Размещено на http://www.allbest.ru/

Обеспечение экологической безопасности автотранспортных средств в период эксплуатации: вопросы нормирования и контроля

А.В. Рузский, канд. техн. наук, ст. научн. сотр.,

Ю.И. Кунин, Е.В. Парфенов, канд. техн. наук

Поддержание экологических характеристик автотранспортных средств (АТС) при эксплуатации на нормативном уровне является важной природоохранной задачей. На территории России на долю АТС приходится почти 40 % суммарных антропогенных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. При стремительном росте численности автомобильного парка и увеличении интенсивности его эксплуатации удержание и, тем более, снижение этой доли возможно только при соответствующем внимании к экологическим характеристикам АТС во время эксплуатации со стороны их владельцев, организаций сервиса, технических служб автотранспортных организаций, органов технического и экологического контроля (надзора).

Особое значение в этой работе имеет наличие адекватной конструктивному уровню эксплуатируемых автомобилей нормативной основы для осуществления экологического контроля, технического обслуживания и ремонта автомобиля и его систем. Как известно, требования безопасности АТС построены по двухуровневой схеме, основу которой составляют требования конструктивной безопасности, закладываемой на этапе проектирования и производства. Эти требования регламентируется Правилами ЕЭК ООН в рамках Женевского соглашения 1958 г. Второй уровень определяет требования к техническому состоянию автомобиля и реализуется на этапе его эксплуатации. На международном уровне соответствующие требования регламентируются Венским соглашением 1997 г. и действующими в его рамках Предписаниями, а на национальном уровне - национальными стандартами ГОСТ Р и техническими регламентами. В свою очередь, первичным источником тех и других требований являются Директивы Европейского Союза. Структура действующих в настоящее время основных нормативных документов в сфере обеспечения экологической безопасности АТС представлена на рис. 1.

Важным условием обеспечения эффективности применения системы требований безопасности в целом является синхронизация развития нормативной базы первого и второго уровней. Особенно это касается требований к выбросам загрязняющих веществ с отработавшими газами - особенно динамично развивающейся сферы нормирования. Принятый в 2005 г. первый российский технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» ввел понятие «экологический класс транспортных средств», аналогичный понятию «Евро» в европейских странах и установил график допуска на рынок автомобилей различных классов (рис. 2).

В настоящее время на территории России эксплуатируются автомобили категорий M_1-3 и N_1-3 шести экологических классов (0, 1, 2, 3, 4 и 5), при этом уровень их вредных выбросов, оцениваемый в г/км или г/кВт и подтверждаемый при сертификационных испытаниях на различных нагрузочных циклах, может различаться в 10 и более раз. Технический регламент быстро меняет структуру российского парка автомобилей по экологическим классам. С момента вступления в силу этого регламента обновление российского автомобильного парка происходит за счет автомобилей 2-го (Евро-2), а с 2008 г. - за счет автомобилей 3-го и более высоких экологических классов. Это касается как новых автомобилей, так и подержанных, ввозимых из-за рубежа. Автомобили высоких экологических классов конструктивно значительно сложнее, чем их предшественники.

Рис. 1 Связь европейской и российской систем требований к экологической безопасности автотранспортных средств (АТС)

экологический контроль автотранспортный нормативный

Рис. 2 График введения требований к выбросам загрязняющих веществ согласно технического регламента "О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ» (в редакции постановления Правительства РФ от 20.01.2012 № 2)

В случае использования для них в процессе эксплуатации несоответствующего топлива, эксплуатационных материалов, а также неквалифицированного или недобросовестного технического обслуживания и ремонта, связанного с разукомплектованием или перепрограммированием систем управления работой двигателя, возможен существенный, многократный рост вредных выбросов. При этом специфика экологических требований заключается в том, что автовладелец непосредственно не заинтересован в их соблюдении, в отличии от требований безопасности движения, от которых напрямую зависит его жизнь. Это определяет необходимость регулярного проведения обязательного контроля технического состояния автомобилей по экологическим параметрам. При этом очевидно, что параметры оценки технического состояния и их значения должны быть дифференцированными для автомобилей различных экологических классов. В противном случае весь эффект от перехода на более экологичную технику будет быстро утерян.

