В различных странах используются различные методы контроля токсичности и дымности отработанных газов. Они различаются программами тестирования, имитирующими режимы работы мотора, а также измерительным оборудованием и техниками отбора проб. При анализе токсичности отработанных газов применяют два основных метода исследования: испытания на установившихся режимах с фиксированными параметрами двигателя и испытания на переходных режимах при изменении указанных параметров.
Режимы функционирования автомобильных моторов имеют широкое разнообразие и зависят от условий эксплуатации транспортного средства. Согласно статистическим исследованиям, выявлено, что в условиях городского уличного движения в Европе время работы на разных режимах составляет: на холостом ходу при средних частотах вращения 35%, на режимах с постоянными частотами вращения и нагрузкой 29%, с ускорением 22%, с замедлением 14%. Каждый из указанных режимов имеет различия в процентном содержании токсичных веществ в выхлопных газах. Для определения показателей токсичности выхлопных газов двигатели тестируются на переходных режимах — по так называемым ездовым циклам.
Европейские ездовые циклы
В странах Европы для определения токсичности выхлопных газов серийных легковых и легких грузовиков с полной массой до 3,5 т используется ездовой цикл NEDC (New European Driving Cycle). Этот цикл длительностью 1220 секунд состоит из двух фаз. Первая фаза – городской ездовой цикл UDC (Urban Driving Cycle) с максимальной скоростью 50 км/ч включает в себя четыре последовательных ездовых этапа и воспроизводит условия в городском движении. Вторая фаза – скоростной загородный цикл EUDC (ExtraUrban Driving Cycle) с максимальной скоростью 120 км/ч воспроизводит условия передвижения автомобиля на шоссе.
В ездовом цикле NEDC автомобиль проходит тестирование на беговых барабанах после запуска холодного двигателя и его прогрева на холостом ходе в течение 40 секунд. Во время испытаний все выхлопные газы собираются в контейнеры по методу CVS. Массовые доли вредных веществ, которые определяются при анализе выхлопных газов, собранных в контейнер в ходе всего цикла испытаний, сопоставляют с пройденным расстоянием (11 км).
Определенные удельные массовые выбросы токсичных веществ (в г/км) сравниваются с максимально допустимыми нормами. Начиная со стандарта EURO-3 (2000 г.) вместо циклов NEDC применяется модифицированный ездовой цикл MNEDC (Modified New European Driving Cycle), в котором убрана предварительная работа двигателя в течение 40 с до начала измерения ВГ. При этом холодный запуск включен в программу тестирования. Испытуемое транспортное средство должно быть предварительно выдержано при температуре -7 градусов не менее 6 часов.
В последнее время для тестирования легковых автомобилей на уровень токсичности используется усовершенствованный ездовой цикл. Этот цикл включает четыре стандартных набора городских режимов и добавочный набор режимов EUDC, который имитирует движение автомобилей в городе. При этом общее время выполнения цикла составляет 1220 секунд (с учетом начальных 40 секунд работы двигателя на холостом ходу), длина условного пути автомобиля – 11,007 километра, средняя скорость движения – 33,6 километра в час, максимальная скорость движения – 120 километров в час или, для автомобиля с маломощным двигателем, – 90 километров в час.
Разница между фактическим и заявленным расходом топлива.
Европейский городской ездовой цикл полностью воспроизводит условия эксплуатации: работа двигателя автомобиля в режиме минимальных оборотов активного холостого хода (имитация ожидания зеленого сигнала светофора на перекрестке), старт автомобиля с места и разгон до определенной скорости, движение с установленной скоростью на определенном участке, переключение передач с низшей на высшую или в обратном порядке, разгон автомобиля от одной скорости к другой, торможение двигателем с одной скорости до другой или до полной остановки, а также служебное торможение до полной остановки с использованием рабочей тормозной системы.
Японские ездовые циклы
В Японии испытания автомобилей с количеством пассажиров до 10 и массой менее 2,5 т осуществляются по двум ездовым циклам: холодные испытания по 11 режимному циклу без предварительного прогрева двигателя, и с предварительным прогревом двигателя по 10-15 режимному циклу. Каждая фаза цикла занимает 120 с, что соответствует дистанции 1021 м, средняя скорость перемещения составляет 30,6 км/час. Длина 10-15 режимного цикла составляет 4,16 км, продолжительность выполнения – 660 с, максимальная скорость движения – 70 км/ч, средняя скорость движения – 22,7 км/час.
