Стандарты токсичности в США (ч. 2)

Дизельные двигатели внедорожных машин

(Окончание. Начало в «ОС» №9, 2004 г.)

Нормы токсичности для двигателей внедорожных машин, разработанные в 1998 году, вводятся в действие в три этапа. Стандарты Tier 1 начали действовать в период с 1996-го по 2000 год. Более жесткие нормы Tier 2 вступают в действие с 2001-го по 2006 год, а им на смену придут еще более строгие стандарты Tier 3, но это произойдет в период с 2006-го по 2008 год. Хотим напомнить, что Tier 3 относятся только к двигателям мощностью 37...560 кВт.

Нормы токсичности отработавших газов (ОГ) Tier 1...3 представлены в табл. 1. Для двигателей внедорожных машин они представлены в метрической системе единиц – в граммах токсичных веществ, приходящихся на 1 кВт·ч. К продукции производителей, подписавших Совместное постановление с ЕРА, могут быть предъявлены требования на соответствие нормам Tier 3 на один год раньше графика, т. е. в начале 2005 года.
В табл. 2 представлены более жесткие нормы токсичности ОГ, которые производители двигателей могут выбрать добровольно, чтобы двигатели получили звание Blue Sky Series («Серия Синее небо»). Они также сертифицируются в рамках норм Tier 1...3.

Двигатели всех типоразмеров также должны соответствовать нормам дымности: 20% непрозрачности на режиме разгона, 15% – при торможении двигателем, 50% – при максимальной мощности.

Нормы предусматривают проверку по нескольким другим контрольным величинам, получаемым путем пересчета, таким, как осреднение, объединение и обмен значений содержания токсичных веществ, а также по максимальным величинам «предел по токсичности семейства двигателей» (FEL), служащим критерием осредненных показателей токсичности ОГ всего семейства двигателей.

Нормы Tier 4 будут вводиться в действие поэтапно, с 2008-го по 2015 год. Нормы Tier 4 для двигателей мощностью менее 560 кВт представлены в табл. 3, для двигателей мощностью свыше 560 кВт – в табл. 4. Нормы предусматривают значительное сокращение NOx (для двигателей мощностью свыше 56 кВт) и сажи (свыше 19 кВт), а также более строгие ограничения содержания СН. Нормы содержания СО остаются без изменений такими же, как в Tier 2...3.

Для двигателей мощностью 56...560 кВт нормы содержания NOx и СН вступают в действие в течение нескольких лет, как указано в примечаниях к табл. 3. По выбору производители вместо норм Tier 4 могут сертифицировать двигатели на соответствие альтернативным нормам на NOx каждый модельный год в течение переходного периода. Эти альтернативные нормы содержания NOx составляют:

– для двигателей мощностью 56...130 кВт

вариант 1 NOx = 2,3 г/кВт·ч = 1,7 г/л.с.·ч (нормам Tier 2 в основном удовлетворяют, май 2012–2013 гг.);

вариант 2 NOx = 3,4 г/кВт·ч = 2,5 г/л.с.·ч (нормам Tier 2 не удовлетворяют, май 2012–2014 гг.);

– для двигателей мощностью 130...560 кВт NOx = 2,0 г/кВт·ч = 1,5 г/л.с.·ч (май 2011–2013 гг.).

Существующие стандарты непрозрачности ОГ Tier 2...3 и соответствующие методики испытаний по-прежнему сохраняют силу для некоторых двигателей. Не подлежат проверке на соответствие нормам дымности ОГ двигатели, сертифицированные по нормам содержания сажи 0,07 г/кВт·ч (или меньше), т. е. двигатели с таким низким содержанием сажи в ОГ обладают соответственно низким уровнем дымности.

Нормы Tier 4 не предусматривают обязательного наличия закрытой системы вентиляции картера у двигателей внедорожных машин. У двигателей с открытой вентиляцией картера токсичность картерных газов должна измеряться и прибавляться к уровню токсичности ОГ.

Подобно предыдущим стандартам, нормы Tier 4 включают такие оценочные величины, как осреднение, суммирование и обмен результатов измерений токсичности и величины FEL, служащие для осреднения уровней токсичности.

Двигатели должны соответствовать нормам токсичности ОГ, приведенным в таблицах, в течение всего срока службы. ЕРА требует использовать «коэффициенты ухудшения» (DFs) при подсчете токсичности ОГ всех двигателей, подпадающих под действие данных норм. DF – это коэффициент, на который должны умножаться данные сертификационных испытаний на токсичность ОГ в конце срока службы двигателя, чтобы получить значения содержания токсичных составляющих в ОГ.

Срок службы двигателя и срок в эксплуатации, в течение которого двигатель должен проходить проверки на токсичность ОГ, по определению ЕРА, для двигателей различных категорий представлены в табл. 5. В нормах Tier 4 предусмотрены такие же сроки службы двигателей.

По оценке ЕРА, с 1998-го по 2010 год количество выбросов в атмосферу NOx с ОГ будет снижено приблизительно на миллион тонн в год, что эквивалентно уменьшению мирового парка легковых автомобилей на 35 млн. ед.

Затраты на приведение двигателей в соответствие требованиям норм токсичности ОГ увеличивают цену продажи обычной новой внедорожной техники с дизельными двигателями менее чем на 1%, хотя для некоторых машин приведение в соответствие с новыми стандартами может увеличить стоимость примерно на 2...3%. Стоимость программы оценивается в 600 USD за каждую тонну уменьшения выбросов NOx.

Когда все старые двигатели внедорожных машин будут заменены на двигатели, соответствующие нормам Tier 4, ежегодное уменьшение вредных выбросов с ОГ, по оценкам, составит 738 000 тонн NOx и 129 000 тонн сажи. К 2030 году благодаря введению в действие предлагаемых стандартов ежегодно будет предотвращаться гибель 12 000 человек. Предполагаемое увеличение розничной цены подавляющего большинства машин из-за ужесточения норм ограничения токсичности составит 1...3% по сравнению с нынешним уровнем. Например, для бульдозера с двигателем мощностью 175 л.с., стоимость которого составляет приблизительно 230 000 USD, увеличение цены из-за совершенствования конструкции двигателя и установки дополнительного оборудования для снижения токсичности ОГ в соответствии с нормами Tier 4 составит приблизительно 6900 USD.

По оценке ЕРА, увеличение стоимости топлива, в котором содержание серы будет снижено до 15 частей на 1 млн., составит в среднем 7 центов за галлон. Но эти затраты уменьшатся до 4 центов за галлон благодаря ожидаемой экономии на затратах на техобслуживание вследствие уменьшения содержания серы в дизельном топливе.