Контроль выбросов транспортных средств – это исследование по снижению выбросов , производимых автомобилями , особенно двигателями внутреннего сгорания . Первичные изученные выбросы включают углеводороды, летучие органические соединения, окись углерода, диоксид углерода, оксиды азота, твердые частицы и оксиды серы. Начиная с 1950-х и 1960-х годов были созданы различные регулирующие органы, основное внимание которых уделялось изучению выбросов транспортных средств и их воздействия на здоровье человека и окружающую среду. По мере того как в мире улучшалось понимание выбросов транспортных средств, улучшались и устройства, используемые для смягчения их воздействия. Нормативные требования Закона о чистом воздухе, в который неоднократно вносились поправки, значительно ограничивали допустимые выбросы транспортных средств. В условиях ограничений транспортные средства начали проектироваться более эффективно за счет использования различных систем и устройств контроля выбросов, которые со временем стали более распространенными в транспортных средствах.
Было доказано, что выбросы многих загрязнителей воздуха оказывают разнообразные негативные последствия на здоровье населения и окружающую среду . Выбросы, которые являются основными загрязнителями, вызывающими обеспокоенность, включают:
На протяжении 1950-х и 1960-х годов различные федеральные, государственные и местные органы власти в Соединенных Штатах проводили исследования многочисленных источников загрязнения воздуха. Эти исследования в конечном итоге приписали значительную часть загрязнения воздуха автомобилям и пришли к выводу, что загрязнение воздуха не ограничено местными политическими границами. В то время такие минимальные правила контроля выбросов, которые существовали в США, были обнародованы на муниципальном, а иногда и на уровне штата. Неэффективные местные правила постепенно были вытеснены более всеобъемлющими государственными и федеральными правилами. К 1967 году в штате Калифорния был создан Калифорнийский совет по воздушным ресурсам , а в 1970 году было создано федеральное Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Оба агентства, а также другие государственные агентства в настоящее время создают и обеспечивают соблюдение правил выбросов для автомобилей в Соединенных Штатах. Аналогичные агентства и правила были одновременно разработаны и внедрены в Канаде , Западной Европе , Австралии и Японии .
Первой попыткой борьбы с загрязнением от автомобилей стала система PCV (принудительная вентиляция картера) . Это втягивает картерные газы, богатые несгоревшими углеводородами – предшественник фотохимического смога – во впускной тракт двигателя, где они сгорают, а не выбрасываются несгоревшими из картера в атмосферу. Принудительная вентиляция картера была впервые широко установлена по закону на всех новых автомобилях модели 1961 года, впервые проданных в Калифорнии. В следующем году этого потребовал Нью-Йорк . К 1964 году большинство новых автомобилей, продаваемых в США, были оборудованы таким оборудованием, и PCV быстро стал стандартным оборудованием для всех автомобилей по всему миру. [3]
Первые законодательно установленные стандарты выбросов выхлопных газов (выхлопных труб) были обнародованы в штате Калифорния в 1966 модельном году для автомобилей, продаваемых в этом штате, а затем в 1968 модельном году в Соединенных Штатах в целом. Также в 1966 году был проведен первый цикл испытаний на выбросы. введен в действие в штате Калифорния, измеряя выбросы из выхлопных труб в PPM (частях на миллион). Стандарты постепенно ужесточались из года в год, как того требует Агентство по охране окружающей среды.
К 1974 модельному году стандарты выбросов США ужесточились настолько, что методы отстройки, используемые для их соответствия, серьезно снижали эффективность двигателя и, таким образом, увеличивали расход топлива. Новые стандарты выбросов для модели 1975 года, а также увеличение расхода топлива вынудили изобрести каталитический нейтрализатор для дополнительной очистки выхлопных газов. Это было невозможно с существующим этилированным бензином , поскольку остатки свинца загрязняли платиновый катализатор. В 1972 году General Motors предложила Американскому институту нефти отказаться от использования этилированного топлива в автомобилях 1975 года и более поздних моделей. [ нужна цитата ] Производство и распространение неэтилированного топлива было серьезной проблемой, но она была успешно завершена к выпуску автомобилей 1975 модельного года. Все современные автомобили теперь оснащены каталитическими нейтрализаторами для дальнейшего снижения выбросов транспортных средств.
