Нормирование выбросов токсичных веществ

Под токсичностью выбросов двигателя автомобиля (токсичностью дви­гателя) следует понимать способность выбросов двигателя оказывать токсическое воздействие на людей, животный мир, что определяется сле­дующими факторами: составом токсичных веществ; абсолютным количеством выбросов токсичных веществ в единицу времени (или на единицу пути, пройденного автомобилем); физико-химическими законам превращения химических соединений в атмосфере; геофизическими законами распространения токсичных веществ; чувствительностью живых организмов.

Загрязнение окружающей среды и, как следствие, возникшие требования экологической безопасности заставили промышленно развитые страны в зависимости от концентрации автомобилей, климатических, рельефных условий и других факторов ввести законодательные акты на параметры токсичности как транспортных средств, так и других силовых установок, оснащенных ДВС. При этом разработка и совершенствование норм ведется не только в национальных масштабах, но и по международным программам ЕЭК и ООН (ECE, UNO).

Нормы токсичности, принятые разными странами, отличаются друг от друга уровнем ограничений, условиями проведения испытаний, а также техническими возможностями эксплуатационных служб и экономичной целесообразностью. Стандарты на нормы и методы определения токсичных составляющих ОГ, введенные во многих странах, периодически пересматриваются, причем, как правило, в сторону ужесточения.

В настоящее время стандартами всех стран мира регламентируются выбросы токсичных компонентов на определенных, наиболее характерных режимах работы двигателя (стандарты первого рода) или на совокупности режимов, имитирующих действительные условия эксплуатации (стандарты второго рода). Нормирование токсичных веществ по совокупности режимов применяется для новых двигателей и автомобилей, т.е. в целях контроля продукции моторных и автомобильных заводов.

25.2.1 Нормирование выбросов токсичных веществ и режим испытаний в процессе эксплуатации

В условиях эксплуатации проверка автомобилей по совокупности режимов в настоящее время представляет определенные трудности. Поэтому нормирование выбросов токсичных веществ для автомобилей, находящихся в эксплуатации, производится только на режимах холостого хода и разгона двигателя.

В Республике Беларусь для автомобилей с искровым зажиганием в настоящее время применятся стандарт СТБ 2170-2011 «Транспортные средства, оснащенные двигателями с принудительным зажиганием. Выбросы загрязняющих веществ в отработавших газах»

Стандарт устанавливает нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах в режиме холостого хода для механических транспортных средств и распространяется на находящиеся в эксплуатации механические транспортные средства (далее – ТС) категорий М и N, оснащенные двигателями внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, работающими на бензине, газовом топливе или бензине и газовом топливе.

Стандарт не распространяется на транспортные средства, полная масса которых составляет менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч.

Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах измеряют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной (n_min) и повышенной (n_пов) частотах вращения коленчатого вала двигателя, установленных изготовителем ТС.

При отсутствии данных изготовителя ТС:

— значение n_min не должно превышать:

— 1 100 мин^-1 для ТС категорий М₁ и N₁;</sub>

— 900 мин^-1 для ТС остальных категорий;

— значение n_пов устанавливают в пределах:

— 2 000…3 500 мин^-1 для ТС категорий М₁ и N₁;</sub>

— 2 000…2 800 мин^-1 для ТС остальных категорий.

Содержание оксида углерода и углеводородов (объемные доли) должно быть в пределах данных, установленных изготовителем ТС. Если эти данные отсутствуют, то содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах ТС, работающих на бензине, не должно превышать значений, указанных в табл. 25.3.

Автотранспортные средства разделены на категории:

М₁ – легковые автомобили (не более 8 мест, кроме водителя);

М₂ – то же, но более 8 мест, кроме водителя (микроавтобусы);

М₃ – то же, автобусы, в том числе со­члененные;

N₁– автомобили полной массой до 3,5 т, предназначенные для транспор­тировки грузов;

N₂ – то же от 3,5 до 12 т;

N₃ – то же свыше 12 т (в том числе тягачи, спецавтомобили).

