Нормирование вредных выбросов автомобилей в Европе.

В отличие от США, европейские страны, находясь на сравнительно небольшой территории, ранее других столкнулись с проблемой различия требований к автомобилям.

В этой связи подкомитет по автомобильному транспорту образованной Европейской Экономической Комиссии ООН 6 июня 1952 г. принял специальную резолюцию об образовании Рабочей группы экспертов по конструкции транспортных средств (WP.29), компетентных в области разработки технических требований к транспортным средствам, в целях обеспечения выполнения общих технических предписаний, изложенных в Женевской Конвенции о дорожном движении 1949 г.

WP.29 провела свою первую сессию в феврале 1953 г. В ней приняли участие представители правительств Бельгии, Великобритании, Италии, Нидерландов, США (представляющих зоны оккупации Германии), Швеции и Швейцарии, а также ряд неправительственных организаций Международной организации по стандартизации ИСО, Международного транспортного союза (МТС) и др.

В начале своей деятельности WP.29 столкнулась с проблемами унификации технических требований, для чего требовалось изменить национальное законодательство, ряда стран. В этой связи WP.29 были приняты т.н. «рекомендации правительствам».

Важным этапом явилось заключение Соглашения, подписанного в Риме в 1956 г. путём обмена письмами (при косвенном руководстве со стороны WP.29) между правительствами четырёх стран: Федеративной Республики Германии, Италии, Нидерландов и Франции о принятии единообразных согласованных предписаний для фар с новым асимметричным лучом ближнего света.

В 1958 г. Федеративная Республика Германия предложила заключить под эгидой ЕЭК ООН «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов оборудования и частей механических транспортных средств и прицепов», которое было подписано 20 марта 1958 года в Женеве (Женевское Соглашение 1958 г.), и которое вступило в силу в 1959 г. Ранее согласованные в Риме предписания для фар с асимметричным лучом ближнего света были названы «Правила ЕЭК ООН № 1», и они стали первым приложением к Женевскому Соглашению 1958 г.

На WP.29 были негласно, но вполне естественно возложены функции исполнительного органа Женевского Соглашения 1958 г.

Основными принципами указанного Соглашения были следующие:

1. Страна-участница Соглашения, в лице специально уполномоченной компетентной организации (Административного органа), может выдавать сертификат соответствия на типы оборудования или частей механических транспортных средств при условии, что представленные изготовителем образцы выдерживают испытания, которые проводятся в специально уполномоченных испытательных лабораториях и отвечают установленным требованиям. Административный Орган должен быть в состоянии проверять и постоянно контролировать соответствие серийной продукции официально испытанному образцу.

2. Предметы оборудования и части механических транспортных средств, имеющие знак официального утверждения и изготовленные либо в одной из стран-участниц Соглашения, применяющих данные Правила, либо на территории другой страны, указанной страной, официально утвердившей тип рассматриваемого оборудования или частей, будут считаться отвечающими законодательству всех стран, применяющих указанные Правила. Вместе с тем, если какая-либо страна выявит несоответствие утверждённому типу продукции, имеющей знаки официального утверждения, то она может запретить на своей территории продажу и использование соответствующих предметов оборудования и частей.

3. Страна, выдавшая официальное утверждение на такую продукцию, обязана принять меры, необходимые для восстановления ее соответствия официально утверждённому типу или отменить официальное утверждение и сообщить о принятых мерах другим, применяющим Правила, странам.

4. Любая страна, присоединившаяся к Соглашению, может заявить о применении любого количества Правил, или о неприменении ни одного из них.

5. В установленные в Соглашении сроки любая страна-участница может заявить о применении любых Правил, не применявшихся ею ранее, либо об отказе от применения Правил.

Следует подчеркнуть, что в соответствии с Женевским Соглашением 1958г., каждая договаривающаяся сторона (страна-участница Соглашения) самостоятельно и добровольно определяет, к каким Правилам ЕЭК ООН она присоединяется (т.е. выдает официальные утверждения и признает такие утверждения, выданные другими странами-участницами в отношении этих Правил ЕЭК ООН), и какие Правила ЕЭК ООН она включает в свое национальное законодательство и в какой форме (т.е. предписывает обязательное выполнение этих Правил ЕЭК ООН на своей территории) Изготовитель также сам определяет, по каким Правилам ЕЭК ООН он может и хочет сертифицировать свою продукцию, однако он должен это обязательно сделать в отношении тех Правил ЕЭК ООН, которые внедрены в национальное законодательство страны, где он намеревается реализовывать свою продукцию.

