Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

2.5. Belső égésű motorok levegőszennyező hatása és csökkentésének lehetősége

2.5. Belső égésű motorok levegőszennyező hatása és csökkentésének lehetősége

A világban alkalmazott belső égésű motorok darabszáma meghaladja az egy milliárdot. A legnagyobb felhasználási területet a közlekedési eszközök jelentik. A belső égésű motorral hajtott gépkocsik (személygépkocsik, autóbuszok és tehergépkocsik) száma a Földön 2000-re túlhaladja a 700 milliós darabszámot és az évenkénti növekménye megközelíti a 40 milliót. Az országonkénti járműállomány jelentős szóródást mutat, a 2.28. táblázat Magyarország közúti gépjármű állományának változását mutatja.

2-28. táblázat - Magyarország közúti gépjármű állománya (Darab)

1985

1990

1994

1995

1996

1997

Személygépkocsi

1 435 937

1 944 553

2 176 922

2 245 395

2 264 165

2 297 115

Motorkerékpár

395 622

168 817

157 327

159 091

150 969

137 983

Autóbusz

24 854

26 121

21 472

20 223

19 107

18 616

Tehergépkocsi, dömper

157 136

224 061

258 081

292 144

303 085

315 242

Közúti vontató

31 392

38 397

38 972

32 613

29 118

27 029


A belső égésű motorok olyan energiaátalakító berendezések, amelyek a hajtóanyag elégetésével nyert hőenergiát mechanikai munkává alakítják át, miközben a légtérbe kipufogógázt bocsátanak ki.

A belső égésű motor jelentős mennyiségű levegőt használ fel működése során. Az Otto-motoroknál 1 kg benzinhez megközelitőleg 15 kg (12 m3) levegő, a dízelmotornál pedig 1 kg gázolajhoz 18–26 kg (14–20 m3) levegő szükséges. Az elmúlt években a kőolaj, illetve abból készült benzin, gáz-és tüzelőolaj felhasználásának alakulását Magyarországon a 2.29. táblázat mutatja.

2-29. táblázat - Kőolaj, illetve abból készült benzin, gáz- és tüzelőolaj felhasználása Magyarországon (1000 tonna)

1994

1995

1996

1997

Kőolaj

7 046

7 509

6 792

7 029

Benzin összesen, ebből:

2 193

2 024

1 884

2 121

ipar

750

617

556

782

építőipar

6

4

2

2

mezőgazdaság

25

21

22

24

szállítás, posta

8

7

6

6

lakosság

1 154

1 132

1 076

1 080

Gáz-és tüzelőolaj összesen, ebből:

2 407

1 817

1 725

1 785

ipar

452

349

372

347

építőipar

31

19

16

16

mezőgazdaság

423

377

379

368

szállítás, posta

228

323

320

313

lakosság

766

584

497

578


A motorokban lejátszódó égés sajátosságai miatt a hajtóanyagból származó égéstermékek összetétele más, mintha ugyanazt az energiahordót egyéb körülmények között égetnénk el. A kipufogógázokban mintegy négyszáz féle összetevő mutatható ki, melyek közül a legtöbb csak nyomokban és bizonyos üzemállapotban lelhető fel. A kipufogógáz alkotói közül csak a nitrogén, az oxigén és a vízgőz környezetbarát, az összes többi szennyezőanyag. A szennyezőanyagok jelentős része mérgező és néhány az emberi szervezetbe bizonyos mennyiségben bekerülve rákos daganatot hoz létre.

A kipufogógáz összetétele több tényezőtől függ: a motor típusától (Otto-motor, dízelmotor, kettő-vagy négyütemű), a motor szerkezeti kialakításától, az égéstértől, a motor beállításától, az üzemi állapotától, a levegőszűréstől, a hajtóanyag összetételétől, a kenőolaj-fogyasztásától és összetételétől, az alkalmazott kipufogógáz tisztító berendezéstől stb.

Az Otto-és dízelmotorok kipufogógázaiban ugyanazok a főbb károsanyag összetevők mutathatók ki (2.30. táblázat). Az ólmozott benzint felhasználó Otto-motor kipufogógázában mérgező ólomszármazékok is találhatók. A dízelmotor esetében a gázolaj kéntartalma miatt pedig a mérgező kénoxidok is megtalálhatók a kipufogógázban. A dízelmotor kipufogógázának jellegzetes komponense a jelentős mennyiségben előforduló korom, amelyhez kötődnek az el nem égett policiklikus szénhidrogének ( pl. a 3,4-benzpirén), ezért ezek nehezebben keverednek a levegővel, később alakulnak át és igy növekszik ezek rákkeltő hatása. Természetesen más szilárdrészecskékhez pl. a levegőből bejutottakhoz is kötődhetnek ezek a rákkeltők, ezért a motorok levegőszűrésének jóságától közvetlenül is függ a környezetre veszélyes alkotók hatása.

