Przenośny system pomiaru emisji - Portable emissions measurement system

CATI PEMS przypięty wewnątrz pojazdu

Przenośne emisji układ pomiarowy ( PEMS ) jest emisja pojazdu urządzenie, które jest małe i wystarczająco lekkie do przeprowadzane wewnątrz lub przenoszone z testowania pojazdu mechanicznego , który jest napędzany w trakcie badania, a nie na rolkach stacjonarnych o dynamometru , że tylko symuluje rzeczywistym -świat jazdy.

Wczesne przykłady urządzeń do pomiaru emisji z pojazdów mobilnych zostały opracowane i wprowadzone na rynek na początku lat 90. przez Warren Spring Laboratory UK na początku lat 90., które były wykorzystywane do pomiaru emisji na drogach w ramach brytyjskiego programu badań nad środowiskiem. Agencje rządowe, takie jak Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (USEPA), Unia Europejska oraz różne stany i podmioty prywatne, zaczęły używać PEMS w celu zmniejszenia zarówno kosztów, jak i czasu związanego z podejmowaniem decyzji dotyczących emisji mobilnych.

Wprowadzenie PEMS

Leo Breton z amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska wynalazł w 1995 roku raport emisji z pojazdów drogowych w czasie rzeczywistym (ROVER). Pierwsze dostępne na rynku urządzenie zostało wynalezione przez Michała Vojtisek-Lom, a opracowane przez Davida Millera z Clean Air Technologies International (CATI) Inc. w Buffalo w stanie Nowy Jork w 1999 r. Te wczesne urządzenia terenowe wykorzystywały dane silnika z pokładowego portu diagnostycznego (OBD) lub bezpośrednio z układu czujników silnika. Pierwsza jednostka została opracowana i sprzedana dr. H. Christopherowi Freyowi z North Carolina State University (NCSU) na potrzeby pierwszego projektu testów drogowych, który był sponsorowany przez Departament Transportu Karoliny Północnej. David W. Miller, który był współzałożycielem CATI, po raz pierwszy ukuł frazę „Przenośny system pomiaru emisji” i „PEMS” podczas pracy nad 2000

Testy CATI PEMS w terenie w World Trade Center w 2002 roku

Projekt autobusu Nowojorskiej Metropolitan Transportation Agency z dr. Thomasem Lanni z Departamentu Ochrony Środowiska Stanu Nowy Jork, jako krótki opis nowego urządzenia. Inne grupy rządowe i uniwersytety wkrótce poszły w ich ślady i szybko zaczęły używać sprzętu ze względu na jego równowagę dokładności, niski koszt, niewielką wagę i dostępność. W latach 1999-2004 grupy badawcze, takie jak Virginia Tech, Penn State i Texas A&M Transportation Institute, Texas Southern University i inne, zaczęły wykorzystywać PEMS w projektach przejść granicznych, ocenach dróg, metodach kontroli ruchu, scenariuszach przed i po oraz promy, samoloty i pojazdy terenowe, aby zbadać, co było możliwe poza środowiskiem laboratoryjnym. Projekt zrealizowany w kwietniu 2002 r. przez Kalifornijski Zarząd Zasobów Powietrznych (CARB) - przy użyciu sprzętu innego niż 1065 PEMS przetestowano 40 ciężarówek w ciągu 2½ dnia; z czego 22 ciężarówki przetestowano na drogach w Tulare w Kalifornii. W tym czasie głośnym projektem realizowanym przy użyciu wczesnego sprzętu PEMS był projekt World Trade Center (WTC) Ground Zero Project na dolnym Manhattanie, testujący pompy do betonu, buldożery, równiarki, a później - dźwigi z silnikiem wysokoprężnym na budynku nr 7 - 40 pięter . Inne wczesne projekty PEMS, takie jak prace terenowe dr Chrisa Freya, zostały wykorzystane przez USEPA w rozwoju modelu MOVES. Jednak użytkownicy, tacy jak regulatory i producenci pojazdów, musieli czekać na komercjalizację ROVER, aby przeprowadzić rzeczywiste pomiary masowej emisji, zamiast polegać na szacunkach masowej emisji przy użyciu danych z portu OBD lub bezpośredniego pomiaru silnika, aby uzyskać więcej możliwy do obrony zbiór danych. To posunięcie doprowadziło do powstania nowego standardu z 2005 r., znanego jako CFR 40 Part 1065.