За период с 1958 по 1990 гг. WP.29 разработала и утвердила более 90 Правил ЕЭК ООН, устанавливающих требования, в том числе и по экологической безопасности транспортных средств, однако, несмотря на успешные результаты, достигнутые WP.29 в рамках реализации Женевского Соглашения 1958 г., в первой половине 1990-х гг. сложилась ситуация, при которой назрела необходимость пересмотра данного Соглашения.

Принимая во внимание выше изложенное, начиная с 1990 г. в течение четырех лет WP29 приложила значительные усилия по разработке предложений для серьёзного пересмотра Женевского Соглашения 1958 г, которые позволили устранить отмеченные недостатки и разрешить появившиеся проблемы. Изменение Соглашения весьма существенно меняет дух и букву документа. Однако, по процедурным соображениям, чтобы не возбуждать процесс переподписания странами пересмотренного документа, было решено назвать вносимые изменения поправками.

В Европе, в рамках «Соглашение о принятии единообразных технических предписаний для колёсных транспортных средств, предметов оборудования и частей, которые могут быть установлены и/или использованы на колесных транспортных средствах, и об условиях взаимного признания официальных утверждений выдаваемых на основе этих предписаниях Женевского Соглашения 1958 г.), в 1970 г. были приняты Правила № 15 ЕЭК ООН

«Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств с двигателями с принудительным зажиганием или с двигателями с воспламенением от сжатия в отношении выделения двигателем загрязняющих газообразных веществ», в которых нормировались выбросы оксида углерода и углеводородов с отработавшими газами двигателя транспортных средств полной массой, соответственно, до 3,5 т и более 3,5 т.

Для мототехники, специальных внедорожных машин и двигателей малой мощности, используемых для специальной малоразмерной техники (мотопил, газонокосилок и др.), разработаны специальные стандарты.

Рост автомобильною парка требует периодического обновления стандартов и ужесточения нормативных требований по выбросу вредных веществ автотранспортными средствами. Так, ПДВ вредных веществ в европейском законодательстве за десять лет, с 1972 по 1982 гг., были ужесточены примерно вдвое, а с 1982 по 1996 гг. для категорий наиболее массовых автомобилей уже в 5 - 8 раз. В последнее время началось не только количественное ужесточение норм, на выбросы вредных веществ, но и их качественное изменение:

- расширяется и уточняется номенклатура вредных веществ, выброс которых ограничивается предельно допустимыми нормами;

- усложняются испытательные циклы с целью приближения их к действительным условиям эксплуатации;

- регламентируются пробеги автомобиля, на протяжении которых он должен соответствовать установленным нормам.

Уточнение и расширение номенклатуры вредных веществ коснулось главным образом углеводородной группы. Некоторые из них, например. ПАУ, являются исключительно вредными, но при этом не нормируются.

Особое место занимает метан, который признан не опасным для здоровья человека и поэтому не включен в стандарте США, а нормируемую группу суммарных углеводородов. Однако эксперты стран ЕЭК считают это неправильным, так как по последним исследованиям метан является одним из факторов, влияющих на "парниковый эффект", и не может быть исключен из нормируемых суммарных углеводородов, особенно при использовании природных газов в качестве топлива для двигателей.

Расширение использования спиртовых топлив, в частности, метанола или бензометанольных смесей, потребовало введения нормирования соединений из группы альдегидов, имеющих неприятный запах и вредно влияющих на слизистые оболочки человека. Так, в стандарте США уже введено нормирование выброса транспортными двигателями формальдегидов, а в Японии рассматривается дополнительно нормирование ацетальдегида для тяжелых транспортных средств с дизельными двигателями.

Среди мероприятий, обеспечивающих снижение выброса вредных веществ автомобилями с бензиновыми двигателями, следует отметить ограничение испарений топлива за счет применения систем улавливания паров топлива из карбюратора и топливного бака и последующего их сжигания в цилиндрах двигателя. Пары бензина состоят из углеводородов различного состава, причем с испарениями в атмосферу поступает до 20% от общего количества выбрасываемых автомобилем углеводородных соединений. Абсолютная величина топливных испарений из системы питания, например, грузового автомобиля типа ЗИЛ-130 достигает 1,2-1,5 л в сутки. В США и в большинстве европейских стран производится количественная оценка топливных испарений из системы питания автомобилей с бензиновыми двигателями и установлена норма на испытание по регламентированной методике.

