Содержание вредных веществ в отработавших газах автомобиля

Сравнительный анализ токсичности выхлопных газов автомобилей и пути ее снижения

Произведен анализ загрязнения атмосферы выбросами выхлопных газов автомобилей, описаны их вредные воздействия на окружающую среду и человека, предложено использование природного газа как альтернативного вида топлива в решении экологических проблем.

ABSTRACT

The analysis of atmospheric pollution emissions of exhaust gases of automobiles, described their harmful effects on the environment and humans, there is provided the use of natural gas as the alternative fuel in solving environmental problems.

Ключевые слова: экологические проблемы; отработавшие газы; вредные компоненты; автомобильный транспорт; загрязнение; природный газ; пассажирские перевозки.

Keywords: ecological problems; exhaust gases; harmful components; automobile transport; pollution; natural gas; passenger transportation.

С ускорением развития производства автомобилей увеличивается количество машин, что является причиной образования пробок на улицах. Это, в свою очередь приводит к резкому росту массового количества токсичного дыма, выходящего из автомобилей, что оказывает вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. В выхлопных газах содержится около 220 вредных веществ, в том числе окись углерода (CO), углеводород (CH), оксид азота (NOx) и другие газы. Наиболее опасны для здоровья человека: оксид углерода, диоксид азота, которые оказывают отрицательное влияние на сердечно сосудистую и дыхательную системы. В течение суток автомобиль выбрасывает до 1 кг выхлопных газов. Химический состав выхлопных газов опасен не только для здоровья человека, но и животных, растений, почвы, воды. Кроме того в республиках СНГ в связи с засушливостью погоды в атмосферном воздухе в течении 8-9 месяцев содержится пыль, частицы которой так же вредны для организма человека и являются причиной болезни дыхательных путей, дерматитов, конъюнктивитов и др. заболеваний.

В отработавших газах может содержаться свинец, который опасен для умственного развития людей и особенно губителен для детей, поскольку дети более чувствительны к воздействию токсичного металла. Он опасен еще тем, что накапливается в организме.

Содержащаяся в выбросах сера окисляется и образуются два соединения — диоксид серы (SO2) и триоксид (SO3) серы. При растворении в воде диоксид серы образует кислотные дожди, которые губят растения, увеличивают кислотность озер. Даже при среднем содержании оксидов серы в воздухе (100 мкг/м3), что нередко имеет место в больших городах, растения приобретают желтоватый оттенок. Повышение уровня оксидов серы в воздухе приводит к учащению заболевания дыхательных путей. При совместных концентрациях диоксида серы и взвешенных частиц (в виде сажи и пыли) в у взрослых и детей могут наблюдаться изменения в работе легких.

Химические элементы попадают в организм с выхлопными газами и с выбросами промышленных объектов. Доля загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу от автомобилей составляют 75-90 %. Опасности от выхлопных газов превалируют в крупных городах. Выхлопные газы влияют на демографию, рост инвалидности, на здоровье населения. Стремительное развитие автомобильной промышленности, потоки машин в мегаполисах, многочасовые пробки, все это в конечном итоге наносит огромный вред здоровью населения. Загрязнение окружающей среды отрицательно влияет на организм, если физические и химические параметры превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) [1].

В настоящее время мировой автомобильный парк насчитывает более 750 млн единиц и продолжает расти. По статистике каждые две секунды с конвейеров автомобильных заводов сходит новый автомобиль, что приводит к резкому повышению автомобилизации населения мира. В 2005 г. на 1000 человек в мире приходилось около 120 автомобилей, а в 2025 г. эта цифра увеличится до 160 единиц [2].

По оценкам зарубежных специалистов, если сегодняшний темп прироста автомобилей сохранится в ближайшие 20 лет, то уже к 2025 г. в мире будет свыше 1,5 млрд автомобилей. Естественно, что столь интенсивное развитие автотранспорта стало оказывать серьёзное негативное воздействие на все компоненты биосферы, причем наибольшая доля загрязнения атмосферы выхлопными газами приходится легковому автомобилю (рис.1).

Рисунок 1. Структурные доли загрязнения окружающей среды различными видами автомобилей, %

Так, только один легковой автомобиль поглощает из атмосферы за год в среднем больше 4 т кислорода, выбрасывая с отработавшими газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов.

Только в России общее количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобильным транспортом в атмосферу, превышает цифру в 30 млн т.[ 2 ].

Состав и объёмы выбросов во многом зависят от типа двигателя автотранспортного средства. В табл. 1 показан состав вредных веществ в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей.

Таблица 1.

Состав вредных веществ в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей. [ 2 ].

Диагностирование бензиновых двигателей по составу отработавших газов

Обычная практика контроля работы двигателя внутреннего сгорания – проверка состава выхлопных газов с помощью четырех или пятикомпонентного газоанализатора. Для проверки норм на токсичность определяют содержание в выхлопных газах окиси углерода (СО), углеводорода (СН), кислорода (О2) и двуокиси углерода (СО2). Своевременно обслуживаемый и правильно эксплуатируемый автомобиль способен удовлетворить нормы на токсичность с пробегом до 500000 километров.
Чтобы хорошо разобраться, необходимо рассмотреть каждый из определяемых компонентов.

УГЛЕВОДОРОДЫ (СН) – это компоненты несгоревшего топлива, их содержание измеряется в частях на миллион по объему (РРМ). Нормально работающий двигатель сжигает в цилиндрах практически все топливо, допустимое содержание СН должно быть менее 50 РРМ. Повышенное содержание СН может объясняться, например, большим потреблением масла через слабые уплотнительные кольца поршней. Чаще всего увеличенное содержание СН вызывается неполадками в системе зажигания. При этом следует проверить:
• Свечи.
• Высоковольтные провода.
• Крышку и ротор распределителя (если имеются).
• Синхронизацию зажигания.
• Катушки зажигания.

