CC BY
34
УДК 621. 436. 001
НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ПЕРУ
В. В. Горбунов1, Элиса Кастаньеда Уаман, Хавьер Овиедо2
1) Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6 2) Инженерный факультет Национального университета Сан-Августина (Universidad Nacional de San Agustín)
Перу, г. Арекипа
Рассмотрен вопрос нормирования выброса вредных веществ с ОГ автотранспортных средств, эксплуатируемых в г. Арекипа (Перу). Представлены факторы, влияющие на выброс вредных вещесгв и выбор предельно допустимых норм на дымносгь и токсичность транспортных средств. Приведены муниципальные нормы выброса вредных веществ с ОГ транспортных средств для условий Арекипы.
Государство Перу расположено на западном побережье Южной Америки. На западе страны имеется узкая полоса пустынных береговых равнин, в центре - гористая система Анд (с высотой свыше 6000 м) и на востоке - Амазонская низменность (Сельва). При этом страна характеризуется изменяющимися климатическими условиями: влажный климат на
побережье, пониженные температуры и сухой воздух в высокогорье и тропический климат (высокие температуры и влажность) в районе р. Амазонки (в Сельве).
В стране используется в основном автомобильный транспорт (парк насчитывает более 600 тыс. ед.. из них более 400 тыс. ед. - легковые автомобили), который обеспечивает доставку грузов и пассажиров в различные районы и города страны. При этом нужно учесть, что автомобильные дороги, связывающие Сельву с западным побережьем, проходят через горные перевалы Анд, высота которых достигает 4000-5000 м над уровнем океана.
Известно, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) автотранспортных установок являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды вредными веществами, выбрасываемыми с отработавшими газами (ОГ) двигателя и топливными испарениями. При этом 95-98% вредных выбросов ДВС приходится на ОГ, представляющие собой аэрозоль сложного состава, который зависит от режима работы двигателя.
Даже в крупных промышленных центрах мног их стран выбросы вредных веществ от транспортных средств часто во много раз превышают допустимые нормы, в результате чего загрязняется окружающая среда. Например, в США на автомобильный транспорт приходится значительная часть основных вредных выбросов: оксида углерода - около 75%, углеводородов - около 35%, оксидов азота - около 30%. В г. Мехико (город более чем с 20-миллионным населением) выброс вредных веществ от автотранспорта в атмосферу во много раз превышает допустимые значения. Город занимает ведущее место в десятке наиболее загрязненных городов Мира. Территориально город расположен в котловине и, как говорят сами жители, представляет собой “кастрюлю, прикрытую смогом, как крышкой”, а сами они “дышат воздухом, который видят". С целью снижения выброса вредных веществ автотранспортом муниципальные власти вынуждены принимать административные меры -ограничивать количество машин, находящихся в эксплуатации, например, поочередно запрещать эксплуатацию автомобилей, имеющих различные номерные знаки.
Наибольшее загрязнение воздуха наблюдается в городах с узкими улицами и с интенсивным движением, где вследствие нарушен!« циркуляции воздуха получается его застой над городом, в результате чего токсичные соединения скапливаются непосредственно над землей в зоне дыхания людей.
Аналогичная картина наблюдается и в городе Арекипа Перу (высота 2332 м над уровнем океана), особенно в его центральной (исторической) части. Большое количество старых, изношенных машин, повышенная температура окружающего воздуха и высокогорье способствуют выбросу большого количества вредных веществ силовыми установками с ДВС. Ежедневно (особенно по утрам) над городом висит пелена смога, а в центре города и на перекрестках с интенсивным движением наблюдается сильная загазованность атмосферного воздуха. Кроме того, город расположен на склонах у подножия вулкана Мисти, и транспортные средства работают большую часть времени на переходных режимах, с большим числом переключения передач, что способствует значительному выбросу вредных веществ.
Известно, что количество выделяемых в атмосферу вредных веществ от транспортных средств находится в прямой зависимости от расхода топлива, который, в свою очередь, зависит от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя, или - от скорости движения транспортного средства и дорожных условий (спуски, подъемы, повороты, наличие регулируемых и нерегулируемых перекрестков и т.д.).
Минимальный расход топлива транспортное средство имеет в режиме наката и торможения при скоростях движения грузовых автомобилей 40-60 км/ч и легковых автомобилей - 60-80 км/ч. Наличие же на дорогах продольных уклонов и резких поворотов требует перехода работы двигателя в режим тягового усилия, при котором расход топлива и соответственно токсических выбросов увеличивается почти в 2 раза.
