Счетчики вместо норм Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

т

Стандарты и нормы

Счетчики вместо норм

В.В. Московкин,

профессор НАМИ, ведущий научный сотрудник НИИАТ,

профессор МГУПИ, д.т.н.

Показаны принципиальные недостатки существующей системы нормирования и контроля выбросов вредных веществ автотранспортных средств. Разработан критерий, который будет стимулировать производителей к созданию идеального с точки зрения экологии автомобиля, а потребителей - к его приобретению.

Ключевые слова: экология, нормирование, выбросы вредных веществ у автотранспортных средств, автомобильный экологический налог.

Counters instead of norms

V.V. Moskovkin

Are shown fundamental deficiencies in the existing system of regulation and control of motor vehicles emissions. It is developed the criterion, which will stimulate manufacturers to creation ideal vehicles, from the ecological point of view, and consumers to its acquisition.

Keywords: ecology, regulation, motor vehicles emissions, the automobile ecological tax.

Ухудшение экологической обстановки в стране и в мире, а также принципиальные недостатки существующей системы нормирования и контроля выбросов вредных веществ (ВВВ) у автотранспортных средств (АТС) создают предпосылки для применения новой политики в государственном регулировании выбросов вредных веществ.

Регулирование ВВВ у нас и за рубежом осуществляется путем нормирования. Норма (руководящее правило) - это точка отсчета от достигнутого уровня или вынужденная мера.

Система нормирования создает условия для злоупотреблений. Иногда разработчики норм небезвозмездно устанавливают заведомо завышенную норму. Это могут быть и непреднамеренные ошибки, связанные с недостаточной квалификацией разработчиков норм. Известно, что

нормы ВВВ устанавливают даже те страны, которые никогда не имели собственной автомобильной промышленности: к примеру, Гонконг, Тайвань, Таиланд и др.

Нормы, которые используются в России для регулирования ВВВ у АТС, базируются на методиках, разработанных в Европе и США. Проведем их краткий анализ.

Легковые автомобили

К ним относятся все АТС массой до 3,5 т - автомобили «Ока», представительский ЗИЛ,«Лада» и маленький грузовик «Газель». Их расходы топлива и ВВВ могут отличаться в несколько раз, хотя установленные для них нормы ВВВ отличаются несущественно. Например, для оксидов азота, которые с учетом агрессивности и их количества приносят наибольший вред окружающей среде, текущие

допустимые нормы составляют 0,08 г/км для самых маленьких автомобилей с бензиновыми двигателями и 0,11 г/км для самых больших. Для автомобилей с дизелем - соответственно 0,25 и 0,39 г/км.

Контроль ВВВ осуществляется при испытании на барабанном стенде. При этом для всех АТС используется один и тот же ездовой цикл, поэтому их конструктивные особенности и индивидуальные свойства никак не учитываются. В результате, например, на автомобиле Ferrari F-50 с мощностью двигателя 382 кВт (520 л.с.) и шестиступенчатой коробкой передач (КП) вы обязаны ехать так же, как на автомобиле «Ока» с мощностью двигателя 22 кВт (30 л.с.) и четырехступенчатой КП.

Кроме того, стандартный испытательный тест позволяет настроить двигатель так, чтобы уложиться в установленную норму или получить высокие показатели по топливной экономичности нередко в ущерб для реальных режимов движения по дороге.

Замена массы автомобиля на инерционную массу барабана на стенде и искусственная разбивка последней по категориям не позволяют объективно оценить топливную экономичность автомобиля и ВВВ при неустановившихся режимах движения. Объясним на примере. Если при наличии двух одинаковых автомобилей (снаряженная масса 2050 кг) в один из них поместить радиоприемник, а на другой установить броню, то на основе стандартных исследований получим, что расход топлива и ВВВ в городском цикле изменятся на 3...5 % независимо от того, на сколько изменится снаряженная масса автомобиля на 1 кг или 1 т.