ОКИСЬ УГЛЕРОДА (СО) – неустойчивое химическое соединение, легко вступающее в реакцию с кислородом, дающую двуокись углерода СО2. СО – ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха. Вступая в легких в реакцию с воздухом, лишает мозг кислорода. Уровень СО в выхлопных газах для современных автомобилей с впрыском топлива не должен превышать 0,5%.
Возможные причины повышения содержания СО:
• Засорение воздушного фильтра.
• Нарушение оборотов двигателя на холостом ходу.
• Неисправность системы вентиляции картера.
• Повышенное давление топлива.
• Любые другие неисправности, приводящие к работе двигателя на богатых смесях.

КИСЛОРОД (О2) – в воздухе его 21%, и в цилиндрах двигателя большая часть вступает в реакцию с топливом. Уровень кислорода в выхлопных газах должен быть низким, не более 0,5%. Более высокие значения, особенно на холостом ходу означают утечку во впускном тракте.

ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА (СО2) – результат соединения углерода из топлива с кислородом воздуха. Допустимое содержание 12-15%. Высокое значение свидетельствует о хорошей работе двигателя. Низкий уровень СО2 говорит о том, что топливная смесь бедная или богатая. Повышенная концентрация СО2 в атмосфере способствует развитию парникового эффекта.
Ну вот, мы коротко рассмотрели каждый из компонентов. Теперь хочу остановиться на этих компонентах более подробно.

ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ СН В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ:
Наиболее вероятной причиной являются пропуски в системе зажигания, когда несгоревшее топливо начинает поступать в выпускной тракт. Перечислю возможные неисправности:
1. Неисправность высоковольтных проводов;
2. Загрязнение свечей;
3. Повреждение катушки зажигания;
4. Неисправность крышки или ротора распределителя;
5. Нарушение установочного угла опережения зажигания;
6. Неисправность датчика положения коленчатого вала;
7. Неисправность электронного модуля зажигания.
Другой возможной причиной может быть работа на переобедненной смеси, которая плохо воспламеняется. При этом возможны такие неисправности:
1. Негерметичность впускного тракта;
2. Утечка разряжения, например, через трещину в вакуумном шланге;
3. Негерметичность дроссельного патрубка или карбюратора;
4. Ослабла или сломана пружина выпускного клапана.
В непрогретом двигателе условия сгорания смеси не оптимальные из-за конденсации паров топлива на стенках цилиндров, и содержание СН в выхлопных газах выше нормы.
Повышенное содержание СН – это признак неполного сгорания топлива, и тогда двигатель работает не экономично. После устранения неисправностей связанных с повышенным содержанием СН, экономичность двигателя улучшается.
Замечу, что при обогащении смеси растет содержание СО, поэтому этот газ называется индикатором обогащения. По аналогичным соображениям повышенное содержание кислорода – это индикатор обеднения.

ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ СО В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ:
Избыток СО в выхлопных газах означает, что в цилиндрах имеется избыток топлива или недостаток кислорода. Прт этом образуется богатая смесь и топливо сгорает не полностью.
Перечислю возможные причины:
1. Не исправен регулятор давления топлива (например, утечка через диафрагму);
2. Повышенное давление топлива (например, засорился обратный топливопровод);
3. Неисправность в системе улавливания паров топлива в баке;
4. Засорился воздушный фильтр или клапан в системе вентиляции картера.

ПОВЫШЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ СН И СО В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ:
Это происходит, если топливная система подает в цилиндры двигателя богатую смесь или при переобогащении смеси из-за неисправности в системе зажигания. Например, если свеча загрязнена, искрообразование может не последовать. Не прореагировавший кислород поступит в выпускной тракт, где будет воспринят датчиком кислорода как признак бедной смеси. Электронный блок управления двигателем (ЭБУ) выдаст сигнал на обогащение смеси, искрообразование может еще ухудшиться, а в выхлопных газах будет еще больше СО и СН. В этом случае следует искать неисправность в системе зажигания.

А как убедиться, что система управления двигателем работает в замкнутом режиме ( с обратной связью от датчика кислорода)?
В системе управления впрыском топлива датчик кислорода (ДК)выполняет функцию определения концентрации кислорода в выхлопных газах и входит в состав электронного сравнивающего устройства (компаратора). На одном входе компаратора – сигнал, фиксирующий текущий состав рабочей смеси, на другом – электронный сигнал, соответствующий стехиометрическому составу смеси. Компаратор работает в режиме релейного регулирования.

Чтобы проверить систему регулирования надо:
1. Подключить стрелочный вольтметр к выходу датчика кислорода, используя булавку. Запустить и прогреть двигатель. Сигнал на выходе ДК исправного прогретого двигателя на холостом ходу должен переключаться между уровнями 0,2-0,8 В с частотой 4-10 Гц. Стрелка вольтметра в режиме измерения установившегося постоянного напряжения должна слегка колебаться в районе 0,45 В.
2. Глядя на вольтметр, отсоединить от впускного коллектора вакуумный шланг. Напряжение на выходе датчика упадет ниже 0,3 В, это реакция на обеднение смеси из-за утечки разряжения. ЭБУ в режиме с обратной связью компенсирует избыток кислорода подачей дополнительного топлива, смесь опять станет стехиометрической, стрелка вольтметра опять вернется к напряжению 0,45 В.
3. Наблюдая за стрелкой вольтметра, из баллона с пропаном выпустить немного газа перед воздухозаборником двигателя. На некоторое время вольтметр покажет 0,8 В, индуцируя богатую смесь. Затем ЭБУ отработает это возмущение, уменьшив подачу топлива через форсунки. Режим опять станет стехиометрическим, стрелка прибора будет колебаться в районе 0,45 В.

НЕОБХОДИМОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА (О2) И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА (СО2) В ВЫХЛОПНЫХ ГАЗАХ:
Информации, получаемой от двухкомпонентного газоанализатора по содержанию компонентов СО и СН, может быть недостаточно для диагностирования состояния двигателя, да к тому же эти газы влияют друг на друга в каталитическом нейтрализаторе. В то же время повышенное содержание кислорода в выхлопных газах – это индикатор работы на обедненной смеси. Только следует иметь в виду, что негерметичность в выпускном тракте также приводит к повышенному содержанию кислорода в выхлопных газах и отсюда к ложному указанию на обеднение смеси за счет подсоса воздуха. Чтобы быть уверенным в показаниях газоанализатора по параметру О2, необходимо убедиться в исправности выпускного тракта.
Для этого следует сравнить показания газоанализатора на холостых оборотах и для режима 2500 об/мин:
• Если содержание кислорода высокое в обоих случаях – смесь бедная в обоих случаях – выпускной тракт исправен.
• Если содержание кислорода мало на холостых оборотах и велико на 2500 оборотах – выпускной тракт исправен, но в нем установлен нейтрализатор с инжекцией (дополнительной подачей) воздуха.
• Если на холостых оборотах содержание кислорода велико, а на 2500 оборотах мало – скорее всего имеется небольшая утечка, незаметная при больших выбросах выхлопных газов в выпускном тракте.
Содержание двуокиси углерода СО2 – мера эффективности процесса сгорания топлива в двигателе. Норма 12- 17 %, при стехиометрическом составе смеси содержание СО2 максимально, в иных случаях содержание СО2 понижается. Сам по себе значение содержания СО2 не позволяет сделать вывод, бедная смесь или богатая, необходимо дополнительно учитывать показания СО и СН.

Читайте также  Рейтинг автомобильных видеорегистраторов 2018

ОКИСЛЫ АЗОТА NO И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ:
Окислы азота формируются в камере сгорания двигателя при температуре выше 1370*С (2500*F) или при большом давлении. При соединении окислов азота с углеводородными компонентами СН (остатки несгоревшего топлива) в атмосфере под воздействием солнечных лучей образуется фотохимический смог, вредный для органов дыхания человека.
Окись азота – бесцветный газ без вкуса и запаха. Двуокись азота NO2- рыжеватый газ с кислым едким запахом. Из этих компонентов в камере сгорания двигателя образуется группа окислов азота.
Содержание окислов азота в выхлопных газах определяют с помощью пятикомпонентного газоанализатора. Окислы азота формируются при работе двигателя под нагрузкой. Поэтому измерения приходится проводить на динамометрическом стенде или в поездке портативным газоанализатором.
Эффективной мерой борьбы против образования окислов азота, является применение системы рециркуляции выхлопных газов.
Исправный автомобиль под нагрузкой должен иметь содержание окислов азота в выхлопных газах менее 1000 РРМ, на холостых оборотах – менее 100 РРМ.

Повышенное содержание окислов азота в выхлопных газах обычно возникает, когда:
• Двигатель перегрет.
• Топливная смесь бедная.

Образование окислов азота нарпямую связано с температурой в камере сгорания. Горение бедной смеси происходит с повышением температуры.
При повышенном содержании окислов азота следует проверить:
1. Систему охлаждения двигателя;
2. Работу клапана и целостность патрубков в системе рециркуляции выхлопных газов;
3. Топливную систему на предмет обеднения смеси.

Содержание вредных веществ в отработавших газах автомобиля. Методы контроля

В соответствии с пунктом 1 Статьи 17 и пунктом 2 Статьи 30 Федерального закона РФ от 04.05.1999 № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха», Статьи 45 Федерального закона РФ от 10.01.2002 № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды», запрещается производство и эксплуатация транспортных и иных передвижных средств, содержание вредных (загрязняющих) веществ в выбросах которых превышает установленные технические нормативы выбросов.

В пункте 3 Российского Технического регламента содержится определение понятия «выбросы» — это выбросы вредных (загрязняющих) веществ, которыми являются отработанные газы двигателей внутреннего сгорания и испарения топлива автомобильной техники, содержащие вредные (загрязняющие) вещества (оксид углерода (СО), углеводороды СmНN, оксиды азота (NOx) и дисперсные частицы). В зависимости от уровня выбросов автомобильной технике и двигателю внутреннего сгорания присваивается соответствующий экологический класс — классификационный код.

Нормы и методы контроля выбросов содержатся в ряде национальных стандартов Российской Федерации. Рассмотрим подробнее некоторые из них.

1. ГОСТ 33997-2016 «Колесные транспортные средства. Требования к безопасности в эксплуатации и методы проверки» .

ГОСТ распространяется на находящиеся в эксплуатации автотранспортные средства с бензиновыми двигателями категорий М1, М2, М3, N1, N2, N3, оснащенные или не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (исключение составляют автомобили, чья полная масса составляет менее 400 кг или максимальная скорость не превышает 50 км/ч).

ГОСТ устанавливает нормы и методы измерения видимых загрязняющих веществ отработавших газов (дымности) в режиме свободного ускорения для автомобилей категорий М1, М2, М3, N1, N2, N3, находящихся в эксплуатации, которые оснащены двигателями с воспламенением от сжатия.

Стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода и углеводородов, нормативное значение коэффициента избытка воздуха и методы контроля при оценке технического состояния систем автомобиля и двигателя.

Проверки автомобилей на соответствие требованиям данного стандарта могут проводиться в следующих случаях:

  • на предприятиях, изготавливающих двигатели и автомобили, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях серийной продукции;
  • при сертификационных испытаниях;
  • при контроле технического состояния находящихся в эксплуатации автомобилей в порядке, установленном специально уполномоченными органами;
  • на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих автомобили, при техническом обслуживании, ремонте и регулировке агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение содержания нормируемых компонентов в отработавших газах;
  • на предприятиях, осуществляющих капитальный ремонт автомобилей.

