Развитие требований ЕЭК ООН в отношении экологических показателей АТС и двигателей


Вайсблюм М.Е., к.т.н. / НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ» УДК 629.331;504.054

Как известно, в области нормирования экологических показателей АТС и двигателей Россия применяет требования Женевского Соглашения 1958 года. Специальный технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» практически полностью базируется на Правилах ЕЭК ООН.

Основные требования к выбросам вредных веществ автомобилями и двигателями установлены в Правилах ЕЭК ООН №№ 49 (грузовые автомобили и автобусы), 83 (легковые автомобили и легкие грузовики), 96 (дизели сельскохозяйственных и лесных тракторов, внедорожных транспортных средств). Указанные документы постоянно и весьма оперативно пересматриваются, дополняются, модернизируются в рамках рабочей группы по загрязнению воздуха и экономии энергии КВТ ЕЭК ООН (ГДЗЭ) и принимают статус международных стандартов после их принятия Всемирным Форумом WP.29. Другим, не менее важным направлением, является разработка т.н. глобальных технических предписаний (ГТП), которые в будущем придут на смену региональным и национальным стандартам (в том числе Правилам ЕЭК ООН и Директивам ЕС).

На настоящий момент в области экологии разработаны следующие ГТП:

• ГТП №2 — процедура испытаний мотоциклов по определению выбросов вредных веществ (ВВ), СО2 и расхода топлива;

• ГТП № 4 — процедура испытаний по определению выбросов ВВ дизелей и газовых двигателей для грузовых автомобилей;

• ГТП № 5 – требования к бортовой диагностике грузовых автомобилей и двигателей.

В стадии подготовки находятся следующие ГТП:

• Требования безопасности в отношении АТС работающих на водороде и топливных элементах;

• Требования в отношении внецикловых выбросов двигателей грузовых автомобилей;

• Требования в отношении выбросов вредных веществ внедорожной техникой.

Правила ЕЭК ООН № 49 (Коммерческие автомобили и устанавливаемые на них двигатели)

С 03.02.2009 г. вступила в действие 5 серия поправок к Правилам ЕЭК ООН № 49.

Правила № 49-05 базируются на нескольких ранее введенных директивах ЕС (2005/55, 2005/78, 2006/51) и содержат ряд новых, по сравнению с предшествующей, 04 серией поправок, положений и требований. Это, в первую очередь, требования в отношении:

• бортовой диагностической системы (БДС);

• надежности в отношении экологических показателей;

• процедур и методов контроля установленных требований в эксплуатации.

При этом собственно предельные значения выбросов вредных веществ остались неизменными. Введение указанных новых требований носит фундаментальный характер, так как позволяет обеспечить контроль экологических показателей АТС и двигателей не только в процессе их производства (сертификация), но дает в руки законодателя мощный инструмент контроля АТС по экологическим показателям на протяжении всей полезной жизни. Это, безусловно, не снимает с соответствующих органов ответственности за организацию такого контроля.

Помимо двигателей с воспламенением от сжатия, работающих на дизельном топливе и двигателей с принудительным воспламенением, работающих на газе, Правила № 49-05 распространяются на дизели, работающие на этаноле.

Система бортовой диагностики должна информировать водителя о наличии неисправности, если превышены предельные значения выбросов. Требования системы бортовой диагностики (БДС) установлены для АТС и двигателей, начиная с уровня «Евро-4».

Предельные значения выбросов для дизелей и АТС с дизелями, превышение которых БДС воспринимает как неисправность (предельные значения БДС), составляют: NOх — 7г /кВт. ч; частицы — 0,1г / кВт.ч.

В числе прочего, БДС должна индицировать основные функциональные неисправности каталитических нейтрализаторов и фильтров частиц.

Специальные меры предписаны в отношении защиты системы управления двигателем от неавторизированного вмешательства. В частности, любые съемные чипы блока управления, имеющие отношение к калибровкам двигателя, должны помещаться в защищенный корпус, защищаться специальными алгоритмами и предусматривать возможность замены с помощью специальных процедур и инструмента.

