A mezőgazdasági erőgépek dízelmotora a kibocsájtott kipufogógázzal szennyezi a környezetet. A szennyezés mérséklésének kézenfekvő módszere a kipufogógáz tisztítása. Az elmúlt két évtized alatt ezen a területen igen jelentős eredmények születtek, amelyek történetét és az alkalmazott módszerek kialakulását érdemes áttekinteni.
A dízelmotorokat 90 éve alkalmazza a járműtechnika és a mezőgazdasági erőgépeknél elterjedésük a második világháborút követően valósult meg. A hazánkban működő traktorok és mobil mezőgazdasági gépek szinte kizárólag dízelmotorral üzemelnek.
A dízelmotor működése közben sajnos szennyezi a környezetet. A dízelmotor kipufogógáz alkotói közül csak a nitrogén, az oxigén és a vízgőz környezetbarát, az összes többi szennyezőanyag (a CO2 is!), a káros anyagok jelentős része mérgező (1. ábra).
1. ábra A dízelmotor kezeletlen kipufogógáz alkotói
A dízelmotor kezeletlen kipufogógáz mennyiségének csak 0,3%-a káros anyag, amelynek jelentős része rákkeltő. A káros anyag mintegy felét a nitrogén-oxidok (NOx) teszik ki és közel egyötödét a szilárd dízelrészecskék (PM) alkotják. A dízelmotor kipufogógázban lévő valamennyi szilárd rész (por, korom, fém kopadék stb.) tömegének jellemzésére összefoglalóan a részecskék tömegét (angolul: particulate matter, rövidítve PM) elnevezést használják.
A mezőgazdaságban alkalmazott dízelmotor levegőszennyező hatásának mérséklésével az országok hatóságai csak az 1990-es években kezdtek el foglalkozni. A traktormotor típusvizsgálatokra vonatkozó első hatósági korlátozó előírás Amerikában 1991. június 5-én jelent meg. A traktormotora vonatkozó emissziós határértékeket és vizsgálati módszereket az U.S. EPA (United States Environmental Protection Agency/Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala) dolgozta ki és az előírásokat 1994-től alkalmazzák. A traktor dízelmotor kipufogógáz emissziós amerikai vizsgálati módszerét és előírásait kisebb módosításokkal a világ több országa is átvette.
Általában a következő kipufogógáz-összetevők korlátozására vonatkoznak a hatósági előírások: szénmonoxid (CO), szénhidrogének (HC), nem metán tartalmú szénhidrogének (NMHC), nitrogénoxidok (NOx), részecskék (PM). Az U.S. EPA előírásaiban a besorolási fokozatokra a „Tier” [tiőr] angol szót használják, amelynek magyar jelentése sor, sorszám. A Tier 1-től a Tier 4-ig fokozatos szigorodó hatósági előírások betartatására került sor. 2012-ben megkezdődött a Tier 4 fokozat életbe lépése, de részleges bevezetése miatt előzetes „Interim Tier 4” és végleges „Final Tier 4” fokozatot is megkülönböztettek (1. táblázat).
P nettóteljesítmény (kW) |
Alkalmazás 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. |
||||||
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)
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 traktormotorra vonatkozó emissziós határértéket Stage III A/B és Stage IV fokozatokkal, amelyek érvénybe lépésének időbonjait a 2005/13/EC direktíva rögzíti. Az Európai Unió traktormotor emisszióra vonatkozó előírásait (2. táblázat) 2001-től rendeletileg a magyar joggyakorlat is átvette.
