Нормы выбросов отработанных газов автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru/

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)

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 нейтрализаторами

Таблиця 3. Предельно допустимое содержание углерода и углеводородов в отработанных газах автомобилей, оборудованных нейтрализаторами

Нормативы Евро требуют также введения в Украине европейских стандартов на бензин и дизельное топливо.

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 табл. 5. Эти нормативы в ближайшее время запланированы к введению в Украине. 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 [1, 3], устанавливается соответствие конкретного типа автомобиля экологическим нормативам Евро. Требования стандарта [7] сориентированы на эксплуатационников АТЗ. Проверка автомобилей проводится на станциях технического обслуживания (СТО), автокооперативах, стоянках АТЗ, 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.

Фактически газоанализатор выступает в роли независимого инспектора, который диагностирует экологическое состояние автомобиля, потому важно для всех приведенных предприятий, организаций, учреждений иметь современные, автоматические газоанализаторы, которые отвечают требованиям национального стандарта [7]. Необходимо поддерживать техническое состояние газоанализатора, изменять по мере загрязнения входные пылевые фильтры, проводить, при необходимости, техническую коррекцию по газовыми смесями, удалять конденсат, вовремя выполнять их поверку с целью контроля метрологических характеристик. Кроме норм выбросов (дымности и токсичности), нормируют метрологические характеристики газоанализаторов и дымомеров [6, 7].

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 [15] устанавливает общие технические, в том числе метрологические требования и методы испытания средств измерительной техники (СИТ), а именно газоанализаторов, которыми измеряют объемные части определенных компонентов газовых выбросов колесных транспортных средств, и определяет условия, при которых такие СИТ должны отвечать всем требованиям документов Международной организации законодательной метрологии (OIML) к их эксплуатационным характеристикам.

Стандарт, в частности, применяют к газоанализаторам, которые используют согласно процедуре, определенной [15], 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).

Таблица 4. Нормативы вибросов отработанных газов - Евро 2

Таблица 5. Нормативы выбросов для больших пассажирских автомобилей и грузовиков - Евро 3 и Евро 4

Диапазоны измерения газоанализатора приведены в табл. 6. Значения максимально допустимых погрешностей (табл. 7) применяют к газоанализаторам при нормальных условиях эксплуатации -- основная погрешность. Стандарт [15] 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. В стандарте рассматривают СИТ трех классов точности: 0, I, II. Также четко прописанные значения и методики поверки характеристик газоанализатора: погрешность измерений, быстродействие, дрейф результатов измерений, стабильность нулевых показаний, чувствительность, действие неинформативных величин, влияние помех и не измеряемых величин; параметры окружающей среды, магнитные и электрические поля и т.д.

Другой международный стандарт [16] определяет процедуру, методику прямого измерения концентрации выбросов токсичных газов от колесных транспортных средств во время технического контроля или ТО. Стандарт применяют к АТС с максимально разрешенной полной массой, которая не превышает 3,5 т. Методику проверки используют полностью или частично во время: - технического контроля; - официальной проверки на дорогах (например, милицией); - ТО и диагностика.

Таблица 6. Диапазон измерения газоанализатора согласно с [15]

Таблица 7. Максимально допустимая погрешность измерения газоанализатора согласно с ISO 3930

Стандарт [16] 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 Украине 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. Стандарты [15, 16] гармонизованы Техническим комитетом стандартизации ТК 80 «Дорожный транспорт», секретариат которого ведет Государственное предприятие «Государственный автотранспортный научно-исследовательский и проектный институт» (ДП «Держ авто трансНДИпроект»), и теперь проходять процедуру согласования в соответствующих учреждениях.

В настоящий момент на рынке Украины 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 украинские потребители), под свои национальные системы метрологического контроля, в том числе поверки и калибровки, которые не совпадают с украинскими, потому при эксплуатации этих приборов всегда возникают проблемы относительно обеспечения единства измерений и соответственно правомерности их использования. Важно сказать, что как автомобиль должен иметь «свое» обслуживающее СТО, так и газоанализатор, дымомер должны иметь «свое» предприятие (аттестованное, лицензированное), что его изготовило, реализовало, и которое в дальнейшем обеспечивает постоянное техническое сопровождение, поставку рабочих газовых смесей, ремонт, калибровку и подготовку к поверке организациями Госпотребстандарта.

Среди таких предприятий, которые имеют необходимый опыт, соответствующую аккредитацию, оборудование, квалифицированный персонал, и могут провести полный комплекс работ из технического обслуживания, регламентных работ и метрологической подготовки газоанализаторов и дымомеров: «Аналитприлад» (м. Киев), НВФ «Спецприбор» (м. Луганск), «Аналитика» (м. Харьков), «Автоекоприлад» (м. Киев). Основным нормативно правовым актом, в котором регламентируются требования к газоанализаторам отработанных газов есть «Технической регламент относительно существенных требований к средствам измерительной техники» (дальше -- ТР) [17], в Дополнении 10 которого изложено требования к техническим, в том числе метрологических характеристик газоанализаторов отработанных газов.

Для газоанализаторов установлены два класса -- 0 и І. Соответствующие минимальные диапазоны измерения для этих классов приведены в табл. 8. Для каждого значения измеряемой объемной части максимально допустимая погрешность в нормируемых рабочих условиях, согласно п. 3.1.1 ТР, должна отвечать одной из двух величин (абсолютной или относительной погрешности) (табл. 9). Из приведенных для каждого компонента двух значений выбирают такую норму погрешности, которая отвечает большей абсолютной погрешности для данного значения объемной части. Абсолютную погрешность выраженно в единицах объемной части -- процентах или миллионных частях, относительную погрешность определенно как часть от деления абсолютной погрешности на действительное значение и выраженно в процентах. Требования [17] отличаются от требований [15] в части отсутствия газоанализаторов второго класса точности, газоанализаторы должны быть только нулевого или первого класса. При сравнении требований стандарта [7] и ТР [17] обнаружено, что они существенно отличаются: в первом нормируются и измеряются выбросы двух газов (СО и СН), во втором и [15] -- четырех газов (CО, CН, CО2, О2), разные диапазоны измерения, разные погрешности и тому подобное. Поэтому на это время целесообразная разработка национального стандарта, гармонизованного из [15].