Особое внимание уделено контролю выбросов NOх, который должен осуществляться с помощью датчиков (NOх), установленных в системе выпуска отработавших газов.

Превышение выбросов NOх более, чем на 1,5 г/кВт.ч от предельного значения (для цикла ESC при сертификации) должно приводить к активированию индикатора неисправности. Код неисправности и момент ее возникновения должны быть сохранены в памяти БДС. Такие неисправности, как: опустошение бака с реагентом, прерывание подачи, неудовлетворительное качество, недостаточный расход реагента, «неправильный» расход рециркулируемых отработавших газов в системе рециркуляции должны идентифицироваться БДС в обязательном порядке.

Если выброс NOх превышает предельное значение, БДС производит автоматическое снижение крутящего момента до 75 %-60 % максимального значения, в зависимости от категории транспортного средства (при этом осуществляется информирование водителя). Кроме того, мониторингу подвергается целостность электрических контуров системы контроля выбросов, «наличие–отсутствие» элементов контроля выбросов (датчика NOх, датчика контроля качества реагента, датчиков расхода и уровня реагента, датчика расхода рециркулируемых отработавших газов).

Надежность в отношении экологических показателей должна подтверждаться производителем. Производитель должен подтвердить, что его двигатели соответствуют установленным требованиям на протяжении всей «полезной» жизни. «Полезная» жизнь составляет от 100 до 500 тыс.км, в зависимости от категорий АТС, на которые устанавливаются двигатели. Производитель обязан определить для своих двигателей т.н. коэффициенты «ухудшения», которые используются для подтверждения соответствия двигателей (и автомобилей) установленным требованиям на протяжении «полезной» жизни, в частности при осуществлении периодического аудита АТС в эксплуатации.

Базовый двигатель для испытаний выбирает производитель, по согласованию с Органом по сертификации. Коэффициенты «ухудшения» определяют проведением пробеговых испытаний автомобиля с установленным базовым двигателем, либо проведением ресурсных испытаний двигателя на моторном стенде.

В качестве альтернативы допускается использовать регламентированные табличные значения коэффициентов «ухудшения».

Программу проведения пробеговых испытаний разрабатывает также производитель.

В процессе пробеговых испытаний периодически определяются выбросы вредных веществ. По согласованию с Органом по сертификации, испытания по определению выбросов в каждой «точке» пробега допускается проводить только по одному испытательному циклу (ESC либо ЕТС). Однако в начале и в конце пробега испытания проводятся по обоим циклам (ESC и ЕТС).

Пробег автомобиля может быть короче «полезной» жизни автомобиля, но не менее установленных значений (от 100 до 167 тыс. км, в зависимости от категории автомобиля).

Детальное описание программы испытаний на надежность должно быть приложено к заявке на сертификацию вместе с техническим описанием.

Орган по сертификации может потребовать корректировки программы, например увеличения количества испытаний по определению выбросов вредных веществ в процессе пробега.

При проведении испытаний с целью определения коэффициентов «ухудшения» на динамометрическом стенде программу также разрабатывает производитель. При этом производитель должен представить убедительные данные по корреляции параметров программы испытаний на стенде (объём, нагрузочные режимы, расход топлива, методика и т.д.) с соответствующими параметрами при минимальном установленном пробеге автомобиля (например, по расходу топлива в том и другом случае, сопоставлению режимов работы двигателя и т.д.)

Проверка автомобилей (двигателей) в эксплуатации. Правилами № 49-05 предусмотрена процедура контроля экологических показателей АТС и двигателей, отобранных из числа находящихся в эксплуатации в различных регионах поставки. Этот контроль должен осуществляться периодически на протяжении «полезной » жизни, как это определено указанными Правилами. Ответственность за осуществление этого контроля возложена на орган по сертификации и производителя (владельца Одобрения типа).

Процедура контроля осуществляется в следующем порядке.