Фактически же при движении по городу 1 кг прироста массы не окажет заметного влияния на расход топлива автомобиля, в то время как 1 т увеличит его на 15.20 %.

Грузовые автомобили и автобусы

Для АТС массой более 3,5 т нормируются только ВВВ у двигателя, при этом единица измерения г/кВт^ч, используемая в этих нормах, не учитывает их абсолютное количество. Также вообще не учитываются такие параметры автомобиля как аэродинамическое сопротивление, сопротивление качению шин, потери в трансмиссии, ее передаточные числа и др., влияние которых на топливную экономичность и ВВВ автомобиля часто превалирует над параметрами двигателя. Так, седельный тягач МАЗ на шинах 315/80 Р 22.5 с восьмицилиндровым двигателем ЯМЗ при скорости 60 км/ч на высшей передаче имеет расход топлива 12,0 л/100 км, в составе автопоезда - 24,0 л/100 км, при установке на нем диагональных шин ИЯВ-12Б - 39,5 л/100 км. Если этот же двигатель ЯМЗ в 12-цилиндровом исполнении установить на самосвал БелАЗ, то расход топлива у последнего при скорости 5 км/ч на первой передаче составит около 700 л/100 км. При этом удельные расходы топлива и удельные ВВВ двигателя ЯМЗ остаются неизменными, поскольку практически не зависят от числа его цилиндров, параметров объектов, на которые он устанавливается, и режимов движения.

Таким образом, возникает парадоксальная ситуация: автомобили, укладывающиеся в установленные нормы, могут в единицу времени выбрасывать в атмосферу в десятки раз больше вредных веществ, чем те, для которых эти нормы оказались недостижимы.

Несправедливость такого подхода покажем на конкретном примере. Если в небольшой водоем выливается стакан воды, содержащий 20 % нефти, то обитатели водоема могут и не заметить данного злодеяния. Однако, если вместо стакана вылить цистерну воды даже с вдвое меньшим содержанием нефти, то они погибнут. Отсюда

Рис. 1. Окно программы с параметрами движения по скоростной дороге автомобиля ЗИЛ-4331 (подробно см. таблицу ниже)

можно сделать вывод: для человека и природы совершенно безразлично, каковы удельные ВВВ, главное, чтобы абсолютные были как можно меньше.

Известен формальный, чисто экономический подход к данной

проблеме, который, по нашему мнению, неприемлем. Он предусматривает включение экологического налога в цену топлива. При увеличении цены топлива растет стоимость всех видов продукции и услуг, связанных

Параметры Значение

Текущее Среднее

Скорость, км/ч 84,2 79,5

Расход л/100 км кг/час л (за весь путь) 33,2 23,98 3,8 27,1

Эффективная мощность, кВт (л.с.) 101,5 (138,0) 69,9 (94,9)

Давление в цилиндрах, МПа 0,83 0,66

Частота вращения, мин-1 2383 2290

Угловая скорость, сек-1 249 240

Износ, км-1 1697 1727

Индикаторный КПД 50 52

Число переключений КП 6

Ускорение, м/с2 0 0,12/ -0,02

Мощность торможения, кВт 0 0

Выбросы СО2, кг/100 км 89,1 71,4

Выбросы, г/км СО НС N0 ТЧ 1,1 0,9 5,4 1,4 0,16 1,0 0,9 4,3 1,1 0,12

Суммарные выбросы (СО+ НС+ N0^+ S02 +ТЧ) 352 279

с автоперевозками. Щадящее увеличение цен на топливо не заставит автолюбителей, а тем более профессионалов отказаться от поездок. Увеличение цен в несколько раз отразится на конкурентоспособности отечественной продукции и жизненном уровне жителей, в том числе и тех, которые не имеют собственных автомобилей.