Весьма важным является установление в Правилах ЕЭК ООН и стандартах США норм на выброс твердых частиц дизелями в дополнение к ограничению по дымности отработавших газов Нормирование личности, под которой понимают оптическую плотность отработавших газов, позволяет оценивать только визуально видимое количество углеродных частиц. Поэтому метод оптической оценки дымности отработавших газов дизеля применяется только в качестве контроля технического состояния транспортного средства в процессе длительной его эксплуатации

Современные стандарты предусматривают оценку экологических качеств автомобиля по выбросу вредных веществ на режимах работы, соответствующих условиям его городского и магистрального городского движения. Для этого разработаны специальные "ездовые циклы" для автотранспортных средств полной массой до 3,5 т (Правила № 83 ЕЭК ООН «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении выбросов загрязняющих веществ в зависимости от топлива, необходимого для двигателей»), которые воспроизводятся при их испытаниях на специализированных стендах с беговыми барабанами, а для автотранспортных средств полной массой более 3,5 т при испытаниях двигателя, снятого с шасси автомобиля, на динамометрическом стенде по циклу, включающему набор типичных и наиболее часто применяемых установившихся и неустановившихся режимов движения автомобиля в реальной его эксплуатации. Так, для стандарта США выбраны типичные условия эксплуатации в городах Нью-Йорке и Лос-Анджелесе и загородного движения транспорта в штате Калифорния. Причем для автомобилей с двигателями с искровым зажиганием и двигатели с принудительным воспламенением смеси циклы и нормативные требования отличаются.

В 1982 г. вступили в силу Правила № 49 ЕЭК ООН «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения двигателей с воспламенением от сжатия и двигателей, работающих на природном газе, а также двигателей с принудительным зажиганием, работающих на сжиженном нефтяном газе и транспортных средств, оснащенных: двигателями с воспламенением от сжатия, двигателями, работающими на природном газе, и двигателями с принудительным зажиганием, работающими на сжиженном нефтяном газе в отношении выделяемых ими загрязняющих веществ», предусматривающие испытания двигателя по 13-режимному циклу на установившихся нагрузках, что отличает его от реальных условий эксплуатации. Поэтому разработан новый цикл испытаний ETC, наиболее приемлемый по техническим и экономическим параметрам для европейских стран.

Автомобильный транспорт эксплуатируется в различных климатических условиях, оказывающих большое влияние на его экологические показатели. Исследования, проведенные в США, Канале и в скандинавских странах, показывают, по выброс оксида углерода и углеводородов двигателями с искровым зажиганием при отрицательных температурах увеличивается в 6 - 10 раз. Поэтому в США и некоторых скандинавских странах уже введено нормирование выброса оксида углерода при испытаниях предварительно охлажденного автомобиля при отрицательных температурах (t = -7°С). Автомобили, не удовлетворяющие этим нормам, облагаются дополнительным налогом. В Правила № 83 ЕЭК ООН включены испытания и нормирование выбросов автомобиля при отрицательной температуре. Для таких испытаний требуется установка беговых барабанов в специальной климатической камере.

Как и стандарт США, Правила № 83 ЕЭК ООН предусматривают оценку надежности антитоксичной системы на протяжении 80 тыс. км пробега по специальному циклу движения автомобиля. Основным элементом такой системы является каталитический нейтрализатор, которых в настоящее время в мире выпускается около 50 млн. в год, а число автомобилей, эксплуатируемых с этими системами, превышает 500 млн.Постоянное совершенствование нейтрализаторов по эффективности обезвреживания вредных веществ, выбрасываемых двигателем с отработавшими газами, снижению температуры начала их эффективной работы, устойчивости к теп­ловым статическим и динамическим перегрузкам и отравлению свинцом, фосфором, цинком и другими химическими элементами, содержащимися в топливе и маслах, и просто вопросы их стоимости и замены после выработки их ресурса заставляют производителей проводить полный комплекс работ по сертификации в соответствии с требованиями Правил № 83 ЕЭК ООН, включая ресурсные испытания при пробеге 80 тыс. км. Такие затраты становятся тяжелым бременем для производителей нейтрализаторов как сменных элементов, например, в качестве запчастей. Поэтому в ЕЭК ООН, в дополнение к действующим Правилам № 83, были утверждены Правила №103 ЕЭК ООН «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения сменных каталитических нейирализаторов для механических транспортных средств», допускающие сертификацию сменных нейтрализаторов по упрощенной процедуре как самостоятельного изделия.

