2. WYMAGANIA DOTYCZĄCE OGRANICZANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH ZE ŹRÓDEŁ SILNIKOWYCH
2.1. Wprowadzenie
Coraz ostrzejsze wymogi ekologiczne, w połączeniu z ograniczeniami zużycia materiałów eksploatacyjnych, narzucane przepisami administracyjnymi, wywierają ogromny wpływ na trendy ewolucji zarówno całych pojazdów, jak i samych silników tłokowych. Uprzemysłowienie i wzrost liczby ludności pogorszyły znacznie jakość powietrza. Rosnące zapotrzebowanie na energię uczyniło ze spalania główne źródło zanieczyszczeń atmosferycznych pochodzenia antropogenicznego, do których należą: węglowodory (HC), tlenki siarki (SOx), tlenki azotu (NOx), tlenek węgla (CO), ozon troposferyczny (O3), cząstki stałe (PM) oraz szkodliwy dwutlenek węgla (C02) i pyły. Nad miastami unosi się fotochemiczny smog, powstający w wyniku złożonych reakcji chemicznych między różnymi zanieczyszczeniami, które zachodzą z udziałem promieniowania słonecznego. Mimo wielkich wysiłków w zakresie usuwania zanieczyszczeń z atmosfery, na całym świecie ich obecny poziom często przekracza maksymalne wartości ustalone przez Światową Organizację Zdrowia (WHO).
Niektóre ze związków lub grup związków wydzielanych w spalinach silnikowych, zostały określone jako najbardziej szkodliwe i w przepisach administracyjnych, obowiązujących w poszczególnych krajach, ustalono ich maksymalną ilość (np. w g/km lub w g/test), jaka może być emitowana do atmosfery przez jeden pojazd, w czasie specjalnego testu jezdnego. Ilość poszczególnych związków szkodliwych w spalinach silników samochodowych, zgodnie z przepisami administracyjnymi obowiązującymi w poszczególnych krajach, określa się w czasie pomiaru emisji spalin wydzielanych podczas symulowanego testu jezdnego samochodu na rolkowym stanowisku hamownianym oraz w tzw. testach parowania wykonywanych w specjalnych komorach (SHED).
Wiele krajów na świecie ma własne uregulowania prawne dotyczące ograniczenia szkodliwej emisji spalin samochodowych, jednak większość z nich dostosowało swoje ustawodawstwo do jednego z poniżej podanych wymagań (rys. 2.1 i 2.2, tabl. 2.1 i 2.2) [46]:
- przepisów USA obowiązujących na podstawie CAAA'90 (Clean Air Act Amendments):
• federalnych - CFR {Code of Federal Regulations) [13],
• kalifornijskich — CCR (California Code of Regulations),
- przepisów Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ - regulaminy ECE
- przepisów Unii Europejskiej (dawniej EWG) - dyrektywy EC (dawniej dyrektywy EEC) [42], przepisów japońskich: 10.15 i 11 Mode.
Najważniejsze wydarzenia dotyczące emisji związków toksycznych w USA Tablica 2.1
Rok
Wydarzenia
1964
Wprowadzenie w Kalifornii systemów kontroli toksycznych składników spalin w modelach samochodów od roku 1966
1970
Ustanowienie przez Kongres pierwszej głównej ustawy o czystości powietrza CAA {Clean Air Act); powstanie EPA - agencji mającej szerokie uprawnienia do określania norm emisji zanieczyszczeń przez silniki spalinowe
1971
Nakaz spełnienia przez nowe samochody po raz pierwszy standardów emisji parowania
1975
Pojawienie się pierwszych reaktorów katalitycznych spalin, a wraz z nimi benzyny bezołowiowej w odpowiedzi na nowe standardy emisji HC i CO
1981
Nakaz spełnienia przez nowe samochody po raz pierwszy nowych, zaostrzonych norm czystości powietrza; pojawienie się wyrafinowanych trzyfunkcyj-nych reaktorów katalitycznych z komputerami pokładowymi i czujnikami tlenu (sonda lambda) w większości nowych samochodów; opublikowanie w Kalifornii zasad diagnostyki pokładowej - OBD I
