Экологические показатели двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и транспортных средств регламентируются различными нормативно-техническими документами: ОСТ, ГОСТ, Директивами, Правилами и т. д. Этот вид нормирования направлен на оценку экологических показателей конструкции ДВС и автотранспортных средств (АТС). В указанных документах оговаривается предельное значение удельного (на единицу мощности двигателя любого типа) или пробегового (на единицу пробега транспорта) выброса с отработавшими газами (ОГ) того или иного компонента. Для дизельных двигателей нормируют также уровень дымности ОГ [1].

В лидирующих странах по производству автомобилей созданы регулирующие органы, устанавливающие предельные параметры отработавших газов. Например, в Европе это Еврокомиссия (European Commission – EC), в Японии – Министерство транспорта (Ministry of Transport – MIT), в США – Министерство охраны окружающей среды (Environmental Protection Agency – ЕРА), а в штате Калифорния свой «собственный» орган – Отдел надзора за воздушными ресурсами (California Air Resources Board – CARB) [2]. Другие страны при регламентировании параметров отработавших газов чаще всего берут за основу либо полностью перенимают законодательство этих стран.

Следует отметить, что Европейские стандарты, направленные на уменьшение загрязнения окружающей среды токсичными веществами выхлопных газов автомобильного транспорта входят в правила Европейской экономической комиссии ООН (правила ЕЭК ООН). Согласно этим правилам и поправкам к Европейским стандартам выделяют несколько типов стандартов «Евро», которые отличаются предельными значениями загрязняющих токсичных веществ в выхлопных газах, производимых автомобильным транспортом. В стандартах различаются нормы для дизельных и бензиновых двигателей автомобилей, а также для легковых, легких коммерческих автомобилей разной массы, грузовых автомобилей и автобусов [3].

Сроки внедрения стандартов Евро и требования к нормируемым показателям по ограничению токсичных выбросов в выхлопных газах автомобилей (г/км) приведены в табл. 1 [4].

Таблица 1. Сроки внедрения стандартов Евро и нормируемые показатели токсичных веществ в выхлопных газах автомобилей

В настоящее время в странах Евразийского экономического союза (ЕАЭС), куда входят Россия, Белоруcсия, Казахстан, Армения и Кыргызская Республика, с 1 января 2015 года на все автомобили, ввозимые на территорию таможенного союза на основании решения Комиссии Таможенного союза от 9 декабря 2011 г. № 877 «О принятии технического регламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» оформляют Свидетельство безопасности конструкции транспортного средства (СБКТС), как аналог Евро-4 и Евро-5, и устанавливают экологический класс автомобиля [5].

Экологический класс автомобиля – это классификационный код, который характеризует автомобильную технику по уровню выброса вредных токсичных веществ в выхлопных газах и испарения топлива автомобильной техникой. Нормы, которым должны соответствовать все без исключения автомобили, которые находятся в эксплуатации и производстве приведены в табл. 1. Эти нормы определяют степень выброса вредных токсичных веществ в атмосферу, и чем выше экологический класс автомобиля, тем жестче требования  к нему предъявляются [6].

Для того чтобы определить к какому классу «Евро» относится данное транспортное средство и узнать его основные характеристики (тип транспортного средства, полное наименование – модель, год выпуска, страна изготовитель, объем, модель и тип двигателя и т.п.), необходимо проверить VIN (Vehicle Identification Number) код автомобиля.

Следует отметить, что в 24 странах, которые входят в Международную организацию стандартов ISO, кузов каждого выпущенного в них автомобиля имеет индивидуальный номер – VIN. VIN код автомобиля  в соответствии со Стандартом ISO 3779-1983 – это идентификационный номер каждого в отдельности автомобиля, в котором зашифрованы важные технические данные индивидуально для каждого автомобиля. Впервые стандарт ISO 3779-1983 (описывает формат VIN-номеров) был признан в 1977 году в США и Канаде. Это упростило классификацию машин, что впоследствии защищало их от кражи. Но, к сожалению, не все европейские производители поддерживают данный стандарт. Важно то, что стандарт ISO является рекомендательным, а не обязательным, поэтому решение о зашифрованной информации всегда остается за производителем автомобилей. VIN-код автомобилей представляет собой сочетание 17 символов, состоящих из арабских цифр и заглавных букв латинского алфавита [7].

В качестве примера ниже приведены фото и отчет (табл. 2) проверки VIN кода легкового автомобиля Toyota Corolla Verso на сайте http://www.vinformer.su/.

Фото VIN кода легкового автомобиля Toyota Corolla Verso

Таблица 2.

Если рассмотреть VIN код данного автомобиля по позиции расположения в нем букв и цифр, то выглядит таким образом.

