Контроль выбросов транспортных средств - это изучение снижения выбросов , производимых автотранспортными средствами , особенно двигателями внутреннего сгорания . Основные изучаемые выбросы включают углеводороды, летучие органические соединения, окись углерода, двуокись углерода, оксиды азота, твердые частицы и оксиды серы. Начиная с 1950-х и 1960-х годов были сформированы различные регулирующие органы, основное внимание которых было уделено изучению выбросов транспортных средств и их влиянию на здоровье человека и окружающую среду. По мере того, как мировое понимание выбросов транспортных средств улучшалось, улучшались и устройства, используемые для смягчения их воздействия. Нормативные требования Закона о чистом воздухе, который многократно изменялся, значительно ограничивали допустимые выбросы транспортных средств. С введением ограничений транспортные средства начали проектироваться более эффективно, используя различные системы и устройства контроля выбросов, которые со временем стали более распространенными в транспортных средствах.
Выбросы многих загрязняющих веществ в воздух , как было показано, оказывают различные негативные эффекты на здоровье населения и окружающую среду . Выбросы, которые являются основными загрязняющими веществами, вызывающими беспокойство, 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. В конечном итоге эти исследования 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 приняты на муниципальном или, иногда, на государственном уровне. Неэффективные местные правила постепенно вытеснялись 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 контролировать загрязнение от автомобилей была система PCV (принудительная вентиляция картера) . Она втягивает картерные газы, тяжелые в несгоревших углеводородах — предшественниках фотохимического смога — во впускной тракт двигателя, чтобы они сжигались, а не выбрасывались несгоревшими из картера в атмосферу. Принудительная вентиляция картера была впервые установлена на широкой основе законом на всех новых автомобилях модели 1961 года, впервые проданных в Калифорнии. В следующем году Нью-Йорк потребовал этого. К 1964 году большинство новых автомобилей, проданных в США, были оснащены таким образом, и PCV быстро стала стандартным оборудованием на всех транспортных средствах по всему миру. [3]
Первые узаконенные стандарты выбросов выхлопных газов (выхлопной трубы) были приняты штатом Калифорния для модельного года 1966 года для автомобилей, проданных в этом штате, а затем и в Соединенных Штатах в целом для модельного года 1968 года. Также в 1966 году в штате Калифорния был принят первый цикл испытаний на выбросы, измеряющий выбросы выхлопных газов в PPM (частей на миллион). Стандарты постепенно ужесточались из года в год, как предписывало Агентство по охране окружающей среды.
К 1974 модельному году стандарты выбросов в США ужесточились настолько, что методы настройки, используемые для их соответствия, серьезно снижали эффективность двигателя и, таким образом, увеличивали расход топлива. Новые стандарты выбросов для 1975 модельного года, а также увеличение расхода топлива вынудили изобрести каталитический нейтрализатор для последующей обработки выхлопных газов. Это было невозможно с существующим этилированным бензином , поскольку остатки свинца загрязняли платиновый катализатор. В 1972 году компания General Motors предложила Американскому институту нефти исключить этилированное топливо для автомобилей 1975 и более поздних модельных годов. [ необходима цитата ] Производство и распространение неэтилированного топлива было серьезной проблемой, но она была успешно завершена к моменту выпуска автомобилей 1975 модельного года. Все современные автомобили теперь оснащены каталитическими нейтрализаторами для дальнейшего снижения выбросов транспортных средств.
В преддверии 1981 модельного года в Соединенных Штатах производители легковых автомобилей столкнулись с проблемами в своей истории, связанными с выполнением новых норм выбросов, как соответствовать гораздо более строгим требованиям Закона о чистом воздухе (США) в соответствии с поправкой 1977 года. Например: чтобы справиться с этой проблемой, General Motors создала новый «Проектный центр систем контроля выбросов» (ECS), сначала расположенный в здании AC Spark Plug Engineering Building во Флинте, штат Мичиган. Его целью было «нести общую ответственность за проектирование и разработку карбюраторной и впрыскиваемой топливной каталитической системы с замкнутым контуром, включая соответствующие электронные элементы управления, дозирование топлива, управление искрой, управление холостым ходом, EGR и т. д., в настоящее время запланировано до 1981 года». [4] [5] [6]
В 1990 году в Закон о чистом воздухе (CAA) были внесены поправки, чтобы помочь в дальнейшем регулировании вредных выбросов транспортных средств. В поправке правила для автомобильного топлива стали более строгими, ограничив допустимое количество серы в дизельном топливе. Поправки также потребовали изменения процедуры создания бензина, чтобы гарантировать меньшие выбросы углеводородов (HC), оксида углерода (CO), оксидов азота (NO X ), твердых частиц (PM) и летучих органических соединений (VOC). Изменения, внесенные в CAA, также потребовали использования оксигенированного бензина для снижения выбросов CO. [7]
На протяжении многих лет Агентство по охране окружающей среды (EPA) продолжало внедрять новые правила для сокращения вредных выбросов для транспортных средств. Некоторые из наиболее важных обновленных стандартов приведены ниже.
