Porównanie emisji zanieczyszczeń z pojazdów o różnych klasach

Obiektami badań były pojazdy z silnikiem dwupaliwowym (zasilane benzyną lub sprężonym gazem ziemnym – CNG), wyposażone w manualną skrzynię biegów o prze-biegu 15 000; 75 000 oraz 500 000 km spełniający normę Euro 4 i Euro 5 (silnik 4-cylindrowy o objętości skokowej: 2,0 dm³, wyposażony w reaktor trójfunkcyjny, sys-tem diagnostyczny EOBD – ISO 14230 lub ISO 11888). Badania przeprowadzono w kolejnym roku w okresie jesiennym z innym natężeniem ruchu niż w podrozdziale poprzednim, w związku z tym wyniki badań są tożsame dla tego samego pojazdu [58].

Pojazd fabrycznie był przystosowany do zasilania gazem ziemnym i jest to podstawowe

0,27

0,35

0,23 2,73

0,42

0,10 0,0

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

CO HC NOx CO HC NOx

CNG benzyna

kCO, kHC, kNOx[-]

paliwo w nim stosowane; rozruch w niskich temperaturach odbywa się przy zasilaniu benzyną (ten rodzaj paliwa stosowany jest również jako rezerwa).

Zarejestrowane wartości emisji związków szkodliwych porównano dla samochodu zasilanego benzyną oraz sprężonym gazem ziemnym. Na rysunku 6.27 porównano emisję drogową tlenku węgla: podczas zasilania silnika benzyną jest ona znacząca w całym zarejestrowanym przebiegu, a jednocześnie kilkakrotnie większa niż dla zasilania CNG.

Wartości emisji drogowej zwiększają się wraz ze wzrostem przebiegu pojazdu. Emisja drogowa węglowodorów jest podobna do przebiegu emisji tlenku węgla – większe warto-ści były rejestrowane dla silnika zasilanego benzyną dla klasy emisyjnej pojazdu Euro 4, natomiast nieduży wzrost tej emisji rejestrowany był dla pojazdu o klasie emisyjnej Euro 5 (rys. 6.28). Duże znaczenie w tym przypadku ma charakter użytkowania pojazdu. Po-jazd klasy Euro 4 był użytkowany głównie przy zasilaniu CNG, jednakże ze względu na długie odległości był również zasilany benzyną (szacowany udział zasilania benzyną wynosił 20%). Natomiast dla pojazdu o klasie emisyjnej Euro 5 nie zauważa się tak dużych wartości emisji, co jest spowodowane pracą silnika głównie na gazie ziemnym (szacowany udział pracy na benzynie to ok. 2–5%).

a) b)

Rys. 6.27. Porównanie emisji drogowej tlenku węgla dla pojazdów o różnym przebiegu i klasie emisyjnej: a) Euro 4, b) Euro 5

a) b)

Rys. 6.28. Porównanie emisji drogowej węglowodorów dla pojazdów o różnym przebiegu i klasie emisyjnej: a) Euro 4, b) Euro 5

Odmiennie kształtuje się emisja tlenków azotu (rys. 6.29) – większe wartości obser-wowane były dla silnika zasilanego CNG (wyjątek stanowi pojazd o przebiegu 75 000 km zarówno o klasie emisyjnej Euro 4 i Euro 5). Oznacza to wyższą temperaturę w ko-morze spalania, a jednocześnie może wynikać z optymalizacji silnika (uzyskiwania większej mocy – większej sprawności) pod kątem tego paliwa. Jednakże znaczący

Emisja drogowa CO [g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 4

6,6

Emisja drogowa CO [g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 5

0,022

Emisja drogowa HC [g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 4

0,0500,058 0,0600,067

0,00

Emisja drogowa HC [g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 5

wzrost emisji gazowych składników spalin po przebiegu 500 000 km może świadczyć o bardzo małej sprawności reaktora katalitycznego po takim okresie użytkowania.

Wartości emisji dwutlenku węgla dla pojazdu o klasie emisyjnej Euro 4 były porów-nywalne z drugim pojazdem niezależnie od przebiegu pojazdów (rys. 6.30). Świadczy to o niezmienności parametrów operacyjnych silników (charakterystyki mocy i momen-tu obrotowego) badanych pojazdów. Uzyskane wartości można również odnieść do zu-życia paliwa, które kształtowało się na podobnym poziomie niezależnie od rodzaju i przebiegu pojazdu.

a) b)

Rys. 6.29. Porównanie emisji drogowej tlenków azotu dla pojazdów o różnym przebiegu i kla-sie emisyjnej: a) Euro 4, b) Euro 5

a) b)

Rys. 6.30. Porównanie emisji drogowej dwutlenku węgla dla pojazdów o różnym przebiegu i klasie emisyjnej: a) Euro 4, b) Euro 5

Osobnego potraktowania wymaga porównanie cząstek stałych emitowanych z pojaz-dów zasilanych benzyną i CNG. Określenie emisji drogowej cząstek stałych (pod względem ich masy) odzwierciedla kilkukrotnie mniejszą ich wartość dla pojazdu zasi-lanego CNG w stosunku do pojazdu zasizasi-lanego benzyną (rys. 6.31). Jest to spowodo-wane głównie rodzajem paliwa (ciekłe i gazowe), ale pozwala na postawienie tezy, że długotrwała eksploatacja pojazdów zasilanych paliwami CNG lub benzyną niekorzysta-nie wpływa na tworzeniekorzysta-nie się cząstek stałych z takich silników. Należy jednak porównać te wartości do obecnych norm dla silników ZS, dla których dopuszcza się emisję rzędu 5 mg/km cząstek stałych. Z porównania uzyskanych wartości widać, że są to około 10-krotnie mniejsze wartości uzyskiwane dla pojazdów o przebiegu dopiero 500 000 km [60]. Emisja drogowa NOX[g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 4

