Приборы экологического контроля тепловозов

Министерство транспорта Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение высшего образования "Российский 

университет транспорта (МИИТ)" 

 
 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Электропоезда и локомотивы» 

 
 
 
 

 

В.А. Белов, А.П. Гусельников, О.Е Петрущенко  

 

ПРИБОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОЗОВ 

 
 
 

 

Учебно-методическое пособие 

 к лабораторным работам 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва – 2018 

 

Министерство транспорта Российской Федерации 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение высшего образования "Российский 

университет транспорта (МИИТ)" 

 
 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Электропоезда и локомотивы» 

 
 
 
 

 

В.А. Белов, А.П. Гусельников, О.Е. Петрущенко  

 

ПРИБОРЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОЗОВ 

 
 
 

Учебно-методическое пособие 

 

 для студентов специальности 23.05.03 «Подвижной состав 

железных дорог»  специализация «Локомотивы» 

 

 
 
 
 
 
 

Москва – 2018 

 

УДК 629.42 
 
Б 43 
 

Белов В.А., Гусельников А.П., Петрущенко О.Е. Приборы 

экологического контроля тепловозов: Учебно-методическое 
пособие  по дисциплине «Экология». – М.: РУТ (МИИТ), 2018. 
– 41 с. 

 
Учебно-методическое пособие подготовлено для 

выполнения 
лабораторных 
работ 
по 
дисциплине 

«Экология». 
Приведены 
основные 
требования, 

предъявляемые  к измерительному оборудованию. 
Рассматривается 
устройство 
и 
принцип 
работы  

дымомеров  и газоанализаторов. 
 
 
Рецензент:  В.В.  Соломатин доцент, к.т.н., кафедры «Вагоны 
и вагонное хозяйство»  
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
© РУТ (МИИТ), 2018 

 

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................ 4 
1. Требования, предъявляемые  к экологическим 
параметрам транспортных двигателей ..................................... 5 

2. Приборные методы контроля экологических 
характеристик транспортных двигателей ..............................15 

3. Пункты экологического контроля энергетических 
установок дизельных локомотивов ..........................................34 
 

Список литературы ......................................................................40 

 

 
 

 
 

Введение 

       Транспорт является одним из основных источников 
загрязнения атмосферного воздуха. Атмосферный воздух — 
это 
жизненно 
важный 
компонент 
окружающей 
нас 

природы, неотъемлемая часть среды обитания людей, 
животных, 
растений. 
Различают 
стационарные 
и 

передвижные источники выбросов вредных веществ. Для 
оценки выбросов вредных веществ предприятиями и 
транспортом 
применяют 
инвентаризацию 
выбросов 

загрязняющих веществ, основная цель которой получит 
исходные данные: для оценки степени влияния выбросов 
загрязняющих 
веществ 
предприятия 
в 
атмосферу; 

установления  предельно допустимые норм выбросов 
загрязняющих веществ в атмосферу как в целом по 
предприятию, так и по отдельным источникам загрязнения; 
организации контроля соблюдения установленных норм 
выбросов загрязняющих веществ в атмосферу; оценки 
состояния  пылегазоочистного оборудования предприятия; 
планирование воздухоохранных работ на предприятии; 
оценки эффективности использования сырьевых ресурсов и 
утилизации отходов на предприятии. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Требования, предъявляемые к экологическим 

параметрам транспортных двигателей 

Экологические проблемы транспортных двигателей 

до последнего времени решались в основном за счет 
совершенствования 
рабочего 
цикла, 
применения 

каталитических нейтрализаторов окислительного типа и, в 
небольших 
объемах, 
фильтров 
для 
улавливания 

дисперсных частиц. 

В конце 1990-х годов в Европе, США и Японии были 

введены стандарты, заставившие изменить взгляд на 
необходимость 
физико-химической 
обработки 

отработавших газов дизеля. Например, стало очевидным, 
что если требования норм "Евро-1" и "Евро-2" за счет 
совершенствования рабочего цикла и конструкции дизеля 
выполнить можно, то при переходе к "Евро-З", а тем более к 
"Евро-4", без нейтрализатора оксидов азота и фильтра 
дисперсных 
частиц 
как 
обязательных 
элементов 

конструкции не обойтись; экологические показатели 
дизеля должны сохраняться постоянными в течение всего 
его ресурса, т. е. на пробеге 600-1000 тыс. км [3]. 

