Non Road Mobile Machinery Directive wpływ prawa wspólnotowego na modernizację i eksploatację lokomotyw spalinowych

Non Road Mobile Machinery Directive wpływ prawa wspólnotowego na modernizację i eksploatację lokomotyw spalinowych dr inż. Jacek Kukulski Laboratorium Badań Taboru - Instytut Kolejnictwa Warszawa, dn. 28.10.2010

Celem Dyrektywy jest zmniejszenie poziomu emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych z silników spalinowych montowanych w maszynach samojezdnych nieporuszających się po drogach (pojazdy kolejowe: lokomotywy spalinowe, autobusy szynowe, agregaty prądotwórcze),

Korzyści środowiskowe uzyskiwane przez kolej są istotnym warunkiem dla wsparcia społecznego i politycznego dla tej gałęzi transportu. Wartości zużycia oraz emisji CO₂ są niższe od tych uzyskiwanych przez głównych konkurentów transportu drogowego..

Udział kolei w emisji zanieczyszczeń jest porównywalnie bardzo niewielki i kształtuje się na poziomie 1 3% Źródło: Z. Marciniak

Źródło: www.transportszynowy.pl; Jarosław Bartłomiejczyk

Wybrane dane techniczne modernizowanych lokomotyw spalinowych Źródło: Jarosław Bartłomiejczyk

Od czasu zmiany dyrektywy 97/68/WE w 2004 r. dokonano postępu technicznego w dziedzinie konstrukcji silników wysokoprężnych, dążąc do dostosowania takich silników do granicznych wartości emisji spalin dla etapów III B i IV. Skonstruowano silniki sterowane elektronicznie, które w dużym stopniu zastąpiły wcześniejsze mechanicznie sterowane układy wtrysku i regulacji. Zmieniono obowiązujące ogólne wymagania w zakresie homologacji typu określone w załączniku I do dyrektywy 97/68/WE oraz wprowadzono ogólne wymagania homologacyjne dotyczące etapów III B i IV.

Dotychczas dla silników pojazdów kolejowych stosowane były wymagania zawarte w kartach UIC 623 i UIC 624 (97/68/WE, norma ISO-8178-4). Dla uzyskania zgodności między wymaganiami UIC, a Dyrektywą 2004/26 normy dla planowanego wcześniej standardu UIC III ustanowiono takie same jak dla etapu IIIA (UIC 624:2006 aneks A).

Zawartość dyrektywy 97/68/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 16 grudnia 1997: ZAŁĄCZNIK I - zakres, definicje, symbole i skróty, oznakowania silników, warunki i badania, warunki oceny zgodności produkcji, parametry określające rodzinę silników, wybór silnika macierzystego. ZAŁĄCZNIK II - DOKUMENT INFORMACYJNY NR... dotyczący homologacji typu i podający środki zapobiegające emisji zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych zawieszonych w gazie z silników spalinowych, przeznaczonych do instalowania w maszynach samojezdnych nieporuszających się po drogach ZAŁĄCZNIK III - PROCEDURA BADANIA

ZAŁĄCZNIK IV - CHARAKTERYSTYKA TECHNICZNA PALIWA WZORCOWEGO DO BADAŃ HOMOLOGACYJNYCH I DO BADAŃ POTWIERDZAJĄCYCH ZGODNOŚĆ PRODUKCJI ZAŁĄCZNIK V - UKŁAD ANALIZY I POBIERANIA PRÓBEK ZAŁACZNIK VI ŚWIADECTWO HOMOLOGACJI ZAŁĄCZNIK VII - SYSTEM NUMEROWANIA ŚWIADECTW HOMOLOGACJI ZAŁACZNIK VIII WYKAZ HOMOLOGACJI TYPU SILNIKA / RODZINY SILNIKÓW ZAŁACZNIK IX WYKAZ PRODUKOWANYCH SILNIKÓW

Zmiany w dyrektywie 97/68/WE 1) w załączniku nr I: - dodano 8 punkt,, Wymagania w zakresie homologacji typu dotyczące etapów III B I IV Niniejszy punkt ma zastosowanie do homologacji typu silników sterowanych elektronicznie, w przypadku których do określenia ilości i czasu wtrysku paliwa stosowany jest elektroniczny układ sterujący (»silnik«).