2-30. táblázat - A belső égésű motor kipufogógázának összetétele (kipufogógáz tisztítóberendezés nélkül)

Komponens megnevezése

Otto-motornál

Dízelmotornál

Hatás

Nem mérgezők:

Nitrogén (N2)

74–77 tf%

76–78 tf%

nem szennyező

Oxigén (O2)

0,1–3 tf%

2–14 tf%

nem szennyező

Vízgőz (H2O)

3–6 tf%

0,5–6 tf%

nem szennyező

Széndioxid (CO2)

5–12 tf%

1–6 tf%

szennyező

Mérgezők:

Szénmonoxid (CO)

0,5–10 tf%

100–2000 ppm

nem rákkeltő

Nitrogénoxidok (NOx)

500–3000 ppm

200–5000 ppm

rákkeltő

Szénhidrogének (CmHn)

100–10000 ppm

10–500 ppm

rákkeltő

Aldehidek (R-CHO)

0–200 ppm

0–50 ppm

rákkeltő

Korom

0–2 mg/m3

10–11000 mg/m3

rákkeltő

Benzpirén

10–20 µg/m3

0–10 µg/m3

igen erős rákkeltő


A gépjárművek szén-dioxid (CO2) emissziója is környezetszennyező hatású. Az utóbbi évtizedben kimutatták a kutatók, hogy a CO2 hozzájárul az úgynevezett üvegház hatás kialakulásának elősegítésével a Föld globális felmelegedéséhez, ezért ennek a gáznak légtérbe kerülését is mérsékelni szükséges.

A széntartalmú üzemanyagok tökéletes elégetésével keletkező CO2 gáz mennyiségének mérséklése az energia hordozók mennyiségi és minőségi felhasználásának problémáját állítják az érdeklődés középpontjába.

A belső égésű motorokból a légtérbe kikerülő kipufogógázok sajátos tulajdonságú környezet szennyezést is okozhatnak. Az őszi és téli ködös időszakban a leszálló hideg légáramlat hatására, ha a kipufogógázok nem tudnak a légtér magasabb rétegében elkeveredni, akkor létrejön a gépjárművekkel túlzsúfolt nagyvárosok réme a „szmog”, a füstköd, amely az embereknél légzési nehézséget és súlyosabb esetekben mérgezést is okozhat.

A napsugaras szélcsendes időben is keletkezhet „szmog”, füstköd a belső égésű motorok nagy mennyiségű kipufogógázaiból. Ennek a fotokémiai szmog keletkezésének oka az el nem égett telítetlen szénhidrogének és a nitrogénoxidok jelenlétében keresendő. Az erős napsugárzás a nitrogén-oxidokból mérgező ózont (O3) képez. A keletkezett ózon a szénhidrogénekkel aldehideket alkot, amelyek narkotikus hatásúak, a kisebb mólsúlyúak az ember kötőhártyáját és légutait ingerlik.

A fotokémiai szmog kialakulására Kalifornia klimatikus viszonya igen kedvező. Ezért elsőként 1947-ben Amerikában, Los Angelesben vizsgálták a gépjárművek környezet szennyező hatását. A kutatások eredményeire támaszkodva 1952-ben született helyi javaslat a gépjárművek kipufogógáz emissziójának korlátozására. Ennek hatására 1960-ban kezdődtek el a részletes törvényi szabályozások a kipufogógáz kellemetlen összetevőinek mérséklésére az USA-ban, amelyet követett Európa is. A kezdeti japán elzárkózás sem tartott sokáig és az 1970-es évektől a gépjárművek szennyezőanyag kibocsátását – a mennyiségükre utaló vizsgálati eljárások alapján – szinte a világ valamennyi országában előírások korlátozzák. A gépjármű gyártók ezért kénytelenek olyan műszaki megoldásokat alkalmazni a belső égésű motoroknál, amelyekkel az egyre szigorodó előírások is teljesíthetők.

A gépjárművek légszennyezésére vonatkozó, jól reprodukálható vizsgálati eljárást nem volt könnyű kidolgozni, mert a belső égésű motor minden üzemeltetési állapotában más-más összetételű kipufogógázt produkál. Példaképpen a szén-monoxid (CO) menynyiségének változását és a fojtószelep helyzetét szemlélteti a 2.32. ábra, egy 2,5 liter összhengertérfogatú karbulátoros Otto-motor egész működési tartományában. Az Ot-to-motorra jellemző, hogy a legnagyobb CO értékek alacsony fordulatszámnál, kis terheléseknél, közelzárt fojtószelep állásnál (alapjáraton) és ugyancsak kis terhelésnél, 13°–17°-os fojtószelep helyzetnél a maximális fordulatszám 60%-a körüli értékénél adódnak. (Ez az alapja annak, hogy a mai időszakos környezetvédelmi felülvizsgálatnál, illetve a közúti ellenőrzéseknél is ezekben a motor állapotokban végzik a CO mérését.)