В настоящее время российская нормативная основа в области экологического контроля автотранспортных средств не в достаточной степени гармонизирована с европейскими требованиями, основу которых составляют Директивы 2009/40/ЕС и 2010/48/EU [2, 3], определяющие нормы и методы испытаний автомобилей при проведении технических осмотров. Директивы, как и прежде, предусматривают испытания неподвижных автомобилей с бензиновыми двигателями на режимах холостого хода и автомобилей с дизелями на режиме свободного ускорения.

Директивой 2009/40/ЕС, принятой 06.05.2009, установлены общие принципы организации контроля технического состояния автомобилей в странах ЕС; категории автомобилей, подлежащих контролю; периодичность технических осмотров; приведен перечень обязательно проверяемых параметров, касающихся безопасности движения и воздействия на окружающую среду, и даны соответствующие нормативы. Требования по контролю отдельных систем автомобилей сформулированы в самом общем виде, при этом каждая страна Союза имеет право принимать более жесткие требования к проведению контроля и частоты проверок. Требования к выбросам загрязняющих веществ изложены в п.8.2 приложения ІІ Директивы 2010/48/ЕС. В таблицах 1 и 2 представлены групповые нормы для случаев, когда отсутствует информация об индивидуальных нормах, назначаемых изготовителем для конкретного типа транспортного средства и подтверждаемых при сертификационных испытаниях. Появление новых более жестких требований связано с поступлением в эксплуатацию автомобилей, соответствующих нормам Евро 4 и Евро 5.

Таблица 1

Требования к содержанию СО в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями и допустимый диапазон значений коэффициента избытка воздуха л согласно Директиве 2010/48/ЕС

*при отсутствии значений, установленных изготовителем.

Таблица 2

Предельно допустимый уровень дымности отработавших газов автомобилей с дизелями на режиме свободного ускорения согласно Директиве 2009/40 ЕС и Директиве 2010/48 ЕС

В России требования к автотранспортным средствам в период эксплуатации, в т.ч. экологические требования, устанавливает технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств» (приложение 7, раздел 6) [4]. Источником требований в отношении вредных выбросов являются три национальных стандарта: ГОСТ Р 52033-2003 [5], ГОСТ Р 17.2.02.06-1999 [6] и ГОСТ Р 52160-2003 [7], установивших требования для автомобилей, работающих соответственно на бензине, газовом моторном топливе и дизельном топливе. В стандартах регламентированы методы испытаний, предельно-допустимые нормы выбросов загрязняющих веществ, уровень дымности автомобилей с бензиновыми, газовыми двигателями и дизелями.

Действующие стандарты ГОСТ Р 52033, ГОСТ Р 17.2.02.06 и ГОСТ Р 52160 разрабатывались в условиях, когда подавляющее большинство парка составляли автомобили нулевого экологического класса. За последние 10 лет ситуация существенно изменилась, что определило необходимость внесения изменений в действующие стандарты. Подготовленные в ОАО «НИИАТ» изменения в действующие стандарты в основном касаются включения в стандарты требований для автомобилей 4-го и более высоких экологических классов, введения в документы самого понятия «Экологический класс» и увязывания его с датой выпуска автомобиля. Стандарт для газобалонных автомобилей переработан полностью, в связи с большим объемом вносимых изменений. Предлагаемые изменения нормативных требований к выбросам приведены в таблицах 3, 4 и 5.

Таблица 3

Предложения по установлению предельно допустимых значений выбросов СО и СН для автомобилей с бензиновыми двигателями (проект изменений в ГОСТ Р 52033)

Таблица 4

Предложения по допустимому уровню дымности для автомобилей с дизелями на режиме свободного ускорения (проект изменений в ГОСТ Р 52160-2003)

Таблица 5

Предложения по установлению предельно допустимых значений выбросов СО и СН для газобаллонных автомобилей (Проект ГОСТ Р «Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами»)

Для удобства осуществления контроля нормативы дифференцированы не только в зависимости от заводской комплектации, но также привязаны к экологическим классам и дате выпуска автомобиля. Это позволит снять спорные вопросы с владельцами транспортных средств, связанные с идентификацией комплектации автомобиля и предъявления к нему тех или иных нормативных требований.

Предлагаемые изменения касаются также возможности использования при контроле бортовых диагностических систем автомобиля. Кроме того, соответствии с международными документами ужесточаются требования к точности используемого газоаналитического оборудования. Это связано, со значительным снижением значений измеряемых и предельно-допустимых значений выбросов.

