Токсичность отработавших газов транспортных двигателей

Устройство автомобилей

Токсичность отработавших газов двигателя

Виды токсичных веществ в отработавших газах

В современном мире автомобиль давно уже перестал быть диковинкой, и превратился из предмета роскоши в один из самых необходимых и обыденных атрибутов нашего бытия. Возможность мобильно перемещаться в окружающем мире и пространстве подняло человеческое общество на качественно новую ступень и в личностном и в коллективном развитии. Как это ни забавно звучит, но без автомобиля, а точнее будет сказать – без автомобильного транспорта, мы теперь не можем сделать и шагу.

Но интенсивное использование этого чуда техники в массовом масштабе имеет и многие негативные стороны – автомобиль является источником опасности на дорогах, источником шума и других не всегда приятных эффектов для наших органов чувств.
Однако одной из самых неприятных сторон является загрязнение окружающей среды выделениями, сопровождающими работу автомобильного двигателя и автомобиля в целом. И если с утечками нефтепродуктов (масел, различных жидкостей и топлива) из прохудившихся систем можно бороться достаточно просто, то с выбросами в атмосферу продуктов сгорания автомобильного топлива справиться очень и очень сложно.

Давно уже не тайна, что бурный рост парка автомобилей в современном мире привел к тому, что в местах их массового скопления (например, в крупных городах) они стали одной из основных причин загрязнения окружающей среды, особенно атмосферного воздуха. Дышать становится все труднее, а кроме того, выбросы интенсивно содействуют парниковому эффекту со всеми вытекающими последствиями.

В связи с этим в ряде стран мира были разработаны специальные законы и нормативные документы, ограничивающие содержание вредных веществ в отработавших газах автомобилей. Определены нормы токсичности, а также разработаны методы контроля содержания вредных веществ в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

К основным токсичным веществам, содержащимся в отработавших газах ДВС, относятся оксид углерода (СО), несгоревшие частицы топлива или углеводороды (C_mH_n), сажа (С) и оксиды азота (NO_x). Условия, при которых происходит образование токсичных веществ в ДВС, различны. Так, образование первой группы (СО, C_mH_n и С) связано с химическими реакциями окисления топлива, протекающими как в процессе смесеобразования, так и во время непосредственно сгорания топлива и выполнении двигателем рабочего хода.

Пожалуй, наименее токсичными из перечисленных вредных веществ являются механические частицы, выбрасываемые из трубы глушителя в виде сажи. Конечно, сажа способна нанести вред здоровью человека, откладываясь в дыхательных путях и легких, но с точки зрения токсичности вред, наносимый чадящей выхлопной трубой дизеля меньше, чем едва заметный сизый дымок из трубы бензинового двигателя. Да и бороться с сажей проще, чем с химически активными продуктами неполного окисления топливных компонентов.

Вторая группа веществ – окислы и оксиды азота (NO_x) носит термический характер и не связана непосредственно с реакциями окисления топлива. Поэтому средства борьбы с токсичностью отработавших газов для этих двух групп веществ различны.

Причины образования токсичных веществ в отработавших газах

Основными причинами образования токсичных веществ в ДВС являются несовершенство процессов подготовки горючей смеси перед подачей в цилиндры и в цилиндрах, что приводит к неполному сгоранию топлива в двигателе, а также загрязнение топлива различными примесями и добавками.
В идеальном случае при полном сгорании углеводородного топлива в двигателе в результате этого процесса должны образовываться углекислый газ и пары воды, которые не относятся к токсичным веществам.
Но получить идеальный процесс сгорания топлива на различных режимах работы двигателя или иметь идеально чистое топливо в реальной практике эксплуатации автомобилей практически невозможно. Поэтому неприятные выбросы в атмосферу всегда сопровождают работу двигателя внутреннего сгорания.

Количество токсичных веществ в отработавших газах дизелей и двигателей с искровым зажиганием из-за разного характера процессов смесеобразования и сгорания топлива имеет существенные различия. В отработавших газах дизелей в больших количествах содержатся сажа и оксиды азота, а двигателей с искровым зажиганием — оксид углерода и углеводороды. Поэтому средства борьбы с токсичностью у этих типов двигателей отличаются.