Серьезным недостатком данного налога является еще и то, что он не стимулирует, а скорее наоборот - отталкивает от применения устройств, снижающих ВВВ (нейтрализаторы, системы рециркуляции отработавших газов, дожигатели и т.п.). Во-первых, потому, что их не выдают бесплатно, во-вторых, они, как правило, увеличивают расход топлива. Кроме того, перевод легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков на более дешевое дизельное топливо приведет к заполнению атмосферы городов вместо СО и СН в десятки раз более токсичными выбросами - N0^ Б02, ТЧ и т.п.

Призывы экономить топливо, электроэнергию, тепло, хлеб, выключать двигатель на остановках, устанавливать нейтрализаторы и т.п. часто не оказывают заметного действия. Например, в шестидесятые годы прошлого века хлеб в сфере общественного питания выдавался бесплатно. После отмены этого положения потребление хлеба сократилось в несколько раз.

Приведенные аргументы свидетельствуют о том, что существующие системы нормирования, чисто экономические методы и идеология непригодны для регулирования ВВВ. Эти выводы подтверждает мировой опыт, который показывает, что для регулирования потребления всех видов продукции, ресурсов и услуг нет ничего лучше экономических методов, которые используют счетчики электроэнергии, тепла, газа, воды и т.п. Например, хорошо известно, что расход воды при прочих равных усло-

96%

| 39,5 |

Iл/100 км!

^ Э02

Не

А

! 38,0 I

[л/100 км )

с° % Не

71%

57%

3

| 22,0 |

Iл/100 км!

. ..............Не

Рис. 2. Динамика изменения автомобильного экологического налога для автомобиля КАМАЗ-5410 при его модернизации

виях всегда значительно больше там, где отсутствуют ее счетчики. Именно счетчики лежат в основе автомобильного экологического налога (АЭН).

АЭН - это налог на конструкцию автомобиля. Он пропорционален количеству ВВВ с учетом их относительной агрессивности. Налог платит тот, кто создает продукцию, загрязняющую окружающую среду, и тот, кто ее использует. АЭН базируется на компьютерной программе МВК1, которая позволяет с высокой точностью определить расход топлива и ВВВ у АТС в процессе движения его по установленному на основе статистических данных типизированному маршруту (городской, магистральный и т.п.). В отличие от испытательного теста автомобиль движется так, как ему позволяют его конструкция, правила и условия дорожного движения. Плата за ущерб, нанесенный окружающей среде АТС, определяется в зависимости от количества ВВВ и относительной агрессивности их компонентов. На рис. 1 показан фрагмент движения по скоростной дороге Дмитровского автополигона автомобиля ЗИЛ-4331. Средние и текущие значения параметров движения даны в таблице.

1 Московкин В.В., Парыгин С.П., Вохми-нов Д.Е. МВК программный пакет для комплексных исследований автомобиля // Журнал ААИ. - 2004. - № 1.

Автомобиль ЗИЛ-4331 проехал по скоростной дороге Дмитровского автополигона (круг длиной 14,1 км) при допустимой скорости 85 км/ч. На рис. 1 синяя линия отражает изменение скорости автомобиля, красная - расхода топлива.

В начальный момент он двигался на подъеме 1,3 % с постоянной скоростью 84,2 км/ч, ускорение равно нулю (таблица). Средняя мощность двигателя за пройденный маршрут составила 69,9 кВт.

Выбросы С02, создающие парниковый эффект, практически прямо пропорциональны расходу топлива.

От выбросов остальных веществ, приведенных в таблице, зависят расхода топлива и ВВВ, и при этом они характеризуют некоторые важные свойства автомобиля: шум (угловая скорость коленчатого вала двигателя), износ агрегатов (число оборотов двигателя за каждый пройденный километр пути, число переключений в КП) и др.