2-32. ábra - A szénmonoxid (CO) változása és a fojtószelep helyzete 2 5 literes Otto-motornál

A szénmonoxid (CO) változása és a fojtószelep helyzete 2 5 literes Otto-motornál


A személygépkocsik működési tartományát átfogó első vizsgálati módszert Amerikában dolgozták ki. Ennek a Kalifornia-Tesztnek a lényege az, hogy a járművel görgős padon (amelyet a jármű tömege alapján látnak el tehetetlenségi tömeggel) egy meghatározott menetciklust kell 7-szer teljesíteni, miközben a kipufogógázt gázelemzőkkel analizálják és a kijelölt (7×7 = 49) méréspontokban kapott adatokkal adott számitási eljárással egy-egy gázösszetevő emisszióját számszerűen jellemeznek gram/mérföld vagy gramm/teszt egységgel. A különböző országok ma használt vizsgálati eljárásai is a Kalifornia-Teszt lényegét követik, de más-más menetciklust, kipufogógáz mintavételezést és más kiértékelési módszert alkalmaznak, ezért a különböző vizsgálatok számértékei közvetlenül nem hasonlíthatók össze.

Az európai szabályozás 1958. március 20-án kezdödött az ENSZ keretében működő Európai Gazdasági Bizottság, angolul Economic Commission for Europe (ECE) egyezményének aláirásával, amelynek mellékletei, előírásai részletesen meghatározzák a vizsgálati módszereket, az emissziós határértékeket és a bevezetés javasolt ütemezését. A többször szigorított határértékeket az egyezményt aláíró országok, így hazánk is, rendeletekben teszik kötelezővé.

Az ún. Európa-Teszt vizsgáló berendezés vázlata és menetciklus diagramja a 2.33. ábrán látható, amely a Kalifornia-Teszthez képest nem csak a menetciklusban, hanem a mintavételben is eltér. Ennél a vizsgálatnál a kipufogógázt gyűjtő zsákokban fogják fel és a négy menetciklus lefuttatása után a zsákban levő gázt analizálják. Az Európa-Tesztnél tehát egy átlag kipufogógáz értéke jelenik meg a vizsgálat eredményében g/teszt vagy a ciklus útra vonatkoztatva g/km mérték egységben. Természetesen a vizsgálat minden jelentősebb körülményét részletesen rögzítik az előírások.

2-33. ábra - Az Európa-Teszt vizsgáló berendezésének vázlata és menetciklus diagramja

Az Európa-Teszt vizsgáló berendezésének vázlata és menetciklus diagramja


(Megfelel ECE R 83/01 A;C; ECE R 83/02 A; ECE R 15/04és az EU menetciklus 1. részének, illetve megegyezik az MSZ 21870/2 menetciklusával.)

A belső égésű motorok levegőszennyező hatásának mérséklése érdekében az Európai Unió (EU) természetesen elfogadta a gépjárművekre vonatkozó ECE előírásokat és azokat részben tovább is fejlesztette. A EU-ban és hazánkban alkalmazott jelentősebb vizsgálatok és azok határértékei a következők.

A belső égésű motorral hajtott gépjármű környezetszennyező megitélése a hajtóanyagfogyasztás és ezzel párhuzamosan elvégzett kipufogógáz károsanyagainak emissziós vizsgálatával kezdődik. Az EU előírásokat a 2.31. táblázat foglalja össze és a görgős padon lefolytatott vizsgálat menetciklus diagramját a 2.34. ábra mutatja.

2-34. ábra - EU menetciklus diagramja a gépjárművek kipufogógáz emisszió és hajtóanyagfogyasztás vizsgálathoz

EU menetciklus diagramja a gépjárművek kipufogógáz emisszió és hajtóanyagfogyasztás vizsgálathoz


2-31. táblázat - EU kipufogógáz emisszió előírások és hajtóanyagfogyasztás vizsgálatok gépjárművekre, össztömeg = 3500 kg (Vizsgálat görgős padon) (min. 4 kerék, össztömeg= 400 kg és max. sebesség //>//50 km/h)

Gépjármű kategória

M1 és M2 személyszállítók, N1 és N2 áruszállítók

Motor típus

Otto-motor vagy dízelmotor

Előírás

Kipufogógáz emisszióra 70/220/EEC ill. 93/59/EEC

Hajtóanyagfogyasztásra 80/1268/EEC ill. 93/116/eec

Vonatkozó tömeg (RM)

kg

RM = 1250

1250//<// RM =1700

RM //>// 1700

Tehetetlenségi tömeg (IM)

kg

IM = 1130

1130//<// IM =1590

1590//<// IM = 2270

Jármű osztály

I.

II.

III.