1. После оформления ОТТС и начала производства (и продаж) производитель разрабатывает и реализует процедуру контроля АТС и двигателей в эксплуатации, по результатам которой оформляет отчет и направляет в Орган по сертификации. Если Орган сочтет полученную информацию достаточной, процедура контроля на этом этапе завершается. В противном случае Орган принимает решение: потребовать от производителя повторения процедуры контроля либо провести испытания «подозрительных» двигателей под своим контролем (в том числе в лаборатории производителя).

В отчете производителя по результатам проверки должно быть представлено не менее 5 двигателей. Испытания должны быть проведены по циклам ESC, ETC, ELR в соответствии с установленными требованиями.

Допускаются, однако, иные формы подтверждения (по согласованию с Органом), если они должным образом обоснованы.

Собранная производителем информация должна быть достаточно полной для подтверждения того, что охвачен весь период «полезной» жизни автомобиля и отражены все регионы, куда поставляются автомобили (двигатели).

Правила ЕЭК ООН № 83 — 06

В рамках GRPE разработан и представлен на 57 сессии GRPE в январе 2009 г проект Правил ЕЭК ООН № 83 с поправками серии 06.

Поправки серии 06 разработаны на основе Правил ЕС № 715/2007 и 692/2008.

Правила № 83 – 06 распространяются на автомобили категорий М1, М2, N1, N2 с контрольной массой до 2610 кг (Правила № 83 – 05 — на автомобили с максимальной массой до 3500 кг).

Правила № 83 – 06 устанавливают требования Евро-5 и Евро-6, причем эти термины впервые введены в текст Правил легитимно (табл. 1,2)



Сопоставляя предельные значения Евро–5 (применяются в ЕС для целей сертификации с 2007 г.), и Евро–4, можно сделать следующие выводы:

а) двигатели с искровым зажиганием:

• оксид углерода (СО) – требования идентичны

• суммарные углеводороды (ТНС) – требования идентичны

• оксиды азота (NOx)– требования Евро-5 ужесточены на 25 %

• дисперсные частицы – требования введены впервые для двигателей с искровым зажиганием c непосредственным впрыском топлива

• неметановые углеводы (NMHC) – требования введены впервые

б) дизели

CO — требования идентичны;

NOx – требования Евро-5 ужесточены на 30 %

ТHC + NOx — требования Евро-5 ужесточены на 23-24 %;

Дисперсные частицы — требования Евро-5 ужесточены в 5-12 раз (в зависимости от категории ТС).

Требованиями Евро-6 предусмотрено дальнейшее ужесточение выбросов NOx более, чем вдвое, по сравнению с Евро-5; по суммарному выбросу углеводородов и оксидов азота ужесточение составляет 26-40 %.

Серьезные изменения (как в требованиях Евро-5,так и Евро-6) введены в отношении надежности по экологическим показателям.

Пробег автомобиля, в течении которого должны поддерживаться установленные требования по экологии увеличен до 160 тыс. км (80 тыс. км в Евро-4). Существенно увеличены т.н. «коэффициенты ухудшения». Для автомобилей с двигателями с искровым зажиганием, они составляет: CO-1,5; ТНС – 1,3; NOx – 1,6 (вместо значения 1,2 для всех компонентов в Евро-4). Это означает, что при сертификационных испытаниях новых автомобилей должен быть обеспечен значительно больший запас по отношению к установленным предельным значениям выбросов, чем это требовалось ранее.

Правила ЕЭК ООН № 96-02

Правила № 96 с поправками серии 02 вступили в силу с 03.02. 2008 г.

Основными отличиями от предшествующей, 01 серии поправок, являются:

• ужесточение нормативных требований в отношении двигателей, работающих на переменных режимах;

• расширение области распространения на двигатели, работающие с постоянной частотой вращения: газогазовые компрессоры; ирригационные насосы; генераторные агрегаты с переменной нагрузкой; газонокосилки, отбойные молотки, снегоочистительное оборудование, уборочные машины.

Предельные значения выбросов приведены в таблице 3.


Экологически чистые автомобили

В 2008 г. рамках ГДЗЭ создана рабочая группа по экологически чистым -»дружественным по отношению к окружающей среде» автомобилям (EFV).

Первоочередная цель создания этой группы — разработать гармонизированную в мировом масштабе концепцию экологически чистого автомобиля.