2. ГОСТ Р 54942-2012 «Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы вредных (загрязняющих) веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

ГОСТ распространяется на находящиеся в эксплуатации на территории Российской Федерации транспортные средства категорий M и N с искровыми двигателями:

  • монотопливные, работающие на сжиженном нефтяном газе (СНГ), компримированном природном газе (КПГ) или сжиженном природном газе (СПГ);
  • многотопливные, работающие на СНГ, КПГ или СПГ, а также допускающие работу на бензине.

Стандарт устанавливает нормативные значения содержания загрязняющих веществ в отработавших газах автомобилей (оксида углерода и углеводородов), коэффициента избытка воздуха, требования к техническому состоянию систем двигателя, а также методы контроля при оценке технического состояния.

Необходимо отметить, что начиная 2003 года, то есть с даты вступления в силу Федерального закона от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании», национальные стандарты носят рекомендательный характер и применяются на добровольной основе, а в соответствии с пунктом 4 Статьи 17 Федерального закона РФ № 96-ФЗ транспортные и иные передвижные средства, выбросы которых оказывают вредное воздействие на атмосферный воздух, подлежат регулярной проверке на соответствие таких выбросов техническим нормативам выбросов в порядке, определенном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти.

Для реализации данного пункта Правительством Российской Федерации было принято соответствующее Постановление от 06.02.2002 № 83 «О проведении регулярных проверок транспортных и иных передвижных средств на соответствие техническим нормативам выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух», которое действует и в настоящее время. В частности, согласно подпункта «а» пункта 2 данного Постановления проверки автотранспортных средств должны осуществляться во время их технического осмотра.

Так, например, в соответствии с пунктом 32 Приложения № 1 к Правилам проведения технического осмотра транспортных средств, утвержденным Постановлением Правительства РФ от 05.12.2011 № 1008 , при проведении технического осмотра к двигателю и его системе предъявляется требование о том, что содержание загрязняющих веществ в отработавших газах транспортных средств должно соответствовать следующим требованиям:

  • для транспортных средств с бензиновыми двигателями — ГОСТ 33997-2016 «Колесные транспортные средства. Требования к безопасности в эксплуатации и методы проверки» ;
  • для газобаллонных транспортных средств — ГОСТ Р 54942-2012 « Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы вредных (загрязняющих) веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния »;
  • для транспортных средств с дизелями уровень дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения не должен превышать значение коэффициента поглощения света, указанного в документах, удостоверяющих соответствие транспортного средства Правилам ЕЭК ООН № 24-03, или на знаке официального утверждения, нанесенном на двигатель или транспортное средство, или установленных изготовителем, а при отсутствии выше указанных сведений не должен превышать 2,5 м–1 — для двигателей без наддува, 3 м–1 — для двигателей с наддувом.

Итоги технического осмотра фиксируются в диагностической карте.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что у субъекта транспортной деятельности нет обязанности по осуществлению самостоятельного или с привлечением специализированной аккредитованной лаборатории экологического контроля за содержанием выбросов автотранспорта. На законодательном уровне его проведение предусмотрено во время осуществления технического осмотра транспортных средств. Однако стоит учитывать, что в случае обнаружения при осуществлении государственного экологического контроля превышения указанных нормативов у выпущенного на линию автотранспорта на должностное лицо, ответственное за выпуск, могут быть наложены штрафные санкции в соответствии со ст. 8.22 Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях.

Извлечение из Кодекса Российской Федерации об административных правонарушениях.

Статья 8.22 КоАП РФ. Выпуск в эксплуатацию механических транспортных средств с превышением нормативов содержания загрязняющих веществ в выбросах либо нормативов уровня шума.

Допуск к полету воздушного судна, выпуск в плавание морского судна, судна внутреннего водного плавания или маломерного судна либо выпуск в рейс автомобиля или другого механического транспортного средства, у которых содержание загрязняющих веществ в выбросах либо уровень шума, производимого ими при работе, превышает нормативы, установленные государственными стандартами Российской Федерации, — влечет наложение административного штрафа на должностных лиц в размере от пятисот до одной тысячи рублей.

Содержание вредных веществ в отработавших газах автомобиля

ГОСТ Р 52033-2003

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Автомобили с бензиновыми двигателями

ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ

Нормы и методы контроля при оценке технического состояния

Motor vehicles with petrol engines. Emission of the exhaust gas pollutants.
Norms and methods of the control for estimation of technical condition

Дата введения 2004-01-01

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта" (НИИАТ) Министерства транспорта Российской Федерации, Государственным научным центром Российской Федерации — Научно-исследовательским автомобильным и автомоторным институтом (ГНЦ НАМИ) и Всероссийским научно-исследовательским институтом метрологической службы Госстандарта России (ВНИИМС)

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 315 "Эксплуатация автомобильного транспорта и автотранспортные услуги"

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 27 марта 2003 г. N 100-ст

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие Приказом Росстандарта от 02.05.2012 N 63-ст c 01.07.2012

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 7, 2012 год

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на находящиеся в эксплуатации автотранспортные средства с бензиновыми двигателями (далее — автомобили) категорий , , , , , *, оснащенные или не оснащенные системами нейтрализации отработавших газов.

* Определение категорий приведено в соответствии с приложением 7 Сводной резолюции о конструкции транспортных средств (СР.3 документ TRANS/SC.1/WP.29/78/Amend.3).

Настоящий стандарт устанавливает нормативные значения содержания в отработавших газах автомобилей оксида углерода и углеводородов, нормативное значение коэффициента избытка воздуха и методы контроля при оценке технического состояния систем автомобиля и двигателя.

Требования настоящего стандарта должны быть обеспечены конструкцией и качеством изготовления автомобилей при производстве и соблюдением правил их технической эксплуатации, установленных изготовителем.