CO

Típusjóváhagyás

g/km

2,72

5,17

6,9

Sorozatgyártmány

g/km

3,16

6,0

8,0

CH +

Típusjóváhagyás

g/km

0,97

1,4

1,7

Nox

Sorozatgyártmány

g/km

1,13

1,6

2,0

PM1

Típusjóváhagyás

g/km

0,14

0,19

0,25

Sorozatgyártmány

g/km

0,18

0,22

0,29

CO2

g/km

A gyártó előírása szerint2

Hajtóanyagfogyasztás

l/100 km

A gyártó előírása szerint3

Korrekciós tényezők

Kijelölt érték4 (80 000 km-ig)

Párolgás (Otto-motor)

g/teszt

2


  1. PM a szilárd részecske tömegmennyisége g/km, csak dízelmotornál.

  2. A gyártó javaslata a tényleges jármű típusra.

  3. A hajtóanyagfogyasztás meghatározott értéke l/100 km-ben városban (1.rész); extra városi menetciklusban EUDC (2.rész); teljes ciklusban (1.rész és 2.rész együtt).

  4. A következő korrekciós értékek érvényesek: új járműnél 0,92 CO2-re; 3000–80 000 km-es futás teljesítményig Otto-motornál 1,2 CO-ra, 1,2 CH+NOx-ra, dízelmotornál 1,1 CO-ra, 1,0 CH+Noxra és 1,2 PM-re.

Az ún. városi menetciklusban külön is megvizsgálják a károsanyagok kibocsátását, a kezdeti Európa-Teszt alkalmazásával. A határértékekre vonatkozó európai előírásokat a 2.32. táblázat.

2-32. táblázat - ECE kipufogógáz emisszió előírások gépjárművekre, össztömeg = 3500 kg (Vizsgálat görgős padon) (min. 4 kerék, össztömeg //>//400 kg és max. sebesség //>//50 km/h)

Motor típusnál alkalmazott menetciklus és emisszió vizsgálat

Vonatkozó tömeg

kg

Tehetetlenségi tömeg kg

Emisszió értéke g/teszt

CO

CH+NOx

Típus jóváhagyás

Sorozat gyártmány

Típus jóváhagyás

Sorozat gyártmány

Ólmozott benzin

≤ 750

680

58

70

19,0

23,8

ECE R15/04

≤ 850

800

58

70

19,0

23,8

≤ 1020

910

58

70

19,0

23,8

Ólmozatlan benzin

≤ 1250

1130

67

80

20,5

25,6

és gázolaj

≤ 1470

1360

76

91

22,0

27,5

ECE R 83/01

≤ 1700

1590

84

101

23,5

29,4

(EU 91/441/EEC)

≤ 1930

1810

93

112

25,0

31,3

ECE R 83/02

≤ 2150

2040

101

121

26,5

33,1

(EU 93/59/EEC)

//>// 2150

2270

110

132

28,0

35,0


* Magyarországon is lényegét tekintve érvényben van a 6/1990. (IV. 12.) KÖHÉM ill. a 21/1995. (XII.15.) KHVM rendelet alapján.

A 3500 kg össztömegnél nagyobb gépjárművek dízelmotorjait kipufogógáz emisszió szempontból Európában az 1988-ban bevezetett 13 mérőpontos ECE R49 előírásnak megfelelően motor-fékpadon vizsgálják. A 13 mérőpontban kapott károsanyag emissziós értékéből a súlyozó tényezőkkel kiszámított számadatra írják elő a határértékeket, amelyeket az évek folyamán egyre szigorítottak az EU-ban (2.33. táblázat).

2-33. táblázat - EU/ECE kipufogógáz emisszió előírások dízelmotorral ellátott gépjárművekre, össztömeg //>// 3500 kg (Vizsgálat motor-fékpadon)

Megnevezés

Előírások jelöléseés az emissziós határértékek

ECE R49

EG

EURO I

EURO II

EURO III

ECE R 49/021) 13 pontos fékpadi vizsgálat g/kWh-ban

CO

14

11,2

4,5 (4,9)*

4,0

2,0

CH

3,5

2,45

1,1 (1,23)*

1,1

0,6

Nox

18

14,4

8,0 (9,0)*

7,0

6,0

PM (részecske)

0,36 (0,4)*

0,15 (0,25)**

0,1

Érvényre emelés Európában

88.01.01.

90.10.01.

93.10.01.

96.10.01.

?

Érvényre emelés

90.06.01.

Magyarországon

98.01.01.****

96.07.01.

97.01.01.

98.01.01.***

?


1) Megegyezik az MSZ 21866/1-2 vizsgálati előírással)

* (Ha P//>// 85 kW)

** (Ha egy henger lökettérfogata//<// 700 cm3 és a névleges fordulatszám //>// 3000 1/min -nél)

*** Magyar előírás a 21/1995.(XII.15.) KHVM rendeletben

**** Mezőgazdasági vontatóra és a lassú járműre, 21/1995.(XII.15.) KHVM rendelet

A belső égésű motorok levegőszennyező hatásának mérséklésére Magyarországon is lényegében az EU előírások és vizsgálati módszerek érvényesek illetve a magyar bevezetés határideje egyre kisebb késéssel követi az európai érvénybe lépés időpontját.

A magyar előírások formája és esetenként a tartalma is kismértékben eltér az európai társaitól. A határértékekre vonatkozó előírásokat „ 6/1990. (IV.12.) KÖHÉM rendelete, a közúti járművek forgalomba helyezésének és forgalomban tartásának műszaki feltételeiről” illetve a „21/1995.(XII. 15.) KHVM rendelet” kiegészítései tartalmazzák.

