Traktorokra 2014-ben életbe lépő levegőszennyezés korlátozás

A dízelmotorokat a közúti járműiparban csak a 1927-től, a mezőgazdaságban pedig a 1930-as évek elejétől kezdték alkalmazni. A második világháború után a benzin üzemű traktor motorokat a dízelmotor váltotta fel. Napjainkban, a mezőgazdaságban majdnem kizárólagosan dízelmotorokat alkalmaznak, nem csak a traktoroknál, hanem a mobil munkagépeknél is.

Traktor dízelmotor kezeletlen kipufogógáz összetétele

A dízelmotor működése során keletkező kipufogógáz alkotói közül csak a nitrogén (N2), az oxigén (O2) és a vízgőz (H2O) környezetbarát, az összes többi szennyezőanyag a széndioxid (CO2) is (1. ábra). A CO2 a Föld felmelegedését segíti elő az „üvegház” hatás révén. A motorban képződő CO2 mennyisége az elfogyasztót hajtóanyag (gázolaj) tömegétől és összetételétől függ.

A dízelmotor kezeletlen kipufogógáz mennyiségének 0,3 %-a károsanyag, megosztásukat az 1. ábra szemlélteti. A 0,3 % mintegy felét (50%-át) a nitrogén-oxidok (NOx) teszik ki, amelynek mennyisége a dízelmotorba kerülő levegő tömegétől és a motor üzemállapotától függ.

A kipufogógázban lévő kénoxidok (SOx) mennyisége a hajtóanyag (gázolaj) kéntartalmának mérséklésével csökkenthető. A levegőbe kerülő nitrogén- és kén-oxidok önmagukban is mérgezőek, de ezek a gázok felelősek a levegő fokozódó savasodásáért, a savas esők kialakulásáért.

Az el nem éget szénhidrogének (HC) mérgezőek és egy része (pl. benzpirén) erős rákkeltő hatású. A HC keletkezésének mennyisége a dízelmotor égési folyamatának minőségétől függ.

A motorban az emberre mérgező hatású szénmonoxid (CO) is, a hajtóanyag nem tökéletes elégetéséből keletkezik.

A dízelmotor kipufogógázban lévő valamennyi szilárd rész (por, korom, fém kopadék stb.) tömegének jellemzésére összefoglalóan a részecskék (angolul: particulate matter, rövidítve PM) elnevezést használják. A finom részecskék egészségkárosítóak, légzőszervi megbetegedéseket és rákkeltő hatást okoznak.

A traktor dízelmotor levegőszennyező hatásának mérséklésével az országok hatóságai az erőgépek elterjedésének kezdetében nem foglalkoztak. A mezőgazdasági traktorok levegőszennyeződésének mérséklésére csak 1994-ben született először hatósági előírás az USA-ban.

Általában a következő kipufogógáz-összetevők korlátozására vonatkoznak a hatósági előírások:

– szénmonoxid (CO),

– szénhidrogének (HC), nem metán tartalmú szénhidrogének (NMHC),

– nitrogénoxidok (NOx),

– részecske (PM).

Az új traktor dízelmotor (new nonroad diesel engines) típusvizsgálatára vonatkozó amerikai emissziós határértékeket az U.S. EPA (Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala) előírása rögzíti. Az EPA előírásaiban a besorolási fokozatokra a „tier” [tiőr] angol szót használják, amelynek magyar jelentése sor, számsor. A Tier 1-től a Tier 4-ig fokozatos szigorodó hatósági előírások betartatására került sor. 2014-ben a Tier 4 fokozat lépett életbe, de részleges bevezetése miatt korábban előzetes (Interim Tier 4) és végleges (Final Tier 4) fokozatot is megkülönböztettek (1. táblázat).

1. táblázat. Traktor dízelmotor kipufogógáz U.S. EPA Tier 4 emissziós határértékei, 560 kW motorteljesítményig (U.S. EPA Tier 4 Nonroad Diesel Engine Emission Standards- Up to 560 kW)

