Slovo úvodem
Současný tlak na snižování množství škodlivin v ovzduší je patrný i u pohonů nesilničních vozidel, ať už se jedná o stroje určené pro zemědělství včetně traktorů, stroje pro zemní práce nebo speciální jednoúčelová zařízení. Také v tomto odvětví dochází v poslední době v Evropské unii k masivní novelizaci homologační legislativy s cílem zpřísňování, transparentnosti a přiblížení se k reálným pracovním podmínkám v oblasti měření emisí. Dá se říci, že nejvýznamnější novinkou v této oblasti je právě rozšíření tradičně prováděných, laboratorních emisních zkoušek o měření nesilničních strojů za provozu (tzv. RDE – Real Driving Emissions). Na ně se ve stručnosti zaměřuje tento článek.
Legislativní a technické pozadí
Schvalovací proces jakéhokoliv vozidla nebo stroje z hlediska emisí výfukových škodlivin se skládá ze série zkoušek definovaných legislativou. Vozidla osobní a lehká užitková nebo motocykly jsou testovány jako celek, od toho se také odvíjí metodika a způsoby zkoušení. U těžkých nákladních vozidel a nesilničních strojů je situace odlišná. Testují se jednotlivé komponenty, resp. spalovací motory jako samostatný celek, takže se uplatňují i jiné zkušební postupy; v druhém kroku se již jen ověří správnost instalace do vozidla.
V prvním kroku je tedy nutné se zaměřit jen na spalovací motor, kdy pro jeho schválení je třeba provést několik typů testů. Motor se musí zkoušet samostatně, v emisní laboratoři, připojený ke zkušebnímu zařízení – dynamometru, který je schopen simulovat zátěž. Zkušební cyklus je závislý na kategorii a určení motoru, jedná se buď o test stacionární NRSC (více bodů – konstantní otáčky a zatížení) nebo transientní NRTC (proměnlivé otáčky a zatížení). V průběhu cyklu se měří všechny předepsané parametry, kdy probíhá odběr plynných a pevných částic a zároveň určité teploty, tlaky a průtoky.
Schválení pohonu nesilničního stroje (v současné době se prakticky ve všech případech jedná právě o motor s vnitřním spalováním) podléhá nařízení Evropského parlamentu a Rady EU 2016/1628. K němu se vztahují a doplňují ho další nařízení (2016/654, 2016/655, 2016/656). Z těchto předpisů je třeba vyzdvihnout především 2016/655, který stanoví podrobná opatření definující výběr motorů, zkušební postupy a vykazování výsledků týkajících se monitorování emisí plynných znečišťujících látek ze spalovacích motorů v provozu, instalovaných v nesilničních mobilních strojích, měřených za pomoci přenosných systémů pro měření emisí.
Emisní zkoušky za provozu
Jak je z předchozích odstavců patrné, obvyklá procedura homologačních emisních testů se odehrává v laboratořích, za přesně definovaných podmínek. Zřejmou výhodou takového postupu je přesnost měření, a především jeho opakovatelnost.
Na druhé straně schází představa o chování motoru nesilničního stroje při skutečném provozu a jeho reálné emisní stopě v průběhu životního cyklu. To se s nově příchozí legislativou změní. Zkouška měření emisí za provozuje v prvé řadě určena k monitorování stavu emisí u motorů, které jsou již provozovány, a to s periodou měření nejméně po 0 %, po 30 % a po 70 % definované životnosti systému následného zpracování výfukových plynů výrobcem motoru. (Pozn.: Dnes se jedná nejčastěji o životnost filtru pevných částic/DPF a systému selektivní katalytická redukce/SCR.)
Základním stavebním kamenem měření je sestava zařízení zkonstruovaných pro tento typ zkoušek, jedná se o tzv. PEMS (Portable Emission Measurement System – přenosný systém měření emisí). Ten se skládá z analyzátorů plynných emisí (CO, CO2, NO, NO2, HC) a pevných částic (PN, ve specifických případech může být doplněn o měření PM), dále průtokoměru výfukových plynů, v neposlední řadě také rozhraním pro komunikaci s vozidlem (strojem), obvykle pomocí sběrnice CAN (dle SAE J1939) a senzory okolních podmínek, eventuálně GPS. Všechny přístroje, včetně jejich nezbytného příslušenství, je nutné vhodným a bezpečným způsobem připevnit ke zkoušenému stroji. Možností upevnění a umístění se nabízí celá řada, vše se musí přizpůsobit podmínkám a účelu stroje. Součástí instalace je i tlaková láhev s provozním plynem, nezbytným pro funkci některých analyzátorů.