Magyarországon az Otto-motorral rendelkező személygépkocsira, valamint a 3500 kg össztömeget nem meghaladó tehergépkocsira és autóbuszra vonatkozó előírásokat a 2.35. táblázat foglalja össze. A dízelmotorral ellátott gépkocsik szennyezőanyag kibocsátásának határértékeit, valamint a mezőgazdasági vontató és a lassú jármű szennyezőanyag kibocsátásának megengedett határértékeit a 2.36. táblázat foglalja össze.

Korábban elegendő volt a dízelmotorok füstkibocsátásának mérését elvégezni és az erre vonatkozó határértékeket betartani (2.34. táblázat), de 1993. 10. 01.-től károsanyagként a kipufogógázban előforduló szilárd részecskék tömegét (PM) is határértékhez kötik. A dízelmotorral rendelkező gépjárművek időszakos környezetvédelmi felülvizsgálatánál és a közúti ellenőrzésénél ma is az egyszerűen elvégezhető füstkibocsátás mérését alkalmazzák Európában.

2-34. táblázat - EU/ ECE dízelmotorok füstkibocsátásának mérése

Gépjármű/

motor kategória

Minden (szívó-, vagy turbófeltöltött) dízelmotorral rendelkező gépjármű

esetén, tömeghatárérték nélkül

Előírás

72/306/ECE, figyelembe véve a ECE R 24/03-ban közőlteket

Vizsgálat

módszere

A füstkibocsátásának mérése állandósult üzemmódban (fékpadon):

A füstölést teljes terhelésnél a maximális fordulatszámon és a max. fordulatszám 45 %-án, vagy 1000 min* közül a nagyobbik fordulatszámon, továbbá közöttük egyenlő intervallumonként, összesen 6 fordulatszámon kell elvégezni*. Az ECE R 24/03 teljes terhelésnél 7 mérési pontot ír elő.

A füstkibocsátásának mérése szabad gyorsításkor (terhelése nélkül):

A füstölés maximális értékét kell megmérni az alapjáratról a max. fordulatszámig terhelés nélkül, maximális gázpedál lenyomással felgyorsított motornál* .

Előírt határértékek

A szabványok a füstölés mértékének meghatározását a kipufogógáz fényel-nyelési együtthatójának mérésével írják elő és ennek határértékét a motor el-méleti légnyelése (levegő térfogatáramának) függvényében adják meg * .


* Lényegében megegyezik a magyar MSZ 21865-83 sz. szabvány előírásaival.

2-35. táblázat - Otto-rendszerű motorral hajtott személygépkocsi, valamint 3500 kg-ot nem meghaladó megengedett legnagyobb össztömegű tehergépkocsi és autóbusz szennyezőanyag kibocsátásának határértéke Magyarországon [6. sz. melléklete a 6/1990.(IV.12.) KÖHÉM rendeletnek]

A gépkocsi vonatkoztatási tömege

Vizsgálat során kibocsátott szennyező anyag tömege g/km-ben

típusjóváhagyás (típusvizsgálat)

sorozatgyártás minőségének ellenőrzése

m

kg

CO

CH+Nox

CO

CH+NOx

m = 1020

14,3

4,69

17,3

5,87

1020 //<// m = 1250

16,5

5,06

19,7

6,32

1250 //<// m = 1470

18,80

5,43

22,5

6,79

1470 //<// m = 1700

20,7

5,80

24,90

7,26

1700 //<// m = 1930

23,0

6,17

27,6

7,72

1930 //<// m = 2150

24,9

6,54

29,9

8,17

2150 //<// m

27,2

6,91

32,8

8,64


A vizsgálati módszer és számítási eljárás az MSZ 21870/1-4 szabvány szerinti.

(A szabvány szerint számitott g/teszt értékeket a fenti határértékekkel való összehasonlitáshoz 4,052 km/teszt számértékkel osztani kell!)

A CH+NOx együttes határértékét csak 1991. január 1. után kell alkalmazni kétütemű motorral hajtott

személygépkocsira.

2-36. táblázat - Dízelmotorral ellátott gépkocsi szennyezőanyag kibocsátásának megengedett határértékei típusjóváhagyás (típusvizsgálat) és a sorozatgyártás minőségének ellenőrzése esetén Magyarországon (az EURO-II előírással megegyezik) [A 21/1995.(XII.15.) KHVM rendelet 5.sz. melléklete] (Fajlagos kibocsátás g/kWh-ban)

Szénmonoxid CO

szénhidrogének CH

nitrogén-oxidok NOx

szilárd részecske PM

4,0

1,1

7,0

0,15

A mérési módszert az MSZ 21866/1-4 előírás tartalmazza,

(megegyezik az ECE R 49/02 előírással)

