В разных странах применяются различные методы контроля токсичности и дымности ОГ. Они отличаются программами испытаний, моделирующих режимы работы двигателя, а также применяемой измерительной аппаратурой и методиками отбора проб. При оценке токсичности ОГ используют два принципиально разных метода исследований: испытание на установившихся режимах с постоянными параметрами двигателя и испытания на переходных режимах при изменении указанных параметров.
Режимы работы автомобильных моторов весьма разнообразны и зависят от характера эксплуатации транспортного средства. На основании статистических исследований установлено, что в условиях уличного движения в городах Европы время работы на разных режимах составляют: на холостом ходу при средних частотах вращения 35%, на режимах с постоянными частотами вращения с нагрузкой 29%, с
ускорением 22%, с замедлением 14%. Каждый из перечисленных режимов характеризуется различиями процентного содержания токсичных компонентов в ОГ. Для определения показателей токсичности ОГ двигатели испытывают на переходных режимах – по так называемым ездовым циклам.
Содержание статьи
Европейские ездовые циклы
В Европейских странах для оценки токсичности ОГ серийных легковых и легких грузовых автомобилей полной массой до 3,5 т применяют ездовой цикл NEDC (New European Driving Cycle). Этот цикл продолжительностью 1220 с состоит из двух частей. Первая часть цикла – городской ездовой цикл UDC (Urban Driving Cycle) с максимальной скоростью движения 50 км/ч включает четыре последовательных ездовых цикла и имитирует условия движения автомобиля по городу. Вторая часть цикла – скоростной загородный цикл EUDC (ExtraUrban Driving Cycle) с максимальной скоростью движения 120 км/ч имитирует условия движения автомобиля по магистрали.
В ездовом цикле NEDC автомобиль испытывается на беговых барабанах после запуска холодного двигателя и его прогрева на холостом ходу в течение 40 с. В процессе испытаний все выхлопные газы собираются в мешки по методу CVS. Массовые доли вредных веществ, которые определены при анализе выхлопных газов, собранные в мешок в процессе всего цикла испытаний, относят к пройденному пути (11 км).
Определенные таким образом удельные массовые выбросы токсичных компонентов (в г/км) сравниваются с предельно допустимыми нормами. Начиная со стандарта EURO-3 (2000 г.) вместо ездового цикла NEDC используется модифицированный ездовой цикл MNEDC (Modified New European Driving Cycle), в котором отменена предварительная работа двигателя в течение 40 с до начала измерения ВГ. При этом холодный пуск включен в программу теста. Испытуемое транспортное средство предварительно должно быть выдержано при температуре -7 градусов минимум 6 часов.
В последнее время для испытаний легковых автомобилей на токсичность применяют модернизированный ездовой цикл. Этой цикл включает четыре обычных набора городских режимов и дополнительный набор режимов EUDC, имитирующего движение автомобиля по городу. При этом общее время выполнения цикла составляет 1220 с (с учетом начальных 40 с работы двигателя в режиме холостого хода), длина условного пути движения автомобиля – 11,007 км, средняя скорость движения – 33,6 км/ч, максимальная скорость движения – 120 км/ч или, для автомобиля с двигателем небольшой мощности, – 90 км/час.
Европейский городской ездовой цикл полностью воспроизводит эксплуатационные условия: работа двигателя автомобиля в режиме минимальной частоты вращения активного холостого хода (имитация ожидания зеленого света светофора на перекрестке), трогание автомобиля с места и разгон до определенной скорости, движение с установившейся скоростью на определенном участке, переключения передач с низшей на высшую или в обратном порядке, разгон автомобиля от одной скорости к другой, торможение двигателем с одной скорости к другой или к полной остановке, служебное торможение до полной остановки с использованием рабочей тормозной системы.
Японские ездовые циклы
В Японии испытания автомобилей с количеством пассажиров менее 10 и массой менее 2,5 т проводятся по двум ездовыми циклами: холодные испытания по 11 режимному циклу без предварительного прогрева двигателя, и с предварительным прогревом двигателя по 10-15 режимному циклу. Каждая фаза цикла длится 120 с, что соответствует дистанции 1021 м, средняя скорость движения составляет 30,6 км/час. Длина 10-15 режимного цикла – 4,16 км, время выполнения – 660 с, максимальная скорость движения – 70 км/ч, средняя скорость движения – 22,7 км/час.
