Привет студент

2.5 Контроль экологических показателей автомобилей в эксплуатации. Опыт США.

В основном, используются две основные процедуры. Первая заключается в проверке концентрации углеводородов и монооксида углерода (СО) на холостом ходу двигателя при частоте вращения коленчатого вала 2500 об/мин.

Вторая более сложная, предусматривает испытание под нагрузкой. Для проведения таких испытаний Агенством по защите окружающей среды разработан специальный цикл IM-240. Испытательный цикл IM-240 представляет собой сегмент ездового цикла FTR-75. Использование цикла дает хорошую корреляцию с федеральным ездовым циклом. Эти испытания проводятся в специальной лаборатории, оснащенной беговыми барабанами и другим специальным оборудованием, которое используется при сертификации автомобилей. Параметры цикла IM-240.

Во время проверки компьютер ежесекундно отслеживает мгновенный уровень выбросов вредных веществ и определяет их суммарный уровень.

Как только компьютер определяет, что автомобиль можно отнести к категории «чистых» (испытания прошел) или «грязных» (испытания не прошел), сразу предполагает оператору прекратить испытания. Это может произойти в течении двух – трех минут. Но если выбросы близки к предельно допустимым, то автомобиль должен пройти весь 240 секундный цикл.

Экологические нормативы для автомобилей находящихся в эксплуатации в 2-3 раза выше, чем нормы для автомобилей во время сертификации.

Кроме этого, во многих штатах с неблагоприятной экологической обстановкой, применяются более сложные процедуры, которые проверяют работоспособность системы улавливания паров топлива, и проверяют герметичность системы топливоподачи. [17]

3 Анализ требований нормативно-технической документации к отработавшим газам ДВС и международный опыт организации движения в городах .

3.1 Анализ национальных и международных стандартов относительно нормирования уровня выбросов токсичных газов и дымности отработанных газов автомобилей

Российская Федерация является участницей Женевского Соглашения, подписанного в рамках Комитета по внутреннему транспорту (КВТ) ЕЭК ООН на правительственном уровне наряду с 33 европейскими государствами, Японией и Австралией. Разрабатываемые в КВТ Правила ЕЭК ООН, являющиеся приложениями к указанному Соглашению, представляют собой международные нормативные документы, которые устанавливают требования к безопасности конструкции автотранспортных средств и их прицепов, тракторов, строительно-дорожных машин, а также методы их испытаний.

В соответствии с международными обязательствами Российской Федерации по участию в Женевском Соглашении Госстандартом России с 1 июля 2000 г. в качестве государственных стандартов введены все Правила ЕЭК ООН, заявленные Россией к применению.

Введение в действие Правил ЕЭК ООН в качестве государственных стандартов обеспечивает как совершенствование конструктивной безопасности, так и в целом повышение безопасности дорожного движения и уменьшение экологического воздействия транспорта на окружающую среду, способствует приведению показателей отечественной техники к европейским нормам, содействует повышению ее конкурентоспособности на международном рынке, признанию за рубежом российских результатов введенной системы сертификации.

Продолжается процесс гармонизации отечественной системы стандартизации с международными и региональными системами, расширения масштабов прямого применения международных и региональных стандартов, правил и директив в качестве государственных стандартов Российской Федерации.

В России в последние годы наблюдается стремительный рост количества автомобилей. Именно отработанные газы автомобилей дают на сегодня от 80 % до 90 % загрязнение атмосферы в городах и больших мегаполисах [18]. Без соответствующего нормативного обеспечения невозможно провести контроль экологического состояния автомобилей, как во время их выпуска, так и в процессе эксплуатации. Это побуждает к проведению работ по стандартизации в этой сфере с целью адаптации к международным НД, а также созданию новых национальных стандартов из нормирования выбросов отработанных газов автомобилей. На международном уровне в этом направлении уже проведена значительная работа, потому целесообразность гармонизации отечественного законодательства в соответствии с требованиями

Всемирной торговой организации (ВТО) и Европейского Союза (ЕС) не вызывает сомнений. До 2003 года в России действовал единственный стандарт ГОСТ 17.2.2.03-87, который регламентировал уровень выбросов окисла углерода (СО) и углеводородов (С_nH_m) на холостом ходе соответственно от 1,5 об. % до 3,0 об. % и от 0,1 об. % до 0,3 об. % (1000 ррм-3000 ррм). Нормативы устанавливались в зависимости от количества цилиндров и режима холостого хода, на минимальных и повышенных оборотах работы двигателя, для всех типов и марок бензиновых и двигателей. Уровень дымности дизельных двигателей регламентировался стандартом ГОСТ 21393-75, в соответствии с требованиями какого дымность не должна была превышать от 40 % до 50 % для дизелей без наддува и с наддувом соответственно. Упомянутые стандарты не учитывали тип топлива, используемого автомобилями, температурный режим двигателя, отсутствовала протокольная форма результата измерений, погрешность измерений не отвечала современным требованиям. Таким образом, возникла необходимость создания современных отечественных стандартов, гармонизованных с международными нормативами, которые бы нормировали уровень выбросов от автотранспортных средств (АТС) в соответствии с экологическими требованиями. В начале 2003 года в России были разработаны и введены в строй два новых экологических национальных стандарта ГОСТ Р 52033 - 2003 [12], ГОСТ Р 52160 – 2003 [13], которые соответственно регламентируют нормы дымности и токсичности отработанных газов от АТС, которые работают на бензине или газовом топливе. Дымность отработанных газов двигателя автомобиля определяют по показателям (коэффициентами) ослабление светового потока, которое возникает в результате поглощения и рассеивания отработанными газами потока излучения от источника света (который образует параллельный пучок) в измерительной камере дымомера:

