążenie, a także bieg jałowy) nieprzezroczystość spalin kształtuje się na odpowiednio (zależnie od prędkości obrotowej silnika) niższym i w miarę stałym poziomie. Zależność ta w fazie UDC jest widoczna szczególnie dla biegu jałowego, ponieważ czas takiego stanu pracy w tej fazie jest stosunkowo długi. Dla ustalonych stanów pracy silnika z podwyższonymi prędkościami obrotowymi tendencja ta widoczna jest w fazie EUDC (dłuższe czasy takiego stanu pracy silnika). Kolejnym stanem pracy silnika mającym wpływ na nieprzezroczystość spalin jest również hamowanie silnikiem. Zadymienie w tym stanie pracy silnika gwałtownie spada, co wynika z braku spalanego paliwa w komorze spalania. Stan cieplny silnika w istotny sposób wpływa na czasowy przebieg nieprzezroczystości spalin. Potwierdza to analiza fazy UDC dla zimnych i ciepłych rozruchów samochodów B i C. Nagrzany silnik emituje dużo mniejsze wartości zadymienia niż zimny. Różnice wynikające z tej zależności istnieją dopóki, dopóty temperatura silników, przechodzących różne rodzaje testów (z zimnego i ciepłego rozruchu), nie osiągnie zbliżonych wartości. Podobny charakter przebiegów ma miejsce dopiero około 7 sekundy trwania testu, a więc pod koniec fazy miejskiej. Przebiegi zimnych i ciepłych rozruchów w fazie EUDC są już bardzo zbliżone. Streszczenie Dominującą rolę w motoryzacyjnym zanieczyszczeniu środowiska odgrywa indywidualny transport kołowy, którym popularnym źródłem napędu są silniki spalinowe o zapłonie samoczynnym. Ograniczanie emisji cząstek stałych z pojazdów wyposażonych w silniki o zapłonie samoczynnym jest obecnie jednym głównych nurtów regulacji poziomów emisji związków szkodliwych do atmosfery. Pomiar masy cząstek stałych jest pomiarem dyskretnym, nie dającym pełnego obrazu na temat emisji PM w trackie cyklu jezdnego NEDC. Nieprzezroczystość spalin jest zjawiskiem fizycznie pokrewnym z emisją PM, a ponadto jest mierzona w sposób ciągły, co daje możliwość wnikliwej jej analizy. W artykule przedstawiono szczegółową analizę przebiegów nieprzezroczystości spalin podczas badań w cyklu jezdnym NEDC na hamowni podwoziowej przy użyciu dymomierza absorpcyjnego AVL 439 OPACIMETER. Słowa kluczowe: silnik o zapłonie samoczynnym, emisja spalin, emisja cząstek stałych, pomiar nieprzeźroczystości spalin, cykl NEDC 353
Exhaust gas opacity analysis during emission measurements on chassis dyno Abstract Individual transportation, in which a popular powertrain source is an compression ignition internal combustion engine, plays a dominant role in pollution linked to the automotive sector. Reducing particulate emissions from vehicles with diesel engines is now one of the main trends in regulating levels of pollutant emissions to the atmosphere. The measurement of particle mass is a discrete measurement, not giving a full picture of PM emissions during the NEDC driving cycle. Opacity is a physical phenomenon related to the issue of PM and is a continuous measurement which enables in-depth analysis. This paper presents a detailed analysis of opacity during the NEDC driving cycle on a chassis dynamometer using an AVL 439 OPACIMETER. Keywords: compressed ignition engine, exhaust emission, particle mater emission, exhaust gas opacity measurement, NEDC cycle DEFINICJE / SKRÓTY DPF Diesel particulate filter filtr cząstek stałych NEDC New European Driving Cycle Europejski cykl jezdny UDC Urban Driving Cycle faza miejska cyklu jezdnego EUDC Extra Urban Driving Cycle faza pozamiejska cyklu jezdnego LITERATURA 1. P. Bielaczyc, J. Merkisz, J. Pielecha Stan Cieplny silnika spalinowego, a emisja związków szkodliwych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 21. 2. Opracowanie AVL ENGINE INSTRUMENTATIONS. AVL 21. 3. Instrukcja obsługi AVL 439 Opacimeter 4. J. Merkisz, J. Pielecha Specyfikacja badań homologacyjnych silników spalinowych. Zeszyty Naukowe OBR SM Bosmal, Bielsko-Biała 22. Bielaczyc, P. (editor), 5. Particulate Matter Emissions from Engine and Automobile Sources. Workshop Proceedings form 1st Workshop on Particulate Matter Emissions from Engine and Automobile Sources on CDROM, BOSMAL Automotive R&D Institute, 2nd July 212, Bielsko-Biala, Poland, ISBN 978-83- 931383-3-3. Combustion Engines/Silniki Spalinowe 3/212 (15). 6. Bielaczyc, P., Czerwinski, J., Woodburn, J.: Current trends in measurement and control of particle emissions from engines (perspectives from the 1st Workshop on Particulate Matter Emissions from Engine and Automobile Sources, 2 July 212, Bielsko-Biala, Poland). Combustion Engines/Silniki Spalinowe 3/212 (15) pp.89-98. 7. Bielaczyc, P., Szczotka, A., Pajdowski, P., Woodburn, J.: Development of automotive emissions testing equipment and test methods in response to legislative, technical and commercial requirements. PTNSS-213-13. Combustion Engines/Silniki Spalinowe 1/213 (152) 28-41. ISSN 138-346. 354