Emissionskontrolle von Fahrzeugen - Vehicle emissions control

Fahrzeugemissionskontrolle ist die Untersuchung der Reduzierung Emissionen von produzierten Kraftfahrzeugen , insbesondere Verbrennungsmotoren .

Emissionsarten

Die Emissionen vieler Luftschadstoffe haben verschiedene negative Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit und die natürliche Umwelt . Zu den wichtigsten besorgniserregenden Emissionen zählen:

  • Kohlenwasserstoffe (HC) – Eine Klasse von verbrannten oder teilweise verbrannten Kraftstoffen , Kohlenwasserstoffe sind Giftstoffe . Kohlenwasserstoffe tragen wesentlich zum Smog bei , der in städtischen Gebieten ein großes Problem darstellen kann . Längerer Kontakt mit Kohlenwasserstoffen trägt zu Asthma , Lebererkrankungen , Lungenerkrankungen und Krebs bei . Die Vorschriften für Kohlenwasserstoffe variieren je nach Motortyp und Rechtsordnung ; in einigen Fällen „nicht - Methan Kohlenwasserstoffen“ sind geregelt, während in anderen Fällen „Total Kohlenwasserstoffe“ reguliert werden. Die Technologie für eine Anwendung (um einen Nichtmethan-Kohlenwasserstoffstandard zu erfüllen) ist möglicherweise nicht für den Einsatz in einer Anwendung geeignet, die einen Gesamtkohlenwasserstoffstandard erfüllen muss. Methan ist nicht direkt giftig, aber in Kraftstoffentlüftungsleitungen schwieriger abzubauen und ein Aktivkohlebehälter soll Kraftstoffdämpfe sammeln und aufnehmen und entweder zurück in den Kraftstofftank oder nach dem Anlassen und Warmlaufen des Motors in den der Lufteinlass im Motor verbrannt werden.
  • Kohlenmonoxid (CO) – Ein Produkt unvollständiger Verbrennung, eingeatmetes Kohlenmonoxid verringert die Fähigkeit des Blutes, Sauerstoff zu transportieren; Überexposition ( Kohlenmonoxidvergiftung ) kann tödlich sein. (Kohlenmonoxid bindet dauerhaft an Hämoglobin, die sauerstofftransportierende Chemikalie in roten Blutkörperchen, wo Sauerstoff (O 2 ) vorübergehend binden würde. Die Bindung von CO schließt O 2 aus und verringert auch die Fähigkeit des Hämoglobins, bereits gebundenen Sauerstoff freizusetzen. Beides macht die roten Blutkörperchen unwirksam. Die Erholung erfolgt durch die langsame Freisetzung von gebundenem CO und die Produktion von neuem Hämoglobin durch den Körper – ein Heilungsprozess – so dass die vollständige Genesung von einer mittelschweren bis schweren [aber nicht tödlichen] CO-Vergiftung Stunden oder Tage dauert eine Person aus einer CO-vergifteten Atmosphäre an die frische Luft bringt die Verletzung zwar zum Stillstand, führt jedoch nicht zu einer sofortigen Genesung, im Gegensatz zu einer Person, die aus einer erstickenden Atmosphäre (dh einer Atmosphäre mit Sauerstoffmangel) entfernt wird. )
  • NO x – Wird erzeugt, wenn Stickstoff in der Luft mit Sauerstoff bei der hohen Temperatur und dem hohen Druck im Inneren des Motors reagiert. NO x ist eine Vorstufe von Smog und saurem Regen . NO x ist die Summe von NO und NO 2 . NO 2 ist extrem reaktiv. Die NO x -Produktion wird erhöht, wenn ein Motor an seinem effizientesten (dh heißesten) Betriebspunkt läuft, so dass es tendenziell einen natürlichen Kompromiss zwischen Effizienz und Kontrolle der NO x -Emissionen gibt. Er soll durch den Einsatz von Emulsionskraftstoffen drastisch reduziert werden .
  • FeinstaubRuß oder Rauch aus Partikeln im Mikrometerbereich : Feinstaub verursacht negative Auswirkungen auf die Gesundheit, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Atemwegserkrankungen und Krebs . Feinstaub wird mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht.
  • Schwefeloxid (SO x ) – Ein allgemeiner Begriff für Schwefeloxide , die von Kraftfahrzeugen emittiert werden, die schwefelhaltigen Kraftstoff verbrennen. Verringerung der Menge an Kraftstoff Schwefel reduziert das Niveau der Schwefeloxide aus dem Endrohr emittierten.
  • Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) – Organische Verbindungen, die typischerweise einen Siedepunkt von weniger als oder gleich 250 °C haben; zum Beispiel Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Formaldehyd . Flüchtige organische Verbindungen sind ein Unterabschnitt der Kohlenwasserstoffe , die wegen ihrer Gefahren für die öffentliche Gesundheit gesondert erwähnt werden.

