Для обеспечения планируемого в Европе расхода топлива для бензиновых двигателей на уровне 3 л/100 км потребуется совершенствование их конструкции, в том числе уменьшение массы двигателей, широкое использование деталей с низким показателем трения, изменение конструкции клапанов, особое внимание к гидравлическим приводам, применение непосредственного впрыска топлива. Все это потребует совершенствования рецептуры моторного масла. Экономия топлива будет, достигаться также внедрением полностью синтетических трансмиссионных масел типа 75W/80. В связи с расширяющимся использованием каталитических преобразователей состава отработавших газов на автомобилях необходимо, чтобы моторное масло не приводило к ухудшению их работы. Для оценки воздействия моторного масла на состав отработавших газов разрабатывается метод ASTM.
В нашей стране также проведены значительные работы по исследованию влияния состава топлива на токсичность отработавших газов двигателей автотранспортных средств и разработке практических рекомендаций по снижению вредных выбросов за счет улучшения экологических свойств моторных топлив.
Результаты исследований, выполненных в ГАНГ им. И.М.Губкина, ВНИИ НП, НАМИ, 25 ГосНИИ и других организациях, согласуются с зарубежными данными и свидетельствуют, что уровень токсичности отработавших газов в основном зависит от содержания в топливе соединений свинца, серы, ароматических углеводородов, а также кислородсодержащих веществ.
Соединения свинца, попадая в организм человека через органы дыхания, кожу или пищеварительный тракт, накапливаются и приводят к тяжелым заболеваниям, включая нарушение репродуктивной функции.
Соединения серы, накапливаясь в виде оксидов в атмосфере, кроме отравляющего воздействия на органы дыхания, приводят к "кислотным" дождям со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями для природы.
Ароматические углеводороды, сгорая, способствуют накапливанию в атмосферном воздухе, а также в воде и почве канцерогенных веществ, вызывающих онкологические заболевания.
Наличие оптимального количества связанного кислорода в составе химических соединений обеспечивает максимальное снижение СО и NOx в отработавших газах двигателей.
Остальные соединения, входящие в состав традиционных моторных топлив, оказывают значительно меньшее влияние на токсичность выхлопа и проявляются в основном на содержании СО, СН и NOx, которое в значительной степени может регулироваться конструктивным путем за счет соответствующей организации процесса и применения, каталитических дожигателей и нейтрализаторов отработавших газов. Соединения свинца и серы отравляют указанные катализаторы и приводят к неэффективности их применения.
В результате работ, проведенных по исследованию влияния состава моторных топлив на токсичность отработавших газов поршневых двигателей, вводились ограничения на содержание наиболее опасных компонентов моторных топлив. Так, еще в 50-х годах в нашей стране было директивно запрещено применение этилированных бензинов в Москве, Ленинграде и в некоторых курортных городах. Аналогичные запреты в это время уже действовали в ряде регионов США. В дальнейшем по мере накопления сведений по зависимости "состав топлива - состав отработавших газов двигателей" вводились ограничения и на содержание других веществ в моторных топливах. В табл. 2.1 и 2.2 приведены действующие в настоящее время, а также перспективные отечественные и зарубежные требования по ряду экологических показателей бензинов и дизельных топлив. Европейские нормы по EN 228 и EN 590 действуют с марта 1993 г. В соответствии с этими нормами бензины практически не должны содержать свинца. Допускаются лишь его следы (менее 0,013%), неизбежные при использовании емкостей для хранения, транспортных цистерн и трубопроводов, ранее задействованных для операций с этилированным бензином. Массовое содержание серы вначале ограничивалось 0,1%, а к 1995 г. было предусмотрено снизить его до 0,05%. Нормируется содержание бензола и давление насыщенных паров, разрешается использование допущенных к применению присадок, улучшающих качество бензина, а также кислородсодержащих добавок (не более 2,3% в пересчете на кислород).
Характерной особенностью действующих в Западной Европе норм на дизельные топлива является ограничение содержания серы величиной 0,05% масс. при относительно невысоких требованиях к фракционному составу и плотности топлива. Наиболее массовые товарные отечественные бензины А-76, АИ-93 (ГОСТ 2084-74) и АИ-92 (ТУ 38.001165) не отвечают указанным требованиям по содержанию свинца (для этилированных бензинов), массовой доле серы, по регламентации содержания бензола.
Отечественные дизельные топлива по ГОСТ 305-82 не соответствуют нормам EN 590 по содержанию серы и имеют несколько меньшее цетановое число.
