По мере роста автомобильного парка стандарты на ограничение выбросов токсичных веществ введены во многих странах мира, в зависимости от концентрации автомобилей, климатических, рельефных условий и других факторов.
Под токсичностью выбросов двигателя автомобиля (токсичностью двигателя) понимают способность выбросов двигателя оказывать токсическое воздействие на людей, животный мир, что определяется следующими факторами:
· составом токсичных веществ;
· абсолютным количеством выбросов токсичных веществ в единицу времени (или на единицу пути, пройденного автомобилем);
· физико-химическими законами превращения химических соединений в атмосфере;
· геофизическими законами распространения токсичных веществ;
· чувствительностью живых организмов.
В настоящее время стандартами всех стран мира регламентируются выбросы токсичных компонентов на определенных, наиболее характерных режимах работы двигателя (стандарты первого рода) или на совокупности режимов, имитирующих действительные условия эксплуатации (стандарты второго рода).
В нашей стране нормирование токсичных веществ по совокупности режимов применяется для новых двигателей и автомобилей, т.е. в целях контроля продукции моторных и автомобильных заводов [2].
За последние 8 лет количество автотранспорта в России увеличилось почти в полтора раза.
По состоянию на 1 января 2013 года на регистрационном учёте в Госавтоинспекции РФ состоит более 50,5 миллионов единиц транспортных средств. Причем основную часть из них – 76,7%, или 38,7 миллионов единиц – составляют легковые автомобили.
В Европе, как и во всем мире, идет постоянное ужесточение экологических требований к автомобилям – запрет применения этилированного бензина, запрет применения при производстве автомобиля вредных веществ, таких как свинец, кобальт, кадмий, 6-валентный хром, фреоны и других составляющих элементов.
Ужесточаются требования к токсичности отработавших газов (ОГ) – с 2001 года введены для всех регистрируемых автомобилей нормы токсичности Евро-3, с 2006 – Евро-4, с 01 января 2011 года вводятся нормы Евро-5. С 01 ноября 2014 нормы Евро-6 для новых моделей и с 01 ноября 2015 года для всех продаваемых автомобилей.
Ограничивается содержание в отработавших газах окиси углерода (СО), углеводородов (НС), в том числе и неметановых, и окислов азота (NОx).
Очень актуально в настоящее время снижение выбросов СО2, напрямую связанных с расходом топлива и влияющих на разрушение озонового слоя Земли. Ужесточаются требования и к испарениям углеводородов.
В ряде стран уже введены налоговые льготы и штрафы в зависимости от величины выбросов СО2.
Снижение токсичности достигается за счет повышения КПД двигателя, оптимизации процессов сгорания топлива, увеличения площади соприкосновения отработавших газов в нейтрализаторе, в том числе и за счет увеличения количества драгметаллов в нем и т.д.
Как Российское законодательство подошло к проблеме экологии?
Чтобы контролировать уровень выбросов вредных веществ в атмосферу, производимых автотранспортом, оснащенным двигателями внутреннего сгорания, государством приняты экологические требования.
Эти требования описываются в новом Техническом регламенте, который называется – «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ». Указанный регламент указывает, к какому экологическому классу должны относиться автомобили, чтобы выполнять эти требования.
Экологический класс автомобиля обозначается, как Евро-1, Евро-2, Евро-3, Евро-4, Евро-5, Евро-6 – это классификационный код, который описывается регламентом, и даёт характеристику автомобилю и двигателю внутреннего сгорания в зависимости от количества выбросов вредных веществ в отработанных газах (ОГ), которые опасны для окружающей среды и человека.
В состав вредных веществ входят:
· (СО) – оксид углерода; (НС) – углеводороды;
· (NOx) – оксиды азота; дисперсные частицы [1].
Для поэтапного улучшения экологической ситуации в стране на территории России вводится более строгий экологический класс для автомобилей (в настоящее время это Евро-4). Согласно новому стандарту, вступившему в силу с 2010 года, все выпускаемые и продаваемые автомобили на территории России должны соответствовать экологическому классу Евро-4.
В очередной раз отечественные производители оказались не готовы к такому переходу, поэтому получили очередную отсрочку на 2 года.
Теперь все автомобили с 01 января 2012 года должны соответствовать стандарту по токсичности Евро-4, который предусматривает использование более качественного топлива, классом не ниже Евро-3.
С 2011 года в России вступил в действие технический регламент по бензинам, и в стране с января текущего года должен был начаться запрет на продажу бензинов Аи-95 класса ниже Евро-3.
Сроки ввода более высоких стандартов были перенесены по просьбе нефтяных компаний, которые не смогли к указанному сроку ввести достаточные мощности для производства топлива с новым качеством. Соответственно, переход на выпуск бензина Евро-4 был перенесен на 1 января 2012 года, а выпуск бензина Евро-5 на 1 января 2015 года.
Нормы токсичности отработавших газов (ОГ) новых малотоннажных коммерческих автомобилей утверждены Директивой 70/220/ЕЕС, которая впоследствии много раз дополнялась (в 1993, 1994, 2000, 2002 и 2009 гг.).
Ограничения касаются содержания окиси углерода, оксидов азота, углеводородов и твердых частиц (сажи). Дизели для грузовых автомобилей с 2000 года (Евро-3) дополнительно проходят тест на дымность.
Ужесточение норм Евро-5 и Евро-6 в основном касаются дизельных автомобилей, существенно ограничивая содержание выбросов твердых частиц (сажи) и оксидов азота. Большую роль на требование ЕВРО играет наличие катализатора в выхлопной системе автомобиля.
Катализатор – это составляющий элемент системы выхлопа автомобиля, который назначен для дожига выхлопной консистенции до экологически незагрязненной. Катализатор размещен или на приемной трубе, или сразу после нее. Изнутри корпуса будет сотовая система (рис. 1) произведенная или на глиняном, или на железном носителе. Соты необходимы для того, чтобы прирастить площадь связи выхлопных газов с поверхностью, на которую нанесен узкий пласт платино-иридиевого сплава.
Недогоревшие останки (CO, CH, NO) дотрагиваясь поверхности каталитического пласта, окисляются до полного конца кислородом, находящимся там так же в газах выхлопа. Вследствие реакции выделяется тепло, разогревающее катализатор и, тем, активируется реакция окисления. В итоге на выходе из нейтрализатора (исправного) выхлопные газы имеют в своем распоряжении концентрацию СО2. Настоящая концентрация отвечает общепризнанным меркам ЕС.
Окислительный катализатор уменьшает количество несгоревшего топлива и окиси углерода путем их сжигания (окисления) с помощью платины и палладия.
Этот катализатор также помогает оксиду углерода вступить в реакцию с несгоревшим кислородом, образуя углекислый газ.
Рис. 1. Двухслойный трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов:
1 — датчик концентрации кислорода для замкнутого контура управления;
2 — монолитный блок-носитель;
3 — монтажный элемент в виде проволочной сетки;
4 — двух - оболочковая теплоизоляция нейтрализатора.
Вследствие этих реакций токсичные, вредные вещества CO, CHx и NOx восстанавливаются или окисляются в безвредную воду H2O, азот N2 и углекислый газ CO2.
Для керамических катализаторов (рис 2):
1. Удар, например, о камень (достаточно небольшого удара, чтобы керамические соты рассыпались).
2. Попадание воды на раскаленный катализатор, например, если заехать в лужу на прогретой машине (также может привести к тому, что соты могут разрушиться).
3. Неисправность в системе зажигания. Если при пуске двигателя не происходит воспламенение, то топливо может попасть в приемную трубу, а затем и в катализатор, и при пуске двигателя бензин может взорваться в катализаторе (что также может привести к тому, что соты разрушатся).
Рис. 2. Керамический катализатор
Для всех катализаторов:
- некачественный и этилированный бензин;
- плохое состояние маслосъемных колпачков (попадание масла в катализатор);
- попадание в катализатор антифриза или "левых" технических жидкостей для промывки топливной системы;
- переобогощенная топливно-воздушная смесь;
- долгая работа двигателя на холостом ходу.
Автомобиль начинает "тупить", ухудшаются динамические характеристики, автомобиль перестает "тянуть", плавают обороты на холостом ходу, катализатор может раскалиться докрасна (катализатор забился, т.е. снижена пропускная способность отработавших газов);
Характерный звон и дребезжание (соты катализатора рассыпались).
Катализаторы не подлежат ремонту, а только замене на "родной", либо на универсальный (рис.3). Также возможна замена катализатора на пламегаситель.
Рис. 3. Система выпуска отработавших газов (Renault Logan)
1 — выпускной коллектор;
2 — прижимная пластина крепления приемной трубы к выпускному коллектору;
3 — каталитический нейтрализатор отработавших газов;
4 — демпфер;
5 — дополнительный глушитель;
6 — основной глушитель;
7 — кронштейн подвески системы1 — выпускной коллектор.
Рекомендации:
• Установка нейтрализатора максимально близко к выпускному коллектору.
• Снижение «щелевых объемов».
• Установка датчика концентрации кислорода до нейтрализатора и после.
Заключение:
В целом можно сказать, что автомобили снабжены аналогичными устройствами и схожими системами. Уровень содержания вредных веществ в выхлопных газах соответствует предъявляемым требованиям.
Литература:
1. Автотранспорт и загрязнение окружающей среды. Учебник для студентов высших учебных заведений. -М.: Изд-во ГЕОС, 1999. 4. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов.
2. Фокин Д. В. Каталитическая очистка отработавших газов: http://www.dvfokin.narod.ru/auto_ych/Benzin/Benzin_abgas_katalitic.htm (дата обращения: 01.04.2014)