Настоящий стандарт распространяется на транспортные средства, по своей технической характеристике попадающие под действие ГОСТ Р 41.83 и ГОСТ Р 51832.

Читайте также  Система охлаждения и смазки двигателя автомобиля

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 41.83-2004 (Правила ЕЭК ООН N 83) Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств в отношении выбросов вредных веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей

ГОСТ Р 51832-2001 Двигатели внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, работающие на бензине, и автотранспортные средства полной массой более 3,5 т, оснащенные этими двигателями. Выбросы вредных веществ. Технические требования и методы испытаний

ГОСТ 12.1.003-83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.012-90* Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 12.1.012-2004, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

3 Определения и обозначения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями и обозначение:

3.1 автомобили, находящиеся в эксплуатации: Автомобили, прошедшие регистрацию в установленном порядке.

3.2 рабочая температура охлаждающей жидкости или моторного масла: Температура охлаждающей жидкости или моторного масла, рекомендованная изготовителем для работающего двигателя.

3.3 коэффициент избытка воздуха, : Безразмерная величина, представляющая собой отношение массы воздуха, поступившей в цилиндр двигателя, к массе воздуха, теоретически необходимой для полного сгорания поданного в цилиндр топлива, рассчитываемая по результатам анализа состава отработавших газов автомобилей.

3.4 система нейтрализации отработавших газов: Совокупность устройств, включающая в себя, как правило, каталитический нейтрализатор и функционально связанные с ним датчики и управляющие системы, обеспечивающая снижение выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами при работе двигателя в различных режимах.

3.5 экологический класс: Классификационный код, характеризующий транспортное средство в зависимости от уровня выбросов вредных загрязняющих веществ.

3.6 изготовитель: Лицо, осуществляющее изготовление транспортного средства (шасси).

3.5, 3.6 (Измененная редакция, Изм. N 1).

3.7 диагностический индикатор: Световой индикатор, расположенный на панели приборов автомобиля, со стилизованным изображением контура двигателя или надписями "Проверь двигатель" ("Check engine"), "Обслужи двигатель" ("Service engine soon") и т.п., информирующий водителя о появлении неисправностей в системах управления двигателем и нейтрализации отработавших газов.

3.8 встроенная (бортовая) система диагностирования двигателя: Совокупность входящих в конструкцию автомобиля устройств, обеспечивающих своевременное информирование водителя о неисправностях в системах управления двигателем и нейтрализации отработавших газов, а также накопление этой информации в процессе эксплуатации.

4 Нормативные значения содержания загрязняющих веществ и коэффициента избытка воздуха

4.1 Содержание оксида углерода и углеводородов в отработавших газах определяют при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной () и повышенной () частотах вращения коленчатого вала двигателя, установленных изготовителем автомобиля:

При отсутствии данных, установленных изготовителем автомобиля:

— значение не должно превышать:

1100 мин для автомобилей категорий и ,

900 мин для автомобилей остальных категорий;

— значение устанавливают в пределах:

2500-3500 мин для автомобилей категории М и N, не оборудованных системами нейтрализации;

2000-2800 мин для автомобилей категории М и N, оборудованных системами нейтрализации, и для автомобилей остальных категорий независимо от их комплектации.

4.2 Содержание оксида углерода и углеводородов должно быть в пределах значений, установленных изготовителем для целей оценки соответствия типа транспортного средства перед его выпуском в обращение, а при отсутствии таких данных — не должно превышать значений, указанных в таблице 1.

Категории и комплектация транспортных средств (экологический класс)

Из чего «состоят» выхлопные газы автомобиля?

Сейчас, благодаря СМИ, под пристальным вниманием общественности находится тема экологии Планеты, а именно ее насыщение и загрязнение выхлопными газами автомобилей. Особенно внимательно люди отслеживают и обсуждают такой растиражированный в прессе побочный результат повсеместной автомобилизации как «парниковый эффект» и вред выхлопных газов дизельных автомобилей.

Однако, как известно выхлопные газы, выхлопным газам – рознь, несмотря на то, что все они опасны для организма человека и других форм жизни на Земле. Так что делает их опасными? И что отличает их друг от друга? Посмотрим под микроскопом из чего состоит сизый смог вылетающий из выхлопной трубы. Углекислый газ, копоть, оксид азота и некоторые другие не менее опасные элементы.

Ученные отмечают, что экологическая обстановка во многих промышленно развитых и развивающихся странах значительной улучшилась за последние 25 лет. В основном это связано с постепенным, но неминуемым ужесточением экологических норм, а также переносом производств на другие континенты и в другие страны, в том числе в Восточную Азию. В России, Украине, и других странах СНГ, большое количество предприятий было закрыто из-за политических и экономических потрясений, что с одной стороны создало чрезвычайно сложную социально-экономическую обстановку, но в значительной мере улучшило экологические показатели этих стран.

Тем не менее, по данным ученных-исследователей, наибольшую опасность для нашей зеленой планеты представляют именно автомобили. Даже при поэтапном ужесточении норм выбросов вредных веществ в атмосферу, в связи с ростом количества автомобилей, результаты этой работы, увы, нивелируются.

Если сегментировать общую массу разнообразных транспортных средств присутствующих сейчас на планете, наиболее грязными остаются дизельные моторы, особенно опасны автомобили с данным типом топлива превышением по оксиду азота. Несмотря на десятилетия разработок и заверения автопроизводителей о том, что они смогут сделать дизели чище, оксид азота и мелкие частицы сажи по-прежнему остаются главными врагами дизеля.

Именно в связи с данными проблемами, связанными с использованием дизельных двигателей, такие крупные немецкие города, как Штутгарт и Мюнхен в настоящее время обсуждают запрет на использование автомобилей, работающих на тяжелом топливе.