Скорость движения автомобиля по дороге (улице) определяется скоростью движения потока, состоящего из автомашин различных марок, назначения и грузоподъемности, причем скорость потока зависит от интенсивности движения и его плотности, т.е. от числа автомашин в потоке, приходящихся на 1 км пути. При большой загрузке дороги скорость транспортного потока резко падает, что приводит к резкому увеличению расхода топлива и, следовательно, к увеличению объема вредных выбросов с ОГ. Это явление характерно и для Арекипы, где транспортные потоки (особенно в центре города) очень плотные. В результате средняя скорость движения транспорта по магистральным улицам в “час пик” составляет менее 10-15 км/ч, а в центре города - менее 5 км/ч.
Снижение скорости движения потока до минимальных скоростей увеличивает расход топлива в 3-4 раза по сравнению с оптимальными скоростями, а, следовательно, и выброс вредных веществ в атмосферу (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика среднесуточных выбросов вредных веществ с ОГ легковых автомобилей (Москва), т/сутки
Средняя скорость, км/ч СО СН N0. БО. Всего
31.7 1288,8 159.3 57,1 7,1 1512.3
40-60 705,8 138.7 98.9 4,6 948,0
60-80 299.6 79,9 163,7 4,2 547.4
При возникновении же на дороге (улице) или на регулируемых перекрестках заторов (задержек в движении транспортных средств) потребление топлива (следовательно, выброс вредных веществ) еще более увеличивается.
В режиме разгона при переключении передач расход топлива по сравнению с оптимальным режимом увеличивается на:
- 3-й передаче в 1,5-2,0 раза;
- 2-й передаче в 2-4 раза;
- 1-й передаче (при трогании с места) в 5-10 раз.
Для уменьшения выброса в атмосферу вредных веществ автотранспортными средствами в промышленно развитых странах существуют предельно допустимые нормы, ограничивающие эти выбросы. При этом нормы эти периодически пересматриваются, как
правило, в сторону ужесточения. Поэтапное ужесточение норм токсичности и дымности ОГ в странах Европы, Америки и других государствах происходит, исходя из необходимости обеспечить санитарные нормы на предельно допустимые концентрации токсичных веществ в атмосфере городов, несмотря на происходящий рост автомобильного парка. В табл. 2, 3 для примера приведены допустимые нормы токсичности и дымности ОГ автотранспортных средств, принятые в России (стандарты России).
Таблица 2
Допустимые нормы токсичности ОГ бензиновых двигателей (Россия)
Частота вращения Оксид углерода, Углеводороды, СН, млн'1, (ррт)
%, объем * і <4 і > 4
1,5 1200 3000
** п "пов 2,0 600 1000
* I - число цилиндров двигателя;
** «поб = 2000 - 0.8я„ом или в соответствии с данными завода-изготовителя.
Таблица 3
Предельно допустимая дымность ОГ дизелей (Россия)
Режим измерения дымности дизелей Дымность ОГ, % (м_|), не более
Свободное ускорение для автомобилей с
дизелями, /7УСК:
без наддува, 40(1,19)
с наддувом 50(1,61)
Максимальная частота вращения на 15 (0,38)
холостом ходу, /7тах хх
В г. Арекипе, да и в стране в целом, до недавнего времени отсутствовали нормы, ограничивающие выброс вредных веществ автотранспортными средствами. И только в последние годы Муниципалитет города занялся этим вопросом. При этом для улучшения экологической обстановки в городе при разработке норм учитывались административные, правовые и технические мероприятия, которые способствовали бы принятию ограничительных норм.
К административным мероприятиям относятся: нормативные акты, ограничивающие выброс транспортными средствами вредных веществ, разработанные муниципальной администрацией: перечень штрафных санкций и штрафы, налагаемые работниками муниципальной полиции (или сотрудниками экологических служб после их создания) на водителей, которые не выполняют требования нормативных актов, т.е. когда реальные (замеренные) прибором выбросы вредных веществ транспортных средств превышают требуемые нормы.
К организационным мероприятиям относятся: разработка оптимальных маршрутов движения транспортных средств; организация одностореннего движения на узких улицах (особенно в центре города); оптимальная установка средств регулирования (светофоры, регулировщики и др.); создание контрольно-регулировочных пунктов (КРП) по проверке транспортных средств на соответствие их нормам токсичности и дымности, пунктов технической диагностики и сервисного обслуживания; организация курсов по подготовке специалистов для работы на КРП по минимальным знаниям экологической безопасности и сервисного обслуживания, самих водителей транспортных средств и др.
Технические мероприятия - обеспечение КРП, пунктов диагностики и сервисного обслуживания универсальным и специальным монтажным, мерительным инструментом, современным контрольно-диагностическим оборудованием, в том числе и газоанализирующими приборами.
В настоящее время Муниципалитет Арекипы с учетом стандартов России (табл. 2, 3 - в Университете иЫБА периодически работают преподаватели из РУДН) и международных норм на токсичность и дымность транспортных средств разработал нормы выброса вредных веществ с ОГ автотранспортных средств, эксплуатируемых в г. Арекипе (табл. 4, 5).