- натуральным показателем (коэффициентом) поглощения k, м^–1;

- линейным показателем (коэффициентом) поглощения N, %.

Натуральный показатель (коэффициент) поглощения, м^–1 - величина, обратная толщине слоя отработанных газов, проходя который, поток излучения от источника света дымомера ослабляется в е раз

(3.1)

где Ф – световой поток от источника света дымомера, который регистрирует фотоэлемент после прохождения потока сквозь измеряемую среду отработанных газов в измерительной камере дымомера;

Ф₀ – световой поток от источника света дымомера, который регистрирует фотоэлемент после прохождения потока сквозь чистый воздух в измерительной камере дымомера, не заполненной отработанными газами.

Линейный показатель (коэффициент) поглащения N, % - степень ослабления потока излучения от источника света дымомера на расстояние, которое равняется эффективной базе дымомера, в результате поглощения и рассеивания света отработанными газами во время прохождения ими измерительной камеры

(3.2)

Отметим, что основным показателем дымности, который нормируют, есть натуральный показатель поглощения k, вспомогательным - линейный показатель поглощения N. Зависимость натурального показателя поглощения от линейного определяют по формуле

(3.3)

Измерения дымности проводят с помощью приборов - оптических дымомеров согласно методике выполнения измерений. Основная приведенная погрешность измерений не должна превышать ± 2,5 %.

Токсичность автомобилей (содержимое оксида углерода СО и углеводородов С_nH_m в отработанных газах автомобилей) проверяется с помощью специальных приборов - автоматических инфракрасных газоанализаторов (ГОСТ Р 52033-2003). Содержание оксида углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей определяют во время работы двигателя в режиме холостого хода для двух частотах вращения коленчатого вала - минимальных (n_мин) и повышенных (n_пов), установленные производителем. Если значение этих частот не установлено предприятием-производителем в технических условиях или документах из эксплуатации автомобиля, то проверку осуществляют на n_мин= 800 мин^–1 ± 100 мин^–1 и n_пов= 2200 мин^–1 ± 100 мин^–1. Нормы выбросов автомобилей, для различных категорий приведены в таблице 3.1 [12]. Температура моторного масла двигателя не должна быть меньшей 60 °С. Согласно требованиям стандарта [12] газоанализаторы должны измерять, кроме концентрации СО и СН, частоту оборотов двигателя. Основная приведенная погрешность измерений для измерительных каналов концентрации СО и СН нормируется от 3 % до 6 %, а частоты оборотов - 2,5 %.

Анализ требований национальных стандартов России и европейских нормативов Евро 2, 3, 4, 5, показывает, что они являются однотипными, но прямое их сравнение не в пользу национальных стандартов. Согласно ГОСТ Р 52033 - 2003 измеряется процентное, относительное содержание СО и СН, а нормативы Евро регламентируют массовые выбросы в г/км СО, СН и NО_х на единицу пробега для легковых автомобилей и г/кВт×ч для грузовых (таблица 3.2, 3.3).

Соответственно значительно отличаются методы и приборы для измерения.

Таблица 3.1 – Нормативы содержания загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей, оснащённых бензиновыми двигателями [12]

Согласно национальным требованиям применяется только инфракрасный метод измерения, а за нормами Евро - инфракрасный для измерения СО, хемилюминесцентный для измерения NО_x, пламенно-ионизационный для измерения суммы углеводородов С_nН_m.

Автомобиль проверяется на холостом ходе, что фактически можно провести даже в полевых условиях.

Испытание согласно нормативам Евро требует сложного и дорогого оборудования - (сотни тысячи долларов), автомобиль устанавливается на беговых барабанах, имитируется его ездовой цикл в условиях города: разгон - прямолинейное движение - торможение, и так несколько раз (время испытания 20,3 мин., длина условного пути 11,0 км).

Таблица 3.2 – Содержание вредных веществ в отработавших газах, г/км

Таблица 3.3 – Экологические требования (предельные значения по ESC и ELR тестам. Правило № 49 ECE)

При этих испытаниях с помощью газоанализаторов проводятся измерения массовых (абсолютных) выбросов вредных веществ для конкретного типа автомобиля. Кроме того, нормы Евро регламентируют уровни испарений горюче-смазочных материалов из автомобилей, которые стоят с выключенным двигателем, и твердые частицы в отработанных газах автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями.