В зависимости от уровня выбросов, предусмотренного конструкцией, ТС согласно СТБ 1848-2009 «Транспорт дорожный. Экологические классы» подразделяют на шесть экологических классов.

Соответствие ТС определенному экологическому классу удостоверяется одним из следующих документов:

– сообщением, касающимся официального утверждения типа ТС и двигателя, предусмотренным Правилами ЕЭК ООН;

– одобрением типа ТС;

– сертификатом соответствия на ТС и двигатель по Правилам ЕЭК ООН или Директивам ЕС;

– паспортом ТС/шасси ТС.

Для ТС с пробегом до 3 000 км значения оксида углерода и углеводорода установлены в руководстве (инструкции) по эксплуатации ТС.

При наличии у ТС раздельной системы выпуска отработавших газов измерения следует проводить в каждой из выпускных труб. При выявлении повышенного содержания оксида углерода или углеводородов в отработавших газах хотя бы в одной выпускной трубе ТС считается технически неисправным.

Для оценки выбросов загрязняющих веществ в отработавших газах транспортных средств, работающих на газовом топливе, измеряют содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах.

Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах измеряют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной (n_min) и повышенной (n_пов) частоте вращения, установленных изготовителем ТС.

При отсутствии данных изготовителя ТС значения n_min и n_пов выбирают как и для двигателей, работающих на бензине.

Нормы содержания загрязняющих веществ в отработавших газах транспортных средств, работающих на газовом топливе. Содержание нормируемых загрязняющих веществ должно быть в пределах данных, установленных изготовителем ТС. Если эти данные неизвестны, то содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах ТС, работающих на газовом топливе, не должно превышать значений, указанных в табл. 25.4.

Для ТС с пробегом до 3 000 км значения оксида углерода и углеводорода установлены в руководстве (инструкции) по эксплуатации ТС.

Выбросы ТС, которые работают на газовом топливе, но имеют работающую на бензине систему питания двигателя, предназначенную только для целей запуска двигателя (объем бака для бензина не более 15 л), проверяют при работе на газовом топливе.

Выбросы ТС, которые работают на двух видах топлива (бензин и газовое топливо), проверяют при работе на каждом из видов топлив. Выбросы ТС не должны превышать значений, установленных в таблице, при работе на бензине, и значений, установленных в таблице, при работе на газовом топливе.

При обнаружении повышенного содержания оксида углерода или углеводородов в отработавших газах хотя бы на одном из проверяемых режимов или хотя бы в одной выпускной трубе (при наличии раздельной системы выпуска отработавших газов) ТС считается технически неисправным.

Подготовка к измерениям. Внешним осмотром проверяют наличие на ТС систем и устройств, обеспечивающих снижение выбросов, и их комплектацию. В случае несоответствия комплектации ТС, установленной изготовителем, измерения не проводят и ТС считается неисправным.

Устанавливают датчики температуры масла и частоты вращения. Запускают и прогревают двигатель до рабочей температуры моторного масла. Температура должна быть в пределах, установленных изготовителем ТС. Если требования изготовителя к диапазону температур отсутствуют, то температура должна быть не ниже 80 °С.

Если из-за конструкции ТС невозможно измерить температуру моторного масла, то определение достижения двигателем рабочей температуры может быть произведено другими методами, например, по работе системы охлаждения двигателя (по показаниям указателя температуры охлаждающей жидкости на панели приборов ТС или по включению вентилятора системы охлаждения двигателя).

Пробоотборный зонд газоанализатора устанавливают в выпускную трубу ТС на глубину не менее 300 мм от среза (при косом срезе выпускной трубы глубину отсчитывают от короткой кромки среза). Полностью открывают воздушную заслонку карбюратора (при его наличии).