Zmiany w dyrektywie 97/68/WE 1) w załączniku nr I: - dodano definicje (strategii kontroli emisji; reagent); - dodano wymagania ogólne obejmujące (podstawową i pomocniczą strategię kontroli emisji, a także wymagania w zakresie dokumentacji) Reagent - oznacza każdy ulegający zużyciu lub nienadający się do powtórnego użycia czynnik, który jest wymagany i stosowany na potrzeby skutecznego działania układu dodatkowego oczyszczania spalin. Podstawowa strategia kontroli emisji, uruchamiana w całym zakresie roboczym prędkości obrotowej i momentu obrotowego, jest zaprojektowana w taki sposób, by silnik mógł spełnić wymogi przepisów niniejszej dyrektywy

Pomocnicza strategia kontroli emisji może być stosowana w silniku lub maszynie samojezdnej nieporuszającej się po drogach pod warunkiem, że pomocnicza strategia kontroli emisji, w przypadku jej uruchomienia, modyfikuje podstawową strategię kontroli emisji w reakcji na określony zestaw warunków otoczenia lub eksploatacji, natomiast nie zmniejsza trwale skuteczności systemu kontroli emisji.

Pomocnicza strategia kontroli emisji może być uruchamiana w szczególności w następujących celach: a) sygnałami pokładowymi, w celu ochrony przed uszkodzeniem silnika (wraz z zabezpieczeniem układu obiegu powietrza) lub maszyny samojezdnej nieporuszającej się po drogach, w której zamontowany jest silnik; b) do celów strategii i bezpieczeństwa eksploatacji; c) w celu zapobiegania nadmiernej emisji, podczas zimnego rozruchu lub rozgrzewania, podczas zatrzymywania; d) w przypadku konieczności zwiększenia poziomu emisji jednego z regulowanych zanieczyszczeń w określonych warunkach otoczenia lub eksploatacyjnych, w celu utrzymania poziomu kontroli wszystkich pozostałych regulowanych zanieczyszczeń w ramach granicznych wartości emisji właściwych dla danego silnika.

Wymagania w zakresie dokumentacji a) pakiet dokumentacji, dołączony do wniosku o udzielenie homologacji typu, zawiera pełny opis strategii kontroli emisji. Dowody takie załącza się do teczki informacyjnej, o której mowa w załączniku II; b) materiały dodatkowe obejmują wszelkie parametry zmodyfikowane przez każdą pomocniczą strategię kontroli emisji oraz warunki brzegowe, w jakich działa dana strategia, w szczególności: - opis logiki sterowania, strategii sterowania czasem oraz punktów przełączania podczas wszystkich trybów pracy dla układu paliwowego i innych podstawowych układów, skutecznie ograniczających poziom emisji (np. układ recyrkulacji spalin (EGR) lub dozowania reagentu); - szczegółowy opis algorytmów lub czujników (jeżeli dotyczy) stosowanych do celów identyfikacji, analizy lub diagnozowania nieprawidłowości w pracy układu kontroli emisji NO x ; - tolerancje stosowane w celu spełnienia wymagań określonych w pkt 8.4.7.2., niezależnie od zastosowanych środków.

Wymagania w zakresie zapewnienia prawidłowego działania systemu kontroli emisji NO x - Producent przekazuje informacje w pełni opisujące parametry pracy systemu kontroli emisji NO x; - Jeżeli system kontroli emisji wymaga użycia reagentu, wówczas producent zobowiązany jest do podania parametrów takiego reagentu, w tym jego rodzaju, stężenia; -Producent wykazuje, że wielkość emisji amoniaku podczas obowiązującego cyklu testu emisji w ramach procedury homologacji typu, w przypadku użycia reagentu, nie przekracza średniej wartości wynoszącej 25 ppm; - Jeżeli do maszyny zamontowane lub przyłączone są oddzielne zbiorniki z reagentem, należy dodatkowo zapewnić metodę pobierania próbek reagentu z wnętrza takich zbiorników.