С 1 по 3 позиции номера – мировой индекс изготовителя (WMI – World Manufacturers Identification): JTD TOYOTA Япония Passenger Car.
4 позиция номера – тип кузова и колесная формула (с 2002 г): E – универсал повышенной вместимости (Toyota Corolla Verso).
5 позиция номера – двигатель (с 2002 г): Z – 3ZZ-FE (1,6 литра, 16 клапан, бензин), 1ZZ-FE (1,8 литра, 16 клапан, бензин).
6 позиция номера – серия двигателя.
7 позиция номера – система безопасности (с 2002 г): 8 – 2 фронтальные подушки безопасности, боковые подушки безопасности.
8 позиция номера – модель: E – Auris / Corolla.
9 позиция номера – контрольная сумма (контрольная, проверочная цифра, по которой определяют корректность VIN кода автомобиля).
10 позиция номера – «0» или модельный год (с 2002 г): 3 (11 позиция номера) – 2003 (год выпуска автомобиля).
12 позиция номера – сборочный завод (с 2002 г): 0…9 – Япония.
С 13 по 17 позиции номера – серийный номер (с 2002 г): 37835 – серийный номер автомобиля.

В нашем примере, согласно информации, выданной сайтом http://www.vinformer.su/ и при расшифровке VIN кода, который состоит из 17 позиций, можно сделать заключение, что данный автомобиль 2003 года выпуска, производитель Toyota Motor Corporation, страна сборки – Япония, рынок сбыта – Европейский рынок (согласно информации, выданной сайтом http://www.vinformer.su/). Точнее, если обратить внимание на фото VIN кода автомобиля, то сборкой и реализацией продукции, т.е. автомобиля занималась дочерняя компания Toyota Motor Corporation Toyota Motor Engineering & Manufacturing Europe SA/NV, которая находится в Бельгии (Toyota Motor Engineering & Manufacturing Europe SA/NV, Avenue du Bourget 60, B-1140 Bruxelles, Belgium). Это означает, что автомобиль, произведенный Toyota Motor Сorporation для европейского потребителя должен соответствовать экологическому стандарту Евро-3, т.е. экологическому классу 3 (см. табл. 1).
Точно определить принадлежность транспортного средства к определенному экологическому классу и выдать сертификат соответствия могут только независимые органы, имеющие испытательные лаборатории по сертификации на основании протоколов, аккредитованных законодательством той страны, где будет эксплуатироваться данный автомобиль.

В заключение, как сказано выше, на территориях стран ЕАЭС основным экологическим классом автомобилей является Евро-5, а в странах Евросоюза Евро-6. И оформление СБКТС, где должен быть указан экологический класс автомобиля, касается только новых автомобилей и тех, которые будут ввозиться в страны ЕАЭС, а к тем автомобилям, которые уже эксплуатируются, т.е. находятся в обращении, эти правила не относятся.

Следует отметить, что в настоящее время в Кыргызской Республике более 60 % составляют автомобили 1998 – 2004 годов выпуска, что соответствуют экологическим нормам Евро-2 и Евро-3 по году выпуска. Но о действительном соответствии этих автомобилей Евро стандартам по экологическим показателям трудно утверждать. Так как каталитические нейтрализаторы (задачей, которых является нейтрализация вредных веществ в выхлопных газах) и элементы систем по снижению вредных и токсичных веществ в выхлопных газах (датчики кислорода – лямбда зонд и система рециркуляции отработавших газов) у этих автомобилей исчерпали свой срок службы или вовсе отсутствуют. Потому что срок службы каталитических нейтрализаторов обычно составляет 80 – 90 тыс. км.

Если учесть, что автомобиль только в начальном периоде эксплуатации соответствует и отвечает требованиям экологических стандартов (в странах Евросоюза срок эксплуатации автомобилей в среднем составляет 6 – 7 лет), а в процессе эксплуатации под влиянием многих известных причин, например из-за засорения или выхода из строя катализатора при использовании некачественного топлива, как обычно бывает, экологические показатели ухудшаются и автомобиль уже не будет соответствовать требованиям экологических стандартов. В этом случае поддержание автомобиля в технически исправном состоянии в соответствии с установленными требованиями в течение всего периода эксплуатации является важным мероприятием. Но, все-таки, вопрос как улучшить экологическое состояние окружающей среды остается открытым. Также следует отметить, что важной целью автопроизводителей является разработка такого механизма или узла, который позволил бы автомобилю в течение всего периода эксплуатации соответствовать установленным экологическим нормам. Пока же эта задача остается нерешенной.

Существует в настоящее время два основных вида нормирования расхода топлива: на пробег автомобиля, т.е. эксплуатационная норма и на транспортную работу (транспортная норма) [1, с. 4; 2].

