МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА РСФСР
НИИАТ

СОГЛАСОВАНО:

Заместитель начальника Технического

управления

А.И. Газин

ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОВЕРКЕ И РЕГУЛИРОВКЕ
БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЕЙ
НА МИНИМАЛЬНУЮ ТОКСИЧНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Взамен РТМ-200-РСФСР-12-0092-79

Срок введения

с 01.08.88 г.

Москва 1988

Инструкция разработана в Государственном научно-исследовательском институте автомобильного транспорта (НИИАТ). Инструкция является нормативно-техническим документом по выполнению предписаний государственного стандарта, устанавливающего нормы и методы измерения содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями.

Работу выполняли: Доброхотов B.C., Манусаджянц Ж.Г., Парфенов Е.В. (руководитель темы), Шестухин В.И.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. В крупных городах и промышленных центрах, особенно на улицах с интенсивным движением, наблюдается значительное загрязнение воздушного бассейна.

Известно, что при работе автомобильных двигателей в воздух выделяются отработавшие газы, которые содержат большое количество различных токсичных веществ, в том числе окись углерода и углеводороды.

1.2. Окись углерода (СО) - сильнодействующий токсичный газ без цвета и запаха - образуется в результате неполного сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Находясь в воздухе и попадая через дыхательные пути в кровь, окись углерода нарушает нормальную деятельность организма и при больших концентрациях может привести к тяжелому отравлению. Даже малые дозы окиси углерода, систематически воздействующие на человека, приводят к ее накоплению в организме, что оказывает вредное влияние на здоровье.

Решающим условием, обеспечивающим минимальное содержание окиси углерода в отработавших газах, является исправное техническое состояние и правильная регулировка карбюратора.

1.3. Углеводороды (СН) являются исходными продуктами образования фотохимических туманов (смогов) в атмосфере городов, а также представляют концерогенную опасность для организма человека.

Содержание углеводородов в отработавших газах измеряется в «частях на миллион» (млн-1). Одна часть соответствует 0,0001 объемного процента выбросов. В отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями содержание углеводородов в большой степени зависит от числа цилиндров двигателя автомобилей. Так, для двигателей с числом цилиндров до 4-х содержание углеводородов находится в диапазоне от 100 до 1500 и более млн-1 , а для многоцилиндровых двигателей - от 500 до 5000 и более млн-1. Концентрация углеводородов, в основном, зависит от технического состояния системы питания и зажигания особенности свечей зажигания, прерывателя-распределителя.

1.4. Регулировка системы холостого хода карбюратора на минимальное содержание окиси углерода в отработавших газах обычно приводит к значительному повышению содержания углеводородов и наоборот. Поэтому регулировку следует осуществлять так, чтобы соблюдались обе нормы, указанные в действующем стандарте, при этом суммарное количество токсичных веществ, выбрасываемых автомобилей в атмосферу будет минимальным. Такая регулировка обеспечит и снижение расхода топлива при движении автомобиля.

1.5. Для обеспечения снижения загрязнения атмосферного воздуха необходимо систематически контролировать автомобили на содержание токсичных веществ в отработавших газах, это позволит своевременно выявлять технически неисправные автомобили с повышенным содержанием токсичных веществ и принимать оперативные меры по устранению неисправностей.

2. ПРОВЕРКА ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОМОБИЛЕЙ

2.1. Проверка автомобилей на содержание токсичных веществ в отработавших газах должна осуществляться в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-87 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности».

минимальной (Пмин.);

повышенной (Ппов.), в диапазоне 2000 мин-1 - 0,8 П М Мном.

Значения Пмин. и Ппов. определяются из технических условий и инструкций по эксплуатации автомобилей. Для основных моделей автомобилей значения Пмин. и Ппов. приведены в приложении .

2.3. При проверке и регулировке двигателей автомобилей содержание токсичных веществ в отработавших газах не должно превышать значений, указанных в таблице.

2.4. В автотранспортных предприятиях и других предприятиях эксплуатирующих автомобильный транспорт, проверка и регулировка двигателей на токсичность проводится не реже чем при техническом обслуживании № 2, после ремонта агрегатов, систем и узлов, влияющих на токсичность, а также по. заявкам водителей автомобилей.

2.5. На станциях технического обслуживания проверка и регулировка двигателей на токсичность осуществляется при проведении технического обслуживания, ремонта агрегатов и систем, влияющих на токсичность, а также по заявкам владельцев автомобилей.

Таблица 1

(приведены данные по ГОСТ 17.2.2.03-87)

2.6. На авторемонтных предприятиях проверка токсичности и регулировка производится после обкатки отремонтированных автомобилей пробегом, а двигателей - на стенде при отсоединенном тормозном устройстве, после их обкатки.

2.7. Для проверки содержания токсичных веществ в отработавших газах автомобилей и двигателей следует применять приборы, удовлетворяющие требованиям действующих стандартов.

2.8. Проверку и регулировку автомобилей в соответствии с действующими нормами рекомендуется производить на контрольно-регулировочном пункте (КРП).

2.9. Проверка производится на предварительно прогретом двигателе до температуры охлаждающей жидкости, рекомендованной заводом-изготовителем (но не менее 60 °С).

2.10. Перед проверкой необходимо:

Включить вентиляционные устройства в помещении, где производится проверка;

Установить автомобиль, поставить рычаг переключения передач (избиратель скорости для автомобилей с автоматической коробкой передач) в нейтральное положение;

Затормозить автомобиль стояночным тормозом;

Подложить упоры («башмаки») под колеса ведущих мостов;

Проверить исправность системы выпуска отработавших газов внешним осмотром. Система не должна иметь дефектов, приводящих к утечкам отработавших газов, подсосу воздуха.

Остановить двигатель (при его работе);

Открыть капот двигателя и подсоединить тахометр;

Установить пробоотборный зонд газоанализатора (при наличии двух газоанализаторов на СО и СН - два зонда) в выпускную трубу автомобиля на глубину не менее 300 мм от ее среза. При использовании газоотвода, надеваемого на выпускную трубу, зонд вводится в отверстие газоотвода;

Подготовить газоанализаторы и тахометр для проведения намерений согласно инструкции предприятий - изготовителей приборов;

Запустить двигатель и полностью открыть воздушную заслонку карбюратора;

При ненажатой педали управления дроссельной заслонкой проверить и при необходимости установить по тахометру требуемую минимальную частоту вращения вала двигателя (Пмин.);

Увеличить частоту вращения путем открытия дроссельной заслонки до Ппов. и проработать на этом режиме не менее 15 с.

2.11. Для проверки токсичности необходимо:

Снизить частоту вращения до минимальной (Пмин.) и не ранее чем через 20 с измерить токсичность, записав показания приборов в журнал;

Открытием дроссельной заслонки установить повышенную частоту вращения вала двигателя (Ппов.) и не ранее чем через 30 с измерить токсичность, записав показания приборов в журнал.

2.12. При наличии у автомобиля раздельных выпускных труб измерения следует проводить в каждой из них отдельно. Для измерения с нормами берутся максимальные значения полученные при измерении.

2.13. Если хотя бы один результат превысит установленные нормы, то необходимо произвести проверку и регулировку системы зажигания и карбюратора без снятия его с автомобиля в соответствии с приложением .

2.14. При соответствии результатов измерения токсичности установленным нормам выдается «Талон токсичности» с отметкой «Норма».

2.15. На автомобилях где предусмотрена возможность пломбирования регулировочных устройств карбюраторов, после регулировки и соответствия токсичности установленным нормам, они должны вновь пломбироваться.

