Нормы выбросов отработанных газов автомобилей

Характеристика основных особенностей применения стандартов нормирования уровня выбросов токсичных газов. Метрологические характеристики газоанализаторов и дымомеров. Анализ выбросов отработанных газов автомобилей, знакомство с главными нормативами.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Нормы выбросов отработанных газов автомобилей

нормирование выброс токсический газ



В статье рассмотрены особенности применения национальных и международных стандартов относительно нормирования уровня выбросов токсичных газов и димности отработанных газов автомобилей. Проанализированы требования нормативных документов (НД), приведены технические характеристики, в том числе требования к метрологическим характеристикам газоанализаторов и дымомеров.

В Украине 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 [1--3]. 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 и 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 Мировой организации торговли (ВТО) и Европейского Союза (ЕС) не вызывает сомнений. До 2000 года в Украине действовал один единственный стандарт [4], который регламентировал уровень выбросов окисла углерода (СО) и углеводородов (СnHm) 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 двигателей. Уровень дымности дизельных двигателей регламентировался стандартом [5], 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 2004 года в Украине были разработаны и введены в строй два новых экологических национальных стандарты [6, 7], которые соответственно регламентируют нормы дымности и токсичности отработанных газов от АТС, которые работают на бензине или газовом топливе. Дымность автомобилей (двигателей) согласно [6] не должна превышать значения, приведенные в табл. 1. Принцип действия дымомера базируется на измерении оптической плотности сфокусированного потока света, который проходит через отработанный газ. Уровень ослабления светового потока к попаданию на отработанный газ и после прохождения через него и является мерой дымности. 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 [6]: - натуральным показателем (коэффициентом) поглащения K, м-1; - линейным показателем (коэффициентом) поглащения N, %. Натуральный показатель (коэффициент) поглащения , м-1 (light absorption coefficient or absorption coefficient) -- величина, обратная толщине слоя отработанных газов, проходя который, поток излучения от источника света дымомера ослаблюеться в е раз:



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, % (linear absorption coefficient or opacity) -- 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:

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:

Графическую зависимость натурального показателя поглощения K от линейного показателя N, а также таблицы пересчета значений N в K и K в N приведены в дополнении А ДСТУ 4276 [6]. Измерения дымности проводят с помощью приборов -- оптических дымомеров согласно методике выполнения измерений [6]. Дымомер должен быть оснащен каналом для измерения температуры оливы (от 0°С до 150 °С) и тахометром для измерения частоты вращения двигателя (от 0 об/мин до 6000 об/мин). Также в комплект дымомера входит принтер для печати результатов измерений. Основная привиденная погрешность измерений не должна превышать ± 2 %. Токсичность автомобилей (содержимое окисда углерода СО и углеводородов СnHm в отработанных газах автомобилей) проверяется с помощью специальных приборов -- автоматических инфракрасных газоанализаторов.

Таблица 1. Нормы дымности автомобилей(двигателей)

Автомобили	Предельно допустимый пок. ослабления свет. потока, К,м-1	Предельно допустимый пок. ослабления светового потока, N,%.
Автомобили с дизелями:
без наддува	2,5	66
с наддувом	3,0	73
Автомобили с газодизелями:
без наддува	1,7	52
с наддувом	2,0	58

Нормы выбросов автомобилей [7], которые работают на разных видах топлива приведено в табл. 2, 3. Содержание оксида углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей определяют во время работы двигателя в режиме холостого хода для двух частотах вращения коленчатого вала (дальше -- вала) -- минимальных (nмин) и повышенных (nпов), установленные производителем. Если значение этих частот не установлено предприятием-производителем в технических условиях или документах из эксплуатации автомобиля, то проверку осуществляют на nмин= 800 мин-1 ± 100 мин-1 и nпов= 2200 мин-1 ± 100 мин-1. Температура моторной оливы двигателя не должна быть меньшей 60 °С. Согласно требованиям [7] газоанализаторы должны измерять, кроме концентрации СО и СН, частоту оборотов двигателя, иметь вмонтированный принтер для печати результатов измерений, основная приведенная погрешность измерений для измерительных каналов концентрации СО и СН нормируется от 4 % до 6 %, а частоты оборотов -- 2 %.

Согласно [7] измеряется процентное, относительное содержание СО и СН, а нормативы Евро регламентируют массовые выбросы в г/км СО, СН и NОx на единицу пробега для легковых автомобилей и г/кВт*год для грузовых. Значительно отличаются методы и приборы для измерения. Согласно национальным требованиям применяется только инфракрасный метод измерения [8--10], а за нормами Евро -- инфракрасный для измерения СО, хемилюминесцентний для измерения NОx [11, 12], пламенно-ионизационный для измерения суммы углеводородов СnНm [13, 14]. Автомобиль проверяется на холостом ходе, что фактически можно провести даже в полевых условиях [7].

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). 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 дизельными двигателями. В табл.

4 приведены нормы Евро 2, которые введены в Украине с 2002 года, приказами тогдашних Минтрансу и Госстандарту Украины. Также есть Закон Украины № 2134-III от 07.12.2000 «О внесении изменений в некоторые законодательные акты Украины относительно регуляции рынка автомобилей в Украине». 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.

Таблица 2. Придельно допустимое содержание углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей, не оборудованных нейтрализа...