Тестовый режимный цикл длительностью 660 секунд, который имитирует характерные условия дорожного движения в Токио, выполняется один раз с запуска уже прогретого двигателя. При этом первые три цикла теста с максимальной скоростью 40 км/ч состоят из 10 режимов, а финальный цикл с максимальной скоростью 70 км/ч включает 15 режимов.
Этот тест включает в себя предварительное термотестирование в режиме холостого хода, проводимое по следующей схеме: после 15 минут поездки автомобиля со скоростью 60 км/ч в выпускном тракте двигателя измеряются уровни углеводородов, угарного газа и углекислого газа. После продолжения движения в течение 5 минут со скоростью 60 км/ч начинается 10-15 минутный режимный тест. Для анализа содержания токсичных веществ в ОГ используется метод CVS: разбавленные отфильтрованным атмосферным воздухом выхлопные газы собираются в один контейнер. Массовые доли вредных веществ в собранных выхлопных газах приписываются к пройденному расстоянию, то есть перечисляются в г/км.
Американские ездовые циклы
В США применяется более сложный тестовый цикл для легковых автомобилей. В нем отсутствуют установившиеся режимы движения. Протяженность условного маршрута в таком цикле составляет 17,8 км, длительность его прохождения – 1877 с, максимальная скорость – 91,2 км/ч, а средняя скорость – 34,1 км/ч.
Согласно законодательным нормам США, автопроизводители обязаны гарантировать, что расход топлива для легковых автомобилей не превышает 8,55 л на 100 км, а для легких грузовиков — 11,6 л на 100 км. Этот расход топлива определяется при тестировании двигателя в рамках испытательного ездового цикла FTP 75 (55% времени) и на тестовом цикле Highway (45% времени). Производители автомобилей, которые не соответствуют указанным требованиям, обязаны уплатить штраф государству, а также с покупателей взимается дополнительный налог.
Критика ездовых циклов
Увеличение разницы между официальными и фактическими показателями потребления топлива.
В конце сентября 2014 года Международный совет по чистому транспорту (ICCT) выпустил отчет, согласно которому разница между официальными и фактическими показателями расхода топлива составляет в среднем 38%. В 2004 году этот показатель равнялся 10%. Информация из отчета основана на исследовании свыше полумиллиона личных и корпоративных автомобилей 13 модельных годов во всей Европе.
Эксперты ICCT выяснили, что из-за ложных данных о потреблении топлива и эмиссии углерода2Согласно данным, предоставляемым производителями автомобилей, владельцы машин расходуют в среднем на 450 евро в год больше на топливо, а правительства теряют налоги (например, в Голландии недополучают 3,4 млрд. евро), в то время как фактическое снижение выбросов CO₂2Достигнутый за последние 10 лет показатель составляет на 50% меньше, чем официальные данные.
Исследователи также выяснили, что с каждым обновлением модели увеличивается различие между фактическими и официальными показателями расхода топлива и выбросов CO.2возрастает. Эти сведения были получены в ходе анализа 26 наиболее популярных в Европе автомобилей (см. диаграмму).
Авторы исследования указали, что манера вождения не могла настолько сильно измениться за последние годы, чтобы стать причиной резкого роста расхода топлива. Разницу между фактическими и официальными данными они связывают с такими 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).
На данный момент автопроизводители оценивают расход топлива в условиях лабораторного контроля, применяя тестирование, известное как новый европейский ездовой цикл (NEDC). Эта процедура была создана в 80-х годах и первоначально использовалась не для расчета расхода топлива, а для оценки уровня загрязняющих выбросов. Из-за этого некоторые аспекты NEDC могут быть использованы для манипуляции результатами, чтобы показать низкие значения.
Разработанная ООН новая усовершенствованная методология испытаний легких автомобилей Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) будет внедрена в странах Евросоюза в 2017 году.