1988
Wyposażanie wszystkich pojazdów od rocznika 1988 sprzedawanych w USA w system diagnostyki pokładowej OBD I
1990
Poprawienie przez Kongres ustawy o czystości powietrza CAAA {Clean Air Act Amendments) w odpowiedzi na żądanie dalszej redukcji emisji HC, CO, NOx i cząstek stałych (PM); wprowadzanie w Kalifornii programu - LEV
1 992
Ustanowienie po raz pierwszy standardów ustalających limit emisji tlenku węgla w niskiej temperaturze (20°F = -7°C)
1994
Dalsze zmniejszenie limitów emisji w USA
1996
Wyposażanie wszystkich pojazdów od rocznika 1996 sprzedawanych w USA w system diagnostyki pokładowej OBD II
1998
Wprowadzenie OBD II w Kalifornii
2000
Zmniejszenie emisji CO, NO, S02, VOC, PM, Pb o ponad 34% (77 min ton/rok) w stosunku do emisji z roku 1970 przy zwiększeniu liczby pojazdów o ponad 100%
2002
Pojawienie się możliwości wprowadzenia systemu OBD III
2004
Wprowadzenie nowego programu ograniczania emisji UEV II (LEV II, ULEV II, SULEV) w Kalifornii; wprowadzenie nowego programu zmniejszania emisji Tier 2 w USA
2015
Spodziewane zmniejszenie emisji CO, NO, S02, VOC, PM, Pb o dalsze 22%
Badania emisji spalin wykonywane w typowych laboratoriach testujących samochody można umownie podzielić na rozwojowe i kontrolne. W ramach badań rozwojowych są wykonywane różne prace związane z opracowaniem nowych modeli pojazdów i silników, układów zasilania, układów zmniejszających zawartość związków szkodliwych w spalinach itd. Do tego typu badań stosuje się rozbudowaną aparaturę pomiarową, umożliwiającą ciągłą analizę spalin i analizę modalną co daje możliwość wykonania pomiarów praktycznie w każdej fazie testu (np. przyspieszanie, hamowanie, bieg jałowy itd.).
Najważniejsze wydarzenia dotyczące emisji związków toksycznych w Europie
Tablica 2.2
Wydanie dyrektywy 70/220/EEC i regulaminu ECE R15 nakazujących pomiary zanieczyszczeń w spalinach emitowanych przez samochody
Wprowadzenie nowej metody pomiarowej związków szkodliwych w spalinach (pomiar spalin rozcieńczonych powietrzem) zbliżonej do wymagań USA -regulamin ECE R15.04 - dyrektywa 83/351/EEC
1985
Wprowadzenie niemieckiej inicjatywy podatkowej (German Tax Incentives)
1989
Zapowiedź wprowadzenia normy EURO I w końcu 1992 r.; wprowadzenie normy DIN ISO 9141 - zapoczątkowanie wprowadzenia diagnostyki pokładowej w Europie
1993
Konieczność zastosowania w samochodach trzy funkcyjnych reaktorów katalitycznych pracujących w zamkniętym układzie regulacji z sondą lambda; wprowadzenie dodatkowego cyklu jezdnego EUDC; wprowadzenie testu parowania SHED - dyrektywa 91/441/EEC i regulamin ECE R83.01
Wprowadzenie zaostrzonych limitów emisji związków szkodliwych - tzw. Poziom II lub EURO II - dyrektywa 94/12/EC, regulamin ECE R83.04
Wprowadzenie nowych limitów i zmian w metodach badawczych na lata 2000-2005 - tzw. poziom EURO III i EURO IV; 15.09 - decyzja Parlamentu Europejskiego o wdrażaniu programu „Auto Oil Programm"
Wprowadzenie norm emisji EURO III, nowy cykl jezdny NEDC; wprowadzenie po raz pierwszy w Europie diagnostyki pokładowej pojazdów EOBD; nowy test dotyczący parowania paliwa - VT-SHED; poprawa jakości paliwa
2001
Obowiązkowe wprowadzenie diagnostyki pokładowej EOBD dla wszystkich sprzedawanych nowych pojazdów PC i LDV z silnikami ZI
Wprowadzenie testu emisji w temperaturze -7°C
2005
Wprowadzenie norm emisji EURO IV; planowane obowiązkowe wprowadzenie diagnostyki pokładowej EOBD dla sprzedawanych nowych pojazdów PC i LDV z silnikami ZS
2008
mariuszgti