В преддверии 1981 модельного года в США производители легковых автомобилей столкнулись с трудностями в своей истории, связанными с соблюдением новых правил выбросов, а также с тем, как удовлетворить гораздо более строгие требования Закона о чистом воздухе (США) в соответствии с поправкой 1977 года. . Например: чтобы решить эту задачу, компания General Motors создала новый «Центр проектов по системам контроля выбросов» (ECS), который сначала располагался в инженерном здании по производству свечей зажигания переменного тока во Флинте, штат Мичиган. Его цель заключалась в том, чтобы «нести общую ответственность за проектирование и разработку трехкомпонентной каталитической системы с замкнутым контуром и впрыском топлива, включая соответствующее электронное управление, дозирование топлива, контроль искры, контроль холостого хода, рециркуляцию отработавших газов и т. д., которые в настоящее время запланированы на 1981 год. " [4] [5] [6]
В 1990 году в Закон о чистом воздухе (CAA) были внесены поправки, призванные способствовать дальнейшему регулированию вредных выбросов транспортных средств. В поправке правила использования автомобильного топлива стали более строгими, ограничив количество серы, разрешенное в дизельном топливе. Поправки также потребовали процедурного изменения для создания бензина, чтобы обеспечить меньше выбросов углеводородов (HC), оксида углерода (CO), оксидов азота (NO X ), твердых частиц (PM) и летучих органических соединений (ЛОС). . Изменения, внесенные в CAA, также потребовали использования кислородсодержащего бензина для снижения выбросов CO. [7]
На протяжении многих лет Агентство по охране окружающей среды (EPA) продолжало внедрять новые правила по снижению вредных выбросов транспортных средств. Ниже приведены некоторые из наиболее важных стандартов обновления.
В 1922 году в бензин в качестве антидетонатора добавили свинец. Лишь в 1969 году, почти пять десятилетий спустя, исследования начали показывать негативное воздействие на здоровье свинца как загрязнителя. Несмотря на множество обнаруженных негативных последствий для здоровья, до 1983 года не применялось никаких нормативных требований по снижению уровня свинца в бензине. Постепенно страны начали полностью запрещать использование свинца в бензине с 1986 по 2021 год. Япония была первой, кто запретил свинец в бензине. в 1986 году, за ним следовали Северная и Южная Америка, а почти все страны на двух континентах запретили свинец к 1998 году. Африка была последней, кто запретил свинец в бензине, при этом большинство стран запретили его в 2004 и 2005 годах, а последней стал Алжир, который не запретил свинец. это до 2021 года. [8]
Агентства, отвечающие за внедрение стандартов выбросов выхлопных газов , различаются от юрисдикции к юрисдикции, даже в одной и той же стране. Например, в США общая ответственность принадлежит EPA, но из-за особых требований штата Калифорния выбросы в Калифорнии регулируются Советом по воздушным ресурсам . В Техасе Техасская железнодорожная комиссия отвечает за регулирование выбросов от двигателей, работающих на сжиженном нефтяном газе (но не двигателей, работающих на бензине).
Европейский Союз контролирует регулирование выбросов в странах-членах ЕС; однако многие государства-члены имеют свои собственные правительственные органы, обеспечивающие соблюдение и реализацию этих правил в своих странах. Короче говоря, ЕС формирует политику (устанавливая ограничения, такие как европейский стандарт выбросов ), а государства-члены решают, как лучше всего реализовать ее в своей стране.
В Соединенном Королевстве вопросы, касающиеся экологической политики, являются «делегированными полномочиями», поэтому некоторые из входящих в состав стран решают их отдельно через свои собственные правительственные органы, созданные для решения экологических проблем:
Тем не менее, многие политики по всей Великобритании находятся в ведении Министерства окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (DEFRA), и они по-прежнему подпадают под действие правил ЕС.
Испытания на выбросы дизельных автомобилей не проводились во время ТО в Северной Ирландии в течение 12 лет, несмотря на то, что это требуется по закону. [10]
Для разработчиков систем было очень важно удовлетворить требования по выбросам, используя минимальное количество каталитического материала ( платины и/или палладия ) из-за проблем со стоимостью и поставками. «Центр проектов систем контроля выбросов» компании General Motors должен был «следовать оперативным планам, установленным предыдущими проектными центрами (GM). Уникальными для «Центра проектов систем контроля выбросов» были следующие пункты:
(«Проектный центр систем контроля выбросов») (предстояло выполнить) семь задач, таких как запуск в производство системы выбросов, которая соответствует всем существующим федеральным законам о выбросах и экономии топлива.
Они должны работать с автомобильными подразделениями для:
Внедрение системы (должно было) осуществляться поэтапно в течение трех лет. В 1979 модельном году. Автомобили Калифорнии с двигателями объемом 2,5, 2,8 и 3,5 литра будут иметь систему CLCC. В 1980 модельном году автомобили, продаваемые в Калифорнии, а также двигатели объемом 3,8 и 4,3 литра, продаваемые на федеральном уровне, будут иметь CLCC, и, наконец, в 1981 модельном году все легковые автомобили будут иметь эту систему. Грузовые автомобили малой и средней грузоподъемности Калифорнии также могут использовать систему c-4. Хотя системы 1979 и 1980 годов очень похожи, система 1981 года (2-го поколения) будет отличаться тем, что может включать в себя дополнительные системы управления двигателем (т. е. электронную систему синхронизации зажигания, контроль холостого хода и т. д.).
