Соотношение основных компонентов вредных выбросов в ДВС

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-завариации 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, СО ₂, 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, апри 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 икрутящего 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.