Нормы 
токсичности 
"Евро-1 
"-"Евро-4" 

устанавливают, предельные значения на выброс твердых 
частиц, а также долю бензола в выбросах несгоревших 
углеводородов. Так, в отработавших газах двигателей с 
искровым зажиганием она не должна превышать 6,0 
("Евро-1"), 6,2 ("Евро-2"), 6,4 ("Евро-З") и 6,7 % ("Евро-4"), а 
в продуктах сгорания дизельные двигателей -1,9 % ("Евро-
1" и "Евро-4"). 

В настоящее время экологические стандарты во 

всем мире ужесточаются. В Европе принято решение что 
продукция, не отвечающая требованиям стандарта ISO 
14000, на территории сообщества распространяться не может. 
На основе этого стандарта в России разрабатываются 
свои стандарты, которые по жесткости не уступают 
мировым. Решением правительства РФ от 21 марта 2002 г. 
определены сроки введения в стране норм токсичности для 

отечественных автомобилей: с 2004 г. - Евро-2; с 2007 г. - 
Евро-З и с 2011 г. - Евро-4. 

Однако, наряду с выполнением норм на выбросы 

вредных веществ, при новом нормируемом показателе, 
диоксиде углерода, необходимо обеспечить и достаточно 
высокий уровень такого конъюнктурного показателя, как 
топливная экономичность [5]. 

Например, 
нормы, 
действующие 
в 
США, 

устанавливают, что в отработавших газах дизеля легкового 
автомобиля содержание диоксида углерода должно быть не 
более 200 г/км, а европейские нормы не более 135 г/км. 
Выполнить их можно, если расходы топлива будут равны 
соответственно 7,4 и 5,3 л/100 км. В перспективе 
ожидается, что нормой станут 90 г/км ССЬ, а это означает, 
что расход топлива придется снизить до 3,4 л/100 км. 

Повышение 
доли 
транспортных 
двигателей 
в 

загрязнении окружающей среды приводит к введению 
постоянно ужесточаемых норм на выброс токсичных 
веществ во всех странах. 

Однако, во-первых, нельзя не отметить, что не 

всегда введение чрезмерно строгих норм по токсичности 
является 
оправданным 
и 
технически 
обоснованным; 

нередко введение этих норм обусловлено лоббированием 
крупных международных автомобильных компаний с 
целью 
устранения 
конкурентов, 
реализующих 
более 

привлекательную продукцию по более низким ценам. 

Во-вторых, применяемые для достижения крайне 

строгих норм по токсичности технические решения во 
многих случаях являются весьма дорогостоящими и 
зачастую требуют применения сложных технических 
устройств. 

Третья конференция стран-участниц «Рамочная 

конвенция об изменении климата» (РКИК) приняла 
согласованное дифференцированное решение (Киотский 
протокол) по допустимому уровню выбросов диоксида 
углерода каждой страной. Согласно ему, в период с 2008 по 

2012 г. каждая страна должна снизить по отношению к 
уровню 1990 г. выбросы С02 на 6 %. 

Киотский протокол предусматривает три механизма 

достижения цели: "чистое развитие" (страны снижают 
выбросы "парниковых газов" в результате модернизации 
своих предприятий), "совместное сотрудничество" и "тор-
говля квотами на парниковые газы». 

Введение 
нормирования 
выбросов 
диоксида 

углерода с отработавшими газами автотранспортных 
средств в настоящее время научного обоснования не имеет. 
Это скорее политика, а не экология. Поэтому введение в 
действие норм, зафиксированных в ГОСТ Р41.101-99, 
следует признать преждевременным[3]. 

Нормы выбросов автомобильными двигателями, 

установленные 
соответствующими 
нормативными 

документами, приведены в табл. 1. 
 

Таблица 1 

 

 

 

        При проведении ездовых испытаний установлены: 
протяженность участка b, км; время хода. В европейском 

цикле движения, в соответствии с которым измеряются 
расход топлива и выбросы в атмосферу, предполагается 
что: 11 % пути автомобиль перемещается со скоростью 
больше 100 км/ч; 7 % - со скоростью выше 110 км/ч; 11% - 
со скоростью 120 км/ч и совсем не исследуются 
экологические показатели при движении со скоростью 
больше 120 км/ч. Поэтому большие максимальные 
скорости 
автомобиля 
отнесены 
к 
условиям 

отрицательного экологического воздействия. 

Кроме 
того, 
реально 
измеренные 
выбросы 

автомобилями вредных веществ оказывались как выше, 
так и ниже значений, полученных при сертификационных 
испытаниях. 
Поэтому 
за 
основу 
брались 

регламентированные 
предельные 
значения, 

установленные соответствующими нормами "Евро". 