Измерение выбросов проводят в следующей последовательности (для ТС, не оснащенных системами нейтрализации отработавших газов):

— запускают двигатель;

— нажимая на педаль, увеличивают частоту вращения коленчатого вала до n_пов и работают в этом режиме не менее 15 с;

— отпускают педаль, устанавливая минимальную частоту вращения вала двигателя, и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов при частоте n_min</i>;

— устанавливают повышенную частоту вращения вала двигателя и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов при частоте n_пов.

На ТС, оснащенных двухкомпонентными или трехкомпонентными системами нейтрализации отработавших газов, измерения выбросов проводят в следующем порядке:

— запускают двигатель;

— нажимая на педаль, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя до n_пов и работают в этом режиме не менее 2 мин (при температуре окружающего воздуха ниже 0 ˚С не менее 4 мин) и после стабилизации показаний измеряют содержание оксида углерода и углеводородов и фиксируют значение коэффициента избытка воздуха λ, значение которого у ТС, оборудованных трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов, должно быть в пределах данных, установленных изготовителем ТС. В случае отсутствия указанных данных значение λ должно быть от 0,97 до 1,03;

— устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя n_min и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов.

На ТС, оснащенных трехкомпонентной системой нейтрализации отработавших газов и БДС, перед измерением содержания оксида углерода и углеводородов проверяют работоспособность двигателя и системы нейтрализации по показаниям индикатора неисправностей, расположенного на приборной панели:

— при включении зажигания перед пуском двигателя индикатор неисправностей должен быть включен или включаться на короткий промежуток времени; при отсутствии соответствующего сигнала индикатора неисправностей после включения зажигания измерения не проводят и ТС считается неисправным;

— после пуска двигателя индикатор неисправностей должен выключиться; если этот индикатор при работе двигателя остается во включенном состоянии, измерения не проводят и ТС считается неисправным.

При наличии раздельных систем выпуска отработавших газов ТС измерения следует проводить в каждой из выпускных труб. За результат измерения принимают максимальные значения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах в одной из выпускных труб.

Выбросы гибридных ТС проверяют в порядке, указанном в руководстве по эксплуатации ТС.

Для автомобилей с дизельными двигателями в Республике Беларусь действует стандарт СТБ 2169-2011 «Транспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерения».

Стандарт устанавливает нормы и методы измерения дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения для механических транспортных средств и распространяется на находящиеся в эксплуатации транспортные средства (далее – ТС) категорий М и N, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия, работающие на дизельном топливе.

Нормы дымности. Нормируемым параметром дымности является натуральный показатель ослабления светового потока К_L. Натуральный показатель ослабления светового потока К_L – величина, обратная толщине слоя отработавших газов, проходя через который поток излучения от источника света ослабляется в «е» раз (е = 2,178 – основание натуральных логарифмов).

Дымность ТС не должна превышать предельно допустимое значение коэффициента поглощения К_L, значение которого может быть установлено изготовителем или указано в:

— сообщении об официальном утверждении типа двигателя;

— знаке официального утверждения, нанесенном на двигатель или ТС в соответствии с Правилами ЕЭК ООН № 24 (приложения 2, 3), или Директиве 72/306/ЕЕС (приложение 2);

— сертификате соответствия двигателя или его эксплуатационной документации.

В случае отсутствия информации о значении предельно допустимого коэффициента поглощения К_L для конкретного двигателя или ТС, дымность не должна превышать значений, приведенных в табл. 25.5.

Дымность ТС, которые работают на двух видах топлива (дизельном и газовом), проверяют при работе на дизельном топливе. Дымность ТС, которые работают на газовом топливе, но имеют работающую на дизельном топливе систему, предназначенную только для целей запуска двигателя (объем бака для дизельного топлива не более 15 л) не проверяют. Дымность гибридных электромобилей проверяют в порядке, указанном в руководстве по эксплуатации ТС.