Эксплуатационная норма устанавливается по месту эксплуатации автотранспортных средств (АТС) на основе базовой или транспортной нормы с использованием поправочных коэффициентов (надбавок), учитывающих местные условия эксплуатации [1, с. 5; 2].

Транспортная норма (норма на транспортную работу) включает в себя базовую норму и зависит или от грузоподъемности, или от нормируемой загрузки пассажиров, или от конкретной массы перевозимого груза [1, с. 5; 2].

В нормативных документах [1, с. 5-6; 2] практически рассмотрены все факторы, которые должны быть учтены при расчете и нормировании расхода топлива подвижного состава автомобильного транспорта [1, с. 5-6]: природно-климатические условия, рельеф местности и пробег автомобилей с начала эксплуатации, т.е. «возраст» в годах (лет), независимо от того на каком виде топлива работает двигатель автомобиля.

Целью работы является предложить методику расчета расхода топлива автомобилей в зависимости от пробега с начала эксплуатации, т.е. «возраста» автомобиля.

Вопрос о правильности расчета и назначения норм расхода топлива автомобилей в зависимости от условий эксплуатации и «возраста» автомобиля – пробега с начала эксплуатации всегда был актуальным. Но, есть определенные спорные вопросы.

Например, в нормативных документах [1, с. 6; 2] не в полной мере учитывается пробег, т.е. «возраст» – с начала эксплуатации автомобиля.

Основным недостатком системы нормирования расхода топлива [1, 2] является отсутствие объективной оценки, что приводит к невозможности назначения точных надбавок (снижений) к основным нормам расхода топлива. Диапазон изменения величин этих надбавок (снижений) слишком велик (5 – 20 %). Такие формулировки, как «увеличение нормы до 15 %», «снижение нормы до 10 %», также не соответствуют четкости в вопросе нормирования расхода топлива. В реальных условиях эксплуатации очень часто встречаются такие случаи, когда основная норма должна изменяться на незначительные величины (всего на 2-3 %) [1, с. 5-7; 2].

Многие автомобили автотранспортных предприятий, находящихся в эксплуатации и индивидуальных владельцев, имеют очень большой пробег.

Например, в Кыргызской Республике, по данным государственного предприятия «Унаа» (Государственная регистрационная служба – ГРС) от 15 февраля 2022 года зарегистрировано 1 млн. 150 тыс. подвижного состава автомобильного транспорта. Из них, «возраст», которого составляет 5 лет – всего 5 тыс. 800 автомобилей. Практически в Кыргызской Республике новых автомобилей составляет примерно 1 %. Автомобили с «возрастом» более чем 15 составляет 1 млн. 100 тыс.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что совершенствование системы нормирования расхода топлива на автомобильном транспорте должно идти по пути объективного учета условий эксплуатации (факторов расхода топлива). Кроме того, при нормировании расхода топлива необходимо учитывать уровень приспособленности автомобилей различных марок и моделей к переменным условиям эксплуатации, а также техническое состояние – «возраст» автомобиля в зависимости от длительности эксплуатации.

Кроме того, на эффективность и производительность автомобилей при эксплуатации в значительной степени оказывает влияние условия эксплуатации. Условия эксплуатации, при которых используются автомобили, влияют на режимы работы агрегатов и деталей, ускоряя или замедляя изменения параметров их технического состояния в зависимости от пробега. В разных условиях эксплуатации реализуемые значения показателей надежности автомобилей будут различаться, что скажется на показателях эффективности использования автомобиля, в частности на расход топлива.

Как известно, что надежность это свойство автомобиля, которое оценивает количественное измерение процесса изменения показателей свойств автомобиля (производительность, топливная экономичность, динамичность, проходимость, управляемость, экологичность и др.) по пробегу. Следует отметить, что в данной работе рассматривается процесс эксплуатации автомобилей в различных условиях, то под надежностью в этом случае понимаем эксплуатационную (реализуемую), а «возраст» автомобиля оценивается пробегом с начала эксплуатации.

Суммарная величина снижения мощности двигателя под влиянием вышесказанных факторов может достигать 18 – 20 % от номинального ее значения. Это снижение учитывается коэффициентом эксплуатационного состояния двигателя K_Э. Для нового автомобиля (с пробегом 4000 – 5000 км) K_Э = 1. Для автомобилей, пробег с начала эксплуатации которых достиг норму до капитального ремонта основных силовых агрегатов K_Э снижается до 0,82 [3].

Следует отметить, что при больших пробегах автомобиля происходит интенсивный износ деталей трансмиссии, и КПД трансмиссии может достигать минимальной величины. В зависимости от технического состояния автомобиля КПД трансмиссии снижается примерно на 8 – 10 % [4, с. 25].