В связи с принятием технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, загрязняющих веществ» в России с 22 апреля 2006 года начали действовать экологические нормы Евро-2 приведенные в таблице 3.2 [19]. В одном из его пунктов отмечено, что в нашу страну запрещается ввозить автомобили без катализаторов, которые обеспечивают выброс вредных веществ в отработанных газах на уровне Евро 2.

Нормативы Евро требуют также введения в России европейских стандартов на бензин и дизельное топливо. Так, например, за содержимым серы национальные стандарты на бензин допускают ее наличие в бензине в 2,5 разы больше, чем европейские. Нормы Евро 2 действовали в Европе до 2000 года. Более жесткие требования Евро 3 и 4 для пассажирских автомобилей категории М1 полной массой менее 2,5 т приведено в таблице 3.4. Эти нормативы в ближайшее время запланированы к введению в России. Нормы Евро в первую очередь касаются производителей автомобилей, именно за результатами испытаний типа (марки) автомобиля за специальным испытательным ездовым циклом, который имитирует движение автомобиля в городском движении [20], устанавливается соответствие конкретного типа автомобиля экологическим нормативам Евро. Проверка автомобилей проводится на станциях технического обслуживания (СТО), автокооперативах, стоянках, гаражах, автотранспортных предприятиях (АТП), Государственной автомобильной инспекции (ГАИ), с помощью газоанализатора, важно, чтобы автомобиль был прогрет, и испытания проводились при внешней температуре не ниже + 5 °С. В международных стандартах такой дуализм отсутствующий: одни стандарты четко нормируют уровни выбросов (токсичности и дымности), а другие устанавливают требования к техническим характеристикам газоанализаторов и дымомеров: диапазоны измерения, погрешность измерений, быстродействие, контроль неинформативных параметров, и тому подобное. Существует еще и третья группа стандартов, которые устанавливают непосредственно процедуру - методику выполнения измерений. Международный стандарт ISO 3930:2009 [21] устанавливает общие технические, в том числе метрологические требования и методы испытания средств измерительной техники (СИТ).

Стандарт, в частности, применяют к газоанализаторам, которые используют согласно процедуре, определенной, во время технического контроля и технического обслуживания (ТО) транспортных средств с двигателями с принудительным (искровым) зажиганием.

Эти газоанализаторы измеряют объемные части одного или нескольких из таких компонентов выбросов: оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО₂), углеводороды (НС, объемных частях n-гексана), кислород (О₂). Диапазоны измерения газоанализатора приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Диапазон измерения газоанализатора согласно ISO 3930:2009

Стандарт ISO 3930:2009 распространяется на СИТ, принцип действия которых заключается в поглощении инфракрасного излучения СО, СО₂ и CH. Кислород обычно измеряют электрохимическим сенсором. Однако стандарт не исключает использования альтернативных СИТ, которые, хотя и основываются на других принципах действия, но отвечают всем определенным общим техническим, в том числе метрологическим требованиям и имеют удовлетворительные результаты соответствующих испытаний.

Стандарт ISO 3929:2003 детально, поэтапно регламентирует непосредственно процедуру измерения: где и как стоит газоанализатор и автомобиль, на какую длину вводится пробоотборный зонд в выхлопную трубу, время измерения, режимы работы двигателя, условия безопасности, и тому подобное. Таким образом, если в России действующий один стандарт, который охватывает широкий круг вопросов относительно процедур контроля экологического состояния АТC и включает у себя и нормы выбросов, и методику измерения, и требования, к техническим и метрологическим характеристикам СИТ, то в большинстве западных стран таких стандартов, за проблематикой контроля отработанных газов, несколько. Например, из контроля токсичности действуют три отдельных взаимоувязываемых стандарта, с четким разделом полномочий: нормативы уровня выбросов; требования к газоанализаторам; процедура и методика применения газоанализатора. В настоящий момент на рынке России присутствуют разнообразные газоанализаторы, дымомеры, которые производятся во многих странах, с разными техническими характеристиками. Во время приобретения таких приборов необходимо учитывать, что они изготовлялись в соответствующих странах под свои национальные стандарты и, что особенно важно (это часто не учитывают потребители), под свои национальные системы метрологического контроля, в том числе поверки и калибровки, которые не совпадают с российскими, потому при эксплуатации этих приборов всегда возникают проблемы относительно обеспечения единства измерений и соответственно правомерности их использования. Важно сказать, что автомобиль должен иметь «свое» обслуживающее СТО.[22]

Однако на данный момент на территории Российской Федерации действуют требования двух национальных стандартов ГОСТ Р 52033-2003 и ГОСТ Р 52160-2003 которые не совпадают с требованиями технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», соответствующего требованиям европейских стандартов.

При сравнении требований стандарта ГОСТ Р 52033-2003 и ТР обнаружено, что они существенно отличаются: в первом нормируются и измеряются выбросы двух компонентов (СО и СН), во втором - четырех компонентов (CО, C_nН_m, NO_x, PM).