A mezőgazdasági vontató és a lassú jármű szennyezőanyag kibocsátásának megengedett határértékei típusjóváhagyás (típusvizsgálat) és a sorozatgyártás minőségének ellenőrzése esetén Magyarországon [A 21/1995.(XII.15.) KHVM rendelet 6.sz. melléklete]

Fajlagos emissziók g/MJ-ban (g/kWh-ban)

A beépített motor rendszere

Szénmonoxid

CO

Szénhidrogének

CH

Nitrogénoxidok

NOx

CH + NOx

Otto-motor

22,77

6,95

(82)

(23,7)

Dizelmotor1

3,9

0,98

5,0

(14)

(3,5)

(18)


1 A határértékek megegyeznek az ECE R 49 értékeivel.

A vizsgálati módszer és a számítási eljárás Otto-motorokra az MSZ 21871, dízelmotorokra az

MSZ 21866/1-4 (megegyezik az ECE R 49/02-vel) előírás szerint.

A belső égésű motorral ellátott gépjárművek légszennyező hatásának mérsékléséhez nem elegendő az új típusok fejlesztése, vizsgálata és azok elfogadása illetve a sorozatgyártás termékeinek minőségellenőrzése. A használatban levő gépjárművek légszennyező hatását is rendeletileg határértékekhez kell kötni, abból a célból, hogy a kellő szintű műszaki állapot mindig megkövetelhető legyen.

A gépjárművek időszakos műszaki felülvizsgálata keretében Magyarországon 1977-től kezdtek környezetvédelmi vizsgálatokat végezni. A környezetvédelmi felülvizsgálat rendszere a Közlekedési Főfelügyelet irányítása mellett fokozatosan kiépült. A legfontosabb idevonatkozó hatályos jogszabályokat és előírásokat a következő rendeletek tartalmazzák: a már idézett 6/1990. (IV.12.) KÖHÉM rendelet, a 18/1991. (XII. 18.) KHVM rendelet a gépkocsik környezetvédelmi felülvizsgálatáról és ellenőrzéséről, amelyet módosított a 21/1995. (XXII. 15.) KHVM és a 32/1997. (XII. 20.) KHVM rendelete.

Környezetvédelmi felülvizsgálatot az Otto-motorral hajtott három komponensre ható katalizátorral ellátott, szabályzott keverékképzésű gépkocsinál háromévenként, minden más gépkocsinál évenként a következők szerint kell elvégezni. A felülvizsgálat során ellenőrizni kell a kipufogórendszer állapotát, a kartergáz visszavezető rendszerét, az alapjárati fordulatszám egyenletességét (bekapcsolt fényszórók mellett) és a légszűrőbetét állapotát. Otto-motornál még az alapelőgyújtást, a zárásszöget és a gyújtógyertyák állapotát is ellenőrizni kell. Dízelmotornál pedig az előbefecskendezési szöget és a teljes töltés leszabályozási fordulatszámát. A légszennyezési ellenőrzésre vonatkozó előírásokat és a megkövetelt határértékeket a 2.37. táblázat foglalja össze.

2-37. táblázat - Gépjármű, motorkerékpár, segédmotoros kerékpár, mezőgazdasági vontató és lassú jármű kipufogógázának megengedett szennyezőanyag-tartalma Magyarországon az időszakos környezetvédelmi felülvizsgálatnál [A 21/1995. (XII.15.) KHVM rendelet 4.sz. melléklete]

Gépjármű

Motor jellege

CO (tf %) alapjáraton

CH (ppm)

alapjáraton és névl. fordsz. 60%-án

Otto-motorral

Kipufogógáz utókezelés nélkül

Négyütemű motorral

1982 előtti gyártási év

4,5

1982–1987 gyártási év

4,0

1000

1987 utáni

gyártási év

3,0

800

Kétütemű motorral

2,5

Motor jellege

CO (tf %) alapjáraton és névl.fordsz.

60%-án

CH (ppm) alapjáraton és névl. fordsz.

60%-án

Kipufogógáz utókezeléssel

3 komponensre ható katalizátor, szabályozott keverékképzéssel

0,4

250

egyéb után égető

négyütemű motornál

1,0

400

kétütemű

motornál

2,5*

2000*

Dizel-motorral

Motor jellege

Szabadgyorsításos füst kibocsátás (m–1)

alapjáratról

K1

emelt

alapjáratról

K2

Kipufogógáz utókezelés nélkül

3,5 t megengedett legnagyobb össztömegig

1,5

1,5

3,5 t össztömeg felett

feltöltött, füstkorlátozó nélkül

3,5

2,5

egyéb

3,5

1,5

Kipufogógáz utókezeléssel

0,5

0,5

Motorkerékpár és segédmotoros kerékpár

Motor jellege

CO (tf %) alapjáraton

CH (ppm) alapjáraton és névl. ford.szám 60%-án

Otto-motorral

Kipufogógáz utókezelés nélkül

kétütemű

3,0

négyütemű

3,0

1000

Kipufogógáz utókezeléssel

kétütemű

2,0

2000

négyütemű

1,5

600

Mezőgazdasági vontató és lassú jármű

CO (tf %)

CH (ppm) alapjáraton és névl. ford.szám 60%-án

alapjáraton

névl. ford.szám 60%-án

Otto-motorral

3,5

2,5

500

Dizelmotorral

Motor jellege

Szabadgyorsításos füst (m–1)

alapjáratról K1

emelt alapjáratról K2

Feltöltött, füstkorlátozó nélkül

3,5

2,5

Egyéb

3,5

1,5


Megjegyzés: A 20/1991. (I.29.) Korm. rendelettel módosított 89/1988. (XII.20.) MT rendelet 8.§ (1) bekezdésének hatálya alá tartozó gépkocsikra a *-gal jelzett határértékeket kell alkalmazni.