2.16. В случае отсутствия возможности снизить токсичность регулировочными воздействиями, автомобиль направляется в ремонтную зону для выполнения необходимых работ. Перечень вероятных неисправностей и причин повышенной токсичности - в приложении : данные по топливным насосам - в приложении . Основные рекомендации по ремонту и техническому обслуживанию карбюратора изложены в приложениях , , , .

2.17. После выполнения ремонтных работ производится проверка и регулировка двигателя на соответствие нормам и только при положительном результате выдается водителю автомобиля «Талон токсичности» с отметкой в нем «Норма».

Приложение 1

Значение минимальной и повышенной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу для карбюраторных двигателей

Двигатель	Автомобиль	Минимально устойчивая частота вращения, мин-1	Частота вращения при номинальной (или максимальной) мощности, мин-1	Повышенная частота вращения (ориентировочно 0,8 Пном.), мин-1
	ЗАЗ-968, А, М «Запорожец»
	«Москвич-412»
	«Москвич-2138 2136» и их модификации
	«Москвич-2137 -2140»
	ВАЗ-2101-202 «Жигули»
	ВАЗ-21011 «Жигули»
	ВАЗ-2103 «Жигули»
	ВАЗ-2103 «Жигули» 21072, 2104
	ВАЗ-2106 «Жигули»
	ВАЗ-2121 «Нива»
	ВАЗ-2108 - 2109
	ГАЗ-21 «Волга»
	РАФ-2203 «Латвия»
	ГАЗ-24-10; 24-12; 24-13; Автобус РАФ 2203
	ГАЗ-24-10; 24-11; 24-12; 24-13; ЕрАЗ-3730
ЗМЗ-451, -451М	УАЗ-451ДМ; -452Д; -469Б
	ГАЗ-24 «Волга»
	ГАЗ-13 «Чайка»
	ЗИЛ-138, -138Д2, -138В1, - ММЗ-45023
	ЛАЗ-695Н, 697Р, -697М, 697Н, - 699Н, ЗИЛ-130, КАЗ-608В
	130В, -131, ЗИЛ-ММЗ-655, ЗИЛ-157, -157К
ЗИЛ-50В 1000400	ЗИЛ-431410 и модиф.
ЗИЛ-508 1000401	Автобусы ЛАЗ-695Н, -697Н
ЗИЛ-508 1000402	Автомобиль-тягач КАЗ-608В
ЗИЛ-5081 1000401	ЗИЛ-131Н и модиф.
ЗИЛ-5081 1000402	ЗИЛ-131 и модификации
ЗИЛ-5081 1000402	ЗИЛ-131 и модификации
ЗИЛ-5085 1000400	ЗИЛ-431810 и модификации
ЗИЛ-5085 1000407	Автобус ЛАЗ-695
ЗИЛ-5086 1000400
ЗИЛ-5097 1000407	Урал-375 СИМ
ЗИЛ-509 1000400	Автобус ЛАЗ-699Р
ЗИЛ-509 1000401	Автобус ЛАЗ-677М
	ЗИЛ-117, -114
	ЗИЛ-4104 и модификации
	ЗИЛ-4104 и модификации
	ГАЗ-51А, -63
	ГАЗ-53А, -66
	КавЗ-651А, -685, ПАЗ-672, -3201

Определение токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) осуществляется с помощью специальных газоанализаторов. Для определения содержания оксида углерода СО и углекислого газе CО 2 при стендовых испытаниях двигателей в лаборатории МАДИ применяются оптико-акустические газоанализаторы ГИАМ-5 Смоленского завода, а для несгоревших углеводородов С n Н m - газоанализаторы ГЛ-1121, основанные на поглощении инфракрасного излучения исследуемым газом. Известно, что только многоатомные газы, смеющие хотя бы два разнородных атома в молекуле (CO 2 , H 2 O, СО, C n H m и др.), обладают наибольшей способностью поглощать лучистую энергию, причем в строго определенных для каждого газа интервалах длин волн. Это позволяет определять содержание отдельных компонентов в сложных газовых смесях (ОГ двигателя) независимо от концентрации других компонентов.

Механизм действия оптико-акустических анализаторов основан на использовании явления разогрева газа при поглощении радиации и охлаждения его, когда действие лучей прекращается, Исследуемый газ поступает в сосуд-лучеприемник и через светофильтр, пропускающий инфракрасное излучение, с помощью обтюратора периодически облучается от источника инфракрасного излучения. В результате нагрева одновременно с изменением температуры газа на величину Δt соответственно изменяется и давление его на величину Δр, которое воспринимается чувствительней мембраной конденсаторного микрофона. Колебания мембраны преобразуются в постоянный ток, величина которого характеризует поглощение данным компонентом инфракрасной радиации и служит мерой его концентрации, фиксируемой в процентах регистрирующим прибором.

Определение концентрации в ОГ оксидов азота производится в основном приборами, основанными на хемилюминесценции. При сгорании топлива в двигателе образуется оксид азота NO, который затем в условиях более низких температур в значительной части переходит в NO 2 . Таким образом, оксиды азота NO X содержат смесь NO и NO 2 Для определения концентрации NO хемилюминесцентным методом пробу ОГ предварительно обрабатывают озоном О 3 . В результате получаются возбужденные частицы NO 2 , которые при переходе в стабильное состояние излучают фотоны света. При этом интенсивность излучения пропорциональна концентрации NO в пробе газа. Интенсивность излучения измеряется с помощью фотоумножителя, причем прибор показывает непосредственно концентрацию NO. Для определения в ОГ суммарной концентрации NO X полученная ранее NO 2 (при анализе на NO) превращается в специальном конвертере прибора в NO, содержание которого определяется хемилюминесцентным методом, как было показано выше. Иногда для анализа ОГ на содержание оксидов азота используют инфракрасные и ультрафиолетовые спектрометры, принцип действия которых аналогичен принципу действия газоанализаторов на несгоревшего углеводорода.

Определение дымности ОГ осуществляется с помощью специальных дымомеров. Наибольшее распространение получили дымомеры, работающие по методу просвечивания ОГ с поглощением светового потока, и дымомеры с фильтрацией ОГ. Дымомеры с просвечиванием, использование которых для замера дымности ОГ дизелей регламентировано стандартом, оценивают относительную задымленность по оптической плотности слоя газа определенной толщины (0,4 -0,5 м). В дымомерах этого типа часть ОГ или все газы пропускаются через измерительный цилиндр прибора. По торцам цилиндра расположены осветитель и фотоэлемент, ток которого регистрируется соответствующим измерителем и служит показателем дымности. В дымомерах с фильтрацией дымность определяется по степени потемнения фильтровальной бумаги, через которую пропущен определенный объем ОГ. Степень потемнения фильтра определяют фотометрированием; при этом нулевая отметка шкалы прибора соответствует чистому фильтру, а предельная - полному поглощению света фильтром, т.е. 100% дымности.

К атегория:

Ремонт топливной аппаратуры автомобилей

Проверка и регулировка токсичности отработавших газов двигателя

Оптимальным режимом работы двигателя следует считать такой, когда коэффициент избытка воздуха приближается к а =1,2. При этом достигается снижение токсичности и уменьшение расхода топлива. Для практического обеспечения этого режима необходимы специальные конструктивные мероприятия, которые внедряются на автомобильных двигателях.

Графики зависимостей показывают, что наибольший выброс окиси углерода происходит в режиме холостого хода двигателя. Поскольку этот режим составляет довольно большой процент работы двигателя, особенно в городе, оказалось целесообразным ввести ограничения токсичности именно для режима холостого хода, учитывая также простоту проверки токсичности в этом режиме.

С целью нормирования токсичности в нашей стране действует ГОСТ 17.2.2.03 - 77 «Охрана природы. Атмосфера. Содержание окиси углерода в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Нормы и метод определения». Согласно этому ГОСТу, допускается содержание окиси углерода в отработавших газах двигателей при работе на холостом ходу и при отборе пробы внутри выпускного трубопровода на расстоянии не менее 300 мм от его среза - не более 2,0% по объему при малой частоте вращения коленчатого вала; не более 1,5% по объему при большой частоте вращения (0,6 п от частоты вращения, соответствующей номинальной мощности двигателя) для автомобилей, изготовленных с 01.07. 1978 г. до 01.01. 1980 г. После этого срока нормы ужесточаются соответственно до 1,5 и 1,0%.

Рис. 49. Зависимость концентраций токсичности веществ от состава горючей смеси

Для контроля токсичности отработавших газов карбюраторных двигателей разработаны и применяются различные методы. Они позволяют определять величину концентраций окиси углерода, окислов азота и несгоревших углеродов в отработавших газах. Концентрацию окиси углерода, которая содержится в отработавших газах в значительных количествах, можно определять относительно простыми методами. Из них следует особо выделить следующие: каталитическое дожигание окиси углерода на раскаленной платиновой спирали; поглощение компонентами отработавших газов недисперсного инфракрасного излучения, имеющего определенную длину волны; химический метод, использующий реакцию ве-щества-индикатора с окисью углерода.

Состав отработавших газов определяют с помощью приборов, называемых газоанализаторами. Они бывают стационарные и портативные (переносные). Стационарные газоанализаторы применяют в основном для лабораторных исследований.

Токсичность отработавших газов в условиях эксплуатации автомобилей проверяют переносными отечественными газоанализаторами типа ОА-2Ю9, К-456 и импортными типа Элкон S-105 (ВНР), Абгаз-Инфралит (ГДР), AS R-70 (ПНР) и др.

Хорошими качествами обладают газоанализаторы непрерывного контроля отработавших газов типа К-456 и Элкон S-105.

Принцип работы прибора К-456 заключается в определении концентрации СО по количеству тепла, которое выделяется при дожигании пробы газа на раскаленной каталитически активной платиновой спирали. В качестве измерительной системы газоанализатора К-456 (рис. 50) используется электрический мост, в плечи которого включены измерительная платиновая нить R, термо-компенсациоиная эталонная платиновая нить RK, два постоянных резистора R1 и R2, а в диагональ - измерительный прибор И. На ноль стрелку прибора устанавливают перемещением движка потенциометра Rn. Питание прибора осуществляется от аккумуляторной батареи Б. Для надежности подвода отработавших газоз к платиновой нити используется мембранный насос.

Рис. 50. Схема измерительной части газоанализатора с каталитическим дожиганием отработавших газов

При поступлении отработавших газов к раскаленной платиновой нити происходит их догорание и выделяется дополнительная теплота. В результате повышается температура нити и увеличивается ее сопротивление, что ведет к разбалансу моста. Степень разбаланса регистрируется измерительным прибором - микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах содержания СО.

Прибор Элкон S-105 показан на рис. 51. На лицевой панели прибора расположены стрелочный прибор, легкосъемные фильтры для пробы газов и воздуха, ручки управления и кабель электрического питания от автономной аккумуляторной батареи.

Рис. 51. Газоанализатор Элкон S-105:
1 - стрелочный прибор, 2 - воздушный фильтр, 3 - ручка потенциометра зануления прибора, 4- переключатель напряжения питания 6-12 В, 5 - предохранитель, 6 - трубка для подвода газов от выпускной трубы глушителя, 7 - зонд, 8 - газовый фильтр, 9 - аккумуляторная батарея

Порядок работы с прибором следующий: подключают прибор к источнику питания; соединяют трубку подвода газов с зондом прибора, не соединяя ее конец с выпускной трубой глушителя автомобиля; устанавливают на ноль стрелку прибора ручкой потенциометра; вставляют трубку пробоотборника в выпускную трубу глушителя и закрепляют ее зажимом, пускают двигатель и замеряют концентрацию СО в интервале 30 с (не менее) в выбранном режиме.

Газоанализатор Абгаз-Инфралит (ГДР) работает на принципе поглощения различными газовыми компонентами инфракрасных лучей с определенной длиной волны. Например, окись углерода СО поглощает инфракрасные лучи (ИК-лучи) длиной волны 4,7 мкм. В данном случае степень поглощения лучей соответствует концентрации СО.

Принцип работы газоанализатора Абгаз-Инфралит (рис. 52) следующий. Два излучателя 6 инфракрасных лучей через параболические линзы и обтюратор создают пучок, направляемый в рабочую камеру и камеру сравнения, которая заполнена воздухом, не поглощающим ИК-лучи.

В рабочей камере газ проходит под действием мембранного насоса и поглощает из общего спектра ИК-лучи длиной 4,7 мкм. При этом в лучеприемник поступают два потока лучей разной интенсивности. Чувствительная мембрана приемника, разделяющая его камеры, испытывает разность давлений лучей и прогибается в сторону меньшего давления. Перемещение мембраны воспринимается усилителем и далее передается в стрелочный (индикаторный) и записывающий приборы.

Поскольку индикаторный анализатор очень чувствителен к изменению температуры, в конструкции его предусмотрены отделитель конденсата, газовый фильтр, электрический холодильник для стабилизации температуры.

Газоанализаторы, работающие на принципе поглощения ИК-лучей отработавшими газами, отличаются малой погрешностью (0,5% при анализе окиси углерода), высоким быстродействием, компактностью и удобством в работе.

Токсичность отработавших газов проверяют в двух режимах холостого хода двигателя и при резком открытии дроссельных заслонок карбюратора. Такая последовательность контроля токсичности позволяет оценить работу системы холостого хода, главного дозирующего устройства и ускорительного насоса карбюратора. При необходимости вместе с проверкой выполняют регулировки или устраняют неисправности карбюратора, позволяющие установить предельный уровень токсичности отработавших газов.

Указанные работы проводят на прогретом до нормальной температуры двигателе.

Регулировку системы холостого хода выполняют в следующем порядке: – винтом количества смеси карбюратора устанавливают минимальную частоту вращения коленчатого вала, рекомендованную заводом-изготовителем двигателя (контроль ведут по тахометру); – винтом качества смеси добиваются повышенной частоты вращения на данном режиме и замеряют содержание СО в отработавших газах, которое должно составлять около 1,5% (для автомобилей, изготовленных после 1.1.80 г.); – снижают содержание СО до величины, несколько меньшей 1,5%, завертывая в несколько приемов винт качества и доводя частоту вращения коленчатого вала до нормы винтом количества смеси.

Рис. 52. Схема газоанализатора Абгаз-Инфралит:
1 - газоотборный зонд. 2 - отделитель конденсата. 3 - фильтр, 4 - мембранный насос, 5 - рабочая камера, 6 - излучатель ИК-лучей, 7 - обтюратор с электродвигателем, 8 - камера сравнения, Я - лучеприемник, 10 - усилитель, 11 - стрелочный прибор, 12 - регистрирующий прибор

Если не удается добиться указанной регулировки, то это свидетельствует об износе винта качества смеси, засорения воздушных каналов или жиклеров холостого хода, повышении уровня топлива в поплавковой камере, засорении воздушного фильтра карбюратора.

Выявленные неисправности устраняют и проводят повторную регулировку.

Слишком высокое содержание СО будет характеризовать переобогащение смеси вследствие засорения воздушного компенсационного жиклера, повышения уровня топлива в поплавковой камере, засорения воздушного фильтра или негерметичности (подтекании) клапана экономайзера.

Проверку токсичности при работе ускорительного насоса проводят в следующем порядке: – снижают частоту вращения коленчатого вала до 600- 700 об/мин и замеряют содержание СО в этом режиме; – резко нажимают 2-3 раза на педаль управления дроссельной заслонкой, наблюдая за отклонением стрелки газоанализатора.

Если ускорительный насос исправен, то содержание СО должно скачкообразно повышаться до 1%. Меньшее увеличение концентрации СО свидетельствует о потере производительности ускорительного насоса вследствие неточной регулировки его привода или износа деталей.

АВТОМОБИЛИ С ДИЗЕЛЯМИ.
ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

НОРМЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ.
ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ГОСТ
21393-75

АВТОМОБИЛИ С ДИЗЕЛЯМИ.
ДЫМНОСТЬ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Нормы и методы измерений.
Требования безопасности

Automobiles with diesel engines. Smoke emission,
Norms and methods of measurements.
Safety requirements

Настоящий стандарт распространяется на автотранспортные средства с дизелями (далее – автомобили), вновь изготовленные и находящиеся в эксплуатации.

Стандарт устанавливает нормы и методы измерения дымности отработавших газов автомобилей (далее – дымность) на режимах свободного ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя (далее – максимальная частота вращения).

Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их пояснения приведены в приложении 1 .

1. НОРМЫ ДЫМНОСТИ

1.1. Основным нормируемым параметром дымности является натуральный показатель ослабления светового потока К , вспомогательным – коэффициент ослабления светового потока N . Пересчет значений К в N – вприложении 1 а.

1.2. Дымность автомобилей во время гарантийного пробега* (гарантийного срока службы), а также в течение всего срока эксплуатации непосредственно после выполнения услуг по техническому обслуживанию и ремонту не должна превышать значений, указанных в таблице.

Режим измерения дымности	Предельно допускаемый натуральный показатель ослабления светового потокаК доп, м -1 , не более	Предельно допускаемый коэффициент ослабления светового потока N д on , %, не более **
Свободное ускорение для автомобилей с дизелями:
без наддува
с наддувом
Максимальная частота вращения

** Нормы даны для L = 0,43 м (см. приложение 1 ).

* Для автомобилей, имеющих пробег менее 3000 км, предприятия-изготовители должны устанавливать технологические нормы дымности.

1.3. Дымность автомобилей, официально утвержденных в процессе сертификации по ГОСТ Р 41.24, проверяется только на режиме свободного ускорения и не должна превышать предельных значений, указанных предприятием-изготовителем в знаке или документе (сертификате, техническом паспорте) официального утверждения типа транспортного средства.

1.4. При контрольных проверках дымности автомобилей в условиях эксплуатации (на дороге) допускается превышение установленных таблицей п. 1.2 норм для режима свободного ускорения К доп не более, чем на 0,5 м -1 .

1.5. Контроль дымности автомобилей проводят на соответствие нормам по пп. 1.2 , 1.3 и 1.4 :

а) на предприятиях, эксплуатирующих автомобили:

при выборочных проверках автомобилей, выезжающих на линию по пп. 1.3.4 и 1.4 ;

после технического обслуживания и ремонта или регулировки агрегатов, узлов и систем, влияющих на изменение дымности по пп. 1.2 и 1.3 ;

б) на предприятиях, осуществляющих услуги и работы по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей по пп. 1.2 , 1.3 , после осуществления услуг и работ;

в) на предприятиях, изготовляющих двигатели и автомобили по пп. 1.2 и 1.3 , при приемочных, периодических и контрольных испытаниях;

г) при сертификационных испытаниях по п. 1,3 ;

д) при государственных технических осмотрах автомобилей и выборочных проверках на дорогах:

автомобили во время их гарантийного пробега (срока службы) по п. 1.2 ;

автомобили, официально утвержденные в процессе сертификации по ГОСТ Р 41.24 в период всего срока эксплуатации по п. 1.3 ;

автомобили после гарантийного пробега срока службы по п. 1.4 .

1.6. Агрегаты, узлы и детали автомобиля, влияющие на дымность, должны быть сконструированы, изготовлены и установлены таким образом, чтобы дымность автомобиля не превышала установленных норм в период всего срока эксплуатации при условии соблюдения правил эксплуатации и обслуживания, указанных в прилагаемых к автомобилю инструкциях (руководствах).

Разд. 1.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Условия измерений

2.1.1. Выпускная система автомобиля не должна иметь неплотностей, вызывающих утечку отработавших газов и подсос воздуха.

2.1.2. Перед испытаниями двигатель должен быть прогрет не ниже рабочей температуры моторного масла или охлаждающей жидкости, указанной в руководстве по эксплуатации автомобиля.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.1.3. На автомобилях с механической коробкой передач измерение проводят при нейтральном положении рычага переключения передач. На автомобилях с автоматической коробкой передач измерение проводят при установке избирателя скорости на нейтральное положение.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.4. Устройство для пуска холодного двигателя должно быть отключено.

2.2. Требования к измерительной аппаратуре и пробоотборной системе

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.2.1. Дымность должна измеряться приборами, работающими на принципе просвечивания отработавших газов и отвечающими требованиям, изложенным в приложении 2 .

2.2.2. Подготовку, обслуживание и использование дымомера следует проводить в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации на дымомер. Дымомер должен быть поверен.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2.2.3. Конструкция пробоотборной системы должна обеспечивать отсутствие утечек газов и подсоса воздуха, влияющих на состав отработавших газов. Рекомендуемые требования к пробоотборной системе изложены вприложении 4 .

(Введен дополнительно, Изм. № 2).

2.3. Проведение измерений

2.3.1 Испытания автомобилей на режиме свободного ускорения должны проводиться по следующей процедуре:

– при работе двигателя в режиме холостого хода на минимальной частоте вращения быстрым, но не резким, нажатием до упора на педаль управления подачей топлива топливным насосом высокого давления (далее – педаль) устанавливают максимальный расход топлива и его поддерживают до достижения максимальной частоты вращения и включения регулятора. Затем отпускают педаль до установления минимальной частоты вращения. Этот процесс повторяют не менее шести раз;

– при каждом последующем свободном ускорении фиксируют максимальную дымность до получения устойчивых значений. Измеренные величины считаются устойчивыми, если четыре последовательных значения располагаются в зоне шириной 0,25 м -1 и не образуют убывающей последовательности;

– за результат измерения принимают среднее арифметическое результатов четырех измерений.

2.3.2. Дымность на режиме максимальной частоты вращения проверяют не позднее, чем через 60 с после проверки на режиме свободного ускорения. Для этого необходимо нажать до упора педаль и зафиксировать ее в этом положении, установив максимальную частоту вращения. Дымность измеряют не ранее, чем через 10 с после впуска отработавших газов в прибор. Измерение считают достоверным, если значения дымности расположены в зоне шириной не более 6 % по шкале N. За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение, определенное по крайним показаниям дымности.

2.3.3. Измерение дымности у автомобилей с раздельной выпускной системой следует проводить в каждой из выпускных труб отдельно. Оценку дымности проводят по максимальному значению.

2.3.1 – 2.3.4 (Измененная редакция, Изм. № 2).

2.3.5. Колебание стрелки прибора не должно превышать ± 3 % от всей шкалы прибора. За результат измерения следует принимать среднее арифметическое значение, определенное по крайним показаниям.

2.3.6. Результаты измерений следует занести в карточку, указанную в приложении 3 .

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

3.1. Места, предназначенные для измерения содержания дымности, должны быть оборудованы принудительной или естественной вентиляцией, обеспечивающей санитарно-гигиенические требования к воздуху в зоне измерений по ГОСТ 12.1.005 .

3.2. Уровень шума в зоне проведения измерений – по ГОСТ 12.1.003 .

3.3. Уровень вибрации в зоне проведения измерений – по ГОСТ 12.1.012 .

3.4. При проведении измерений должны быть приняты необходимые меры, исключающие самопроизвольное движение автомобиля.

Разд. 3. (Введен дополнительно, Изм. № 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Справочное

Пояснения терминов, применяемых в настоящем стандарте

Свободное ускорение – разгон двигателя от минимальной до максимальной частоты вращения на холостом ходу.

Максимальная частота вращения – частота вращения вала двигателя на холостом ходу при полностью нажатой педали подачи топлива, ограниченная регулятором.

Дымность отработавших газов – по ГОСТ 17.2.1.02.

Эффективная база дымомера L , м – толщина оптически однородного слоя эталонных газов, эквивалентного по ослаблению светового потока столбу тех же отработавших газов, заполняющих рабочую трубу дымомера в условиях измерения.

Натуральный показатель ослабления светового потока К, м -1 – величина, обратная толщине слоя отработавших газов, проходя который поток излучения от источника света дымомера ослабляется в е раз. Отсчитывается по основной шкале индикатора дымомера.

Коэффициент ослабления светового потока N , % – степень ослабления светового потока вследствие поглощения и рассеивания света отработавшими газами при прохождении ими рабочей трубы дымомера. Отсчитывается по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м.

Предельно допустимый натуральный показатель ослабления светового потока К доп, м -1 – натуральный показатель ослабления светового потока отработавшими газами, при превышении которого автомобиль считают не выдержавшим испытания.

Предельно допустимый коэффициент ослабления светового потока N доп , % – коэффициент ослабления светового потока отработавшими газами, измеренный по вспомогательной шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м (или пересчитанный по формуле, приведенной в п. 3 приложения 2 ), при превышении которого автомобиль считают не выдержавшим испытание.

Автомобиль, находящийся в эксплуатации, – автомобиль, полученный от предприятия-изготовителя и прошедший регистрацию в установленном порядке.

Необкатанный автомобиль – автомобиль, не прошедший обкатку в объеме, установленном предприятием-изготовителем, необходимую для реализации показателей, указанных в нормативных документах.

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 a

Справочное

Пересчет значений К в N
(для N, приведенного к шкале дымомера с эффективной базой 0,43 м)

К, м -1
N, %
К, м -1
N , %

Примечание. Курсивом выделены нормы дымности, указанные в таблице п. 1.2 . Значения К, не приведенные в таблице, пересчитывают в ТУ по формуле, указанной в п. 3 приложения 2 .

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Обязательное

Основные требования к дымомеру

1. Прибор должен работать по методу просвечивания столба отработавших газов определенной длины. Величина L должна быть указана на приборе.
2. Прибор должен быть оборудован устройствами для измерения давления и температуры отработавших газов в его рабочей камере и перепускным клапаном для отвода отработавших газов между измерениями.
3. Прибор должен иметь две измерительные шкалы: основную – в абсолютных величинах поглощения света от 0 до ¥ (для приборов с цифровой индикацией верхний диапазон – не менее 10 м -1), вспомогательную – линейную с диапазоном измерения 0-100 %.

Зависимость между показаниями основной и вспомогательной шкалами вычисляют по формуле

где К – коэффициент поглощения света, м -1 ;

N – показание линейной шкалы дымомера с эффективной базой L, %;

L – эффективная база дымомера, м.

Шкала дымомера должна обеспечивать возможность считывать значения коэффициента поглощения К в диапазоне 0-2,115 м -1 с точностью до 0,025 м -1 и коэффициент ослабления N с точностью до 1 %.

1. Источник света – лампа накаливания либо другой источник с цветовой температурой в диапазоне 2800-3250 К (2527-2977 ° С).
2. Фотоприемник дымомера должен иметь спектральную характеристику, аналогичную кривой дневного зрения человеческого глаза (максимальный эффект срабатывания – в диапазоне волн длиной 550-570 нм, при этом только менее 4 % могут находиться при длинах волн ниже 430 нм и более 680 нм).
3. Попадание на фотоприемник света от посторонних источников в результате внутреннего отражения или рассеивания не должно влиять на результаты измерения более чем на 1 % по линейной шкале.
4. Электрическая цепь, в которую включен индикатор, должна обеспечивать линейную зависимость тока фотоприемника от силы света в диапазоне рабочих температур фотоприемника.
5. Основная приведенная погрешность прибора – не более 2 % максимального значения линейной шкалы прибора.
6. Промежуточная проверка прибора должна проводиться при включенном источнике света с помощью установки перед фотоприемником нейтрального светофильтра с коэффициентом поглощения 1,6-1,8 м -1 , при этом показания прибора не должны отличаться от коэффициента поглощения фильтра более, чем на 0,025 м -1 . Светофильтр должен входить в комплект прибора.
7. Время срабатывания электрической измерительной цепи, соответствующее времени, необходимому для того, чтобы показание индикатора изменилось от 0 до 90 % шкалы при установке экрана, полностью закрывающего фотоприемник, должно составлять 0,9-1,1 с.
8. 11. Время между моментом входа газа в измерительный прибор и моментом полного заполнения рабочей камеры должно быть не более 0,4 с.
9. Давление в рабочей камере не должно отличаться от давления окружающего воздуха более чем на 75 мм вод. ст.
10. Колебания давления измеряемого газа и продувочного воздуха не должны приводить к изменениям коэффициента поглощения более чем на 0,05 м -1 для измеряемого газа, соответствующего коэффициенту поглощения 1,7 м -1 . Пределы изменения давления газа и продувочного воздуха в дымовой камере должны указываться в инструкции по эксплуатации прибора.
11. В любой точке рабочей камеры температура отработавшего газа в момент измерения должна быть не ниже 70 ° С и не выше максимальной температуры, указанной в инструкции по эксплуатации прибора, причем показания в этом диапазоне температур не должны изменяться более чем на 0,1 м -1 , если рабочая камера заполнена отработавшим газом, коэффициент поглощения которого составляет 1,7 м -1 .
12. Допускается применять дымомеры, отличающиеся по техническим характеристикам, указанным в пп. 1-14 . При этом результаты сравнительных измерений дымности на режиме свободного ускорения и максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя не должны отличаться друг от друга более чем на 2 % по линейной шкале для всех типов автомобилей.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

КАРТОЧКА УЧЕТА ИЗМЕРЕНИЯ ДЫМНОСТИ

Наименование предприятия

Модель автомобиля

Государственный номер

Дата проверки

Причина измерения

Результаты измерения дымности

Подпись проверявшего

до регулировки

после регулировки

режим свободного ускорения

режим свободного ускорения

режим максимальной частоты вращения вала

среднее арифметическое

среднее арифметическое

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Требования к пробоотборной системе

1. 1. Зонд пробоотборника должен представлять собой трубку с открытым концом, обращенную навстречу потоку отработавших газов и расположенную, по возможности, в направлении оси выпускной трубы или удлинительного патрубка, где распределение отработавших газов является наиболее равномерным. Для этого входное отверстие зонда рекомендуется располагать в прямолинейном участке постоянного диаметра D на расстоянии не менее 6 D от входного и не менее 3 D от его выходного сечения. При отсутствии такой возможности зонд рекомендуется заглублять на расстояние не менее 3 D от конца выпускной трубы или удлинительного патрубка. При длине прямолинейного участка выпускной трубы менее 3 D рекомендуется зонд заглублять до половины прямолинейного участка. Отношение площади поперечного сечения зонда к площади поперечного сечения выпускной трубы должно быть не менее 0,05. Противодавление, измеренное на выходе из зонда, не должно превышать 75 мм вод. ст. При использовании удлинительного патрубка не допускается подсос воздуха в месте соединения.
2. Соединительные патрубки между пробоотборником и дымомером должны быть длиной (2,5 ± 0,5) м, устанавливаться, по возможности, с подъемом от места отбора пробы до дымомера, не иметь резких изгибов. Перед дымомером должен быть установлен перепускной клапан для предотвращения поступления в него отработавших газов в периоды между проведением измерений.

(Введено дополнительно, Изм. № 2).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 315 «Эксплуатация автомобильного транспорта».
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 18.12.75 № 3944.

Изменение № 2 принято Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 14 от 12.11.98).

Зарегистрировано Техническим секретариатом МГС № 3123.

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Беларусь	Госстандарт Беларуси
Грузия	Грузстандарт
Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Киргизская Республика	Киргизстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Туркменистан	Главная государственная инспекция Туркменистана
Республика Узбекистан	Узгосстандарт

1. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
2. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ.

	Номер пункта
ГОСТ 12.1.003-83
ГОСТ 12.1.005-88
ГОСТ 12.1.012-90
ГОСТ 17.2.1.02-76	Приложение 1
ГОСТ Р 41.24-99

1. Ограничение срока действия снято Приказом Минприроды от 16.04.92 № 60.
2. ПЕРЕИЗДАНИЕ (ноябрь 1999 г.) с Изменениями № 1, 2, утвержденными в декабре 1985 г., ноябре 1998 г. (ИУС 3-86, 6-99).

Особенности организации процессов горения топлива в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) обусловливают образование вредных веществ, которые выбрасываются вместе с отработавшими газами (ОГ) в окружающую среду и оказывают вредное воздействие на атмосферу, почву, воду, растения, животных и людей.

В идеальном случае при полном сгорании углеводородного топлива должны были бы образовываться только продукты полного сгорания топлива: диоксид углерода (СОД и вода (Н 2 0). Практически же вследствие физико-химических процессов в цилиндрах двигателя действительный состав ОГ очень сложный и включает более 1000 токсичных соединений, большую часть из которых представляют различные углеводороды. Ввиду такого многообразия и сложности идентификации отдельных соединений к рассмотрению обычно принимаются компоненты или их группы, составляющие основную часть ОГ (табл. 3.1).

Вредных выбросов у бензиновых ДВС в расчете на единицу полезной работы больше, чем у дизелей, в 2...4 раза по массе и в 1,5...2 раза по эквивалентной токсичности. Как видно из табл. 3.1, состав ОГ рассматриваемых типов ДВС существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания - оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и сажи. Различие в составе ОГ бензиновых и дизельных ДВС объясняется большим коэффициентом избытка воздуха и лучшим распыли-ванием топлива в дизельных ДВС.

Таблица 3.1

Ориентировочный состав отработавших газов карбюраторных

и дизельных двигателей

	Концентрация по объему, %
Компонент	Бензиновый двигатель	Дизельный двигатель	Примечание
			Нетоксичный
			Нетоксичный
Водяной пар			Нетоксичный
			Малотоксичный
			Токсичный
			Токсичный
			Токсичный
			Токсичный
вОд., мг/м 3			Токсичный
Соединения свинца, мг/м 3			Токсичный
С (сажа), г/м 3			Токсичный
Бенз(а)пирен, мкг/м 3			Токсичный

Однако дизельные ДВС характеризуются высокой дымностью ОГ. Значение дымности ОГ зависит от содержания в них различных веществ: паров воды, несгоревших частиц масла и топлива, твердых частиц. Белый дым соответствует холодному пуску и малым нагрузкам двигателя. Он содержит в основном углеводороды и водяные пары. Черный дым наблюдается при больших нагрузках двигателя и содержит твердые частицы, в основном сажу. Наличие сажи объясняется тем, что, несмотря на сравнительно большой избыток воздуха в камере сгорания дизеля, происходит местное переобогащение смеси в различных участках объема камеры. Это способствует образованию частиц сажи, которые в основном сгорают в цилиндре дизеля, однако около 1 % этих частиц выбрасывается в атмосферу.

В состав ОГ входят вещества, образующиеся в результате термического синтеза из воздуха при высоких температурах (оксиды азота), продукты неполного сгорания топлива (несгоревшие углеводороды, окись углерода, спирты, кетоны, кислоты, перекиси, сернистый ангидрид, частицы сажи, продукты конденсации и полимеризации), а также продукты сгорания смазочного масла, вещества, образующиеся из присадок к топливу и маслу, и твердые частицы, в частности из материала конструкции двигателя (Ее, N1, Си, Сп, Сг).

Сущность явления токсичности определяется количественной характеристикой взаимоотношений между химическими компонентами внешней среды и организмом человека. Токсичность веществ - это мера несовместимости веществ с жизнью организма. Опасность вещества - это вероятность возникновения и развития отравления в реальных условиях.

Сгорание топлива в цилиндрах ДВС сопровождается образованием большого количества различных токсичных веществ, которые состоят из продуктов неполного сгорания и термического разложения углеводородов топлива, оксидов азота, соединений серы и свинца.

Доказано, что продукты сгорания топлива накапливаются в воде, растениях, на сооружениях, в почве. В воздухе они могут превращаться в другие, более токсичные, чем исходные продукты. При высоком содержании в малоподвижной и влажной атмосфере N02, 0 3 и С„Н т возникает туман коричневого цвета, который получил название «смог». Смог является смесью жидких и газообразных компонентов, он раздражает глаза и слизистые оболочки, ухудшает видимость на дорогах.

Характеристика отдельных компонентов ОГ и их воздействие на организм человека описаны в табл. 3.2.

Установлено, что в кабинах автомобилей и тракторов концентрация вредных веществ может в несколько раз превышать предельно допустимые нормы и отрицательно сказываться на здоровье работающих. Загрязнения отрицательно сказываются на продуктивности животноводства, урожайности сельскохозяйственных культур, качестве продукции.

Оксиды азота. Если температура в цилиндре превышает 1500 К, то азот и кислород воздуха вступают в химическое взаимодействие по цепному механизму:

N2 + О N0 + О + 136 кДжДК моль).

Воздействие отдельных компонентов ОГ на человека

Компонент	Характеристика компонента	Воздействие на организм человека
Оксиды азота (NO a .)	N0(95...98% всего объема) - бесцветный газ, очень плохо растворяющийся в воде; N02 (2...5 % всего объема) - газ красновато-бурого цвета с характерным запахом (плотность по воздуху 1,58)	Взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотную кислоту, разрушающую легочную ткань и вызывающую хронические заболевания. Концентрация N0,. в воздухе, равная 0,0001... ...0,0003 %, воспринимается по запаху, 0,0013 % - раздражает слизистую оболочку носа и глаз, 0,004...0,008 % -приводити отеку легких. Вызывают необратимые изменения в сердечнососудистой и нервной системах, в соединении с углеводородами образуют токсичные нитроолефины. Воздействие NО т на организм человека ничем не нейтрализуется
Окись углерода (СО)	Бесцветный газ без запаха и вкуса, очень плохо растворим в воде, плотность по воздуху 0,97, горюч, с воздухом образует взрывчатые смеси, значительно активнее кислорода в соединении с гемоглобином крови (более чем в 200 раз)	Вытесняя кислород из крови, нарушает перенос кислорода от легких к тканям. При этом наступает кислородное голодание, удушье. Если концентрация СО мала, то появляются субъективные ощущения: голова становится «тяжелой», сильная боль во лбу, висках, в глазах - «туман», в висках - ощущение пульсации. В дальнейшем - головокружение, шум в ушах, чувство слабости, рвота, учащается пульс, равнодушие, сонливость и потеря сознания. Воздействие СО зависит от ее концентрации в воздухе: 0,01 % - хроническое отравление при длительном пребывании, 0,05 % - слабое отравление через 1 ч, 1 % - потеря сознания через несколько вдохов. Концентрация около 0,01 % характерна для работы водителей в помещениях с ограниченным воздухообменом

Проверка токсичности и дымности отработавших газов двигателей

Углеводороды	Ароматические углеводороды, обладают сильными отравляющими свойствами, воздействуют на процессы кроветворения, деятельность центральной нервной и мышечной системы	Наибольшую опасность представляют канцерогенные полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), включая бенз(ос)пи-рен (БП, С 2 оН 12). Они не выводятся из организма человека, а со временем накапливаются в нем, способствуя образованию злокачественных опухолей
Альдегиды (формальдегид, акролеин)	Органические соединения, содержащие альдегидную группу СНО. Как правило, это бесцветная жидкость или газ с резким неприятным запахом	Вредно действуют на нервную систему и органы дыхания человека. Сильное раздражение слизистых оболочек носа и глаз наступает при концентрации формальдегида 0,18 %. Акролеин более ядовит и уже при концентрации 0,002 % вызывает сильное раздражение слизистых оболочек
	Твердый продукт, содержащий в основном углерод, а также 1...3 % (по массе) водорода	Частицы сажи засоряют дыхательные пути, вызывают хронические заболевания носоглотки и легких. Относительно крупные частицы сажи (размером более 10 мкм) задерживаются в верхних дыхательных путях и легко выводятся из организма, мелкие (0,1..Л0,0 мкм) задерживаются в легких и вызывают аллергию дыхательных путей. Токсичные свойства сажи обусловлены присутствием на ней адсорбированных канцерогенных ПАУ

3.1. Состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания

Определяющей является верхняя реакция, скорость которой зависит от концентрации атомарного кислорода. При сгорании в цилиндрах ДВС образуется главным образом оксид азота N0.

В двигателе с искровым зажиганием окисление азота и образование N0 происходит за фронтом пламени в зоне продуктов сгорания, где в результате Махе-эффекта достигаются наивысшие температуры. Образование N0 сильно увеличивается с ростом температуры газов и концентрации кислорода.

При сгорании в дизеле образование N0 определяется локальным составом смеси и температурой. Наибольшее количество N0 образуется в тех зонах заряда дизеля, которые сгорают первыми и имеют наибольшее время пребывания при температуре выше 2200 К.

Выход N0 зависит и от скорости охлаждения продуктов сгорания. Установлено, что при а > 1 (а - коэффициент избытка воздуха) в процессе расширения, когда температура газов в цилиндре уменьшается, концентрация оксида азота не снижается до равновесной, а остается на уровне максимальной, т.е. имеет место так называемая «закалка». При работе двигателя с искровым зажиганием при а

Оксид углерода. Оксид углерода образуется во время сгорания при недостатке кислорода, в ходе холоднопламенных реакций в дизелях или при диссоциации С0 2 (главным образом в двигателях с искровым зажиганием). При нормальной эксплуатации концентрация СО в дизелях невелика (не более 0,1...0,2 %).

В двигателях с искровым зажиганием основное влияние на образование СО оказывает состав смеси: чем она богаче, тем выше концентрация СО. Значительное количество СО образуется в режимах холостого хода и максимальной мощности, когда коэффициент избытка воздуха находится в пределах 0,5...0,9.

Углеводороды. Углеводороды состоят из исходных или распавшихся молекул топлива, которые не принимали участия в сгорании. Они появляются в ОГ вследствие гашения пламени вблизи относительно холодных стенок камеры сгорания, в «защемленных» объемах, находящихся в вытеснителях и в зазоре между поршнем и цилиндром над верхним компрессионным кольцом.

В дизелях углеводороды образуются в переобогащенных зонах, где происходит пиролиз молекул топлива (распад молекул топлива под действием высоких температур при отсутствии химических реагентов). Если в процессе расширения в эти зоны не поступит достаточное количество кислорода, то углеводороды окажутся в составе ОГ. Углеводороды могут выбрасываться в атмосферу также вследствие пропусков воспламенения, негерме-тичности выпускного клапана или системы вентиляции картера, а также из-за испарения бензина в топливном баке и карбюраторе.

В ряде работ (например: Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и транспортных дизелей / А.Р. Кульчицкий. М.: Академический проект, 2004) утверждается, что значительная часть С„Н, П выбрасывается в результате того, что на тактах впуска и сжатия горючей смеси пары топлива поглощаются масляной пленкой на стенках цилиндра (абсорбция). На такте расширения парциальное давление паров топлива в заряде снижается практически до нуля и происходит их выделение из пленки (десорбция). Аналогичный эффект вызывается также нагаром на поверхности камеры сгорания.

Количество различных углеводородов, входящих в группу токсичных веществ, превышает 200. В тех концентрациях, в которых С„Н т содержится в воздухе даже в зонах с самым интенсивным движением автотранспорта, они не приносят значительного вреда здоровью человека, однако могут вызывать реакции, которые ведут к образованию соединений, вредных даже при незначительной их концентрации. Так, углеводороды под действием солнечных лучей могут взаимодействовать с оксидами азота, образуя биологически активные вещества, которые вызывают появление смога и раздражающе действуют на органы дыхательных путей.

Особое значение имеют выбросы бензола, толуола, ПАУ и в первую очередь бенз(а)пирена. Эта группа высокотоксичных веществ образуется в результате пиролиза (разложения) легких и средних фракций топлива при температуре 600...700 К. Такие условия возникают во время рабочего хода в цилиндре вблизи его холодных поверхностей при наличии там несгоревших углеводородов. Количество ПАУ в ОГ тем больше, чем выше концентрация в топливе бензола.

Сажа. Сажа образуется при температуре выше 1500 К в результате объемного процесса термического разложения (пиролиза) топлива при сильном недостатке кислорода. Формально реакция пиролиза выражается уравнением

С„Н т пС + 1/2тН 2 .

Сажа начинает образовываться при а

В двигателях с искровым зажиганием концентрационные пределы воспламенения смеси не совпадают с указанными пределами начала образования сажи, поэтому содержание сажи в ОГ двигателей с искровым зажиганием незначительно.

В дизелях вследствие неоднородности состава смеси в цилиндрах преобладает так называемое диффузионное сгорание, при котором скорость горения в основном лимитируется не скоростью химических реакций, а скоростью смешения (диффузии) паров топлива в воздухе. В результате этого в цилиндре дизеля имеют место зоны с богатой, стехиометрической и бедной смесью. В зонах с богатой смесью при диффузионном догорании и малом доступе кислорода создаются благоприятные для пиролиза условия. Большая часть частиц сажи имеет размеры 0,4...5 мкм. Концентрация частиц сажи в ОГ зависит и от выгорания ее в процессе расширения, когда к частицам поступает кислород. Наличие сажи в ОГ обусловливает черный дым на выпуске.

Сажа - не единственное твердое вещество, содержащееся в ОГ. Другие твердые вещества образуются из содержащейся в дизельном топливе серы, а также аэрозолей масла и несгоревшего топлива. Кроме того, в ОГ могут находиться продукты износа цилиндра. Все вещества, которые оседают на специальном фильтре при прохождении через него ОГ, получили общее название - «частицы».

До недавнего времени считалось, что бензиновые двигатели более токсичны, чем дизельные, однако применение неэтилированных бензинов и микропроцессорной техники, регулирующей подачу топлива, позволило значительно снизить выброс токсичных веществ и повысить их экономичность.

Для контроля содержания в ОГ вредных компонентов выпускаются анализаторы, основанные на оптических методах анализа. Принцип их действия заключается в избирательном поглощении компонентами ОГ лучистой радиации в инфракрасной, ультрафиолетовой или видимой областях спектра. Концентрация компонента определяется пропорционально степени поглощения лучистой радиации.

Для определения содержания в ОГ оксидов азота, оксида углерода и углеводородов выпускаются газоанализаторы ГИАМ-27-02(04), ГАИ-1, ГЛ-1121, основанные на прямом поглощении инфракрасного (ИК) излучения пробой исследуемого газа. Трубка пробозаборника газоанализатора устанавливается в выхлопную трубу автомобиля с прогретым двигателем. Отработавшие газы просасываются через фильтры и поступают в рабочую кювету оптического блока.

Для непрерывного измерения концентрации СО, С0 2 , С„Н т, N0* в отработавших газах выпускаются газоаналитические системы АСГА-Т, ЕМЕИАС-2000.

Разработано несколько методов определения дымности ОГ, которые основаны на степени поглощения светового потока столбом газа заданной длины (СИДА-107 «Атлас», «Хартридж», «Вольво») либо фильтрации определенного объема ОГ с последующим определением степени отражения света поверхностью фильтра, покрытого сажей (ИД-1, «Бош», ЕМЕ11АС-2000).

Для определения содержания частиц ОГ при сертификационных испытаниях применяется так называемый разбавительный туннель.

Отработавшие газы из дизеля направляются в туннель, одна сторона которого через воздушный фильтр связана с атмосферой, а другая подсоединена к пробоотборнику постоянного объема. Отработавшие газы разбавляются теплым воздухом (20...30 °С) для того, чтобы избежать конденсации водяных паров, содержащихся в ОГ до отбора пробы. Отобранная проба при постоянном расходе прокачивается через специальный стандартный фильтр; температура на входе в него должна быть не выше 52 °С, чтобы смоделировать конденсацию. Фильтрующий элемент взвешивается с высокой точностью до и после отбора пробы. По разности показаний весов определяется содержание частиц в пробе. После учета соотношения расходов через туннель и фильтр определяется общий выброс частиц.

В настоящее время разработаны стандарты и правила, устанавливающие предельно допустимые нормы выброса СО, СН и N0*. Кроме того, для дизелей установлены нормы на допустимую дымность ОГ. В последнее время от нормирования дымности ОГ многие страны перешли к нормированию содержания в них частиц.

Нормы на допустимые токсичные выбросы с ОГ устанавливаются исходя из условий обеспечения санитарных норм на предельно допустимые концентрации токсичных веществ в атмосфере на улицах городов с интенсивным движением автомобилей. С ростом автомобильного парка вводятся все более жесткие нормы.

Нормирование токсичности ОГ является главным стимулом к созданию тракторов и автомобилей с требуемыми экологическими показателями.

Впервые нормирование токсичности ОГ и картерных газов было введено в 1959 г., в штате Калифорния (США). В 1968 г. на его основе утвержден Государственный (федеральный) стандарт. С 1970 г. Европейской экономической комиссией ООН рекомендованы единые для государств Европы Правила оценки токсичности ОГ и картерных газов (Правила № 15 и № 49). С 2000 г.

в странах Европейского экономического сообщества должны выполняться Правила № 83.03, № 49 и № 24. В нашей стране нормирование токсичности ОГ началось в 1970 г. (ГОСТ 16533-70).

В настоящее время существуют разные стандарты, разработанные для США, Европы и Японии, представляющих собой регионы с наиболее жестким нормированием выбросов. Эти стандарты постоянно совершенствуются, а нормы становятся все более жесткими. При этом сформировалась четкая тенденция приближения европейских стандартов к стандартам США, а наши стандарты уже сейчас во многом идентичны Правилам № 83.03 ЕЭК ООН, предусматривающим пять типов испытаний.

В табл. 3.3 приведены европейские нормы на выбросы токсичных веществ и дымности ОГ согласно Правилам ЕЭК ООН № 49 и ЕВС/ЕШ, ОСТ 37.001.234-81, а также (справочно) фактические выбросы автомобилей КамАЗ и МАЗ согласно приведенным замерам.

Таблица 3.3

Выброс загрязняющих веществ дизельными двигателями

ЕШЮ-З (с 2000 г.)
ЕШЮ-4 (с 2005 г.)
ЕШЮ-5 (с 2010 г.)
ОСТ 37.001.234-81
Фактические выбросы
КамАЗ, МАЗ

Снижение токсичности ОГ до допустимых пределов представляет собой сложную научно-техническую задачу, при решении которой большое значение имеет стоимость тех или иных мероприятий, а также необходимость обеспечения сохранения высоких экономических, энергетических и других показателей двигателей.

Исторически снижение токсичности ОГ осуществлялось в первую очередь путем совершенствования традиционных процессов смесеобразования и сгорания при одновременной оптимизации управления двигателем (регулировались состав смеси и угол опережения зажигания). Практика показала, что достичь при этом уровня токсичности ОГ, требуемого законодательством развитых стран, нельзя.

Поэтому широкое применение получил второй путь - нейтрализация ОГ (СО, С„Н т, N0*) в системе выпуска до выброса их в атмосферу.

Использование этих двух путей не позволяет устранить выбросы соединений свинца, 80 2 и ПАУ. Это вызывает необходимость использовать третий путь - ограничение содержания в топливе свинца, серы и ароматических углеводородов. Например, по действующим в нашей стране стандартам в этилированных бензинах Н-80 и АИ-92 содержание свинца не должно превышать 0,17 и 0,37 г/дм 3 соответственно, а в неэтилированном бензине свинец практически отсутствует (менее 0,013 г/дм 3). В дизтопливе допускается содержание серы по массе не более 0,20...0,05 %. Уменьшение содержания в бензинах ароматических углеводородов обеспечивает снижение выбросов бензола и ПАУ. Разрешенное содержание свинца, серы и ароматических углеводородов в топливах для ДВС постоянно уменьшается.

Четвертый путь снижения вредных выбросов с ОГ связан с улучшением топливной экономичности двигателей (снижением расхода углеводородного топлива) или с переходом на альтернативные виды топлива, в том числе не содержащие углерод (например, водород).

Перевод двигателей на питание сжатым природным газом дает заметный экологический эффект из-за значительного отличия элементного состава природного газа и бензина. Например, при испытаниях в среднем регистрируется выброс СО в 2 раза, С„Н т - на 15...40 %,Ж) Х - на 15 % меньше норм по ОСТ 37.001.054-86. Одновременно при работе на сжатом газе регистрируется меньший выброс С0 2 и отсутствие тяжелых углеводородов. Опыт показывает, что оптимизация состава смеси и угла опережения зажигания не дает возможности при работе на газе выполнить нормы ЕШЮ-2.

Для снижения токсичности ОГ используется большое количество различных мероприятий, включая применение специальных антитоксичных устройств и систем. Выбор той или иной стратегии зависит от уровня токсичности ОГ, который требуется обеспечить. Другими словами, все зависит от законодательных норм на допустимые выбросы токсичных веществ, которые необходимо выполнять.

• Продукты сгорания первых порций смеси, расположенных вблизи свечи зажигания, подвергаются адиабатному сжатию в результате повышения давления при сгорании остальной массы смеси. Вследствие этого в начальной зоне горения имеют место повышенные значения температуры по сравнению с их значениями в остальной массе заряда. Это различие температур в камере сгорания двигателя с искровым зажиганием называется Махе-эффектом.