Таблица 4
Нормы токсичности ОГ бензиновых двигателей (Арекипа)
Дата введения Режим Оксид углерода,. Углеводороды, НС, млн1, (ppm)
СО, % объем і <4 г > 4
1999 «XX 4,0 1500 3600
^ПОВ 6,0 750 1300
2000 П;у 2,5 1300 3200
«пов 3,0 650 1100
2001 «XX 1,5 1200 3000
^пов 2,0 600 1000
Таблица 5
Нормы дымности ОГ дизелей (Арекипа)
Дата введения Режим Норма выброса
%, HSU* м'1 Ед. Бош, BSU
1999 ^чх max 25 0,67 2,42
^уск 65 2,44 4,67
2000 ^хх max 30 0,85 2,77
«уск 70 2,80 4,91
2001 ^хх шах "уск 20 60 0,52 2,13 2,02 4,42
* HSU - Hartridge Smoke Units
Различие норм, указанных в табл. 4, 5 от значений в табл. 2, 3 связано с целым рядом факторов. В городе в эксплуатации находится большое количество машин различных марок, выпущенных различными фирмами. При этом многие транспортные средства находятся в эксплуатации не один десяток лет, т.е. сильно изношенны. Также необходимо учитывать и то обстоятельство, что весь транспорт находится в личном (частном) пользовании и в городе отсутствует ежегодный технический осмотр (как, например, в России).
Следовательно, значительная часть транспортных средств находится в плохом техническом состоянии. Особенно это касается топливных систем двигателей. Если у бензинового двигателя хотя бы примерно оптимальный состав топливо-воздушной смеси может отрегулировать сам водитель (при помощи регулировочных элементов карбюратора), то для регулировки топливной системы дизеля необходимо специальное оборудование: прибор для проверки форсунок, нагнетательных клапанов топливных насосов и стенд для проверки и регулировки топливных насосов высокого давления. Таких стендов в городе очень мало.
Таким образом, плохое техническое состояние двигателей (особенно их топливных систем), повышенная температура окружающего воздуха и высокогорье приводят к повышенному расходу топлива и, следовательно, к повышенной токсичности и дымности транспортных средств. Так, например, авторами для контроля на ряде автобусных маршрутов на конечных станциях были произведены замеры дымности ОГ, дизелей автобусов (в городе все грузовики и автобусы оборудованы дизелями). Диапазон дымности ОГ четырех и шести цилиндровых дизелей составил от 60 до 90 и выше HSU, % (Hartrige Smoke Unit).
Практически все транспортные средства работают с дымностью ОГ значительно превышающей все допустимые нормы. Только незначительная часть транспортных средств
(в основнм новые микроавтобусы) не превышают или незначительно превышают (из-за условий высокогорья) допустимые нормы дымности ОГ. Аналогичное относится и к легковым автомобилям с бензиновыми двигателями.
С учетом сказанного и разрабатывались муниципальные нормы токсичности и дымности транспортных средств. При их разработке приняли участие представители Муниципалитета, департаментов здравохранения, транспорта, юристы, представители профсоюзов и другие заинтересованные лица.
Из табл. 4, 5 видно, что нормы токсичности и дымности ОГ транспортных средств, предложенные Муниципалитетом, будут периодически пересматриваться в сторону ужесточения. Естественно, что для выполнения данных условий в городе необходимо создать ряд КРП, на которых будет проводиться проверка дымности и токсичности ОГ, и двигатели транспортных средств, которые не соответствуют нормам, должны быть на этих постах отрегулированы. Для этой цели КРП должны быть оборудованы современным диагностическим и газоанализирующим (газоанализаторы, дымомеры) оборудованием, универсальными и специальными приспособлениями и инструментом.
При этом необходимо отметить, что, учитывая все объективные обстоятельства эксплуатации транспортных средств в условиях Арекипы, вероятно, что периодичность пересмотра норм на токсичность и дымность ОГ транспортных средств претерпит свои изменения (корректировки).
В заключение следует отметить, что государственное (муниципальное) нормирование выброса вредных веществ с ОГ ДВС или частичное запрещение эксплуатации транспортных средств с повышенной токсичностью и дымностью ОГ двигателей - одна из эффективных мер защиты окружающей среды от загрязнений.
RATES OF VEHICLES POLLUTION АТ THE CLIMATE CONDITIONS OF PERU V. V. Gorbunov1, Elisa Castañeda Huaman, Javier Oviedo2
1) Department of Intemal Combustión Engines Peoples’ Frienship University of Russia Miklukho-Maklaya sí., 6, 117198 Moscow, Russia
2) Facultado de Engenieria Universidad Nacional de San Agustin
Arequipa - PERU
lt is consered a question of pollution rates of vehicles workmg at the altitude of Perú. There are given rates of smoke and toxicity of vehicles working in Arequipa tovvn (2500 m of altitude).