Wiele jednostek rządowych (takich jak USEPA i Ramowa Konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu lub UNFCCC ) określiło docelowe zanieczyszczenia pochodzące z urządzeń mobilnych w różnych normach mobilnych, takich jak CO2 , NOx , cząstki stałe (PM), tlenek węgla (CO), węglowodory ( HC), aby zapewnić spełnienie norm emisji. Co więcej, te organy zarządzające rozpoczęły przyjmowanie programu testów użytkowych dla niedrogowych silników wysokoprężnych , a także innych typów silników spalinowych i wymagają stosowania testów PEMS. Ważne jest, aby nakreślić różne klasyfikacje najnowszego „przenośnego” sprzętu do badania emisji od czasu sprzętu PEMS, aby jak najlepiej zrozumieć potrzebę przenoszenia w testach terenowych emisji.

Zaleta ekonomiczna sprzętu PEMS

Urządzenie nowej generacji „zintegrowanego PEMS” (iPEMS).

Ponieważ jednostka PEMS może być łatwo przenoszona przez jedną osobę z miejsca pracy na miejsce pracy i może być używana bez wymogu „podnoszenia zespołu”, wymagane projekty badań emisji są ekonomicznie opłacalne. Mówiąc najprościej, więcej testów można wykonać szybciej, przy mniejszej liczbie pracowników, co radykalnie zwiększa ilość testów wykonywanych w określonym czasie. To z kolei znacznie obniża „koszt testu”, jednocześnie zwiększając ogólną dokładność wymaganą w środowisku „rzeczywistym”. Ponieważ prawo wielkich liczb spowoduje zbieżność wyników, oznacza to, że poprawiona zostanie powtarzalność, przewidywalność i dokładność, przy jednoczesnym obniżeniu całkowitego kosztu testowania.

Modele emisji na drogach zidentyfikowane przez PEMS

Prawie wszystkie nowoczesne silniki, gdy są testowane jako nowe i zgodnie z przyjętymi protokołami testów w laboratorium, wytwarzają stosunkowo niskie emisje, dobrze mieszczące się w ustalonych normach. Ponieważ wszystkie poszczególne silniki z tej samej serii mają być identyczne, testom poddawany jest tylko jeden lub kilka silników z każdej serii. Testy wykazały, że:

  1. Większość całkowitych emisji może pochodzić ze stosunkowo krótkich epizodów o wysokiej emisji
  2. Charakterystyki emisji mogą się różnić nawet w przypadku identycznych silników
  3. Emisje poza granicami procedur badań laboratoryjnych są często wyższe niż w warunkach pracy i otoczenia porównywalnych z tymi podczas badań laboratoryjnych
  4. Emisje ulegają znacznemu pogorszeniu w okresie użytkowania pojazdów
  5. Występują duże rozbieżności między wskaźnikami pogorszenia jakości, przy czym wysokie wskaźniki emisji są często przypisywane różnym awariom mechanicznym