Методы измерения. Температура окружающего воздуха, атмосферное давление, относительная влажность в месте расположения дымомера и другие условия его использования должны соответствовать требованиям, указным в руководстве по эксплуатации указанного прибора. Система выпуска, включая систему очистки отработавших газов от загрязняющих веществ, должна быть полностью укомплектована, герметична и не иметь повреждений.

Для измерения k следует применять дымомер с пределом допускаемой абсолютной погрешности не более 0,025 м^-1 при коэффициенте поглощения света 1,7 м^-1.

Для измерения температуры масла в поддоне картера двигателя следует применять термометр с диапазоном от 0 °С до 150 °С и погрешностью измерений не более ±5 % верхнего значения диапазона измерений. Для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя следует применять тахометр с диапазоном от 0 до 10 000 мин^-1 и погрешностью измерений не более ±5 % верхнего значения диапазона измерений. Для подвода отработавших газов из выпускной трубы ТС в измерительную камеру дымомера следует использовать пробоотборную систему, обеспечивающую отсутствие утечек газов и подсоса воздуха.

Подготовка к измерениям. Дымомер должен быть подготовлен к измерениям в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации. При необходимости устанавливают датчики температуры масла и частоты вращения.

Запускают и прогревают двигатель до рабочей температуры моторного масла. Температура должна быть в пределах, установленных изготовителем ТС. Если требования изготовителя к диапазону температур отсутствуют, то температура должна быть не ниже 80 °С. Если из-за конструкции ТС невозможно измерить температуру моторного масла, то определение достижения двигателем рабочей температуры может быть произведено другими методами, например, по работе системы охлаждения двигателя (по показаниям указателя температуры охлаждающей жидкости на панели приборов ТС или по включению вентилятора системы охлаждения двигателя).

Измеряют значения n_min и n_max, которые должны быть в пределах, установленных изготовителем ТС.

Измерение дымности в режиме свободного ускорения проводят в следующей последовательности:

— устанавливают зонд для отбора отработавших газов из выпускной трубы в дымомер;

— запускают двигатель;

— при работе двигателя в режиме холостого хода на n_min равномерно быстрым (не более 1 с), но не резким нажатием перемещают педаль подачи топлива до упора. Держат педаль в этом положении до достижения установившейся работы на n_max (не менее 1 с). Отпускают педаль и через 10 с приступают к выполнению следующего цикла свободного ускорения;

— циклы свободного ускорения повторяют не менее шести раз (три цикла для продувки системы выпуска отработавших газов, три цикла для измерения коэффициента поглощения);

— измеряют значение k на последних трех циклах свободного ускорения по максимальному показанию дымомера;

— измеренные значения k считают достоверными, если три последовательных значения располагаются в зоне шириной 0,25 м^-1;</sup>

— определяют среднеарифметическое значение k_ср трех последних измерений, которое принимают за результат измерения.

Пример: пусть при проведении испытаний получены следующие значения по шкале К при проведении проверки на режиме свободных ускорения для двигателя без наддува 1,15; 1,0; 0,8. Несмотря на то, что максимальная величина К не превышает допустимого значения 1,2, разница между значениями 1,15 и 0,8 превышает значение 0,25 м^-1, а это значит, что данный автомобиль не проходит тестовую проверку.

График зависимости частоты вращения n и дымности по коэффициенту поглощения света k от времени t в процессе одного цикла свободного ускорения приведен на рис. 25.2.

Дымность ТС с раздельной выпускной системой измеряют в каждой выпускной трубе. За результат измерения принимают максимальное среднеарифметическое значение k_ср, полученное в одной из выпускных труб, при условии, что результаты измерения дымности каждой выпускной трубы не превышают предельно допустимое значение дымности.

Для двигателей, оборудованных связанной или механически соединенной с двигателем системой наддува нагнетаемого воздуха, которая может отключаться, проводят два полных этапа измерения (по шесть циклов режима свободного ускорения), причем в первом случае система наддува включается, а в другом – отключается. За результат измерения принимают наибольшее из двух полученных значений.