Таблица 2.1 -Требования к экологическим показателям бензинов
| Показатели | Нормы | ||||||
| отечественные | зарубежные | ||||||
| действующие | вводимые | действующие по EN 228 | перспективные | ||||
| А-76,АИ-93,АИ-98по ГОСТ2084-77 | АИ-92по ТУ38.001165 | АИ-80ЭК | АИ-92ЭК | предложение комиссииЕС | предложение Ассоциации европейских автомобильных компаний | ||
| Содержаниесвинца, г/куб. дм3, не более | 0,15 | 0,013 | 0,010 | 0,010 | 0,013 | 0,05 | - |
| Массовая доля серы, не более | 0,10 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,10* | 0,02 | 0,003 |
| Объемная доля бензола, %, не более | - | - | 3 | 5 | 5 | 2 | 1 |
| Объемная доля ароматических соединений,%, не более | - | - | - | - | - | 45 | 35 |
| Давление насыщенныхпаров бензина, кПа, не более** | 66,7 | 80 | 70 | 70 | 65 | 60 | 60 |
*После 1.01.95 г.- не более 0,05%.
**Для бензина летнего вида.
В нашей стране в настоящее время наиболее активная работа по улучшению экологических характеристик автотранспорта проводится в Москве. Издан ряд постановлений правительства Москвы и распоряжений мэра города, направленных на постепенный переход к эксплуатации общественного и частного автотранспорта на моторных топливах с улучшенными экологическими показателями. Утверждены технические требования к качеству бензинов и дизельных топлив с улучшенными экологическими свойствами для реализации в Москве. Установлены марки бензинов: АИ-80ЭК, АИ-92ЭК, АИ-95ЭК и АИ-98ЭК, где цифрой указано октановое число по исследовательскому методу, а аббревиатура "ЭК" означает улучшенные экологические свойства. При наличии присадки в бензине она пишется "ЭКП". Марки дизельного топлива: ДЕК-Л, ДЭК-З, а в случае добавления присадки соответственно ДЭКп-Л и ДЭКп-З. В условное обозначение должны входить: для летнего топлива массовая доля серы и температура вспышки (ДЭК-Л - 0,05-40), для зимнего без присадки - массовая доля серы (ДЭК-3 0,05), для зимнего с присадкой - температура фильтруемости и массовая доля серы (ДЭКп-3, минус 15, С - 0,05).
Соответствующие указанным требованиям бензины и дизельные топлива по действующим техническим условиям [2,3] вырабатываются Московским НПЗ и допущены установленным порядком к применению в технике. Как следует из табл. 2.1, на примере бензинов АИ-80ЭК и АИ-92ЭК, вводимых в эксплуатацию на транспорте Москвы, "городские" бензины по качеству отвечают нормам EN 228, действующим в Европе, и обеспечивают возможность внедрения на отечественной автомобильной технике нейтрализаторов и дожигателей отработавших газов. Кроме того, указанными техническими условиями допускается применение в бензине моющих присадок, что будет также способствовать снижению экологического ущерба от автотранспорта. Из табл. 2.2 следует, что вводимое отечественное дизельное топливо с улучшенными экологическими свойствами соответствует требованиям действующих в Европе норм, а по фракционному составу имеет даже некоторый запас качества. Внедрение моторных топлив с улучшенными экологическими свойствами является составной частью комплексного решения проблемы снижения вредных выбросов автотранспортом. Наряду с этим, в том числе и законодательно, решаются вопросы применения нейтрализаторов отработавших газов и иных технических устройств, а также изменения налогообложения за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, и ответственности юридических и физических лиц за реализацию моторного топлива, не соответствующего установленным требованиям, и превышение норм выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами [4].
Таблица 2.2 -Требования к экологическим показателям дизельных топлив
| Показатели | Нормы | ||||||
| отечественные | зарубежные | ||||||
| действующие | вводимые | действующие по EN 590 | перспективные | ||||
| "Л" поГОСТ305-82 | "3" поГОСТ305-82 | ДЭК-Л | ДЭК-3 | предложение комиссииЕС | предложение Ассоциации европейских автомобильных компаний | ||
| Цетановоечисло | 45 | 45 | 49 | 45 | 49-летнее45-зимнее | 51 | 58 |
| Фракционный состав, 0С, не выше:конец перегонки 96% перегоняется при температуре;95% перегоняется при температуре | 360- | 340- | 360- | 340- | -370 | -350 | -340 |
| Массовая доля серы, %, не более | 0,2 | 0,2 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,035 | 0,003 |
| Плотность, кг/м3 при 200 С, не более | 860 | 840 | 860 | 860 | 860* | 845 | 870 |
| Объемная доля ароматических углеводородов, %, не более | - | - | - | - | - | -** | -** |
| Объемная доля полициклических ароматических углеводородов, %, не более | - | - | - | - | - | 9 | 1 |
*При 150С.
** Предложение Германии (BMW) - не более 10%,США (RFGII-Калифорния) - не более 5%