Odkrycia te są zgodne z opublikowaną literaturą oraz danymi z wielu kolejnych badań. Mają one większe zastosowanie do silników o zapłonie iskrowym, a znacznie mniej do silników wysokoprężnych, ale wraz z wynikającymi z przepisów postępami w technologii silników wysokoprężnych (porównywalnymi do postępów w silnikach o zapłonie iskrowym od lat 70.) można się spodziewać, że wyniki te mieć zastosowanie do silników wysokoprężnych nowej generacji. Od 2000 r. wiele podmiotów korzystało z danych PEMS do pomiaru emisji podczas użytkowania, na drogach w setkach silników wysokoprężnych zainstalowanych w autobusach szkolnych, autobusach tranzytowych, samochodach dostawczych, pługach, ciężarówkach terenowych, pickupach, furgonetkach, wózkach widłowych , koparki, generatory, ładowarki, sprężarki, lokomotywy, promy pasażerskie i inne zastosowania drogowe, terenowe i niedrogowe . Wykazano wszystkie poprzednio wymienione wyniki; dodatkowo zauważono, że przedłużona praca silnika na biegu jałowym może mieć istotny wpływ na emisje podczas późniejszej eksploatacji.

Ponadto testy PEMS wykryły kilka „anomalii” silnika, w których specyficzne dla paliwa emisje NOx były dwa do trzech razy wyższe niż oczekiwano podczas niektórych trybów pracy, co sugeruje celowe zmiany ustawień jednostki sterującej silnika (ECU). Taki zestaw danych można łatwo wykorzystać do opracowania inwentaryzacji emisji, a także do oceny różnych ulepszeń w silnikach, paliwach, oczyszczaniu spalin i innych obszarach. (Dane zebrane na „konwencjonalnych” flotach służą następnie jako dane „podstawowe”, z którymi porównywane są różne ulepszenia.) Ten zestaw danych można również zbadać pod kątem zgodności z normami emisji nieprzekraczalnych (NTE) i będących w użyciu , które są Amerykańskie normy emisji, które wymagają testów drogowych.

Dokładność PEMS

1065 PEMS firmy AVL - mocowany na samochodzie osobowym

PEMS często ma trudności z zapewnieniem takiej samej dokładności i różnorodności mierzonych gatunków, jak jest to możliwe przy użyciu najwyższej klasy oprzyrządowania laboratoryjnego, ponieważ PEMS ma zazwyczaj ograniczony rozmiar, wagę i zużycie energii. Z tego powodu zgłoszono sprzeciw wobec wykorzystywania PEMS do weryfikacji zgodności. Ale istnieje również możliwość niedokładności w emisjach floty wywnioskowanej z pomiarów laboratoryjnych. Z tego powodu europejskie wyniki WLTP z PEMS będą ważone współczynnikiem zgodności 2,1 (1,5 po 2019 r.), tj. emisje mierzone przez PEMS mogą być o współczynnik 2,1 wyższe od limitu.

Oczekuje się, że zostanie zaprojektowanych wiele systemów pokładowych, począwszy od PEMS wielkości pojemnika na chleb, a skończywszy na oprzyrządowanych przyczepach ciągniętych za testowaną ciężarówką. Korzyści płynące z każdego podejścia należy rozważyć w świetle innych źródeł błędów związanych z monitorowaniem emisji, w szczególności różnic między pojazdami oraz zmienności emisji w samym pojeździe.

Dodatkowe kryteria PEMS

Sensors Inc. Sprzęt PEMS

PEMS musi być wystarczająco bezpieczny, aby można go było używać na drogach publicznych. Podczas testów przenośne systemy emisji mogą mocować przedłużenia rury wydechowej, dodawać przewody i kable na zewnątrz pojazdu, przewozić akumulatory kwasowo-ołowiowe w przedziale pasażerskim, mieć gorące elementy dostępne dla osób postronnych, blokować wyjścia awaryjne lub zakłócać pracę kierowcy lub mieć luźne elementy, które mogłyby zostać pochwycone przez ruchome części. Modyfikacje lub demontaż testowanego pojazdu, takie jak wiercenie w układzie wydechowym lub usuwanie powietrza dolotowego, muszą być sprawdzone pod kątem ich akceptacji zarówno przez menedżerów floty, jak i kierowców, zwłaszcza w przypadku pojazdów przewożących pasażerów. Sprzęt testowy nie może pobierać nadmiernego obciążenia elektrycznego z pojazdu testowego. Zamiast tego jako zewnętrzne źródła zasilania zastosowano szczelne akumulatory kwasowo-ołowiowe, ogniwa paliwowe i generatory , chociaż mogą one stwarzać inne zagrożenia podczas jazdy.