| Motor-kategó-ria jele | P nettó teljesítmény kW | Hatályos típusjóváhagyás dátuma | CO (g/kWh) | HC (g/kWh) | NOx (g/kWh) | PM (g/kWh) |
| Stage I | ||||||
| A | 130 ≤ P ≤ 560 | 1999.01 | 5.0 | 1.3 | 9.2 | |
| B | 75 ≤ P < 130 | 1999.01 | 5.0 | 1.3 | 9.2 | |
| C | 37 ≤ P < 75 | 1999.04 | 6.5 | 1.3 | 9.2 | |
| Stage II | ||||||
| E | 130 ≤ P ≤ 560 | 2002.01 | 3.5 | 1.0 | 6.0 | |
| F | 75 ≤ P < 130 | 2003.01 | 5.0 | 1.0 | 6.0 | |
| G | 37 ≤ P < 75 | 2004.01 | 5.0 | 1.3 | 7.0 | |
| D | 18 ≤ P < 37 | 2001.01 | 5.5 | 1.5 | 8.0 | |
| Stage III A | ||||||
| H | 130 ≤ P ≤ 560 | 2006.01 | 3.5 | – | 4.0 | |
| I | 75 ≤ P < 130 | 2007.01 | 5.0 | – | 4.0 | |
| J | 37 ≤ P < 75 | 2008.01 | 5.0 | – | 4.7 | |
| K | 19 ≤ P < 37 | 2007.01 | 5.5 | – | 7.5 | |
| H | 130 ≤ P ≤ 560 | 2006.01 | 3.5 | – | 4.0 | |
| Stage III B | ||||||
| P | 37 £ P < 56 | 2011.12 | 5,0 | NOx+HC 4,7 | 0,025 | |
| L | 130 ≤ P ≤ 560 | 2011.01 | 3.5 | 0.19 | – | |
| M | 75 ≤ P < 130 | 2012.01 | 5.0 | 0.19 | – | |
| N | 56 ≤ P < 75 | 2012.01 | 5.0 | 0.19 | – | |
| P | 37 ≤ P < 56 | 2013.01 | 5.0 | – | 4.7 | |
| Stage IV | ||||||
| Q | 130 £ P £ 560 | 2014.01 | 3,5 | 0,19 | 0,4 | 0,025 |
| R | 56 £ P < 130 | 2014.10 | 5,0 | 0,19 | 0,4 | 0,025 |
| Az ammónia emisszió nem haladhatja meg a 25 ppm értéket a vizsgálati ciklus alatt. | ||||||
2. táblázat Európai traktor dízelmotor kipufogógáz emissziós határértékei
[EU Emission Standars for Nonroad Diesel Engines] (a 2004/26/EC; 2005/13/EC direktívák alapján)
A traktordízelmotor kipufogógáz emissziós vizsgálatának módszere az amerikai és az európai előírások szerint nagyjából megegyeznek, illetve annak megegyezésére törekednek. A traktorból kiszerelt dízelmotor kipufogógázának emissziós értékeit fékpadra szerelve vizsgálják.
A traktormotor gyártok folyamatos műszaki fejlesztéseket hajtottak végre hatósági emissziós előírások betartása érdekében. Példaképen a következőkben levegőszennyezés mérséklésének fejlesztési történetét mutatjuk be röviden, a hazánkban is népszerű John Deere traktorokon keresztül. Traktordízelmotor U.S. EPA besorolás emissziós értékeit és hatályba lépésük időpontjait a 2. ábra szemlélteti.
2. ábra Traktordízelmotor PM és NOx emissziós értékeinek változása
Tier 1 (Stage I) besorolás
A Tier 1 előírások betartása 1996-ban kezdődött és 1999-ben lépett életbe valamennyi motorkategóriában. A motorgyártok az előírásokat egyszerűen tudták teljesíteni a fejlesztések során, a gondosabban beszabályozott mechanikus vezérlésű adagoló szivattyúval, a hajtóanyag nagyobb befecskendezési nyomásával, a hengerenkénti 2 esetleg 4 szelepes hengerfejjel, rögzített (fix) beömlési keresztmetszetű, nem szabályozott turbófeltöltővel, megfelelően nagy hengertérfogattal, jobb motorhűtéssel (3. ábra). A kipufogógáz utókezelésére még nem volt szükség.
3. ábra Tier 1 (Stage I) besorolású traktormotor vázlata
Tier 2 (Stage II) besorolás
A Tier 2 határértékek betartatása 2001-ben kezdődött és 2004-ben lépett életbe valamennyi motor kategóriára. A traktormotorok megengedhető emissziós értékeit korlátozták. Az átlagos korlátozás PM esetében 50%, a NOx esetében pedig 20% mérséklést jelentett. Az előírások betartását elektronikus motorvezérléssel (ECU), nagyobb hajtóanyag befecskendezési nyomással, nagyobb hengerűrtartalmú motorokkal, 2 vagy 4 szelep alkalmazásával, olajhűtésű dugattyúkkal, nem szabályozott (fix) turbófeltöltővel és levegő-levegő intercooleres hűtéssel biztosították (4. ábra).
4. ábra Tier 2 (Stage II) besorolású traktormotor vázlata
Tier 3 (Stage III A) besorolás
A Tier 3 határértékek betartása 2006-ben kezdődött és 2008-ben lépett életbe. A Tier 3 bevezetésével a kibocsájtott NOx értékét 40%-kal kellett mérsékelni. Az előírások betartását nagyobb hengerűrtartalmú, 4 szelepes, olajhűtésű acéldugattyús, teljes elektronikus motorvezérlésű (ECU), Cammon-Rail befecskendező rendszerű, hűtött kipufogógáz visszavezetésű (EGR), wastegate szeleppel (WTG), vagy változtatható beömlésű (VTG) turbófeltöltővel és intercooleres visszahűtéssel rendelkező motorral elégítették ki (5. ábra).