Конструкторы автотранспортных средств уделяют большое внимание разработке новых альтернативных экологически чистых технологий: двигателей, использующих альтернативные виды топлив (сжатый природный и сжиженный нефтяного происхождения газы, метанол, эфиры, биогаз и горючие органические масла, водород и его смеси), автомобилей с электроприводом. При этом вводятся новые поправки в Правила ЕЭК ООН, учитывающих использование в автомобильных двигателях альтернативных видов топлива.

Европейское нормирование вредных выбросов автотранспортных средств разделяет их на категории в зависимости от типа и массы Ниже приведено обозначение категорий автотранспортных средств в Правилах ЕЭК ООН:

М₁ − автотранспортные средства для перевозки максимальным числом мест 8, помимо места водителя;

М₂ − автотранспортные средства для перевозки пассажиров с числом мест более 8, помимо места водителя, и максимальным конструктивным весом до 5000кг;

M₃ − автотранспортные средства для перевозки пассажиров с числом мест более 8, помимо места водителя, и максимальным конструктивным весом более 5000кг;

N₁ − автотранспортные средства для перевозки грузов с максимальным конструктивным весом до 3500 кг,

N₂ − автотранспортные средства для перевозки грузов с максимальным конструктивным весом от 3500 до 1 2000 кг;

N₃ −автотранспортные средства для перевозки грузов с максимальным конструктивным весом более 1 2000 кг.

Легкие транспортные средства (категории М₁ и N₁) массой от 0,4 до
3,5 т и числом пассажиров до 8, помимо места водителя, имеют в соответствии с действующими Правилами № 83 ЕЭК ООН нормативные требования, приведенные в таблице 3.

Таблица 3

* − кроме транспортных средств, масса которых превышает 2500кг.

** − включает категорию М транспортных средств, которые определены в замечании *.

*** − Нормы Евро-3 и Евро-4 предусматривают испытания по новому ездовому циклу без 40 с прогрева двигателя на холостом ходу.

С 2005 г. введены нормативные требования Евро-4 (см. таблицу 4), которые предусматривают изменение цикла испытаний. Кроме того, для этой категории автотранспортных средств вводится нормирование вредных выбросов двигателей с искровым зажиганием, работающих на сжиженном нефтяном и сжатом природном газах. Это дает возможность использовать более экологически чистое топливо и устанавливать на автомобиль системы впрыскивания топлива и 3-компонентной нейтрализации с электронным управлением по сигналу кислородного датчика в системе выпуска двигателя. Пожалуй, это единственный перспективный путь снижения выброса оксидов азота и выполнения нормативных требований после 2005 г. для этой категории автотранспортных средств.

Таблица 4

Примечания: дата введения в числителе для новых моделей, а в знаменателе − текущей продукции;

* для двигателей мощностью менее 85 кВт нормативное значение

повышается в 1 ,7 раза;

** норма на выброс частиц.

Европейские предписания предусматривают также нормирование дымности отработавших газов дизельных двигателей автотранспортных средств на установившихся режимах и при свободном ускорении двигателя. В таблице 5 приведены действующие в настоящее время нормативные требования Правил № 24 ЕЭК ООН на установившихся режимах работы двигателя.

Измеренная дымность отработавших газов на режиме свободного ускорения дизельных двигателей с турбонаддувом не должна превышать более чем на 0,5 м^-1 предельное значение, измеренное при испытаниях двигателя на установившихся режимах При инспекционных испытаниях и при проверке соответствия производства дымность отработавших газов необкатанного двигателя, измеренная при свободном ускорении, не должна превышать более чем на 0,5 м полученной при сертификационных испытаниях скорректированной величины коэффициента поглощения. Эта величина представляет собой наименьшую из двух величин:

Х_l= (S_l/S_m)∙Х_m

Х_l= Х_m+0,5,

где Х_l − скорректированная величина коэффициента поглощения в режиме свободного ускорения.

Х_m − измеренная величина коэффициента поглощения в режиме свободного ускорения;

S_m − величина коэффициента поглощения, измеренная на уста­новившихся режимах, наиболее близкая к установленному предельному значению, соответствующему такому же расходу отработавших газов;

S_l−предельная величина коэффициента поглощения, измеренная на установившихся режимах, соответствующая расходу отработавших газов, при котором определена S_m.

Таблица 5