Wymagania w zakresie eksploatacji i czynności obsługowych Udzielenie homologacji typu uzależnione jest, zgodnie z art. 4 ust. 3, od zaopatrzenia każdego operatora maszyny samojezdnej nieporuszającej się po drogach w pisemne instrukcje, zawierające: a) szczegółowe ostrzeżenia, objaśniające usterki, jakie mogą wystąpić wskutek nieprawidłowej eksploatacji lub obsługi technicznej zamontowanego silnika, wraz z informacją o stosownych środkach naprawczych; b) szczegółowe ostrzeżenia dotyczące nieprawidłowej eksploatacji maszyny, wskutek której mogą wystąpić usterki silnika, wraz z informacją o stosownych środkach naprawczych; c) informacje na temat prawidłowego użycia reagentu, wraz z instrukcją uzupełniania reagentu pomiędzy normalnymi przeglądami technicznymi; d) wyraźne ostrzeżenie, że świadectwo homologacji typu wydane dla odnośnego typu silnika zachowuje ważność wyłącznie w przypadku spełniania wszystkich poniższych warunków: - eksploatacja i obsługa techniczna silnika przebiega zgodnie z dostarczonymi instrukcjami; - jeżeli doszło do nieprawidłowej eksploatacji lub obsługi technicznej, podjęto bezzwłocznie działania naprawcze; - nie wystąpił przypadek zamierzonej nieprawidłowej eksploatacji silnika, w szczególności rozłączenia lub braku obsługi technicznej układu EGR lub układu dozowania reagentu.

W załączniku III do dyrektywy 97/68/WE wprowadzono następujące zmiany: cykl NRSC (cykl stacjonarny dla maszyn niedrogowych), który stosuje się w celu pomiaru emisji tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu oraz cząstek stałych w etapach I, II, III A, III B i IV cykl NRTC (cykl niestacjonarny dla maszyn niedrogowych), który stosuje się w celu pomiaru emisji tlenku węgla, węglowodorów, tlenków azotu oraz cząstek stałych w etapach III B i IV, do silników przeznaczonych do napędu wagonów silnikowych stosuje się cykl NRSC do pomiaru emisji zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych w etapach III A i III B. do silników przeznaczonych do napędu lokomotyw stosuje się cykl NRSC do pomiaru emisji zanieczyszczeń gazowych i cząstek stałych w etapie III A i w etapie III B.

Test NRTC Ustalony cykl testu niestacjonarnego, bazowany ściśle na warunkach pracy silników o zapłonie samoczynnym w niedrogowych maszynach ruchomych, przeprowadza się dwa razy: pierwszy raz (rozruch zimny) po kondycjonowaniu silnika w temperaturze laboratorium, gdy temperatury czynnika chłodzącego i oleju w silniku, urządzeń do dodatkowego oczyszczania spalin i wszystkich urządzeń pomocniczych do ograniczenia emisji z silnika ustabilizowały się w przedziale między 20 C a 30 C, drugi raz (rozruch gorący) po 20 minutach kondycjonowania.

C h a r a k t e r y s t y k a A W przypadku silników autobusów szynowych o mocy 130 kw, jednak nie większej niż 560 kw Identyczny z cyklem C1 normy ISO 8178-4:2007 (wersja poprawiona 2008-07-01).

Ch a r a k t e r y s t y k a B - dla silników o mocy 19 do 560 kw pracujacych przy stałej prędkości obrotowej Identyczny z cyklem D2 normy ISO 8178-4: 2002(E).

Ch a r a k t e r y s t y k a D dla silników Lokomotyw spalinowych Identyczny z cyklem F opisanym w normie ISO 8178-4: 2002(E). ;

Przebieg badania poziomu emisji

O b l i c z a n i e e m i s j i j e d n o s t k o w y c h O b l i c z a n i e e m i s j i m a s o w e j

O b l i c z a n i e e m i s j i m a s o w e j

Źródło: oprac. własne na podstawie pracy CNTK

Źródło: Z. Marciniak

Źródło: oprac. własne na podstawie pracy CNTK

Wprowadzenie wymagań dla etapu IIIB spowoduje, bowiem wzrost kosztu silnika spalinowego wg szacunków od 8 do 20%, kosztów utrzymania lokomotywy od 10 do 15%, zużycia paliwa do 5%. Dla obecnie eksploatowanych lokomotyw powyższe wymagania nie obowiązują aż do momentu, gdy zajdzie potrzeba odnowienia lub modernizacji lokomotywy lub wymiany silnika na nowy. Można tylko wymieniać np. uszkodzony silnik na silnik tego samego typu (jeżeli oczywiście jest jeszcze produkowany). Nowy silnik musi spełniać opisane wymagania. Unijne prawo zabrania, bowiem wprowadzania do obrotu handlowego na obszarze Unii silników niespełniających wymienionych wymagań

Dziękuję za uwagę