Нормативные документы по токсичным веществам в отработавших газах

В России нормы содержания токсичных веществ в отработавших газах дизелей и методы их измерения установлены ГОСТ Р 52160-2003.
Нормы содержания токсичных веществ в отработавших газах двигателей с искровым зажиганием и методы их измерения установлены ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

Определение токсичности отработавших газов двигателя осуществляется на специальных диагностических стендах или с помощью портативных газоанализаторов (ГАИ-1 и аналогичных).
Принцип действия газоанализатора ГАИ-1 основан на оптико-абсорбционном методе, т. е. на измерении поглощения энергии излучения инфракрасного диапазона анализируемым компонентом газа (оксидом углерода или углеводородами), в результате которого он нагревается до некоторой температуры, зависящей от его концентрации в отработавших газах.
Температурные колебания с помощью датчика формируют электрический сигнал, который преобразуется в показание прибора, показывающего содержание вредных веществ в газовой смеси.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/19_toksichnost_1/index.shtml

Токсичность отработавших газов транспортных двигателей

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

ОКС 43.060
ОКП 45 1000

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

4 ПЕРЕИЗДАНИЕ

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

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.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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:

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.

Таблица 1

Категории и комплектация транспортных средств (экологический класс)

Обороты холостого хода

Объемная доля СО, %

С 01.01.1987 по 31.12.2006

С 01.01.1987 по 31.12.2006

М и N , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (экологические классы 2, 3, 4)

С 01.01.2007 по 31.12.2012

М , М , N и N , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (экологические классы 2, 3, 4)

С 01.01.2007 по 31.12.2012

М и N , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (экологические классы 4 и выше)

М , М , N и N , оснащенные системами нейтрализации отработавших газов (экологические классы 4 и выше)

Экологическая классификация автомобилей в соответствии с приложением Г.

Дополнительные требования для автомобилей этой группы установлены в 4.3 и 6.4.3.

4.3 Значение коэффициента избытка воздуха в режиме холостого хода на у автомобилей, оборудованных системой нейтрализации отработавших газов, должно быть в пределах данных, установленных изготовителем. Если данные изготовителя отсутствуют или не указаны, значение коэффициента избытка воздуха должно быть от 0,97 до 1,03.

4.1-4.3 (Измененная редакция, Изм. N 1).

4.4 Системы, агрегаты, узлы и детали автомобиля, влияющие на выброс загрязняющих веществ, должны быть сконструированы, изготовлены и установлены таким образом, чтобы эти выбросы не превышали установленных настоящим стандартом в период всего срока эксплуатации автомобиля при условии соблюдения правил эксплуатации и технического обслуживания, указанных в прилагаемой к автомобилю инструкции (руководстве).

5 Требования к техническому состоянию систем автомобиля и двигателя

5.1 Техническое состояние систем автомобиля и двигателя в соответствии с разделом 3 приложения 4 ГОСТ Р 41.83 должно соответствовать требованиям, указанным в таблице 2.

Требования к техническому состоянию

Система выпуска отработавших газов

Комплектность (отсутствие элементов системы выпуска не допускается); герметичность (отсутствие механических пробоев и сквозной коррозии; при работе двигателя на холостом ходу в соединениях и элементах системы выпуска отработавших газов не должно быть утечек, а для автомобилей, оборудованных системой нейтрализации отработавших газов, не допускаются утечки в атмосферу минуя нейтрализатор)

Система нейтрализации отработавших газов и другое оборудование для снижения вредных выбросов

Комплектность (отсутствие или несоответствие эксплуатационным документам элементов системы нейтрализации, системы улавливания паров топлива, рециркуляции отработавших газов, экономайзера принудительного холостого хода и т.п. не допускается)

Система вентиляции картера

Комплектность; герметичность (рассоединение трубок в системе вентиляции картера двигателя, утечка картерных газов через различные неплотности в атмосферу не допускаются)

Встроенная система диагностирования двигателя

Функционирование диагностического индикатора соответствует исправной работе двигателя и его систем (диагностический индикатор при работе двигателя выключен)

Комплектность (отсутствие или несоответствие элементов системы питания эксплуатационным документам не допускается);

герметичность (подтекание бензина не допускается)

5.2 Проверку автомобилей на соответствие требованиям 4.2, 4.3 и 5.1 рекомендуется проводить в случаях, перечисленных в приложении А.