В 1922 году свинец был добавлен в бензин в качестве антидетонационной присадки. Только в 1969 году, почти пять десятилетий спустя, исследования начали показывать негативное влияние свинца на здоровье как загрязняющего вещества. Несмотря на множество обнаруженных негативных последствий для здоровья, никаких нормативных требований по снижению уровня свинца в бензине не было введено до 1983 года. 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 ней последовали Северная и Южная Америка, и почти все страны на двух континентах запретили свинец к 1998 году. Африка была последней, кто запретил свинец в бензине, большинство стран запретили в 2004 и 2005 годах, а последним был Алжир, который не запрещал его до 2021 года. [8]
Агентства, ответственные за внедрение стандартов выбросов выхлопных газов , различаются в зависимости от юрисдикции, даже в пределах одной страны. Например, в Соединенных Штатах общая ответственность лежит на Агентстве по охране окружающей среды, но из-за особых требований штата Калифорния выбросы в Калифорнии регулируются Советом по воздушным ресурсам . В Техасе Комиссия по железным дорогам Техаса отвечает за регулирование выбросов двигателей с обогащенной смесью, работающих на сжиженном нефтяном газе (но не двигателей с обогащенной смесью, работающих на бензине).
Европейский союз контролирует регулирование выбросов в государствах-членах ЕС; однако многие государства-члены имеют собственные правительственные органы для обеспечения соблюдения и внедрения 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 политики в области охраны окружающей среды, являются «делегированными полномочиями», поэтому некоторые страны, входящие в состав Соединенного Королевства, занимаются ими отдельно через свои собственные государственные органы, созданные для решения экологических проблем:
Однако многие общебританские политики курируются Министерством окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (DEFRA) и по-прежнему подпадают под действие правил ЕС.
Испытания на выбросы дизельных автомобилей не проводились во время техосмотров в Северной Ирландии в течение 12 лет, несмотря на то, что это требуется по закону. [10]
Для разработчиков систем было очень важно соответствовать требованиям по выбросам, используя минимальное количество каталитического материала ( платина и/или палладий ) из-за проблем со стоимостью и поставками. Центр проектов систем контроля выбросов General Motors должен был «следовать операционным планам, установленным предыдущими (GM) проектными центрами». Элементы, уникальные для Центра проектов систем контроля выбросов (были):
(«Проектный центр систем контроля выбросов») должен был выполнить семь задач, чтобы запустить в производство систему контроля выбросов, которая соответствует всем действующим федеральным законам по выбросам и экономии топлива.
Они будут работать с автомобильными подразделениями с целью:
Внедрение системы (должно было) быть поэтапным в течение трех лет. В модельном году 1979 года. Автомобили Калифорнии с двигателями объемом 2,5, 2,8 и 3,5 литра будут иметь систему CLCC. В модельном году 1980 года автомобили, продаваемые в Калифорнии, и двигатели объемом 3,8 и 4,3 литра, продаваемые на федеральном уровне, будут иметь CLCC, и, наконец, в модельном году 1981 года все легковые автомобили будут иметь эту систему. Калифорнийские легкие и средние грузовики также могут использовать систему c-4. Хотя системы 1979 и 1980 годов очень похожи, система 1981 года (2-го поколения) будет отличаться тем, что она может включать в себя дополнительные системы управления двигателем (например, электронное управление моментом зажигания, управление холостым ходом и т. д.)