0,032 Emisja drogowa NOX[g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 5

291 Emisja drogowa CO2[g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 4

219 229

Emisja drogowa CO2[g/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 5

a) b)

Rys. 6.31. Porównanie emisji drogowej masy cząstek stałych dla pojazdów o różnym przebiegu i klasie emisyjnej: a) Euro 4, b) Euro 5

Kompletacja aparatury pomiarowej pozwalała również na określenie liczby cząstek stałych w spalinach badanych pojazdów. Uzyskane wartości (rys. 6.32) przedstawione porównawczo dla pojazdów o różnej klasie emisyjnej i przebiegu wskazują na niewielki różnice w wartościach, jednakże skorelowanie ich z masą cząstek stałych pozwala na stwierdzenie, że liczba większych (o większej masie) cząstek stałych z pojazdów o du-żym przebiegu jest znacznie większa od ich liczby dla pojazdów o małym przebiegu.

Aby dokładnie wyjaśnić to zagadnienie na rysunku 6.33 zaprezentowano rozkłady wymiarowe liczby cząstek stałych w zależności od średnicy pomiarowej dla pojazdów o różnym przebiegu (wartość uśredniona dla całej trasy pomiarowej). Analiza wykre-sów pozwala na stwierdzenie, że dla pojazdu zasilanego benzyną średnica charaktery-styczna cząstek stałych (średnica cząstek, dla której występuje największa ich liczba) to zakres 40–70 nm, natomiast dla zasilania benzyną jest zakres mniejszy (30–40 nm).

Porównanie tych samych wielkości dla pojazdów o przebiegu 500 000 km uwidacz-nia niewielkie zmiany w przedstawionej charakterystyce liczby cząstek stałych pojaz-dów zasilanych benzyną (rys. 6.34) [73]. Ma to związek głównie z podstawowym zasi-laniem silnika CNG, w związku z tym obserwowane jest dwukrotnie mniejsze zwięk-szenie masy cząstek stałych w porównaniu do pojazdu klasy emisyjnej Euro 4. Jednakże porównywalna liczba cząstek stałych nie jest tożsama z jednakowym rozkładem wymia-rowym: cząstki stałe dla pojazdu zasilanego benzyną o większym przebiegu charaktery-zują się większą średnicą, co w efekcie powoduje większą emisję drogową cząstek sta-łych.

a) b)

Rys. 6.32. Porównanie emisji drogowej liczby cząstek stałych dla pojazdów o różnym przebiegu

i klasie emisyjnej: a) Euro 4, b) Euro 5

Emisja drogowa PM [mg/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 4

0,10

Emisja drogowa PM [mg/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 5

5,0E+11 5,7E+11

Emisja drogowa PN [1/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 4

4,2E+11

Emisja drogowa PN [1/km]

Przebieg pojazdu

PB 98 CNG klasa emisyjna: Euro 5

a) b)

Rys. 6.33. Porównanie stężenia cząstek stałych dla tego samego pojazdu o różnym zasilaniu (przebieg pojazdów 75 000 km): a) benzyną, b) CNG

a) b)

Rys. 6.34. Porównanie stężenia cząstek stałych dla tego samego pojazdu o różnym zasilaniu

(przebieg pojazdów 500 000 km): a) benzyną, b) CNG

Wyznaczając wartości emisji drogowej zanieczyszczeń dla pojazdu zasilanego ben-zyną i CNG otrzymano zależności wzrostu emisji składników szkodliwych ze zwięk-szeniem jego przebiegu (dla pojazdów klasy Euro 4 i Euro 5). Dla porównywalnych przebiegów emisyjność pojazdu zasilanego benzyną jest większa dla CO, HC, COoraz PM, natomiast pojazd zasilany benzyną emituje mniej tlenków azotu w stosunku do pojazdu zasilanego CNG. W warunkach miejskich emisja węglowodorów i cząstek sta-łych (pod względem masy) pojazdu zasilanego CNG w stosunku do zasilania benzyną jest mniejsza około 10-krotnie (niezależnie od przebiegu pojazdu). Natomiast emisja węglowodorów wykazuje różnice w stosunku do klasy emisyjnej pojazdu: dla pojazdu klas Euro 4 zasilanie CNG wykazuje znaczne korzyści ekologiczne, a dla pojazdu klasy Euro 5, wartości te są na zbliżonym poziomie.

W badaniach właściwości ekologicznych rozpatrywanych pojazdów, wykazano rów-nież zmiany w liczbie i średnicach emitowanych cząstek stałych. Wzrost przebiegu po-jazdu zasilanego benzyną powoduje zmniejszenie liczby cząstek o małych średnicach, a zwiększenie liczby cząstek o dużych średnicach – w konsekwencji całkowita liczba cząstek stałych pozostaje na zbliżonym poziomie. Odmiennie jest przy zasilaniu CNG, gdyż zużycie wtryskiwaczy gazowych powoduje powstawanie nieznacznie większych cząstek, ale o większej ich liczbie.

6.3. Badania drogowe pojazdów zasilanych gazem