Сам факт создания подобной группы, в то время как в ведущих индустриальных странах мира уже достигнуты впечатляющие успехи в снижении выбросов вредных веществ автомобильным транспортом, свидетельствует о том, что актуальность проблемы загрязнения окружающей среды автомобилями не только не снижается, но еще более возрастает.

В настоящее время акценты при оценке совместимости автомобилей с окружающей средой все больше смещаются в сторону их энергетической (экономической) эффективности и выбросов т.н. «парниковых» газов — СО2 в первую очередь. В настоящее время в мире нет единого подхода к оценке экологической и экономической эффективности АТС. Наиболее полной считается оценка «вклада» АТС в загрязнение окружающей среды и энергозатрат на их производство на протяжении их полного жизненного цикла. В этом случае учитываются не только затраты энергии и выбросы вредных веществ при добыче, производстве топлива и его потреблении в автомобиле, но также оценивается вся цепь от добычи полезных ископаемых для производства автомобиля до его утилизации.

Такая всесторонняя и комплексная оценка является чрезвычайно трудной, а возможно неразрешимой задачей, если иметь в виду какой либо универсальный механизм подобной оценки. Поэтому ее часто разбивают на отдельные этапы, в зависимости от решаемой задачи. Например, производят оценку затрат энергии и выбросов «парниковых» газов на этапе доставки топлива до автомобиля, т. е. от этапа добычи исходного сырья до доставки моторного топлива до топливного бака автомобиля (Well to Tank, WTT).

В других случаях оценивается эффективность использования топлива и выброс «парниковых» газов при эксплуатации автомобиля (Tank to Wheels, TTW). И, наконец, комбинация двух вышеуказанных методов (Well to Wheels, WTW).

Во многих странах для целей комплексной оценки «дружественного» к окружающей среде автомобиля уже достаточно давно используются различные методы экологического ранжирования.

Каждому типу автомобилей присваивается определенный экологический уровень в зависимости от его «вклада» в загрязнение окружающей среды и его экономической эффективности, для обозначения которого применяют соответствующие маркировки.

Чаще всего эти мероприятия реализуются общественными организациями, направлены на информирование общественности и не имеют каких либо экономических последствий для производителей и потребителей автомобилей.

В ряде случаев, однако, эти меры вводят органы государственного управления и используют их в фискальных целях для стимулирования экономии энергоресурсов и продвигающихся на рынок экологически чистых автомобилей.

Например, в Калифорнии с 2009 модельного года все автомобили должны иметь табличку «экологические характеристики» с оценкой автомобиля по вкладу в образование смога и парниковых газов по десятибалльной шкале. В число парниковых газов включены СО2, СН4, N2О, а также выбросы, связанные с использованием кондиционеров. Оценки даются в эквиваленте выбросов СО2. Наилучшую оценку (10) получают автомобили с приведенным выбросом СО2 менее 200 г/милю, наихудшую – 520 г/милю и выше.

К числу смогообразующих газов отнесены неметановые органические газы (NMOG) и оксиды азота (NОх). Наилучшую оценку получают АТС с нулевым выбросом указанных компонентов, наихудшую — с суммарным выбросом (NMOG + NОх) более 0,356 г/милю.

В Австралии оценка суммарной экологичности автомобиля дается по двум параметрам: парниковые газы (СО2) и выбросы нормируемых вредных веществ в соответствии с действующим законодательством. «Весовой вклад» каждого параметра оценен поровну.

Агентство по охране окружающей среды США дает оценку экологичности АТС (легковых и грузовых) по трем показателям: выбросы вредных веществ, топливная экономичность, выбросы парниковых газов.

В Швеции предусмотрена субсидия при регистрации частным владельцем «экологически чистого» автомобиля в размере около 1100 Евро. К экологически чистым автомобилям относятся автомобили со следующими показателями расхода топлива (энергопотребления) или выбросов ВВ (в зависимости от вида используемого топлива):

• автомобили, использующие альтернативные топлива и источники энергии (этанол, КПГ и т.д.): — 9,2 л /100 км;

• 9,7м3 КПГ /100 км;

• 37 кWт.ч / 100 км

• автомобили с «обычным» топливом:

• выброс СО2 — менее 120 г /км ;

• выброс частиц – менее 25 мг/км (для дизелей).