Geschichte

In den 1950er und 1960er Jahren führten verschiedene Bundes-, Landes- und Kommunalverwaltungen in den Vereinigten Staaten Studien zu den zahlreichen Quellen der Luftverschmutzung durch. Diese Studien schrieben schließlich dem Auto einen erheblichen Teil der Luftverschmutzung zu und kamen zu dem Schluss, dass die Luftverschmutzung nicht an lokale politische Grenzen gebunden ist. Damals wurden solche minimalen Emissionsbegrenzungsvorschriften, wie sie in den USA existierten, auf kommunaler oder gelegentlich auch auf staatlicher Ebene erlassen. Die unwirksamen lokalen Vorschriften wurden nach und nach durch umfassendere Landes- und Bundesvorschriften ersetzt. 1967 gründete der US-Bundesstaat Kalifornien das California Air Resources Board und 1970 die US-amerikanische Umweltschutzbehörde (EPA). Beide Behörden sowie andere staatliche Behörden erstellen und setzen jetzt Emissionsvorschriften für Kraftfahrzeuge in den Vereinigten Staaten durch. Ähnliche Agenturen und Vorschriften wurden gleichzeitig in Kanada , Westeuropa , Australien und Japan entwickelt und umgesetzt .

Der erste Versuch, die Umweltverschmutzung durch Autos zu kontrollieren, war das PCV- System (positive Kurbelgehäuseentlüftung) . Dadurch werden Kurbelgehäusedämpfe mit hohem Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen – einer Vorstufe des photochemischen Smogs – in den Ansaugtrakt des Motors geleitet, sodass sie verbrannt und nicht unverbrannt aus dem Kurbelgehäuse in die Atmosphäre abgegeben werden. Die positive Kurbelgehäuseentlüftung wurde erstmals auf breiter Basis per Gesetz bei allen neuen 1961er-Modellen installiert , die erstmals in Kalifornien verkauft wurden. Im folgenden Jahr verlangte New York es. Bis 1964 waren die meisten in den USA verkauften Neuwagen so ausgestattet, und PCV wurde schnell zur Standardausrüstung aller Fahrzeuge weltweit.

Die erste gesetzlich verankerten Abgas (Endrohr) Emissionsstandards durch den Staat Kalifornien für 1966 Modelljahr als Ganze von den Vereinigten Staaten in diesem Zustand, gefolgt verkauften für Autos verkündet wurden 1966 in dem Modelljahr 1968. Auch der erste Emissionstestzyklus war im US-Bundesstaat Kalifornien zur Messung von Auspuffemissionen in PPM (parts per million) erlassen. Die Standards wurden, wie von der EPA vorgeschrieben, von Jahr zu Jahr verschärft.

Bis zum Modelljahr 1974 wurden die Abgasnormen so verschärft, dass die zu ihrer Erfüllung verwendeten Verstimmungstechniken die Motoreffizienz ernsthaft verringerten und somit den Kraftstoffverbrauch erhöhten. Die neuen Abgasnormen zum Modelljahr 1975 sowie der gestiegene Kraftstoffverbrauch erzwangen die Erfindung des Katalysators zur Abgasnachbehandlung. Dies war mit dem vorhandenen verbleiten Benzin nicht möglich , da die Bleirückstände den Platinkatalysator verunreinigten. 1972 schlug General Motors dem American Petroleum Institute vor , verbleite Kraftstoffe für Fahrzeuge des Modelljahres 1975 und später abzuschaffen. Die Herstellung und der Vertrieb von bleifreiem Kraftstoff war eine große Herausforderung, die jedoch rechtzeitig für die Modelle des Modelljahres 1975 erfolgreich abgeschlossen wurde. Alle modernen Autos sind heute mit Katalysatoren ausgestattet, und in den meisten Ländern der Ersten Welt wird an Tankstellen kein bleihaltiger Kraftstoff mehr verkauft. Verbleiter Rennkraftstoff ist in kleinen Mengen von einigen Anbietern erhältlich, aber nur für den Offroad-Einsatz zugelassen.