Po úspěšné instalaci, která samozřejmě v případě specifických např. jednoúčelových strojů, může být poměrně komplikovaná, se prověří funkčnost všech částí měřicí aparatury a je možné přejít k samotnému procesu měření.
Zkouška emisí za provozu nesilničního stroje se provádí v průběhu úplného skutečného provozu nebo jeho částí. Předpis omezuje okrajové podmínky takového měření, především okolní teplotu (přibližné rozmezí –7 až 40 °C) a atmosférický tlak, který je zároveň omezením maximální nadmořské výšky. Operátorem stroje musí být pochopitelně řádně proškolená osoba. Doba trvání zkoušky je spjata se zkušebním cyklem na motorové zkušebně (NRTC – non-road transient cycle – nesilniční nestacionární cyklus) a je definována jako pěti – až sedminásobek práce vykonané v tomto cyklu, nebo pěti – až sedminásobek hmotnosti CO2 v průběhu zmíněného cyklu.
V průběhu měření se provádí nepřetržitý záznam všech údajů systémem PEMS s frekvencí 1 Hz. Každé nejméně dvě hodiny je také nezbytné kontrolovat kalibraci analyzátoru; ta se samozřejmě ověřuje i před začátkem a po ukončení testu. Aby byla zkouška platná, nesmí pochopitelně během ní dojít na měřeném stroji, především jeho motoru a příslušenství, k jakékoliv chybné funkci nebo závadě.
Vyhodnocení testu
Po ukončení měření, za předpokladu, že celý test splňuje platnou legislativu a podařilo se rovněž získat dostatečné množství dat, se provede vyhodnocení. Jeho součástí je předpisem stanovená korekce dat dle provedených kalibrací, časová synchronizace, kontrola konzistentnosti údajů, stanovení tzv. platných případů (tj. výběr úseků, které splňují podmínky předpisu a slouží jako podklad pro další výpočty) a na závěr, samozřejmě, výpočty měrných plynných a pevných znečišťujících látek (vyjádřených v mg/kWh).
Výsledné výpočty se provádějí podle dvou na sobě nezávislých metod: metodě založené na referenční práci a metodě založené na referenční hmotnosti CO2. Oběma se nezávisle na sobě ověří platnost celé zkoušky a dopočítají se konečné hodnoty sledovaných škodlivin. Jako výsledná data z měření se do závěrečného protokolu uvedou okamžité a průměrné koncentrace plynných znečišťujících látek, dále okamžitá a integrovaná hmotnost emisí plynných znečišťujících látek (viz výše) a také tzv. faktory shodnosti: poměrná hodnota porovnávající naměřenou hmotnost emisí s limitním množstvím daným legislativou.
Závěr
Z výše popsaných odstavců je patrné, že problematika měření emisí za provozu nesilničních strojů je značně komplikovaná a vyžaduje komplexní a k tomuto účelu navržené a vyrobené zkušební zařízení. Na českém trhu nově nabízí toto měření společnost TÜV SÜD Czech, která má s tímto řadu praktických zkušeností.
Za velké pozitivum zkoušek RDE lze považovat to, že poskytují náhled do reálných pracovních podmínek stroje či vozidla, kdy je možné hodnotit jeho emisní stopu nezkreslenou ideálními podmínkami v laboratoři. Daní za takovéto měření je potom nemožnost jeho přesného opakovaní a tím i srovnávání, což je naopak hlavní předností zkoušek prováděných v laboratořích.
Dalšími výhodami a příležitostmi, které zavedení těchto testů přináší, jsou možnosti hodnocení. Určitým trendem je, že se výsledky emisí z reálného provozu stávají dílčím kritériem ve výběrových řízeních (např. v tendrech dopravních podniků na výběr městských autobusů). Tento přístup zadavatelů je logický a odůvodněný – které jiné měření dokáže dát informaci o tom, jaké bude emisní chování produktu v reálných podmínkách? Navíc ze změřených škodlivin lze však také jednoduchou cestou dopočítat např. spotřebu paliva. Objevují se dokonce indicie, že na základě měření z reálného provozu by výrobci (dodavatelé) mohli být finančně dotováni nebo naopak penalizováni.
Fotogalerie