Детально проработанная система ранжирования экологических и экономических показателей, а также экономических стимулов действует в Японии. Потребитель получает существенные скидки (по транспортному налогу и налогу на приобретение) в зависимости от экономических (выброс СО2, расход топлива) и экологических показателей АТС.

Как видно, существует огромное множество подходов, показателей и методов оценки экологической чистоты автомобиля. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Разработать единый, пригодный на все случаи метод оценки экологической чистоты автомобиля – задача вряд ли реализуемая.

Очевидно, однако, что разработка гармонизированных методов оценки экологической чистоты автомобиля является чрезвычайно актуальной задачей.

Из приведенного выше видно, что несмотря на уже достигнутые впечатляющие результаты в области контроля выбросов вредных веществ автотранспортом, развитие экологических требований все более интенсифицируется и переходит на качественно новый уровень.

При продолжающемся ужесточении технических нормативов на выбросы вредных веществ (СО, СН, NOx, частиц) для целей сертификации АТС и двигателей акценты все в большей степени смещаются на контроль обеспечения экологических параметров АТС в реальной эксплуатации АТС на протяжении их “полезной жизни». Именно на это направлены требования Правил № 83-05 (легковые автомобили), Правил № 49-05 (грузовые автомобили и двигатели), ГТП №5 (требования к бортовой диагностике грузовых автомобилей и двигателей), проект ГТП в отношении внецикловых выбросов грузовых автомобилей и двигателей.

Начата активная разработка гармонизированной комплексной оценки экологической чистоты автомобиля (совместимости с окружающей средой).

Какое же место в этом процессе занимает Россия?

Как член ЕЭК ООН Россия, безусловно, разделяет ценности и подходы ЕЭК ООН, в том числе в части разработок и применения нормативных требований по экологии АТС (Правила ЕЭК ООН, ГТП). Поэтапное сближение законодательства России в области экологии АТС с международными требованиями декларировано Россией в качестве одного из приоритетов государственной политики.

Этим подходом, в целом, руководствовались и разработчики Специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ»

Указанный регламент, несмотря на имеющиеся недостатки, сыграл, безусловно, позитивную роль. Концепция регламента, в частности, предусматривала уменьшение разрыва между российскими и международными (европейскими) требованиями с 10 лет (на момент ввода регламента в действие) до 5 лет к 2010 году.

С введением регламента впервые была достаточно четко сформулирована государственная политика России в области экологии АТС и последовательность ее реализации.

Каждый этап улучшения экологических показателей АТС и двигателей требует вложения значительных материальных ресурсов и времени. Поэтому ясная и понятная программа введения экологических требований на несколько лет вперед является неотъемлемым условием ее успешной реализации. Отсюда и повышенный интерес производителей и импортёров к судьбе регламента.

С момента введения регламента прошло 3 года. С точки зрения современного уровня развития экологических требований к АТС это большой срок. За это время в рамках ЕЭК ООН введен ряд новых требований, они должны найти отражение в регламенте. Кроме того, практика применения регламента показала, что ряд его положений нуждается в корректировке.

Как известно, в настоящее время ведется подготовка изменений № 1 к регламенту, проект изменений №1 передан на рассмотрение заинтересованным организациям.

Хотелось остановиться на нескольких важных, с нашей точки зрения, вопросах.

Анализ текста проекта изменений № 1 показывает, что они, по нашему мнению, не в полной мере отвечают своему назначению: повышению конкурентоспособности отечественной продукции, обеспечению строгого и неукоснительного выполнения установленных требований, сокращению разрыва между современными международными и российскими требованиями, снижению вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду, наконец.