Величина коэффициента полезного действия (КПД) агрегатов трансмиссии изменяется после продолжительной эксплуатации автомобиля. Для практических расчетов в справочно-нормативной литературе рекомендуется принимать следующие значения КПД трансмиссии: для легковых автомобилей – 0,92; для грузовых двухосных автомобилей с одинарной главной передачей (4×2) – 0,90; для грузовых двухосных автомобилей с двойной главной передачей (4×2) – 88; для грузовых трехосных автомобилей (6×4) – 0,84 [3].

Поэтому при расчете и нормировании расхода топлива автомобилей необходимо объективно учитывать «возраст» – пробег автомобиля с начала эксплуатации.

На рис. 1 показано изменение величин коэффициента K_Э и КПД трансмиссии в зависимости от пробега автомобиля с начала эксплуатации L. Из рис. 1 видно, что зависимости коэффициентов K_Э и КПД трансмиссии от L линейные.

Рис. 1. Изменение величин коэффициента K_Э и КПД трансмиссии в зависимости от пробега автомобиля с начала эксплуатации: 1 - K_Э; 2 – КПД трансмиссии грузовых двухосных автомобилей с двойной главной передачей; 3 – КПД трансмиссии трехосных грузовых автомобилей

С достаточной степенью точности закономерность увеличения расхода топлива в зависимости от «возраста» автомобиля можно описать линейным уравнением, так как зависимость Q от L имеет линейный вид (см. рис. 2.). В качестве примера на рис. 2 показаны автомобили ЗИЛ-431410 с бензиновым двигателем и КамАЗ-5320 с дизельным двигателем:

       (1)

где Q_L- расход топлива в зависимости от «возраста» автомобиля, л/100 км; Q_O - расход топлива нового (технически исправного с малым пробегом автомобиля) автомобиля в нормальных («стандартных») условиях эксплуатации, л/100 км; L – пробег автомобиля с начала эксплуатации, км; S_L - параметр чувствительности к ухудшению эксплуатационной надежности с увеличением пробега автомобиля с начала эксплуатации (этот параметр различается у разных марок автомобилей в зависимости от пробега, т.е. «возраста»), км^-1.

Рис. 2. Зависимость расхода топлива от пробега автомобиля с начала

эксплуатации: 1 – ЗИЛ-431410; 2 – КамАЗ-5320

Для количественной оценки «возраста» автомобиля по расходу топлива можно использовать коэффициент «возраста» К_В и поправка на «возраст» П_В.

Коэффициент «возраста» К_В показывает во сколько раз значение показателя эффективности (расхода топлива) Q_L данного автомобиля отличается от своего номинального значения Q_O:

       (2)

Поправка на «возраст» П_В показывает, на сколько значение показателя эффективности (расхода топлива) Q_L данного автомобиля отличается от своего номинального значения Q_O:

      (3)

Коэффициент «возраста» К_В с учетом уравнения (1) можно определить по формуле

       (4)

где  – относительный параметр чувствительности, зависит от технического состояния автомобиля, его агрегатов, узлов, систем и условий эксплуатации (∙ 10² ∙л^-1).

Числовые значения параметров чувствительности и коэффициента «возраста», полученные на основании имитации на компьютере движения автомобилей с увеличением пробега с начала эксплуатации (при условиях: температура окружающего воздуха t = +20 ⁰С, средневзвешенное суммарное сопротивление дороги Ψ_СР = 0,016, высота над уровнем моря h = 0 м) приведены в таблице.

Дифференцированные надбавки в процентах к нормам расхода топлива в зависимости от «возраста» (пробега автомобиля с начала эксплуатации) определяются по формуле (5).

       (5)

Таблица. Числовые значения показателей и коэффициента «возраста» автомобилей ЗИЛ-431410 и КамАЗ-5320 при 

В заключение можно седлать следующие выводы:

1. Анализ длительности эксплуатации («возраста») автомобилей показал, что изменение пробега с начала эксплуатации до 300 тыс. км способствовал росту расхода топлива на
15 % у автомобиля КамАЗ-5320 и 12,5 % у автомобиля ЗИЛ-431410. Начиная с 180×10³ км рост расхода топлива составил в среднем 1,5 – 1,6 % на каждые 30×10³ км пробега (рис. 2). Как видно из рис. 2 закономерность изменения расхода топлива в зависимости от пробега автомобиля с начала эксплуатации линейная.

В нормативных документах по нормированию расхода топлива автомобилей [1, 2] не в полной мере учитываются условия эксплуатации и «возраст» автомобилей (пробег автомобиля с начала эксплуатации), что приводит к невозможности назначения точных надбавок (снижений) к основным нормам расхода топлива. Предлагаемая методика и разработанные коэффициенты позволяют более точно и правильно устанавливать линейные нормы автомобилей на маршруте в зависимости от «возраста».