Вот исчерпывающий список вредных веществ, входящих в выхлопные газы и вред, наносимый здоровью человека при их вдыхании

Выхлопные газы

Отходящие газы – это газообразные отходы, возникающие в процессе преобразования жидкого углеводородного топлива в энергию на которой работает ДВС путем сгорания.

Бензол

Бензол содержится в небольших количествах в бензине. Бесцветная, прозрачная, легко подвижная жидкость.

Как только вы заполняете бак своего автомобиля бензином, первое с первым опасным для здоровья веществом, с которым вы будете контактировать, – это именно бензол, испаряющийся из бака. Но наиболее опасен бензол при сгорании топлива.

Бензол является одним из тех веществ, которые могут вызывать рак у человека. Тем не менее, решающее сокращение в воздухе опасного бензола было достигнуто много лет назад с помощью трехходового катализатора.

Мелкая пыль (твердые частицы)

Этот загрязнитель воздуха является неопределенным веществом. Лучше сказать, что это комплексная смесь веществ, которая может отличаться по происхождению, форме и своему химическому составу.

В автомобилях сверхмелкий абразив присутствует в любых формах эксплуатации, скажем, при износе шин и тормозных дисков. Но наибольшую опасность представляет сажа от выхлопных газов. Ранее этим неприятным моментом в эксплуатации страдали исключительно дизельные двигатели. Благодаря установке фильтров твердых частиц ситуация значительно улучшилась.

Теперь схожая проблема появилась и бензиновых моделей, поскольку они все чаще используют системы прямого впрыска топлива, что приводит к побочному производству еще более мелких твердых частиц, чем у дизельных двигателей.

Однако, по данным ученных исследующих природу проблемы, всего 15% мелкой пыли, осаждающейся в легких, производят автомобили, источником опасного явления может быть любая деятельность человека, от сельского хозяйства, до лазерных принтеров, каминов и конечно же сигарет.

Здоровье жителей мегаполисов

Фактическая нагрузка на организм человека от выхлопных газов зависит от объема трафика и погодных условий. Тот, кто живет на оживленной улице, подвергается воздействию оксидов азота или мелкой пыли значительно сильнее.

Выхлопные газы не одинаково опасны для всех жителей. Здоровые люди практически никак не почувствуют «газовую атаку», хотя интенсивность нагрузки от этого не снизиться, а вот состояние здоровья астматика или человека с сердечно-сосудистыми заболеваниями может значительно ухудшиться ввиду наличия выхлопных газов.

Углекислый газ (CO2)

Вредный для всего климата планеты газ неизбежно возникает при сжигании ископаемых видов топлива, таких как дизельное топливо или бензин. С точки зрения CO2 дизельные двигатели немного “чище”, чем бензиновые, потому что они в основном потребляют меньше топлива.

Для человека CO2 безвреден, но не является таковым для природы. Парниковый газ CO2 отвечает за большую часть глобального потепления. По данным Федерального Министерства окружающей среды Германии, в 2015 году доля углекислого газа в общем объеме выбросов парниковых газов составила 87,8 процента.

С 1990 года выбросы углекислого газа почти непрерывно сокращаются, в общей сложности уменьшившись на 24,3 процента. Однако, несмотря на производство все более экономичных двигателей, рост автомобилизации и увеличение грузового движения нивелирует попытки ученных и инженеров уменьшить вред. Ввиду чего выбросы углекислого газа остаются на высоком уровне.

Кстати: весь автотранспорт, скажем, Германии несет ответственность “только” за 18 процентов выбросов CO2. Более чем в два раза больше, 37 процентов, уходит на выбросы энергетики. В США картина противоположенная, там наиболее серьезный урон природе наносят именно автомобили.

Окись углерода (Co, угарный газ)

Чрезвычайно опасный побочный продукт горения. Монооксид углерода представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Соединение углерода и кислорода возникает при неполном сжигании углеродсодержащих веществ и является крайне опасным ядом. Поэтому качественная вентиляция в гаражах и подземных паркингах имеет важное значение для жизни их пользователей.

Даже небольшое количество окиси углерода приводит к повреждению организма, несколько минут проведенных в плохо проветриваемом гараже с работающим автомобилем может убить человека. Будьте предельно осторожны! Не прогревайте автомобиль в закрытых боксах и помещениях без вентиляции!

Но насколько опасен оксид углерода на открытом воздухе? Проведённый в Баварии эксперимент показал, что в 2016 году средние значения, показанные измерительными станциями, оказались между 0,9-2,4 мг/м 3 , оказались значительно ниже предельных показателей.

Для обывателя озон не является каким-то опасным или токсичным газом. Однако, в реальности это не так.

Под воздействием солнечного света углеводороды и окись азота превращается в озон. Через дыхательные пути озон попадает в организм и приводит к повреждению клеток. Последствия, влияния озона: местное воспаление дыхательных путей, кашель и одышка. При небольших объемах озона никаких проблем с последующим восстановлением клеток организма не возникнет, но при больших концентрациях этот безобидный с виду газ может спокойно убить здорового человека. Не зря в России этот газ отнесен к самому высокому классу опасности.

С изменением климата повышается риск появления высоких концентраций озона. Ученые считают, что к 2050 году озоновая нагрузка должна резко возрасти. Для решения проблемы, окислы азота, выбрасываемые транспортом должны быть значительно сокращены. Кроме того, факторов влияния на распространение озона достаточно много, например, растворители в красках и лаках также активно способствуют возникновению проблемы.

Двуокись серы (SO2)

Это загрязняющее вещество возникает при сжигании в топливе серы. Она относится к классическим атмосферным загрязнителям, возникающим при процессе горения, на электростанциях и в промышленности. SO2 является одним из самых главных «ингредиентов» загрязняющих веществ образующих смог, также называемый “Лондон смог”.