Из-за отсутствия в настоящее время необходимого количества экологических характеристик ВВВ (СО, НС, N0x и др.) рассчитываются по общим закономерностям, установленным на основе обработки ограниченного количества экспериментальных данных, полученных при испытаниях дизельных и бензиновых двигателей. В связи

б

а

в

г

_

с этим в МВК корректно рассчитаны только те ВВВ, которые находятся в прямой зависимости от расхода топлива (РЬ, Б02 ,С02, и др.). При введении в МВК многопараметровых экологических характеристик можно будет рассчитать ВВВ с такой же высокой точностью, как и расход топлива.

Полученные в результате испытаний абсолютные значения ВВВ используются для вычисления суммарных выбросов (приведенных к СО) путем умножения каждой их составляющей на установленный для нее коэффициент агрессивности и последующего суммирования. Значения коэффициентов агрессивности показаны на столбиках, характеризующих приведенные ВВВ (см. рис. 1). Средние выбросы у автомобиля ЗИЛ-4331 составили 279 г/100 км. На основе полученных таким образом данных формируется АЭН на каждое конкретное АТС.

АЭН - корректен, социально справедлив и легко контролируется. Налог контролируется путем сопоставления перечня агрегатов, указанных в техническом паспорте АТС, с имеющимися в наличии при плановом или контрольном техосмотре. При этом он стимулирует постоянное совершенствование АТС производителями и потребителями, так как любое улучшение конструкции автомобиля или установка дополнительных устройств, снижающих ВВВ (аэродинамические обтекатели, шины прогрессивных конструкций, нейтрализаторы и т.п.), приводят к снижению налога.

В исходном варианте КАМАЗ-5410 имел расход топлива 39,5 л/100 км (рис. 2а). При установке аэродинамического обтекателя (рис. 26) он снизился до 38 л/100 км, в результате уменьшился АЭН на 4 %. Дальнейшая модернизация автомобиля - установка шин прогрессивной конструкции (рис. 2е) и оптимизация параметров двигателя и трансмиссии (рис. 2г) - привели к дальнейшему снижению расхода топлива и соответственно величины АЭН.

АЭН - демократичен и не создает условий для злоупотреблений. Нет норм, значит, их нельзя завысить. Искусственная настройка двигателя на какой-то режим не может оказать заметного влияния на налог, так как на маршруте двигатель работает во всем рабочем диапазоне оборотов и нагрузок.

Налог имеет существенное преимущество перед другими аналогичными системами в точности оценки ущерба, наносимого АТС окружающей среде, и стоимости функционирования. Разработанная система позволяет учесть влияние на расход топлива и ВВВ даже самых незначительных конструктивных или эксплуатационных факторов, вызывающих как изменение сопротивления движению автомобиля, так и характеристик его двигателя, и быстро просуммировать их с высокой точностью. Для работы налоговой системы не требуется дорогостоящих исследований с использованием специальных устройств и стендового оборудования, кроме того, имеется возможность легко и доходчиво показать налогоплательщику резервы для снижения налога.

Из-за отсутствия в настоящее время необходимого количества экологических характеристик введение АЭН предполагается осуществить поэтапно. На первом этапе налог

будет устанавливаться пропорционально расходу топлива.

Для того, чтобы не увеличивать число налогов, АЭН следует ввести вместо транспортного налога, который некорректен, поскольку большинство конструктивных решений, направленных на повышение мощности двигателя, приводит к повышению скоростных свойств и снижению расхода топлива и, как следствие, - снижению ВВВ. Среди них - наддув двигателя, уменьшение его механических потерь, утепление камер сгорания, использование турбокомпаундных систем, улучшение смесеобразования и т.п. Имеется множество данных, подтверждающих наши выводы. Один из них приведен на рис. 3.

В заключение следует отметить, что АЭН в полной мере реализует принцип, заложенный в Экологической доктрине Российской Федерации (от 31 августа 2002 г. № 1225Р): «Загрязнитель должен платить за выбросы вредных веществ пропорционально их количеству и опасности, которую они представляют для окружающей среды и здоровья населения».

Введение АЭН в практику будет способствовать решению двух важнейших проблем современности - улучшению окружающей среды и сбережению энергоресурсов.