Таблица 8. Классы и диапазоны измерений газоанализаторов

Таблица 9. Максимально допустимая погрешность

Выводы

1. Проведенный анализ подтвердил: невзирая на то, что стандарты [6, 7] разработаны в 2004 году и введены в строй в 2006 году, они уже нуждаются в пересмотре. Нормативы [7] в значительной мере не совпадают с требованиями ТР [17], который планируется к введению в действие в Украине, в части технических, в том числе метрологических характеристик к газоанализаторам. Также нормы [7] не отвечают требованиям Положения [17], чтобы согласованно Госпотребстандартом и ГАИ МВД, в Дополнении 3 которое регламентировано технические характеристики к приборам во время проведения государственного ТО автомобилей, в том числе к газоанализаторам. Одновременное действие в Украине национального ДСТУ, Положение о ТО автомобилей, международного стандарта [15] и ТР [17], в одной области применения, но с разными требованиями и параметрами, порождает конфликт интересов и дезориентирует владельцев АТС, органы ГАИ, экологические инспекции. ТР [17] разработано на основании соответствующей директивы ЕС, он подлежит внедрению в Украине с 2018 года. На это время определяется перечень международных стандартов, которые будут доказательной базой для этого ТР.

Поэтому в первую очередь следует упорядочить требования стандарта [6] и международного стандарта [15], который в ближайшее время станет действующим в Украине. 2. Нормативы выбросов для АТС при их выпуске на автозаводах и следующих проверках во время проведения ТО, в процессе эксплуатации должны быть разными (при выпуске более жесткими), номенклатура контролируемых экологических параметров должна быть отличная, эту особенность необходимо учесть при доработке стандартов [6, 7].

Литература

1. Гутаревич Ю. Ф., Зеркалов Д. В., Говорун А. Г., Корпач А. О., Мержиєвська Л. П. Екологія та автомобільний транспорт: Навчальний посібник. -- К.: Арістей, 2006. -- 292с.

2. Двигуни внутрішнього згорання: Серія підручників: у 6 т. -- ДВЗ / За ред. проф. А. П. Марченка та проф. А. Ф. Шеховцева. -- Харків: Прапор, 2004. -- Т. 5: Екологізація. -- 360 с.

3. Марков В. А., Баширов Р. М., Габитов И. И. Токсичность отрабтавших газов дизелів. -- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. -- 376с.

4. ГОСТ 17.2.2.02.-87. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями.

5. ГОСТ 21393-75. Автомобили с дизелями. Дымность отработавших газов.

6. ДСТУ 4276-04. Норми і методи вимірювань димності у відпрацьованих газах автомобілів з дизелями або газодизелями.

7. ДСТУ 4277-04. Норми і методи вимірювання вмісту оксиду вуглецю та вуглеводнів у відпрацьованих газах автомобілів, що працюють на бензині або газовому паливі.

8. Приміський В. П. Сучасні оптико-електронні схеми інфрачервоних газоаналізаторів // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. --2005. -- № 1(9). -- С. 77 -- 81.

9. Визнюк А. А., Примиский В. Ф. Компьютерные технологии в многоканальных инфракрасных газоаналізаторах, эколого-технологического мониторинга //Экотехнологии и ресурсосбережение. -- К.: --2000. -- № 2. -- С. 77--81.

10. Приміський В. П. Інфрачервоний газаналізатор. Патент України № 69503 // Бюл. винаходів. 2004. -- № 9.

11. Приміський В. П. Сучасні засоби інструментального контролю (газоаналізатори і газоаналітичні системи) відпрацьованих газів автомобілів // Автошляховик України. -- 2003.-- Окремий випуск. -- Жовтень. -- С. 53--55.

12. Примиский В.Ф. Пост экологического контроля автомобилей // Экологические системы и приборы. -- М.:Научтехлитиздат, 2006. -- С. 15--20.

13. Нещадін С.І., Маресова Т.А., Приміський В.П. Вимірювальний комплекс екологічного контролю вуглеводнів у викидах автотранспорту // Электроника и связь:Научно-техничекий сборник. Тематический выпуск. Проблемы электроники. Часть 2. НТУУ КПИ. -- К., 2007. -- С. 89--92.

14. Примиский В.Ф. Пламенно-ионизационный газоанализатор. Патент России № 2146048 // Бюл. изобр.2000. -- № 6.

15. ISO 3930:2000/ OIML R 99:2000. Instruments for measuring vehicle exhaust emissions (Засоби вимірювання шкідливих викидів).

16. ISO 3929:2003. Road vehicles -- Measurement methods for exhaust gas emissions during inspection or maintenance (Колісні транспортні засоби. Методи вимірювання шкідливих газових викидів під час технічного контролю чи технічного обслуговування).

17. Технічний регламент щодо суттєвих вимог до засобів вимірювальної техніки. Затв. Постановою Кабінету Міністрів України від 08.04.2009 № 332).

18. Наказ від 03.11.2008 Держспоживстандарту і ДАІ МВС України про «Тимчасове Положення про уповноваження cуб'єктів господарювання на проведення перевірки технічного стану колісних транспортних засобів під час державного технічного обслуговування».

Размещено на Allbest.ru