В атмосфере диоксид серы подвергается ряду процессов преобразования, в результате чего могут возникнуть серная кислота, сульфиты и сульфаты. SO2 действует в первую очередь на слизистые оболочки глаза и верхних дыхательных путей. Что касается окружающей среды, диоксид серы может повреждать растения и вызывать окисление почвы.

Читайте также  Каско на новый автомобиль

Оксиды Азота (NOx)

Оксиды азота образуются, главным образом, в процессе сгорания в двигателях внутреннего сгорания. Дизельные автомобили считаются основным источником. Введение катализаторов и сажевых фильтров продолжает увеличиваться, так что выбросы будут заметно снижаться, но произойдет это только в будущем.

NO2 является раздражающим газом. Это приводит к раздражению глаз и повреждению слизистой оболочки дыхательного тракта. Благодаря своей бронхо-сужающей характеристике, это особенно проблематично для астматиков и людей с хроническим обструктивным заболеванием легких.

Данные замеров показывают, что в среднем в годовом отношении количество NOx было превышено на 57% от нормы. Главными виновниками остается разнообразный транспорт. С 2010 года наблюдается лишь незначительное снижение тренда загрязнения. С 1990 по 2015 год выбросы снизились на 59%.

Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Отработанные газы, выводимые из цилиндров двигателей внутреннего сгорания через такт выпуска в атмосферу, имеют в своём составе многочисленные газообразные, жидкие и твердые компоненты (всего — около 200 химических элементов и их соединений). Эти вещества можно объединить в несколько групп в зависимости от химического состава, свойств и характера воздействия на окружающую среду и организм человека.
В первую очередь такие вещества следует разделить на две основные группы — токсичные (вредные для живой природы и человека) и нетоксичные (относительно безвредные).
Концентрация вредных веществ в общем объеме газов, выбрасываемых двигателем в атмосферный воздух, измеряется в процентах к общему объему или в миллионных долях этого объема.

Единицы измерения концентрации газов

Чтобы в дальнейшем понимать, какими единицами измерения оперируют специалисты при анализе количественного содержания тех или иных компонентов в отработавших газах, необходимы следующие пояснения.
Содержание измеряемых компонентов выхлопных газов оценивается в следующих единицах измерения:

  • для СО, СО2 и О2 — в процентах;
  • для углеводородов СnНm и окислов азота x — в ppm.

Аббревиатура ppm (читается «пи-пи-эм») является сокращением английского выражения «parts per million» — «частей на миллион», т. е. миллионная доля (1/1000000 = 10 -6 ).
Применение единицы измерения ppm для оценивания количества углеводородов и окислов азота обусловлено с тем, что концентрация этих газов в общем объеме отработавших газов ничтожно мала, поэтому неудобно указывать их количество в процентах, т. е. в сотых долях. Определение концентрации малого количества веществ в миллионных долях позволяет более точно оценить отклонение от нормативных значений, что и предопределило массовое распространение ppm в качестве единицы обозначения концентрации.
Соотношение между процентами и ppm можно описать следующим равенством: 1% = 10 000 ppm.

Так, например, концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере Земли составляет около 380 ppm, и это означает, что в каждом кубометре воздуха 0,380 мл (почти 2 стакана) углекислого газа. В процентах это выражение будет записано, как 0,038 %.
Исправный автомобиль под нагрузкой должен иметь содержание x, в выхлопных газах менее 1000 ppm. Если указать эти значения в процентах, то запись будет выглядеть следующим образом: содержание x в выхлопных газах не должно превышать 0,1%.
Очевидно, что отклонение значения, например, на 50 миллионных долей при записи в процентах (0,005%) интуитивно не воспринимается, как существенное изменение, а при записи в ppm (50 ppm) заставляет обратить внимание.

Нетоксичные компоненты отработавших газов

К нетоксичным (безвредным) компонентам выхлопных газов относятся естественные составляющие атмосферного воздуха (например, водяной пар, свободный азот, кислород). Эти вещества не вызывают существенных патологий в организме живых существ (в т. ч. человека) даже при относительно высокой концентрации. Пар является газообразной фазой воды, кислород и свободный азот являются основными компонентами атмосферного воздуха, поэтому эти вещества не наносят ощутимого вреда живой природе, даже если их содержание в выхлопных газах будет значительным.

Тем не менее, по количественному содержанию этих веществ в отработавших газах можно сделать определенные выводы о техническом состоянии работающего теплового двигателя и его систем.
Так, например, чрезмерное содержание водяного пара в выхлопных газах может свидетельствовать о неисправности прокладки головки блока цилиндров, трещинах в цилиндре или головке блока, из-за чего охлаждающая жидкость попадает в цилиндры двигателя.

Кислород (О2) в цилиндрах двигателя вступает в реакцию с топливом, вызывая процесс горения. Уровень кислорода в выхлопных газах должен быть низким, не более 0,5%. Более высокие значения, особенно при работе двигателя на холостом ходу, могут быть вызваны плохой герметичностью впускного тракта, сопровождающейся работой двигателя на чрезмерно бедной топливовоздушной смеси. Такие отклонения позволяют диагностировать определенные неполадки в системе питания двигателя.

Газообразный азот (N) достаточно инертен, поэтому сам по себе не является опасным для живой природы веществом и не представляет ценности с точки зрения термодинамики теплового двигателя, поскольку не является ни топливом (как например углерод или водород), ни окислителем (как кислород). Тем не менее, его доля в атмосферном воздухе составляет почти 78 %, поэтому в любом случае после сжигания автомобильного топлива образуются те или иные азотосодержащие соединения. Многие из этих соединений являются очень токсичными веществами.