5. ábra Tier 3 (Stage III A) besorolású traktormotor vázlata
Interim Tier 4 (Stage III B) besorolás
Az interim (előzetes) Tier 4 (Tier 4i) besorolási fokozat 2008-ben kezdődött és 2013-ban lépett életbe. A Tier 4i fokozat igen drasztikus emissziós korlátozásokat írt elő. Az 56-560 kW teljesítményű traktormotorokra átlagosan PM esetében 90%-os, a NOx érték esetében 50%-os emisszió mérséklést vezettek be.
Az előzőekben jellemzett Tier 3 motort tovább kellett fejleszteni, hogy a Tier 4i előírásnak megfeleljen (6. ábra). Tovább növekedett a Cammon-Rail rendszer befecskendező nyomása, átlagosan 2000 bar értékre. A hűtött kipufogógáz visszavezetés (EGR) mértékének növelése és elektronikus vezérlése mellett a kipufogógáz hőmérsékletét szabályozó rendszer (ETM) alkalmazását is bevezették. A levegőellátó rendszert kiegészítették intercooleres kettős turbófeltöltéssel. Az első alacsony nyomású turbófeltöltő nem szabályozott, rögzített (fix) kivitelű és a második magas nyomású levegőtöltő wastegate szeleppel (WGT), vagy változtatható beömlésű keresztmetszettel (VTG) szabályozott. A traktormotort kipufogógáz utókezelő rendszerrel látták el, amely dízeloxidációs katalizátorból (DOC) és regenerálható részecskeszűrőből (DPF) áll. A motor hűtésének szabályozását változtatható fordulatszámú ventilátor segítheti. A motort számos elektromos szenzorral és fejlett elektronikus motorvezérlő (ECU) rendszerrel látták el.
6. ábra Interim Tier 4 (Stage III B) besorolású traktormotor vázlata
Final Tier 4 (Stage IV) besorolás
A final (végleges) Tier 4 (Tier 4f) besorolási fokozat 2012-ben kezdődött és 2015-ban lépett valamennyi motorteljesítményű osztályban érvénybe. A Tier 4f fokozat a Tier 4i-hez képest további nagyon drasztikus emissziós korlátozásokat ír elő. Az 56 kW-nál kisebb teljesítményű traktormotorokra PM esetében 50%-os, míg az 56 kW-nál nagyobb teljesítményű motorokra 80%-os NOx emisszió mérséklést határoztak meg.
Az előző Tier 4i motor általánossá vált kialakítása mellett a NOx emisszió mérséklése érdekében a kipufogógáz utókezelést tovább fejlesztették az AdBlue dízel kipufogógáz (DEF) segédfolyadékkal működő szelektív katalitikus redukciós (SCR) rendszer alkalmazásával (7. ábra). Az SCR rendszer végén az ammónia (NH3) esetleges légtérbe kerülésének megakadályozása érdekében oxidációs katalizátort (ADC) alkalmaznak. A Tier 4f környezetbarát motortechnika számos elektromos szenzort, fejlet számítógépes motorvezérlő elektronikát alkalmaz.
A bemutatott legfejlettebb kipufogógáz tisztító berendezéssel rendelkezik például a John Deere PowerTech PSS 9,0 és 13,5 literes lökettérfogatú dízelmotor. A 13,5 literes, soros 6 hengeres, 24 szelepes, két turbófeltöltős John Deere 6135HFC09 típusjelzésű motor Tier 4f környezetvédelmi besorolású (1. kép). A motor legnagyobb teljesítménye, a felhasználói igényektől függően, 326-460 kW (437-617 LE), 1.700-1.900 percenkénti főtengely fordulatszám mellett.
1. kép John Deere 6135HFC09 típusjelzésű Tier 4f környezetvédelmi besorolású dízelmotor
A motor gyártók így a John Deere is a költségek csökkentése érdekében gyárt olyan Tier 4f környezetvédelmi besorolású motorokat, amelyek teljesítik a teljesítmény kategóriájuknak megfelelő emissziós szinteket, de nem rendelkeznek SCR rendszerrel.