Разрабатываемая система контроля выбросов получила обозначение C-4. Это означает каталитический нейтрализатор с компьютерным управлением. Система C-4 включает в себя системы управления карбюратором с замкнутым контуром (CLCC) и системы впрыска в корпус дроссельной заслонки (TBI).»» [4] [5] [6]
Эффективность двигателя постоянно повышается благодаря улучшенной конструкции двигателя, более точному моменту зажигания и электронному зажиганию , более точному дозированию топлива и компьютеризированному управлению двигателем .
Достижения в области технологий двигателей и транспортных средств постоянно снижают токсичность выхлопных газов, выходящих из двигателя, но, как правило, одних этих мер недостаточно для достижения целей по выбросам. Поэтому технологии детоксикации выхлопных газов являются важной частью контроля выбросов.
Одной из первых разработанных систем контроля выбросов выхлопных газов является впрыск вторичного воздуха. Первоначально эта система использовалась для нагнетания воздуха в выхлопные отверстия двигателя для подачи кислорода, чтобы несгоревшие и частично сгоревшие углеводороды в выхлопе догорали. Впрыск воздуха теперь используется для поддержки реакции окисления каталитического нейтрализатора и для снижения выбросов при запуске холодного двигателя. После холодного запуска двигателю требуется более богатая топливовоздушная смесь, чем та, которая ему нужна при рабочей температуре , и каталитический нейтрализатор не работает эффективно, пока не достигнет собственной рабочей температуры. Воздух, впрыскиваемый перед преобразователем, поддерживает горение в выхлопной трубе, что ускоряет прогрев катализатора и уменьшает количество несгоревших углеводородов, выбрасываемых из выхлопной трубы.
В США и Канаде многие двигатели 1973 года выпуска и новее (1972 года выпуска и новее в Калифорнии) имеют систему, которая направляет дозированное количество выхлопных газов во впускной тракт при определенных условиях эксплуатации. Выхлоп не горит и не поддерживает горение, поэтому он разбавляет воздух/топливный заряд, чтобы снизить пиковые температуры в камере сгорания. Это, в свою очередь, снижает образование NO x .
Каталитический нейтрализатор — это устройство, расположенное в выхлопной трубе, которое преобразует углеводороды, окись углерода и NO x в менее вредные газы с помощью комбинации платины, палладия и родия в качестве катализаторов . [16]
Существует два типа каталитического нейтрализатора: двухходовой и трехходовой. Двухходовые преобразователи были распространены до 1980-х годов, когда трехходовые преобразователи заменили их в большинстве автомобильных двигателей. Дополнительную информацию см. в статье о каталитическом нейтрализаторе .
Выбросы в виде испарений являются результатом выхода паров бензина из топливной системы автомобиля. С 1971 года все автомобили в США имеют полностью герметичные топливные системы, которые не выходят напрямую в атмосферу; мандаты на системы этого типа появились одновременно в других юрисдикциях. В типичной системе пары из топливного бака и вентиляционного отверстия карбюратора (на карбюраторных автомобилях) подаются в канистры, содержащие активированный уголь . Пары адсорбируются внутри адсорбера, и во время определенных режимов работы двигателя свежий воздух всасывается через фильтр, втягивая пары в двигатель, где они сгорают.
Некоторые штаты США также используют технологию, которая использует инфракрасный и ультрафиолетовый свет для обнаружения выбросов, когда транспортные средства проезжают по дорогам общего пользования, что избавляет владельцев от необходимости посещать испытательный центр. Невидимая световая вспышка для обнаружения выхлопных газов широко используется в мегаполисах [17] и становится все более широко известной в Европе. [18]
Результаты испытаний на выбросы отдельных транспортных средств во многих случаях компилируются для оценки показателей выбросов различных классов транспортных средств, эффективности программы испытаний и различных других правил, связанных с выбросами (например, изменений в рецептуре топлива), а также для моделирования последствий выбросы автомобилей на здоровье населения и окружающую среду.
Выбросы выхлопных газов можно сократить за счет использования экологически чистых двигателей транспортных средств. К наиболее популярным режимам относятся гибридные и электромобили . По состоянию на декабрь 2020 года [обновлять]в Китае располагался самый большой в мире запас легковых электромобилей, разрешенных к использованию на шоссе, - 4,5 миллиона единиц, что составляет 42% мирового запаса подключаемых к сети автомобилей. [19] [20]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) См. Статистическое приложение, стр. 247–252 (см. Таблицы А.1 и А.12).