В национальных российских стандартах в отличие от международных европейских требований предлагается сохранить требования к выбросам суммарных углеводородов для автомобилей, работающих на бензине и газовом топливе. Этот показатель более информативен, с точки зрения оценки технического состояния двигателя и его систем, полноты сгорания топлива в двигателе. Кроме того, измерение углеводородов необходимо для оценки значений коэффициента избытка воздуха, являющимся также нормативным параметром, и с этой точки зрения, не влечет дополнительных экономических или временных затрат. Анализ требований к содержанию вредных выбросов, установленные ведущими зарубежными заводами-изготовителями автомобилей для целей контроля, регулировки и технического обслуживания, подтверждает взаимосвязь требований с экологическим классом автомобиля и целесообразность сохранения требований к содержанию СН в отработавших газах (табл. 6).

Таблица 6

Требования к содержанию СО и СН в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями и дизелями, установленные заводами изготовителями

Проведенные в 2011 г. обследования содержания СО и СН в отработавших газах автомобилей категорий М_1,2 и N_1-3 2-5-го экологических классов с бензиновыми и газовыми двигателями по методике, изложенной в национальных стандартах, показали, что предложенные экологические нормативы выполняются большинством проверенных автомобилей. Выборка составила более 100 автомобилей 2 - 5 экологических классов трех типов:

двухтопливных, работающих на бензине или сжиженном нефтяном газе;

монотопливных, работающих на бензине;

автомобилей с дизелями.

Вероятность превышения нормативов составляла на бензине не более 4 %, на газовом топливе (пропан-бутан) до 9 % и соответствовала ожидаемой доли технически неисправных автомобилей. Вероятность превышения технически исправными автомобилями с дизелями 2 - 5 экологических классов табличных (групповых) норм дымности отработавших газов оказалась исчезающе мала. Средние значения полученных параметров для исследованной выборки представлены в таблицах 7 и 8. Большая часть проверенных автотранспортных средств уложилась в установленные групповые нормативы с многократным запасом.

Таблица 7

Средние концентрации СО и СН в отработавших газах автомобилей 4-го и 5-го экологических классов

Таблица 8

Средняя дымность отработавших газов

Следует, однако, отметить, что среднее содержание СО и СН в отработавших газах и разброс результатов измерений у автомобилей зарубежного производства оказались гораздо ниже и в меньшей степени зависящими от пробега с начала эксплуатации, чем у отечественных автомобилей. На рисунках 2 - 4 представлены иллюстрирующие этот факт результаты испытаний. При этом, кружками и линиями красного цвета показаны экспериментальные данные и аппроксимирующая их кривая второго порядка по отечественным автомобилям, а кружками и линиями голубого цвета - то же, по иномаркам).

Как следует из рисунков 2 - 5, конструкция, качество изготовления и надежность работы двигателей отечественных автомобилей и используемых для них комплектующих изделий значительно отстают от зарубежных аналогов. Возможной причиной может являться нарушение рецептуры или нарушение технологии нанесения катализатора, или недостаточное количество драгоценных металлов в каталитических блоках. Косвенно об этом свидетельствуют значительно более низкие закупочные цены (до 40% от зарубежных аналогов) на керамические каталитические блоки отечественного производства, выработавшие свой ресурс (информации с сайта www.basemetal.ee).

Рис. 2 Концентрация СО в отработавших газах автомобилей при работе двигателя на газовом топливе и на минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя

Рис. 3 Концентрация СО в отработавших газах автомобилей при работе двигателя на бензине и на минимальных оборотах коленчатого вала двигателя

Рис. 4 Концентрация СН в отработавших газах автомобилей при работе двигателя на газовом топливе и на повышенных оборотах коленчатого вала двигателя

Рис. 5 Концентрация СН в отработавших газах автомобилей и при работе двигателя на бензине и на повышенных оборотах коленчатого вала двигателя

Эта проблема должна решаться органами по сертификации при инспекционном контроле производства серийной продукции у изготовителя и качества продукции у продавца. Это касается как автомобиля в целом, так и его комплектующих изделий. Обе эти административные процедуры в настоящее время в Российской Федерации практически не применяются, чем могут пользоваться недобросовестные изготовители.