A Case IH Optum 300 CVX traktor az „Év Traktora 2017” hajtómotorja FPT Industrial NEF típusjelzésű 6,7 literes, 6 hengeres, 221 kW (300 LE) névleges teljesítményű dízelmotor. Ez az új konstrukciójú Tier 4f besorolású motor viszont olyan szabadalmaztatott Hi-eSRC rendszerrel rendelkezik, amely feleslegesé teszi a kipufogógáz visszavezető (EGR) és részecske szűrő (DPF) rendszer használatát. Az alkalmazott kipufogógáz tisztító berendezések ma még színes kialakítást mutatnak.
Mi várható a Final Tier 4 (Stage IV) után?
A Tier 4 final és a Stage IV előírásainak hatályba lépésével a tisztább traktormotorért megkezdett húsz éves fejlesztési tevékenység eredményesen lezárult. Megállapítható, hogy az évek elteltével az új traktormotorok levegőszennyező hatása jelentősen csökkent, de a munka tovább folytatódhat.
Az Európai Bizottság javaslata a mezőgazdasági dízelmotorokra is vonatkozó „Stage V” már ismert. A javaslatot 2014. szeptember 25-én tették közzé Brüsszelben (3. táblázat) és elfogadása után 2019-től várható alkalmazása.
| Motor-kategória jele | P nettó teljesítmény (kW) | Hatályos
dátum |
CO (g/kWh) | HC (g/kWh) | NOx (g/kWh) | PM (g/kWh) | PN (#/kWh) | |
| NRE-v/c-1 | P < 8 | 2019 | 8.00 | 7.50 a,c | 0.40 b | – | ||
| NRE-v/c-2 | 8 ≤ P < 19 | 2019 | 6.60 | 7.50 a,c | 0.40 | – | ||
| NRE-v/c-3 | 19 ≤ P < 37 | 2019 | 5.00 | 4.70 a,c | 0.015 | 1×1012 | ||
| NRE-v/c-4 | 37 ≤ P < 56 | 2019 | 5.00 | 4.70 a,c | 0.015 | 1×1012 | ||
| NRE-v/c-5 | 56 ≤ P < 130 | 2020 | 5.00 | 0.19 c | 0.40 | 0.015 | 1×1012 | |
| NRE-v/c-6 | 130 ≤ P ≤ 560 | 2019 | 3.50 | 0.19 c | 0.40 | 0.015 | 1×1012 | |
| NRE-v/c-7 | P > 560 | 2019 | 3.50 | 0.19 d | 3.50 | 0.045 | – | |
| a) HC+NOx b) 0.60 kézi-indításkor c) 1.10 gázmotornál d) 6.00 gázmotornál | ||||||||
3. táblázat Európai Bizottság 2014.09.25.-ei javaslata a nem közúti mozgó gépek és berendezések belső égésű motorjainak kibocsátási határértékeire „Stage V”-re.
A „Stage V” javaslat érdekessége többek között, hogy minden motorra vonatkozik (a legkisebb és a legnagyobb motorteljesítményűre is), a motorteljesítmény kategória új jelölésének megfelelően. A környezetet szennyezők közül a részecskék tömegére vonatkozó emissziós érték (PM) drasztikusan tovább szigorodik. A kipufogógáz részecskéire új paraméterként a megengedhető részecskeszámra tesz javaslatot az előterjesztés. A javaslatban „részecskeszám (PN)” alatt a 23 nanométernél nagyobb átmérőjű szilárd részecskék számát kell érteni.
A kipufogógáz részecske emisszióra tett szigorú javaslatot azzal indokolják, hogy a közelmúltban meggyőző bizonyíték született a dízelmotorok kipufogógáz-kibocsátásának, különösen a részecskék (azaz a dízelkorom) káros hatására vonatkozóan. Az egyik legfontosabb megállapítás szerint a részecskék mérete döntő tényező az egészségre gyakorolt, káros hatás szempontjából. Ezért a közúti ágazatban zajló változásokat követve a mezőgazdasági mobilgépek dízelmotorjára is indokoltnak tűnik egy olyan új kibocsátási előírás bevezetése, amely a részecsketömeg mellett a részecskeszámra vonatkozó határértékekre is vonatkozik.
A kővetkező években a tisztább, a környezet levegőjét gyakorlatilag nem szennyező mezőgazdasági dízelmotor kifejlesztése során nem csak a kibocsátott részecskék tömegének korlátozására, hanem a kisméretű dízel szilárd részecskék számának csökkentésére is megfelelő módszereket kell a motor fejlesztőknek kidolgozni.
Bruttó ár, mely tartalmazza az ÁFÁ-t és a szállítási költséget.
Az online fizetést a Barion Payment Zrt. biztosítja, MNB engedély száma:
H-EN-I-1064/2013