Относительно безопасным компонентом выхлопных газов двигателя считается двуокись углерода (СО2, угольный ангидрид, углекислота или углекислый газ) — газообразное химическое соединение, не обладающее цветом и запахом. Этот газ примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, а его концентрация в атмосфере Земли составляет примерно 0,04 %. В течение суток организм человека поглощает и использует в процессах обмена веществ почти 1 кг двуокиси углерода, которая затем покидает организм при выдохе.
Тем не менее, дышать при избыточной конценрации углекислого газа в воздухе для здоровья вредно, поскольку он относится к удушающим газам. Незначительная концентрация (до 2-4%) в непроветриваемом помещении приводит к появлению сонливости и слабости, при концентрации выше 7-10% развивается удушье, проявляющее себя в головной боли, головокружении, расстройстве слуха и даже в потере сознания. К счастью отравление этим газом не приводит к необратимым последствиям, и после вдыхания свежего воздуха организм вскоре восстанавливается.
Допустимое содержание СО2 в отработавших газах — 12…15%, при этом высокие значения свидетельствуют о хорошей работе двигателя, поскольку углерод топлива полностью сгорает.

Токсичные компоненты отработавших газов

Угарный газ (оксид углерода СО)

Оксид углерода — ядовитый газ без цвета, вкуса и запаха. Вступая в легких в реакцию с кислородом воздуха, лишает мозг кислорода. Выделяется при неполном сгорании топлива, имеет ярко выраженное отравляющее воздействие. Степень отравления зависит от его концентрации и продолжительности воздействия на человека. При дозах свыше 1 % возможна потеря сознания и смерть.

Окись углерода (СО) — неустойчивое химическое соединение, легко вступающее в реакцию с кислородом, в результате которой образуется относительно безопасное соединение — двуокись углерода СО2 (допустимая концентрация в выхлопных газах – 12…15%). Высокое содержание СО2 в выхлопе свидетельствует о хорошей работе двигателя, рационально сжигающего топливо.
Уровень СО в выхлопных газах для современных автомобилей с впрыском топлива не должен превышать 0,5%.
Возможные причины повышения содержания СО следующие:

  • неисправность систем вентиляции картера;
  • засорение воздушного фильтра;
  • неправильная регулировка работы двигателя на холостом ходу;
  • повышенное давление топлива в рампе;
  • любые другие неисправности, приводящие к работе двигателя на чрезмерно богатых для данного режима топливовоздушных смесях (ТВС).

Оксиды азота NO и диоксиды азота NO2

Оксид азота — бесцветный газ без вкуса и запаха.
Двуокись азота 2 — рыжеватый газ с кислым едким запахом.
Из этих компонентов в камере сгорания двигателя образуется группа окислов азота, для краткости обозначаемых, как x (например, NO3, NO4 и пр.).

Окислы азота считаются более опасными, чем угарный газ, при этом наиболее негативное воздействие на человеческий организм оказывает диоксид азота — NO2.
При окислении оксида азота кислородом воздуха образуется диоксид азота — газ тяжелее воздуха, который скапливается в нишах и углублениях, и весьма опасен при техобслуживании автомобилей. Негативно влияет на органы дыхания, слизистую оболочку и на ткани лёгких, при длительном воздействии возможно заболевание бронхитом и нарушение деятельности сердечнососудистой системы.
При соединении окислов азота с углеводородными компонентами СnНm (остатки несгоревшего топлива) в атмосфере под воздействием солнечных лучей образуется фотохимический компонент, чрезвычайно вредный для органов дыхания человека.

Окислы азота x, формируются в камере сгорания двигателя при температуре выше 1370 °С или при большом давлении, что характерно для режимов работы двигателя под высокой нагрузкой.
Повышенное содержание x, в выхлопных газах обычно имеет место, когда:

  • двигатель перегрет;
  • топливная смесь бедная.

Эффективной мерой борьбы против образования x является применение системы рециркуляции выхлопных газов.

Ароматические углеводороды (соединения вида СnНm)

Углеводороды nНm) – это компоненты несгоревшего топлива, их содержание измеряется в частях на миллион по объему (ppm или млн -1 ). Нормально работающий двигатель сжигает в цилиндрах практически все топливо, допустимое содержание СnНm должно быть менее 50 ppm.
Если топливо сгорает не полностью, в атмосферу выбрасывается бензин, который является канцерогеном. Причиной повышенного содержания углеводородов в выхлопных газах может являться, например, чрезмерное попадание масла в цилиндры двигателя через неисправные поршневые кольца.

Чаще всего увеличенное содержание вызывается неполадками в системе зажигания. Неправильная регулировка двигателя, позднее зажигание и пониженная температура в камере сгорания приводит к появлению дыма.
Углеводородные соединения токсичны, влияют на сердечнососудистую систему и являются сильными канцерогенами.

Остальные компоненты автомобильных выхлопов (альдегиды, сернистые соединения, свинец) не менее вредны для организма человека, но их процентное содержание в отработавших газах незначительно по сравнению с перечисленными выше компонентами.

Своевременная и квалифицированная регулировка работы двигателей внутреннего сгорания с помощью автомобильных газоанализаторов позволяет значительно уменьшить содержание вышеперечисленных вредных веществ в отработанных газах автомобилей.

Пути снижения вредных автомобильных выбросов

В общем случае сокращения объёма вредных выбросов в выхлопных газах автомобилей можно достичь:

  • применением альтернативных видов топлива;
  • установкой каталитических нейтрализаторов в системы выпуска автомобилей;
  • поддержанием на допустимом уровне содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателей за счет оптимизации контроля и настроек систем, влияющих на количественную и качественную составляющую вредных выбросов;
  • применением гибридных конструкций автомобилей;
  • правильной организацией дорожного движения.

В большой степени на содержание токсичных примесей в выхлопных газах влияет техническое состояние и регулировка систем питания и зажигания двигателей внутреннего сгорания. При неправильной регулировке вредные выбросы бензиновых двигателей могут увеличиться в 2, а дизельных — в 20 раз.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: