Соотношение основных компонентов вредных выбросов в двс

Компоненты отработавших газов	Выбросы двигателей, %
	бензиновых	дизельных
Азот	74...77	76.. .78
Кислород	0,3...8,0	2...18
Пары воды	3,0...5,5	0,5...4
Диоксид углерода СО2	5...12	1...10
Оксид углерода СО	1...10	0,01...0,5
Оксиды азота NOx	0..0,8	0..0,5
Углеводороды СnНm	0,2...2,0	0,009...0,5
Альдегиды	0..0,2	0,001. ..0,009
Сажа	0...0,004	0,1...1,1

Все выбрасываемые вещества токсичны, из канцерогенных углеводородов самым опасным является бензапирен. Отдельную группу вредных веществ представляют альдегиды – формальдегид, акролеин и ацетальдегид.

При использовании этилированного бензина выбрасываются также токсичные соединения свинца. Источником появления свинца в отработавших газах является тетраэтилсвинец, добавляемый в бензин в качестве антидетонатора. Из-за способности накапливаться в организме свинец является одним из наиболее ядовитых компонентов.

Взвешенные частицы являются весомым вредным компонентом отработавших газов дизельных двигателей. Они выбрасываются в виде аэрозолей, состоящих из жидких (конденсированные углеводороды) и твердых фракций. Твердые фракции представляют собой частицы сажи с адсорбированными на поверхности углеводородами, серой и ее соединениями с водой.

Состав компонентов отработавших газов ДВС изменяется в широких пределах и зависит от конструкционных параметров двигателя, от регулировочных характеристик и режимов работы. Часто указанные факторы действуют в качественно противоположных направлениях. Например, увеличение степени сжатия двигателя приводит к увеличению полноты сгорания, снижению выбросов оксида углерода и углеводородов, улучшению топливной экономичности, но при этом существенно возрастают выбросы оксида азота – следствие повышенных температур рабочих процессов в камерах сгорания ДВС.

Влияние нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя на выброс различных компонентов хорошо изучено и в основном связано с составом смеси. Значительное влияние на состав и количество выброса оказывают неустановившиеся режимы из-за вариации процессов смесеобразования и горения топлива в камерах сгорания цилиндров двигателей.

Принципы нормирования выбросов вредных веществ, сложившиеся вначале в США и затем получившие мировое распространение, можно сформулировать следующим образом.

Нормированию подлежат в первую очередь вредные вещества, доля которых в выхлопных газах наибольшая. Особо тщательно в стандартах по нормированию проработаны выбросы для дизельных двигателей – оксиды углерода и азота, углеводороды, взвешенные частицы. Европейские и другие страны мира в области нормирования экологических показателей Т и ТТМ ориентируются, в основном, на США. Однако принятые в Европе методы контроля экологических показателей, не отличаясь по принципиальным подходам (номенклатура нормируемых показателей, аппаратурные средства измерений и испытаний), имеют некоторые отличия от американских. Россия ориентируется на европейскую систему нормирования экологических показателей в рамках КВТ ЕЭК ООН.

Стандарты по экологии Т и ТТМ разделяются на два основных типа, предусматривающих:

• контроль экологических показателей при постановке на производ­ство и в процессе производства Т и ТТМ (в том числе это новые автомобили и прочие АТС);

• контроль экологических показателей в эксплуатации.

Приоритетными являются стандарты на новые Т и ТТМ. Рабочие операции испытаний для определения экологических показателей при производстве машин являются сложными и трудоемкими, требуют применения дорогостоящего, а в ряде случаев, уникального оборудования. Методы испытаний новых Т и ТТМ в максимальной степени учитывают все разнообразие режимов работы Т и ТТМ в эксплуатации. Все Правила ЕЭК ООН относятся именно к этому типу стандартов. Стандарты для контроля экологических параметров Т и ТТМ в эксплуатации носят диагностический характер и лишь отчасти связаны с соответствующими стандартами первого типа.

С 1970 года ЕЭК ООН введен ряд Правил, регламентирующих порядок Одобрения типа (сертификации), методы испытаний и экологические нормативы по основным типам Т и ТТМ и их двигателей. Правила № 15 и №83 регламентируют показатели токсичности легковых автомобилей и легковых грузовиков, Правила №40 и №47 – показатели токсичности мотоциклов и мопедов, Правило №24 – дымность отработавших газов всех Т и ТТМ с дизельными двигателями, Правило №49 – токсичность отработавших газов дизельных двигателей и Т и ТТМ с дизельными двигателями. На базе Правил ЕЭК ООН в России разработан ряд отрас-левых и государственных стандартов, устанавливающих методы испы-таний и предельно допустимые значения выбросов вредных веществ: ОСТ 37.001.054-86 (токсичность легковых автомобилей и легковых грузовиков); ОСТ 37.001.234-81 (токсичность дизельных двигателей и Т и ТТМ с дизельными двигателями); ОСТ 37.001.262-83 (токсичность мотоциклов); ОСТ 37.004.013-83 (токсичность мопедов); ГОСТ 17.2.2.01-84 (дымность дизельных двигателей и Т и ТТМ).