Тестовый 10-15 режимный цикл продолжительностью 660 с, имитирующий характерные условия движения транспорта в Токио, проводится один раз с пуском прогретого двигателя. Причем, первые три цикла теста с максимальной скоростью движения 40 км/ч имеют 10 режимов, а последний цикл с максимальной скоростью движения 70 км/ч – 15 режимов.
Этот тест предполагает предварительное термотестирование на режиме холостого хода, которое проходит по следующей схеме: после 15 минут движения автомобиля со скоростью 60 км/ч в выпускном тракте двигателя измеряются концентрации углеводородов, окиси углерода и углекислого газа. После дальнейшего движения в течение 5 мин со скоростью 60 км/ч начинается 10-15 режимный тест. Анализ содержания токсичных компонентов в ОГ выполняется по методу CVS: разбавленные отфильтрованным окружающим воздухом выхлопные газы собираются в один мешок. Массовые доли вредных веществ, содержащихся в собранных выхлопных газах, относят к пройденному пути, т.е. перечисляются в г/км.
Американские ездовые циклы
Более сложный ездовой цикл для испытаний легковых автомобилей используется в США. В нем практически нет установившихся режимов движения. Длина условного пути в таком цикле – 17,8 км, время его выполнения – 1877 с, максимальная скорость движения – 91,2 км/ч, средняя скорость движения – 34,1 км/час.
Согласно законодательству США производители автомобилей должны обеспечить расход топлива не выше 8,55 л на 100 км для легковых автомобилей и не более 11,6 л на 100 км для легких грузовых автомобилей. Указанный расход топлива измеряется при работе двигателя в испытательном ездовом цикле FTP 75 (Federal Test Procedure – 55% времени) и тестовом цикле Highway (45% времени). Производители транспортных средств, не соответствующих этим нормам, платят штраф государству, а покупатель облагается дополнительным налогом.
Критика ездовых циклов
В конце сентября 2014 года Международный совет по чистому транспорту (ICCT) опубликовал доклад, согласно которому разница между официальными и реальными цифрами расхода топлива составляют в среднем 38%. В 2004 году она составляла 10%. Данные доклада основаны на изучении более чем полумиллиона частных и корпоративных автомобилей 13 модельных лет по всей Европе.
Специалисты ICCT подсчитали, что из-за фиктивных цифр расхода топлива и выбросов СО2, предоставляемых автопроизводителями, автолюбители тратят в среднем на 450 евро в год больше на топливо, правительства недополучают налоги (например, только Голландия теряет 3,4 млрд. евро), а реальное уменьшение выбросов СО2, достигнутое за последние 10 лет, на 50% меньше официальных данных.
Также исследователи обнаружили, что с каждым обновлением модели разрыв между реальными и официальными данными расхода топлива и выбросов СО2 увеличивается. Эти данные получены в результате изучения 26 самых продаваемых в Европе автомобилей (см. диаграмму).
Авторы доклада отметили, что стиль вождения не мог столь значительно измениться за последние годы, чтобы стать причиной резкого увеличения расхода топлива. Несоответствие реальных и официальных цифр они связывают со следующими факторами:
- применение автопроизводителями технологий, которые эффективны при испытаниях по официальным ездовым циклам, однако малоэффективны в реальных дорожных условиях (например, система старт-стоп);
- использование неопределенностей в официальных процедурах тестирования (например, движение накатом);
- изменения в конструкции автомобилей, произошедшие со времени утверждения официальных процедур (например, более широкое использование кондиционеров).
В настоящее время автопроизводители измеряют расход топлива в контролируемых лабораторных условиях, используя процедуру тестирования под названием новый европейский ездовой цикл (NEDC). Эта процедура была разработана в 80-х годах и изначально предназначалась не для определения значения расхода топлива, а для измерения уровня вредных выбросов. Поэтому некоторые особенности NEDC могут быть использованы для искусственного получения низких результатов.
Новая улучшенная методика испытаний легковых автомобилей Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) разработана ООН. Ее введение в странах Евросоюза планируется в 2017 году.