6 Методы измерений

6.1 Общие требования

6.1.1 Атмосферные условия при проведении измерений нормируемых компонентов в отработавших газах автомобиля должны находиться в следующих пределах:

— температура окружающего воздуха — от минус 7 °С до плюс 35 °С;

— атмосферное давление — не ниже 92,0 кПа (690 мм рт.ст.).

6.1.2 При измерениях следует применять газоанализаторы, тахометры и пр. (далее — приборы), соответствующие требованиям приложения Б и имеющие действующие свидетельства о поверке [1].

Температура окружающего воздуха, атмосферное давление, относительная влажность в месте расположения прибора и другие условия его использования должны соответствовать требованиям, указанным в инструкции по эксплуатации предприятия — изготовителя прибора.

6.1.1, 6.1.2 (Измененная редакция, Изм. N 1).

6.2 Подготовка к проведению измерений

6.2.1 Внешним осмотром проверяют наличие на автомобиле систем и устройств, обеспечивающих снижение вредных выбросов. В случае несоответствия фактической комплектации автомобиля установленной изготовителем измерения не проводят.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.2.2 Перед измерением двигатель автомобиля прогревают до температуры не ниже рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля, но не ниже 60 °С.

6.2.3 После прогрева двигателя проводятся следующие операции:

— устанавливают рычаг коробки передач с ручным или полуавтоматическим переключением в нейтральное положение. Избиратель передачи для автомобилей с автоматической коробкой передач устанавливают в положение «нейтраль» или «паркинг»;

— затормаживают автомобиль стояночным тормозом и заглушают двигатель;

— устанавливают противооткатные упоры под ведущие колеса транспортных средств;

— подключают датчики тахометра и измерителя температуры масла;

— вводят пробоотборный зонд газоанализатора в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от наиболее заглубленной точки среза трубы. При отсутствии возможности ввести пробоотборный зонд в выпускную трубу на указанную глубину допускается проводить измерения с использованием дополнительных насадок, обеспечивающих герметичность в местах соединения с выпускной трубой. При применении газоотвода, надеваемого на выпускную трубу автомобиля при проведении измерений или регулировке двигателя (например, в закрытом помещении), газоотвод должен иметь отверстие для введения пробоотборника газоанализатора;

— полностью открывают воздушную заслонку карбюратора (при наличии карбюратора).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.3 Проведение измерений на автомобилях, не оснащенных системами нейтрализации отработавших газов

6.3.1 Перед проведением измерений проверяют и устанавливают нулевые показания газоанализатора на шкалах измерения СО и СН.

6.3.2 Измерения проводят в следующем порядке:

— запускают двигатель, нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой, увеличивают частоту вращения коленчатого вала двигателя до и работают в этом режиме не менее 15 с;

— отпускают педаль управления дроссельной заслонкой, устанавливая минимальную частоту вращения вала двигателя (в соответствии с 4.1), и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов;

— устанавливают повышенную частоту вращения вала двигателя и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов.

6.4 Проведение измерений на автомобилях, оснащенных системами нейтрализации отработавших газов

6.4.1 Перед проведением измерений проверяют и устанавливают нулевые показания газоанализатора на шкалах измерения СО, СН и СО . Содержание О должно быть в пределах, установленных в инструкции (руководстве) по эксплуатации газоанализатора.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.4.2 Измерения выполняют в следующем порядке:

— запускают двигатель, нажимая на педаль управления дроссельной заслонкой, увеличивают частоту вращения вала двигателя до , выдерживают этот режим в течение 2-3 мин (при температуре окружающего воздуха ниже 0 °С — 4-5 мин) и после стабилизации показаний измеряют содержание СО, СН и фиксируют значение коэффициента избытка воздуха ;

— устанавливают минимальную частоту вращения вала двигателя (в соответствии с 4.1) и не ранее чем через 30 с измеряют содержание оксида углерода и углеводородов. Приступать к измерению на следует не позднее чем через 30 с после проверки в режиме .