Экспериментальные исследования содержания СО и СН в отработавших газах автомобилей категории М₃ с монотопливными газовыми двигателями с принудительным зажиганием по методике проекта ГОСТ Р «Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами» проводились на территории 11 автобусного парка г.Москвы в мае 2011 года. Объектами исследования являлись транспортные средства категории М3 - автобусы ЛиАЗ-52937 (3 экологический класс) и ЛиАЗ-62137 (4 экологический класс), оснащенные газовыми двигателями CUMMINS CG 250 различных модификаций, использующими в качестве моторного топлива сжатый природный газ. Выборка составила более 30 автобусов. Практически все автобусы уложились в установленные проектом стандарта нормативы. Вероятность их превышения составляет по СО не более 2,0 %, а по СН - 0,01 %. Средние значения результатов измерений представлены в табл. 6.

Таблица 6

Средние концентрации СО и СН в отработавших газах автобусов категории М3 с газовыми двигателями

В связи с особенностями рабочего процесса монотопливных двигателей транспортных средств категории М₂, М₃, N₂ и N₃ нормативное значение коэффициента избытка воздуха л сдвинуто в область обедненных смесей и имеет более широкий диапазон допустимых значений. В связи с этим контроль коэффициента избытка воздуха для транспортных средств этих категорий должен проводиться только в случае установления изготовителем соответствующих пределов и доступности этой информации для контролеров.

Важным фактором обеспечения экологической безопасности автотранспортных средств в период эксплуатации (кроме современной нормативной базы и надежной техники) является наличие эффективно работающей административно-технической системы контроля за экологическим состояниям парка. Это всегда было наиболее слабым звеном российской системы. Как известно, юридически обязывающий контроль транспортных средств по экологическим параметрам в Российской Федерации осуществляется только в рамках единственной процедуры - проверки технического состояния при периодических технических осмотрах транспортных средств. Производственный и линейный (между обязательными техническими осмотрами) контроль у нас практически полностью разрушен. После передачи в 2011 г. полномочий в сфере организации технических осмотров от ГИБДД МВД РФ к страховым организациям существуют серьезные и небезосновательные опасения, уже подкрепленные реальными наблюдениями, что внимание к экологической составляющей технического осмотра в нарушение всех регламентов также упадет до минимума.

А это значит, что демонтаж систем нейтрализации с соответствующей перенастройкой системы бортовой диагностики, который уже широко применяется на рынке услуг по техническому обслуживанию и ремонту, примет массовый характер.

Косвенным подтверждением неработоспособности системы контроля технического состояния автомобильного парка по экологическим параметрам является отсутствие рынка вторичных каталитических нейтрализаторов. Даже у авторизованных дилеров автомобилей в перечне регламентных работ, как правило, не предусмотрена замена каталитических нейтрализаторов, хотя их срок службы (ресурс) значительно меньше среднего срока службы (ресурса) автомобиля. В 2012 - 2014 гг. начнется массовый выход из строя по эффективным показателям нейтрализаторов, устанавливаемых на всех поступающих в эксплуатацию автомобилях выпуска после 2006 года с момента вступления в силу первого российского технического регламента. И если сегодня мы не наладим эффективный контроль за экологическим состоянием автомобильного парка, гигантские усилия по сохранению окружающей среды и здоровья населения пропадут напрасно. При этом все условия для успешной работы есть. Надо просто ее выполнять в объемах, предусмотренных разработанными стандартами и правилами проведения технического осмотра.

Список литературы

1. Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» (в ред. постановлений Правительства РФ от 21.04.2008 № 609, от 27.11.2006 № 718, от 26.11.2009 № 956).

2. 2009/40/EC «Директива Европейского парламента и Совета от 6 мая 2009 г. по испытаниям на пригодность к эксплуатации автомобильного транспорта и прицепов».

3. 2010/48/EС «Директива Комиссии от 5 июля 2010 г., адаптирующая к техническому прогрессу Директива 2009/40/EC Европейского парламента и Совета по испытаниям на пригодность к эксплуатации автомобильного транспорта и прицепов».

4. Технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств» (постановление Правительства РФ от 23.09.2009 № 720).

5. ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

6. ГОСТ Р 17.2.02.06-99 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей».

7. ГОСТ Р 52160-2003 «Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния».

Размещено на Allbest.ru