Грузовые автомобили и автобусы с бензиновыми двигателями Правилами ЕЭК ООН не регламентируются. Это объясняется том, что в западноевропейских странах на грузовых автомобилях и автобусах в подавляющем большинстве случаев применяются только дизельные двигатели. В России же грузовые автомобили и автобусы с бензиновыми двигателями выпускаются в большем количестве, чем с дизельными. В этой связи для оценки экологических показателей данных типов АТС и их двигателей в РФ применяется отраслевой стандарт – ОСТ 37.001.070-75.

В период с 1970 по 1987 годы разработан ряд стандартов для контроля экологических показателей Т и ТТМ в эксплуатации. Это стандарты ГОСТ 16533-70 и ГОСТ 17.2.2.03-87, регламентирующие содержание оксида углерода и углеводородов на холостом ходу при минимальной и повышенной частоте вращения коленчатого вала. Контроль отработавших газов Т и ТТМ с дизельными двигателями регламентируется ГОСТ 21393-75. Этим стандартом устанавливаются показатели дымности на режимах ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Технологии испытаний по определению выброса вредных веществ с отработавшими газами различных категорий транспортных средств различаются по двум основным причинам – различие условий работы в реальной эксплуатации и возможности воссоздания этих условий при испытаниях. Испытания легковых автомобилей и легких грузовиков проводятся по Правилам ЕЭК ООН №83. Автомобили категорий M₁ и N₁ вследствие их относительно небольших размеров и массы испытываются в условиях, наиболее близких к реальной эксплуатации.

Для таких Т и ТТМ могут проводиться испытания пяти типов:

1) испытания типа I – определение выбросов вредных веществ с отработавшими газами при движении Т и ТТМ по ездовому циклу на стенде с беговыми барабанами; испытуемая машина подготавливается с учетом цели испытаний, заправляется эталонным топливом, термостатируется. Газоанализатор перед испытаниями тарируется эталонными газами. Испытывается Т и ТТМ при движении по ездовому циклу, состоящему из двух частей. Первая часть имитирует движение в городе, вторая – пригородное движение. В процессе испытаний производится непрерывное измерение и суммирование всего объема разбавленных отработавших газов и непрерывный пропорциональный отбор части пробы в специальные эластичные емкости, из которых затем производится отбор проб на анализ. По окончании испытаний с помощью комплексного газоанализатора высокой точности (инструментальная погрешность не более 3%) определяется содержание в отобранных пробах нормируемых газов СО, СО₂, NО_x, С_nН_m;

2) испытания типа II осуществляются после испытаний типа I и за­ключаются в определении концентрации СО в отработавших газах на холостом ходу. Это простейший замер, при котором концентрация СО не должна превышать 3,5% по объему, а при любых положениях винта качества карбюратора – 4,5%. Испытания проводятся на бензиновых карбюраторных Т и ТТМ с искровым зажиганием, не оборудованных каталитическим нейтрализатором;

3) испытания типа III заключаются в определении давления газов в картере Т и ТТМ с искровым зажиганием. С целью недопущения выброса картерных газов в атмосферу в картере двигателя должно быть разрежение на всех испытательных режимах;

4) испытания типа IV – определение топливных испарений в атмо­сферу из системы питания Т и ТТМ (только с бензиновыми двигателями). Испытание состоит из двух основных частей: определение выброса углеводородов из системы питания при имитации суточного изменения температуры топлива в баке Т и ТТМ; определение выброса углеводородов из системы питания в результате «горячего» насыщения;

5) испытания типа V – определение надежности систем снижения выброса вредных веществ. Суть испытаний состоит в подтверждении способности систем снижения выброса вредных веществ сохранять свою эффективность при пробеге автомобиля до 80 тыс. км. При этом выброс вредных веществ автомобиля с пробегом 80 тыс. км при испытаниях типа I должен укладываться в предельные величины для нового Т и ТТМ.

Определение дымности отработавших газов Т и ТТМ с дизельными двигателями проводится по Правилам №24 ЕЭК ООН, в которых в качестве измерения видимых загрязняющих веществ используется коэффициент поглощения света выхлопными газами. Для этих процессов используются специальные приборы-денсиметры. Дымность отработавших газов определяется при полной подаче топ­лива с количеством измерений не менее шести, в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от максимальной до минимальной расчетной, включая режим максимальной мощности и крутящего момента. Дымность в каждой измеренной точке должна быть ниже предельных значений, установленных Правилами, в зависимости от расхода газов.

Полученная в результате испытаний величина коэффициента погло­щения наносится на международном знаке официального утверждения и является предельной величиной при инспекционном контроле двигателя как агрегата, так и Т и ТТМ в целом.