Az időszakos környezetvédelmi felülvizsgálatnál megkövetelt valamennyi előírást 1992. 05. 01-től a közúton, a telephelyen esetleg lefolytatott ellenőrzéskor is teljesítenie kell a gépjárműnek. Az ellenőrzéskor nem megfelelő gépjárművet 15 napos türelmi időszak után – amennyiben a műszaki állapotát nem állították helyre – a Közlekedési Felügyelet kizárja a forgalomban való részvétel lehetőségétől. Az üzemeltetőnek tehát meg van a felelőssége abban, hogy a gépjárművének belső égésű motorja a szükségesnél nagyobb mértékű légszennyezést ne okozzon.

A belső égésű motorgyártók az egyre szigorúbb hatósági szabályozások miatt természetesen azon vannak, hogy terméküket egyre inkább környezetbaráttá tegyék.

A belső égésű motor kipufogógáz károsanyag emissziójának mérséklése összetett feladat. A motor légszennyező hatásának csökkentése érdekében fejleszteni kell a konstrukciós adottságokat, az egyes részmegoldásokat, az égéstér alakját, égés lefolyásának szabályozását, a keverékképzést, a töltetcsere szabályozását, a motor hűtésének és kenésének vezérlését, az alkalmazott üzemanyagokat stb.

A gyártó kompromisszumok árán dönt a motor beállítási paraméteinek megválasztásában. Az üzemeltető nem rendelkezik annyi ismerettel, hogy ha a motor beállítási értékeit megváltoztatja ne rotson a kipufogógáz károsanyag összetételén. Például a 2.35. ábra Otto-motor esetén a károsanyag emisszió alakulását mutatja a légviszony függvényében különböző előgyújtásiszög értékeknél. A légviszonytól (benzinben dús vagy szegény a keverék) nagy mértékben függ a kipufogógáz károsanyag összetétele, ahogyan azt a 2.36. ábra mutatja. Az Otto-motor legnagyobb teljesítményt 0,8 körüli légviszonynál szolgáltat, míg a károsanyag összetétele legkedvezőbben az 1-es értéknél, az elméletileg szükséges levegő mennyiségnél adódik. A keverékképző berendezés (karbulátor vagy benzinbefecskendező) beállításától és állapotától tehát jelentősen függ a levegőszennyezés mértéke.

2-35. ábra - Otto-motor esetén a károsanyag emisszió alakulása a légviszony függvényében különböző előgyújtási szög értékeknél

Otto-motor esetén a károsanyag emisszió alakulása a légviszony függvényében különböző előgyújtási szög értékeknél


2-36. ábra - A főbb károsanyag összetevők mennyiségének változása a légviszony függvényében

A főbb károsanyag összetevők mennyiségének változása a légviszony függvényében


A levegőszennyezés csökkentése érdekében az utóbbi harminc év egyik legeredményesebb fejlesztése Otto-motor esetén a szabályozott keverékképzés (elektronikusan vezérelt benzinbefecskendezés vagy elektronikus-karburátor) és a hármas hatású („háromutas”) katalizátor együttes alkalmazása volt.

Ennek a megoldásnak a lényege az, hogy a kipufogógázban lévő CO, CmHn és a NOX, a platina és ródium katalizátorral nagy hatásfokkal tisztítható 1-es légviszony mellett. Az ideális benzin-levegő keverési arányt pontosan az elektronikusan vezérelt keverékképző berendezés állítja elő, amelyhez a vezérlő jelet az ún. lambdaszonda (O2 szonda) szolgáltatja. A lambdaszonda feszültsége 800 mV-os változást mutat, ha a kipufogógázban szabad oxigén van, és az elektronika ennek a jelnek hatására módosítja a levegőhőz adagolt benzin mennyiségét. A pontosan szabályozott keverékképzéssel hajtóanyag megtakarítás is elérhető. A katalizátor működésének fenntartásához ólommentes benzinnel kell a motort működtetni, hogy az aktív nemesfém rétegre ne rakódjon rá az ólom és vegyületei. (Az ólmozott motorbenzinek forgalmazása Magyarországon 1999. 04. 01.-től hatóságilag tilos.) A benzin-és motorkenőolaj egyes adalékai is károsak lehetnek a katalizátorra, ezért a katalizátor élettartama kisebb mint a mai korszerű Otto-motoré.