Im więcej czasu i wiedzy wymaga instalacja sprzętu, tym większy koszt badania, ograniczając liczbę pojazdów, które można przetestować. Możliwe jest również przeprowadzenie większej liczby testów przy użyciu sprzętu, który jest wystarczająco wszechstronny, aby można go było używać w więcej niż jednym typie pojazdu. Waga i rozmiar sprzętu i materiałów eksploatacyjnych, takich jak gazy kalibracyjne, mogą ograniczać przenoszenie do wystarczającej liczby miejsc. Należy wziąć pod uwagę wszelkie ograniczenia dotyczące transportu materiałów niebezpiecznych (tj. paliwa z detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID) lub gazów kalibracyjnych). Niezbędna może być również zdolność ekipy testowej do naprawy PEMS w terenie przy użyciu lokalnie dostępnych zasobów.

Przydatność PEMS do aplikacji

Ostatecznie należy wykazać, że PEMS nadaje się do pożądanego zastosowania. Jeżeli ostatecznym celem jest weryfikacja zgodności z wymogami dotyczącymi emisji w trakcie użytkowania, należy udostępnić do testów flotę pojazdów o znanych właściwościach – w tym silniki z silnikami z podwójnym odwzorowaniem i silnikami niezgodnymi w inny sposób. Zatem do producentów PEMS powinno należeć praktyczne wykazanie, w jaki sposób można zidentyfikować te niezgodne pojazdy za pomocą ich systemu.

Testowanie objętości i bezpieczna powtarzalność

Aby osiągnąć wymaganą ilość „objętości testowej” potrzebną do walidacji testów w świecie rzeczywistym, należy wziąć pod uwagę trzy punkty:

  1. Dokładność systemu
  2. Federalne i/lub stanowe wytyczne i/lub normy BHP and
  3. Rentowność ekonomiczna na podstawie dwóch pierwszych punktów.

Po zidentyfikowaniu i uznaniu konkretnego przenośnego systemu emisji za dokładny, następnym krokiem jest upewnienie się, że pracownicy są odpowiednio chronieni przed zagrożeniami w pracy związanymi z zadaniami wykonywanymi przy użyciu sprzętu badawczego. Na przykład typowymi funkcjami pracownika może być transport sprzętu na miejsce pracy (tj. samochodu, ciężarówki, pociągu lub samolotu), przenoszenie sprzętu na miejsce pracy i podnoszenie sprzętu na miejsce.

Zalety PEMS

Badania emisji z pojazdów drogowych bardzo różnią się od badań laboratoryjnych, niosąc ze sobą zarówno znaczne korzyści, jak i wyzwania: ponieważ badanie może odbywać się podczas normalnej eksploatacji testowanych pojazdów, dużą liczbę pojazdów można zbadać w stosunkowo krótkim czasie czas i przy stosunkowo niskich kosztach. Silniki, których nie da się łatwo przetestować w inny sposób (np. silniki napędowe promów ) mogą być testowane. Można uzyskać rzeczywiste, rzeczywiste dane dotyczące emisji. Instrumenty muszą być małe, lekkie, odporne na trudne warunki i nie mogą stanowić zagrożenia dla bezpieczeństwa. Dane dotyczące emisji podlegają znacznym rozbieżnościom, ponieważ rzeczywiste warunki często nie są ani dobrze zdefiniowane ani powtarzalne, a znaczne różnice w emisjach mogą występować nawet między identycznymi silnikami. Testowanie emisji na drogach wymaga zatem innego sposobu myślenia niż tradycyjne podejście do testowania w laboratorium i używania modeli do przewidywania rzeczywistych wyników. W przypadku braku ustalonych metod stosowanie PEMS wymaga ostrożnego, przemyślanego, szerokiego podejścia. Należy to wziąć pod uwagę podczas projektowania, oceny i wyboru PEMS do pożądanej aplikacji.