Разрабатываемая система контроля выбросов обозначена как C-4. Это означает Computer Controlled Catalytic Converter (управляемый компьютером каталитический нейтрализатор). Система C-4 охватывает замкнутый контур управления карбюратором (CLCC) и систему впрыска в корпус дроссельной заслонки (TBI)". [4] [5] [6]
Эффективность двигателя постоянно повышается за счет усовершенствования конструкции двигателя, более точного опережения зажигания и электронного зажигания , более точного дозирования топлива и компьютеризированного управления двигателем .
Достижения в области технологий двигателей и транспортных средств постоянно снижают токсичность выхлопных газов, покидающих двигатель, но, как правило, одних этих мер недостаточно для достижения целей по выбросам. Поэтому технологии детоксикации выхлопных газов являются неотъемлемой частью контроля выбросов.
Одной из первых разработанных систем контроля выбросов выхлопных газов является вторичный впрыск воздуха. Первоначально эта система использовалась для впрыска воздуха в выпускные отверстия двигателя для обеспечения кислородом, чтобы несгоревшие и частично сгоревшие углеводороды в выхлопных газах могли догореть. Впрыск воздуха теперь используется для поддержки реакции окисления каталитического нейтрализатора и для снижения выбросов при холодном запуске двигателя. После холодного запуска двигателю требуется более богатая воздушно-топливная смесь, чем та, которая ему нужна при рабочей температуре , и каталитический нейтрализатор не работает эффективно, пока не достигнет своей собственной рабочей температуры. Воздух, впрыскиваемый перед нейтрализатором, поддерживает сгорание в выхлопной трубе, что ускоряет прогрев катализатора и уменьшает количество несгоревших углеводородов, выбрасываемых из выхлопной трубы.
В Соединенных Штатах и Канаде многие двигатели в автомобилях 1973 года и более новых (1972 года и более новых в Калифорнии) имеют систему, которая направляет дозированное количество выхлопных газов во впускной тракт при определенных условиях эксплуатации. Выхлопные газы не сжигают и не поддерживают горение, поэтому они разбавляют заряд воздуха/топлива, чтобы снизить пиковые температуры в камере сгорания. Это, в свою очередь, снижает образование NO x .
Каталитический нейтрализатор — это устройство, размещаемое в выхлопной трубе, которое преобразует углеводороды, оксид углерода и NOx в менее вредные газы, используя в качестве катализаторов комбинацию платины, палладия и родия . [16]
Существует два типа каталитических нейтрализаторов: двухкомпонентный и трехкомпонентный. Двухкомпонентные нейтрализаторы были распространены до 1980-х годов, пока трехкомпонентные нейтрализаторы не заменили их на большинстве автомобильных двигателей. Более подробную информацию см. в статье о каталитических нейтрализаторах .
Выбросы испарений являются результатом выхода паров бензина из топливной системы автомобиля. С 1971 года все транспортные средства США имеют полностью герметичные топливные системы, которые не выпускают пар напрямую в атмосферу; требования к системам такого типа появились одновременно и в других юрисдикциях. В типичной системе пары из топливного бака и вентиляционного отверстия карбюратора (на карбюраторных автомобилях) направляются в канистры, содержащие активированный уголь . Пары адсорбируются внутри канистры, и во время определенных режимов работы двигателя свежий воздух втягивается через канистру, 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, тем самым устраняя необходимость для владельцев посещать испытательный центр. Обнаружение выхлопных газов с помощью невидимой вспышки света широко используется в мегаполисах [17] и становится все более широко известным в Европе. [18]
Результаты испытаний выбросов отдельных транспортных средств во многих случаях собираются для оценки характеристик выбросов различных классов транспортных средств, эффективности программы испытаний и различных других правил, связанных с выбросами (например, изменения в составе топлива), а также для моделирования воздействия автомобильных выбросов на здоровье населения и окружающую среду.
Выбросы выхлопных газов можно сократить, используя экологически чистые транспортные средства. Наиболее популярными моделями являются гибридные и электромобили . По состоянию на декабрь 2020 года [обновлять]в Китае был самый большой в мире парк легковых автомобилей с подключаемым модулем, разрешенных к использованию на шоссе, — 4,5 миллиона единиц, что составляет 42% мирового парка подключаемых автомобилей. [19] [20]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) См. Статистическое приложение, стр. 247–252 (см. таблицы A.1 и A.12).