Изначально, для грузовых АТС с дизелями экологического класса 4 предусмотрено введение с 2010 года требований Правил № 49-04, уровень выбросов В1 (Евро-4). На момент разработки регламента именно эти требования действовали в рамках ЕЭК ООН и в странах ЕС и наше прогнозируемое на 2010 год отставание от международных требований составляло 5 лет (требования Евро 4 введены в Европе с 2005 года). Однако уже с 2005 года для АТС, сертифицируемых по уровню требований В1 (Евро-4) в странах ЕС, введены требования в отношении бортовой диагностики и надежности по экологическим показателям. Те же самые требования реализованы в рамках ЕЭК ООН Правилами № 49-05. Согласно же проекту изменений № 1 требования по бортовой диагностике и надежности (Правила 49-05) вводятся только с экологическим классом 5, т. е. с 2014 года. Принимая во внимание, что вплоть до 2016 года (согласно проекту Изменений №1) будут действовать требования 49-04В1 (т.е. Евро 4 без требований бортовой диагностики и надежности) — наше запрограммированное отставание по этому параметру составляет более 10 лет. Убеждены, что реализация требований по бортовой диагностике и надежности является ключевым фактором, даже более важным, чем ужесточение собственно технических нормативов. Это как раз тот случай, когда стояние на месте, когда окружающий мир движется вперед, означает, фактически, наше движение назад.

Другой пример.

Для коммерческих автомобилей с бензиновыми двигателями экологического класса 4 действующим регламентом предусмотрено проведение испытаний двигателей по циклу переменных режимов (ЕТС) Правил № 49 ЕЭК ООН. Изменениями № 1 цикл ЕТС заменен на цикл стационарных режимов (ЕSC), т.е. тот же, что установлен для экологического класса 3. Мотивы внесения этого поправки понятны — цикл переменных режимов невозможно реализовать на двигателях с карбюраторными системами питания, а именно о таких бензиновых двигателях в данном случае идет речь. Следовательно, для обеспечения требований экологического класса 4 необходима модернизация указанных двигателей, в том числе, вероятно, переходу на систему электронного управления двигателем. Сохранение стационарного цикла для экологического класса 4 оставляет, вероятно, возможность (на наш взгляд весьма сомнительную) пройти процедуру сертификации с карбюраторными системами питания. А вот обеспечить выполнение с карбюраторным двигателем установленных требований в эксплуатации – абсолютно нереальная задача.

Кстати, переменный цикл (ЕТС) введен для этого класса АТС и двигателей еще ГОСТ Р 51832-2001 (дата введения — 01.01.2003 г.) и до настоящего времени не отменен.

Что здесь можно сказать. Мотивы авторов этой и некоторых других поправок, думаю, вполне благонамеренные – не создавать лишних проблем производителям, когда и без того тяжело (кризис и т.д.). Что ж, возможно это поможет продлить жизнь явно устаревшей продукции. Но отрицательных последствий, на наш взгляд, больше.

Сам факт таких законодательных «петляний» подрывает уважение к закону со всеми вытекающими последствиями. Конечно, для освоения новых требований требуются серьезные усилия и материальные затраты. Известные обстоятельства в стране и мире, безусловно, усугубляют трудности. Но, должен отметить, нигде в мире не наблюдается откатов в выполнении запланированных программ и сроков реализации новых требований по экологии. Кстати, это же можно сказать в отношении ряда отечественных производителей.

С другой стороны, создание преференций для отдельных производителей ставит в неравные условия конкуренции производителей других типов автомобилей (двигателей). Ведь для дизелей, газовых (искровых) двигателей такого же назначения применяется не только переменный цикл (ЕТС), но и требования бортовой диагностики и надежности. Значит, эти двигатели будут дороже по определению и рынок отдаст предпочтение устаревшему, более «грязному», но более дешёвому карбюраторному автомобилю. Тем более, что этой преференцией могут воспользоваться (и наверняка воспользуются) не лучшие зарубежные производители, включая нашего известного восточного соседа.

Опыт развитых стран, производители которых не хуже наших считают деньги, показывает, что реализация прогрессивных требований к конструкции транспортных средств, в отношении экологии в том числе, служит мощным инструментом технического прогресса, повышения конкурентоспособности и, в конечном итоге, условием выживания и развития национального производства.