P nettó teljesítmény kW Alkal-mazás éve CO g/kWh NMHC g/kWh NMHC+NOx g/kWh NOx g/kWh PM g/kWh P<8 2008 8,0 (6,0) – 7,5 (5,6) – 0,4a(0,3) 8≤P<19 2008 6,6 (4,9) – 7,5 (5,6) – 0,4 (0,3) 19≤P<37 2008 5,5 (4,1) – 7,5 (5,6) – 0,3(0,22) 2013 5,5 (4,1) – 4,7 (3,5) – 0,03(0,022) 37≤P<56 2008 5,0 (3,7) – 4,7 (3,5) – 0,3b(0,22) 2013 5,0 (3,7) – 4,7 (3,5) – 0,03(0,022) 56≤P<130 2012-2014c 5,0 (3,7) 0,19(0,14) – 0,4 (0,3) 0,02 (0,015) 130≤P<560 2011-2014d 3,5 (2,6) 0,19(0,14) – 0,4 (0,3) 0,02 (0,015) a – léghűtéses motorra PM értéke 0,8 g/kWh 2009-ig; illetve 0,6 g/kWh 2010-ig; b – PM 0,4 g/kWh (Tier 2), ha a gyártó vállalja a 0,03 g/kWh érték elérését 2012-ig; c – PM/CO 2012-ig, NOx és HC teljesítése folyamatos, külön szabályozás szerit 2014.12.31-ig; d – PM/CO 20011-ig, NOx/HC a motorok 50%-ának eleget kell tenni 2011-2013 időszakban; interim Tier 4, vagy Tier 4i jelölés, ha a határértékek nem érik el a zárójelben szereplő értéket; transitional Tier 4,vagy Tier 4A jelölés, ha a NMHC+NOx értéke nem éri el a zárójelben szereplőt.

A traktor dízelmotor kipufogógáz emissziós amerikai vizsgálati módszerét és előírásait kisebb módosításokkal a világ több országa is átvette pl. 1996-ban Japán, 1997-ben az Európai Unió, 2007-ben Kína, 2008-ban India és Törökország.

Az Európai Unió először 1997. december 16.-án (Directive 97/68/EC) szabályozta a traktor (nonroad mobile equipment) dízelmotor típusvizsgálata során betartandó kipufogógáz emissziós határértékeket. Az előírás két fokozatott tartalmazott: a „Stage I”-t, amely érvénybe lépett 1999-ben és a „Stage II”-t, érvénybe lépett 2001-2004 között, a motor nettó teljesítményének függvényében. A „stage”[steidzs] angol szó magyar jelentése fokozat, szint.

Az Európai Parlament 2004. április 21-én (Directive 2004/26/EC) tovább szigorította a traktorra vonatkozó emissziós határértéket Stage III A/B és Stage IV fokozatokkal. A fokozatok érvénybe lépésének időbonjait a 2005/13/EC direktíva rögzíti.

A traktor dízelmotor kipufogógáz emissziós vizsgálatának módszere az amerikai és az európai szabványok szerint lényegében megegyezik. A traktorból kiszerelt dízelmotor kipufogógázának emissziós értékeit fékpadra szerelve vizsgálják.

Az EU Stage I. és Stage II. szabályozási fokozat határértékeit és vizsgálati módszerét az Uniós csatlakozásunk előtt a „44/2001. (XII. 18.) KöHÉM rendelete a közúti járművek forgalomba helyezésének és forgalomban tartásának műszaki feltételeiről szóló 6/1990. (IV. 12.) KöHÉM rendelet módosításáról” hazánkban is kötelezővé tette. A többször módosított 6/1990-es rendelet és a „75/2005. (IX. 29.) GKM-KvVM együttes rendelet a nem közúti mozgó gépekbe építendő belső égésű motorok gáznemű és részecskékből álló szennyezőanyag-kibocsátásának korlátozásáról” a hazai joggyakorlatba beillesztette az európai előírásokat a Stage IV-gyel bezárólag.

2. táblázat. Traktor dízelmotor kipufogógáz emissziós határértékei

– EU Emission Standars for Nonroad Diesel Engines (a 2004/26/EC; 2005/13/EC direktívák, ill. 75/2005. GKM-KvVM alapján)

Motor-kategó- ria jele P nettó teljesítmény kW Hatályos (dátum) típusjóváhagyás / forgalomba helyezés CO g/kwh HC g/kWh NOx g/kwh PM g/kwh III. A. szabályozási fokozat; EU Stage III A K 19 £ P < 37 2005.12.31./2006.12.31. 5,5 NOx+HC 7,5 0,6 III. B. szabályozási fokozat; EU Stage III B P 37 £ P < 56 2011.12.31./2012.12.31. 5,0 NOx+HC 4,7 0,025 IV. szabályozási fokozat; EU Stage IV R 56 £ P < 130 2013.09.30./2014.09.30. 5,0 0,19 0,4 0,025 Q 130 £ P £ 560 2012.12.31./2013.12.31. 3,5 0,19 0,4 0,025

Az EU-ban és Magyarországon érvényben lévő traktor dízelmotor kipufogógáz emissziós határértékeit a 2. táblázat foglalja össze a motor teljesítmény nagyságának függvényében. Az EU-ban 19 kW-nál kisebb és az 560 kW-nál nagyobb teljesítményű traktor motorokra nincsen előírt szennyezőanyag-kibocsátás korlátozás.

Az összes motor teljesítmény kategóriába tartozó traktorra a forgalomba hozatalhoz szükséges típus vizsgálat csak akkor kérhető, ha a 2. táblázatban szereplő határértékek teljesülnek. A forgalomba hozatal esetében -a rendeletekben megfogalmazott mentességeket, alternatív forgalomba hozatal és rugalmas végrehajtási eljárás lehetőségét is figyelembe véve- nem helyezhető forgalomba a 2. táblázatban előírtakat nem teljesítő motorral rendelkező traktor. Ez a megszorítás 2014. szeptember 30.-a után hazánkban az R motorkategóriára (56 kW? P < 130 kW motorteljesítmény határok között) is vonatkozik.

Az előbbi korlátozások nem vonatkoznak a nem EU tagállamokba kivitelre kerülő traktortípusokba beépített motorokra és az üzemben levő traktorok motorjainak cseréjére. Az üzemben lévő traktorok motorjait a meglévővel azonos szennyezőanyag-kibocsátású motorkategóriába tartozóval szabad cserélni.

3. táblázat. Traktor dízelmotor környezetbarát generációi

EU besorolás USA besorolás Motor kialakítása Stage I Tier 1 Hengerenként 2 szelep, rögzített geometriájú turbó-töltő, mechanikus vezérlésű üzemanyag-ellátás stb. Stage II Tier 2 Hengerenként 2 szelep, turbótöltő megkerülő szelep-pel, levegő-vízhütés, emelt nyomású mechanikus vezérlésű üzemanyag-ellátás stb. Stage III A Tier 3 Hengerenként 2 esetleg 4 szelep, változtatható turbina-beőmlési geometriájú turbótöltő, levegő-levegőhütés, elektronikus vezérlésű üzemanyag-ellátás, kipufogógáz visszavezetés stb. Stage III B Tier 4 Interim Hengerenként 4 szelep, változtatható turbina-beőmlési geometriájú turbótöltő, levegő-levegőhütés, 2000 bar alatti Cammon-Rail befecskendező rendszer elektronikus vezérlésű üzemanyag-ellátás, alacsony kéntartalmú gázolaj, teljes elektronikus motorvezér-lés, hatékonyabb kipufogógáz visszavezetés hűtéssel, részecskeszűrő stb. Stage IV Tier 4 Final Hengerenként 4 szelep, hatékonyabb légszűrés, kétfokozatú változtatható turbina-beőmlési geomet-riájú turbótöltés, levegő-levegőhűtés, 2000 bar feletti Cammon-Rail piezoelektromos befecskendező rendszer, ultra alacsony kéntartalmú gázolaj, teljes elektronikus motorvezérlés OBD ellenőrzéssel, turbocompound rendszer, oxidációs- és deNOx katalizátor AdBlue folyadék alkalma-zásával, hatékonyabb kipufogógáz részecske-szűrő stb.

A tisztább traktor motor kialakításának környezetbarát generációi (3. táblázat) biztosították a környezet szennyezés mérséklésének teljesítését. A Stage IV előirtásainak hatályba lépésével a tisztább dízelmotorért 1994-ben megkezdett korszak lezárul. Megállapítható, hogy az évek elteltével az új traktor dízelmotorok levegőszennyező hatása jelentősen csökkent. A megkövetelt emissziós értékek teljesítését a közúti járművekhez hasonló mobil diagnosztikai rendszer (OBD) fogja felügyelni és a dízelmotor műszaki állapotának meglétét a hatóságok időszakosan – a traktor egész élettartama alatt- ellenőrizni fogják.

A korszerű traktorokhoz egyre újabb szakmai ismeretekre és igényes, kulturáltabb üzemeltetésre van szükség. A kisebb kéntartalmú gázolaj alkalmazása, az AdBlue szakszerű használata, a katalizátorok és részecskeszűrők kezelése stb. mind hozzájárul, a traktorok eredményes környezet barát üzemeltetéséhez.

Irodalomjegyzék szerkesztőségünkben elérhető.

SZIE Gépészmérnöki Kar,

Járműtechnika Tanszék,

Gödöllő