6.4.3 На автомобилях, оснащенных системой нейтрализации отработавших газов и встроенной системой диагностирования, перед измерением содержания СО и СН проверяют работоспособность двигателя и системы нейтрализации по показаниям диагностического индикатора, расположенного на приборной панели:

— при включении зажигания перед пуском двигателя диагностический индикатор должен быть включен или включаться на короткий промежуток времени; при отсутствии соответствующего сигнала диагностического индикатора после включения зажигания дальнейшую процедуру проверки прекращают;

— после пуска двигателя диагностический индикатор должен выключиться; в случае, если диагностический индикатор при работе двигателя остается во включенном состоянии, дальнейшую процедуру проверки прекращают.

Примечания

1 При наличии раздельных выпускных систем у автомобиля измерение следует проводить в каждой из них. За результат измерения принимают максимальные значения содержания оксида углерода и углеводородов.

2 При проведении измерений или регулировке двигателя в закрытом помещении газоотвод, надеваемый на выпускную трубу автомобиля, должен иметь закрывающееся отверстие для введения пробоотборника газоанализатора.

3 Результаты измерений регистрируют в журнале (приложение В).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.5 Проведение измерений на бензиновых двигателях гибридных автомобилей проводят в соответствии с 6.3 или 6.4 в сервисном режиме, предусмотренном изготовителем. При отсутствии сервисного режима проверка работоспособности двигателя и системы нейтрализации проводится по показаниям диагностического индикатора, расположенного на приборной панели в соответствии с 6.4.3.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

7 Требования безопасности

7.1 В помещениях для проведения измерений должны соблюдаться следующие условия:

— санитарно-гигиенические требования к воздуху в зоне измерений — по ГОСТ 12.1.005;

— уровень шума — по ГОСТ 12.1.003;

— уровень вибрации — по ГОСТ 12.1.012.

7.2 При измерении уровня выбросов загрязняющих веществ в случае необходимости должны быть приняты дополнительные меры, исключающие возможность самопроизвольного перемещения автомобиля.

Раздел 7. (Введен дополнительно, Изм. N 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое). Условия проведения проверок автомобилей на соответствие требованиям настоящего стандарта

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

Проверки могут быть проведены:

— на предприятиях, изготовляющих двигатели и автомобили, при приемочных, периодических и контрольных испытаниях серийной продукции;

— при сертификационных испытаниях;

— при контроле технического состояния находящихся в эксплуатации автомобилей в установленном порядке 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.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное). Требования к приборам

Б.1 Метрологические и технические характеристики газоанализаторов

Б.1.1 Для измерения содержания нормируемых компонентов в отработавших газах автомобилей применяют четырехканальные газоанализаторы, предназначенные для измерения содержания СО, СН, диоксида углерода (СО ) и кислорода (О ), для проведения измерений на автомобилях экологического класса 4 и выше, выпущенных после 01.01.2013, применяются четырехканальные газоанализаторы, соответствующие приборам класса 00; 0.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Б.1.2 Применяют для измерения содержания:

— СО, СН и СО в отработавших газах — газоанализаторы непрерывного действия, принцип действия которых основан на инфракрасной спектроскопии;

— О — электрохимический сенсор.

Б.1.3 Четырехканальные газоанализаторы, предназначенные для измерения содержания СО, СН, СО и О , должны соответствовать по метрологическим характеристикам приборам классов 00; 0 или I в соответствии с классификацией, изложенной в [2].

(Измененная редакция, Изм. N 1).

Б.1.4 Газоанализаторы должны быть укомплектованы пробоотборным зондом, который вставляют в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм и удерживают в фиксированном положении с помощью специального устройства. Конструкция пробоотборного зонда должна обеспечивать подачу пробы в газоанализатор без изменения ее состава.

Б.1.5 Минимальные диапазоны измерений газоанализаторов указаны в таблице Б.1.

Источник статьи: http://docs.cntd.ru/document/1200031639