Aufsichtsbehörden

Die Agenturen beauftragten Abgas Umsetzung Emissionsstandards variieren von Land zu Land, sogar im selben Land. In den USA beispielsweise liegt die Gesamtverantwortung bei der EPA, aber aufgrund besonderer Anforderungen des Staates Kalifornien werden die Emissionen in Kalifornien vom Air Resources Board reguliert . In Texas ist die Texas Railroad Commission für die Regulierung der Emissionen von LPG- betriebenen fetten Motoren (aber nicht benzinbetriebenen fetten Motoren) verantwortlich.

Nordamerika

Europa

Die Europäische Union hat die Kontrolle über die Regulierung von Emissionen in den EU-Mitgliedstaaten; Viele Mitgliedstaaten haben jedoch ihre eigenen Regierungsbehörden, um diese Vorschriften in ihren jeweiligen Ländern durchzusetzen und umzusetzen. Kurz gesagt, die EU gestaltet die Politik (durch die Festlegung von Grenzwerten wie der europäischen Abgasnorm ) und die Mitgliedsstaaten entscheiden, wie sie diese im eigenen Land am besten umsetzen.

Vereinigtes Königreich

Im Vereinigten Königreich werden Angelegenheiten der Umweltpolitik als „devolved powers“ bezeichnet, was bedeutet, dass jedes der Mitgliedsländer diese separat durch seine eigenen Regierungsbehörden behandelt, die in ihrem jeweiligen Land für Umweltfragen eingerichtet sind:

Viele britische Richtlinien werden jedoch vom Ministerium für Umwelt, Ernährung und ländliche Angelegenheiten (DEFRA) behandelt und unterliegen immer noch den EU-Vorschriften.

Emissionstests an Dieselautos wurden nicht während durchgeführt MOTs seit 12 Jahren in Nordirland, obwohl sie gesetzlich vorgeschrieben ist .

Emissionskontrolle

Die Motoreffizienz wurde durch ein verbessertes Motordesign, einen präziseren Zündzeitpunkt und eine elektronische Zündung , eine präzisere Kraftstoffdosierung und ein computergesteuertes Motormanagement stetig verbessert .

Fortschritte in der Motor- und Fahrzeugtechnologie verringern kontinuierlich die Toxizität von Abgasen, die den Motor verlassen, aber diese allein haben sich im Allgemeinen als unzureichend erwiesen, um die Emissionsziele zu erreichen. Daher sind Technologien zur Entgiftung der Abgase ein wesentlicher Bestandteil der Emissionskontrolle.

Lufteinspritzung

Eines der ersten entwickelten Abgasreinigungssysteme ist die Sekundärlufteinspritzung. Ursprünglich wurde dieses System verwendet, um Luft in die Auspufföffnungen des Motors einzuspritzen, um Sauerstoff bereitzustellen, damit unverbrannte und teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas nicht mehr verbrannt werden. Die Lufteinspritzung wird nun verwendet, um die Oxidationsreaktion des Katalysators zu unterstützen und die Emissionen beim Kaltstart des Motors zu reduzieren. Nach einem Kaltstart benötigt ein Motor ein fetteres Luft-Kraftstoff-Gemisch als bei Betriebstemperatur , und der Katalysator funktioniert erst dann effizient, wenn er seine eigene Betriebstemperatur erreicht hat. Die stromaufwärts des Konverters eingespritzte Luft unterstützt die Verbrennung im Abgaskrümmer, was das Aufwärmen des Katalysators beschleunigt und die Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen reduziert, die aus dem Endrohr emittiert werden.