Niedawnym przykładem przewagi PEMS nad testami laboratoryjnymi jest skandal Volkswagena (VW) z 2015 roku . W ramach niewielkiego grantu od Międzynarodowej Rady ds. Czystego Transportu, dr Daniel K Carder z West Virginia University (WVU) odkrył „cheaty” do oprogramowania pokładowego, które VW zainstalował w niektórych samochodach osobowych z silnikiem Diesla ( afera Dieselgate ). Jedynym sposobem, w jaki można było dokonać odkrycia, była niezaprogramowana, losowa ocena na drodze – przy użyciu urządzenia PEMS. VW jest teraz odpowiedzialny za kary w wysokości ponad 14 miliardów dolarów. W 2016 r. te najnowsze osiągnięcia doprowadziły do ​​globalnego odrodzenia zainteresowania mniejszymi, lżejszymi, zintegrowanymi i oszczędnymi PEMS „nie 1065”, podobnie jak w demonstracji w premierowym odcinku „Pogromcy mitów” z 2011 r. „Rowery i bazooki” , w którym Do ustalenia różnicy między zanieczyszczeniem samochodu i motocykla użyto non-1065 PEMS.

Podkategoria: zintegrowany PEMS (iPEMS)

„Zintegrowany” sprzęt PEMS nowej generacji

Przegląd zintegrowanego rozwoju PEMS (iPEMS)

W odpowiedzi na Dieselgate w Unii Europejskiej (UE) opracowano standard „ Real Driving Emissions ” (RDE), co z kolei zwiększyło zapotrzebowanie na mniejsze, lżejsze, bardziej przenośne, tańsze i zintegrowane zestawy wyposażenia PEMS. Sprzęt iPEMS nie może być obecnie używany jako urządzenie „certyfikacyjne” w USA

Definicja iPEMS

Następujące cechy są wspólne dla mniejszej i lżejszej klasy sprzętu iPEMS:

  1. Kompletny, samowystarczalny i wewnętrznie modułowy zestaw przenośnego systemu pomiaru emisji (PEMS)
  2. w tym wbudowane, pokładowe źródło zasilania,
  3. nie więcej niż 7 kg masy całkowitej (łącznie z walizką transportową, złączami wydechowymi i wszelkim dodatkowym wyposażeniem wymaganym do użytkowania),
  4. możliwość noszenia przez jedną (1) osobę,
  5. które mogą być transportowane przez terminal na lotnisku i przechowywane w schowku nad głową samolotu;
  6. po wdrożeniu w terenie iPEMS ma możliwość testowania pojazdów w ciągu 30 minut (przy założeniu, że wymagany pokładowy zasilacz został naładowany);
  7. czas trwania testu zintegrowanego zasilacza wynosi co najmniej dwie (2) godziny;
  8. minimalne możliwości badania zanieczyszczeń muszą obejmować: tlenki azotu (NOx), dwutlenek węgla (CO2) i albo cząstki stałe (PM) albo liczbę cząstek (PN);
  9. dokładność testowania musi mieścić się w granicach 10% (lub więcej) 1065 PEMS.

Zalety iPEMS nad sprzętem 1065 PEMS

Zaletą urządzeń iPEMS jest to, że są one zaprojektowane tak, aby uzupełniać 1065 PEMS, a także zapewniać rozszerzone możliwości, które są napędzane przez wymagania dotyczące szybszego podejmowania decyzji, spotęgowane skandalem Volkswagena w 2015 roku. Urządzenia te są obecnie realizowane zarówno przez Unię Europejską (UE), jak i Chiny w ramach programów RDE.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne