Наше настоящее и будущее

Нормы токсичности для внедорожных машин

Экологические нормы уровень содержания токсических веществ в отработавших газах двигателей автомобилей и специальной техники последовательно ужесточаются во всем мире, в том числе в России. Поэтому нормы токсичности приобретают все большее значение как для производителей этой техники, так и для эксплуатационников. В 2008 году «Основные Средства» планируют опубликовать серию статей, посвященных этому важному вопросу.

Краткая история вопроса

В статье описываются нормы Stage I, II, III и IV. Этими нормами устанавливаются максимальные допустимые величины токсичности отработавших газов (ОГ) дизельных двигателей специальных машин, не предназначенных для эксплуатации на дорогах общего пользования (внедорожных). Эти нормы еще актуальны или будут через некоторое время актуальны для России и стран СНГ по мере введения их вслед за Евросоюзом.

Первые европейские нормы токсичности отработавших газов мобильных внедорожных машин (Директива 97/68/ЕС) вводились в два этапа: Stage I вступили в действие с 1999 г. и Stage II – постепенно, с 2001-го по 2004 г. в зависимости от мощности двигателя. Под действие этих стандартов подпадают: промышленные буровые установки; компрессоры; строительные колесные погрузчики; бульдозеры; грузовые автомобили повышенной проходимости; экскаваторы, которые могут передвигаться по дорогам общего пользования; вилочные автопогрузчики; машины для содержания дорог, снегоуборочные машины с отвалами; машины наземного обслуживания аэропортов; подъемники, автовышки и мобильные краны.

Токсичность сельскохозяйственных и лесных тракторов регулируется этими же стандартами, но сроки вступления в действие различаются (Директива 2000/25/ЕС). Двигатели судовые, железнодорожные, авиационные и промышленных генераторных установок не подпадают под действие норм Stage I/ II.

9 декабря 2002 г. Европарламент принял Директиву 2002/88/ЕС, дополняющую Директиву 97/68/ЕС по токсичности внедорожных машин. В последней добавлены стандарты токсичности ОГ бензиновых двигателей небольшого объема для коммунальных машин мощностью менее 19 кВт. Директива также расширяет сферу действия норм Stage II на двигатели, работающие в стационарных режимах. Нормы токсичности двигателей коммунальных машин в значительной степени гармонизированы с аналогичными нормами США.

Нормы Stage III/ IV по токсичности ОГ двигателей внедорожных машин одобрены Европарламентом 21 апреля 2004 г. (Директива 2004/26/ЕС), а для сельскохозяйственных и лесных тракторов – 21 февраля 2005 г. (Директива 2005/13/ЕС).

Нормы Stage III будут вводиться в действие поэтапно с 2006-го по 2013 г., Stage IV вступят в силу в 2014 г. Действие норм Stage III/ IV, кроме категорий двигателей, подпадающих под действие Stage I/ II, распространяется на железнодорожные двигатели и двигатели судов, эксплуатируемых на внутренних водных артериях. Нормы Stage III/ IV относятся только к новым машинам и оборудованию, а также к новым двигателям, устанавливаемым на замену на бывшие в употреблении машины (за исключением двигателей железнодорожных дрезин, локомотивов и судов, эксплуатируемых на внутренних водных артериях).

Каждый стандарт токсичности ОГ, установленный Евросоюзом, обычно имеет две актуальные даты:

дата одобрения типа, после которой все новые модели, получающие одобрения типа, должны соответствовать данному стандарту;

дата выхода на рынок (или первой регистрации), после которой все новые двигатели, выпускаемые на рынок, должны соответствовать данным стандартам.

Все даты, указанные в следующих таблицах, являются датами выхода на рынок. Обычно дата одобрения типа устанавливается на год раньше соответствующей даты выхода на рынок.

До двух лет устанавливается длительность периода продажи, который предусматривается для двигателей, произведенных до соответствующей даты выхода на рынок. Поскольку конкретную длительность периода продажи – от нуля до двух лет – каждое государство Евросоюза определяет самостоятельно, точные временне рамки действия законодательства в разных странах могут различаться.

Производители двигателей и прочего оборудования всеми средствами воздействуют на законодательные органы Евросоюза, США и Японии, добиваясь гармонизации норм токсичности ОГ во всем мире. Унификация законодательств устранит препятствия к совершенствованию двигателей и сертификации/одобрению типа двигателей на различных рынках. Нормы Stage I/ II были частично гармонизированы с нормами США. Stage III/ IV гармонизированы со стандартами США Tier 3/ 4.

Стандарты Stage I/ II

Нормы Stage I устанавливают предельные значения токсичности ОГ, непосредственно покидающих дизельный двигатель и не подвергающихся никакой последующей обработке (табл. 1).

Токсичность ОГ измеряется по методике ISO 8178C1 – 8-режимный цикл, выражается в г/кВт•ч. Двигатели, соответствующие Stage I/ II, должны испытываться на топливе, содержащем 0,1...0,2% (по массе) серы.

Стандарты Stage III/ IV

Нормы Stage III, которые в свою очередь разделены на два уровня – Stage IIIA и Stage IIIB, и нормы Stage IV токсичности ОГ дизельных двигателей внедорожных машин представлены в табл. 2, 3 и 4 соответственно. Эти значения не относятся к железнодорожным двигателям и двигателям судов, эксплуатируемых на внутренних водных артериях.

Нормы Stage IIIB ограничивают максимально допустимое содержание сажи величиной 0,025 г/кВт•ч, т. е. на 90% меньше по сравнению со Stage II. Чтобы выполнить это условие, предполагается, что системы выпуска двигателей будут оборудоваться сажевыми фильтрами. В Stage IV вводится также очень жесткое ограничение содержания NOx: не более 0,4 г/кВт•ч, чтобы выполнить которое потребуется, по-видимому, также обработка отработавших газов в системе выпуска.

Совместно с Агентством по охране окружающей среды США (ЕРА) разработана новая методика испытаний двигателей внедорожных машин на неустановившихся режимах NRTC. Новая методика будет использоваться параллельно со старой методикой испытаний на постоянных режимах NRSC (ISO 8178C1).
Методика NRTC (неустановившиеся режимы) должна использоваться для измерения содержания сажи в ОГ по Stage IIIB и IV всех двигателей, за исключением двигателей, работающих на стационарных режимах. По выбору производителя NRTC может использоваться при измерениях по Stage IIIA уровня газообразных токсичных веществ в ОГ по Stage IIIB и IV.

Методика NRSC (постоянные режимы) должна использоваться для измерений при Stage I, II и IIIA, в том числе двигателей, работающих на стационарных режимах, а также при Stage IIIB и IV для измерения уровня газообразных токсичных составляющих.

Суда, эксплуатируемые на внутренних водных артериях. В отличие от норм Stage I/ II действие стандарта Stage IIIA распространяется на двигатели судов, эксплуатируемых на внутренних водных артериях (табл. 5). Нормы гармонизированы со стандартами США для двигателей водных судов. Стандартов Stage IIIB и Stage IV для водных транспортных средств не существует.

Железнодорожные двигатели. Нормы Stage IIIA/ IIIB адаптированы для двигателей мощностью свыше 130 кВт, используемых на железнодорожных локомотивах (категории R, RL, RH) и дрезинах (RC) (табл. 6, 7).

Техническая часть стандартов Stage III/ IV будет пересмотрена в конце 2007 г. с целью обеспечить техническую выполнимость норм. Возможно, требования норм будут ужесточены или ослаблены.