Abgasrückführung

In den Vereinigten Staaten und Kanada haben viele Motoren von 1973 und neuere Fahrzeuge (1972 und neuer in Kalifornien) ein System, das unter bestimmten Betriebsbedingungen eine dosierte Abgasmenge in den Ansaugtrakt leitet. Das Abgas verbrennt weder noch unterstützt es die Verbrennung, so dass es die Luft-/Kraftstoffladung verdünnt, um die Spitzentemperaturen der Brennkammer zu reduzieren. Dies reduziert wiederum die Bildung von NO x .

Katalysator

Der Katalysator ist eine im Auspuff platzierte Vorrichtung, die Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und NO x in weniger schädliche Gase umwandelt, indem eine Kombination aus Platin, Palladium und Rhodium als Katalysatoren verwendet wird .

Es gibt zwei Arten von Katalysatoren, einen Zweiwege- und einen Dreiwegekatalysator. Zwei-Wege-Wandler waren bis in die 1980er Jahre üblich, als Drei-Wege-Wandler sie bei den meisten Automotoren ersetzten. Siehe den Katalysator Artikel für weitere Details.

Verdunstungsemissionskontrolle

Kraftstoffdämpfe Vorratsbehälter für einen Peugeot 205 .

Verdunstungsemissionen sind das Ergebnis von Benzindämpfen, die aus dem Kraftstoffsystem des Fahrzeugs entweichen. Seit 1971 haben alle US-Fahrzeuge vollständig abgedichtete Kraftstoffsysteme, die nicht direkt in die Atmosphäre entweichen; Mandate für Systeme dieser Art erschienen zeitgleich in anderen Jurisdiktionen. In einem typischen System werden Dämpfe aus dem Kraftstofftank und der Vergaser-Belüftung (bei Fahrzeugen mit Vergaser) in Aktivkohle enthaltende Kanister geleitet . Die Dämpfe werden innerhalb des Kanisters adsorbiert , und während bestimmter Motorbetriebsmodi wird Frischluft durch den Kanister gesaugt, wodurch der Dampf in den Motor gezogen wird, wo er verbrennt.

Fernerkundungs-Emissionstests

Einige US-Bundesstaaten verwenden auch eine von Dr. Donald H. Stedman von der University of Denver entwickelte Technologie , die Infrarot- und Ultraviolettlicht verwendet , um Emissionen zu erkennen, während Fahrzeuge auf öffentlichen Straßen vorbeifahren Center. Stedmans unsichtbare Lichtblitzerkennung von Abgasen wird häufig in Ballungsräumen eingesetzt, wird von der amerikanisch-schwedischen Firma OPUS Inspection angeboten und wird in Europa immer bekannter.

Verwendung von Emissionstestdaten

Emissionstestergebnisse einzelner Fahrzeuge werden in vielen Fällen zusammengestellt, um das Emissionsverhalten verschiedener Fahrzeugklassen, die Wirksamkeit des Testprogramms und verschiedener anderer emissionsrelevanter Vorschriften (z Autoemissionen auf die öffentliche Gesundheit und die Umwelt.

Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff

Die Schadstoffbelastung lässt sich einfach durch einen sauberen Fahrzeugantrieb reduzieren. Zu den beliebtesten Modi zählen Hybrid- und reiner Elektroantrieb. China ist mit Abstand der größte Elektroautomarkt der Welt. Im Dezember 2019 verfügte China mit 3,4 Millionen Einheiten über den größten Bestand an für die Autobahn zugelassenen Plug-in-Pkw, was 47 % der weltweit eingesetzten Flotte entspricht. Es werden auch Experimente mit dem Einsatz von solarbetriebenen Fahrzeugen durchgeführt, die in naher Zukunft mit der Verbesserung der Photovoltaik- Technologie fast fertig sind . Zu diesem Zeitpunkt, 2020, gibt es keine praktikablen Solarzellen-Alternativen für Autos, ein mit Zellen bedecktes Prius-Schiebedach wäre in der Lage, den Lüfter bei aktiver Sonneneinstrahlung zu betreiben. (Ref. Lets Go Solar)

Siehe auch

Verweise

Externe Links