Az Otto-motoroknál a másik lehetőség az 1,3 légviszonnyal rendelkező (benzinben szegény) keverékkel üzemeltetni a motort, mert ekkor igen kevés károsanyag keletkezik. A megvalósítást a közvetlen befecskendezésű ún. réteges feltöltésű, katalizátoros Otto-motor konstrukciók biztosítják, amelyek elterjedése megkezdődött.

A dízelmotorok károsanyag kibocsátásának csökkentése elsösorban a nitrogénoxidokra (NOX), a koromra és a szilárd részecskékre irányul. Az előbefecskendezési szög helyes megválasztása, annak betartása jelentős mértékben befolyásolja a kipufogógáz összetételét és a motor gazdaságos üzemét. A befecskendezési kezdet késleltetése a NOX csökkentésének lehetőségét kínálja fel, de ezzel együtt növekszik az el nem égett CH (szénhidrogének) mennyisége, a füstölési hajlam és a motor fajlagos hajtóanyag fogyasztása. A gyártók ezért az előbefecskendezési szög kíjelölésekor igen körültekintően járnak el.

ANOX csökkentése érdekében eredményesen alkalmazza a dízelmotortechnika az elektronikusan szabályozott kipufogógáz visszavezetést, amely részterheléseknél igen hatásos.

A CH mérséklése katalizátor alkalmazásának lehetőségével dízelmotornál is megoldható, de a magas kéntartalmú gázolaj esetén katalizátorral nagymértékben megnő a szulfát részecskék részaránya. Az EU-ban 1996-tól, hazánkban 1997-től a 0,05% (m/m) kéntartalmú gázolaj van forgalomban, de rövidesen várható a 0,01%-os kis kén és aromásanyag tartalmú dízel hajtóanyag általános bevezetése.

A dízelmotoroknál bevezetésre kerülő elektronikus szabályozású befecskendező rendszerek és az igen nagy (1400–1800 bar) befecskendezési nyomás használata jelenthet újabb előrelépést a levegőszennyezés mérséklése tekintetében.

A belső égésű motorok levegőszennyezése (különösen a széndioxid vonatkozásában) és annak mérséklése összefügg az energia felhasználás problémájával. A belső égésű motorral hajtott gépjárművek a primer energia forrás (pl. a földben lévő kőolaj) energia tartalmának 9–10%-át hasznosítják mechanikai munkaként! A korszerű belső égésű motorral elérhető teljes hatásfok ugyanakkor 27–32%-os, jobb mint a villamos motoré (ha a villamos energia hőerőműbeni előállításának hatásfokát és a villamos energia szállításának hatásfokát is figyelembe vesszük). A mérnököknek szembe kell nézniük ezzel a tragikusan alacsony hatásfokkal, mindent el kell követni az energiafogyasztás mérséklése érdekében.

A belső égésű motorokkal kapcsolatos energia megtakaritás három faját lehet megkülönböztetni (primér-, szekunder-és terciér energia megtakarítást), annak alapján, hogy a mérnöktársadalom három különböző rétegét érintik.

A primér energia megtakaritás alatt az energiaátalakitó gépeink rész hatásfokának a javitását értjük. A jelenlegi helyzetben és valószínüleg még jó néhány évig gépjárműveink belső égésű motorokkal üzemelnek, ezért főleg a belső égésű motorok fejlesztése szükséges.

A primer energia megtakarítását szolgálják többek között a beső égésű motor égésterének fejlesztése, az elektronikusan szabályozott keverékképzés és égési folyamat alkalmazása illetve tökéletesítése, a kompresszió viszony növelése, a magasabb égési véghőmérséklet megengedése, a motor belső mechanikai veszteségeinek mérséklése.

A szekunder energia megtakarítás a gépjárműfejlesztő mérnökök tevékenységi köre. Ide tartozik többek között a gépjármű légellenállásának csökkentése, a hajtáslánc harmonizálása és belső veszteségének mérséklése, a gumiabroncsok fejlesztése, a fékezés megvalósítása energia rekuperációval, a vezető és utastér klimatizálása hulladék hővel.

A terciér energia megtakarítás pedig a járművet üzemeltető és a közlekedést (a munkavégzést) tervező mérnökök tevékenységén múlik. Az energia takarékossági szempontok alapján megválasztott útvonalak kíépitése és használata, a szállítás és a munkavégzések optimalizálása, a kombinált szállítás (közúti-vasúti, vagy közúti-vízi) bevezetése, a városi forgalom tervezése, a zöld haladási hullám kialakitása, az energia takarékosságon alapuló közlekedésrendészeti előírások bevezetése stb. jelenthetnek eredményes energia takarékosságot.

A tömegközlekedés preferálása az egyéni közlekedéssel szemben az egyik legjelentősebb energia megtakarítási lehetőséget jelenti, annak ellenére, hogy a személygépkocsi gyártók a 3 liter/100 km fogyasztású, négy személyes kis autók ellőállításán fáradoznak.