Подсчитанные 
в 
отдельных 
категориях 

экологического 
воздействия 
баллы 
умножаются 
на 

соответствующее "весовое" их значение и суммируются для 
получения итогового экологического рейтинга автомобиля. 
Конечно, 
такую 
оценку 
воздействия 
автомобиля 
на 

человека и окружающую природную среду нельзя назвать 
полной, 
однако 
она 
достаточна 
для 
сопоставления 

(рейтинга) АТС. 

"Стокгольмская 
группа" 
государств 
(включая 

Швецию, 
Швейцарию, 
Австрию) 
приняла 
нормы 
по 

предельной токсичности, базирующиеся на нормативах 
США (1987 г.). Швеция также проявила инициативу в 
вопросе создания системы штрафов за несоблюдение более 
строгих норм предельной токсичности. 

Пересмотр 
испытательного 
цикла 
также 

предполагается осуществить на стадии 3 (EURO 3). Тем 
временем нормы, касающиеся контроля за дымностью 
отработавших газов дизелей, работающих при полной 

нагрузке (Директива ЕЭК R24), были оставлены без 
изменения. 
Имеющее, 
в 
последнее 
время, 
место 

значительное 
снижение 
уровней 
твердых 
частиц 
в 

отработавших газах дизелей делает установленные ранее 
нормы не совсем приемлемыми[3]. 

Испытательные 
циклы 
и 
нормы 
токсичности 

транспортных двигателей в Японии для определения 
концентраций газообразных токсичных компонентов и 
твердых частиц в отработавших газах дизелей используется 
ездовой цикл. Этот цикл расширен включением в него 
высокоскоростного 
режима 
испытаний 
(подобного 

европейским циклам). 

Для грузовых автомобилей, выбросы токсичных 

компонентов замеряются с использованием нового 13-
ступенчатого стационарного цикла испытаний, введенного 
в Японии и отличающегося оттого, что имеет место в 13- 
режимном европейском испытательном цикле. 

Все альтернативные стратегии по развитию и 

совершенствованию испытательных циклов нацелены в 
первую очередь на решение одной из наиболее сложных 
для существующих и перспективных двигателей проблем 
— снижения выбросов оксидов азота при одновременном 
улучшении 
топливной 
экономичности 
на 

эксплуатационных режимах. Ясно, что в краткосрочном 
плане наибольшие шансы у стратегии стехиометрического 
сгорания: она наиболее технологически подготовлена и 
позволяет наиболее эффективно снижать выбросы оксидов 
азота на всех режимах работы двигателя. Однако при 
холодном 
пуске, 
прогреве 
и 
на 
холостом 
ходу 

стехиометрический двигатель работает неустойчиво, а 
нейтрализатор отработавших газов, если он предусмотрен в 
конструкции 
транспортного 
средства, 
прогревается 

слишком медленно. Кроме того, на режиме полной нагрузки 
стехиометрический двигатель "недодает" мощность. 

Тем не менее, опыт таких фирм, как "Форд" и 

"Тойота", свидетельствует, что данная стратегия дает 

возможность выполнить нормы "Евро-4", практически не 
меняя конструкцию многоклапанного карбюраторного 
двигателя 
с 
многоточечным 
впрыскиванием. 
Для 

достижения этого достаточно иметь систему управления, 
способную, 
разбавляя 
смесь 
отработавшими 
газами, 

поддерживать стехиометрический ее состав на частичных 
нагрузках, обеспечивая тем самым эффективную работу 
нейтрализатора, т. е. небольшие выбросы оксидов азота и 
расходы топлива. 

Известно, 
что 
разбавление 
рабочей 
смеси 

отработавшими газами уменьшает скорость сгорания 
топливовоздушной смеси, что, в свою очередь, делает 
работу двигателя нестабильной, особенно на малых 
нагрузках. Поэтому рециркуляцию двигателя приходится 
ограничивать в пределах 8-12 процентов, при этом 
выбросы оксидов азота уменьшаются на 60 %. Если приме-
няется рабочий цикл с быстрым сгоранием, то степень 
рециркуляции рабочего тела отработавшими газами можно 
повысить до 25 %, тем самым уменьшить выбросы оксидов 
азота, примерно, на 20 процентов. Чтобы при коэффициенте 
избытка воздуха а = 1,7-1,8 достичь уровня выбросов 
оксидов 
азота, 
соответствующего 
нормам 
"Евро-4", 

нейтрализатор 
двигателя 
должен 
разлагать 
90 
% 

содержащихся в отработавших газах оксидов азота. 

Анализ экологической опасности двигателей по аб-

солютному 
количеству 
выбросов 
не 
дает 
полного 

представления о ней, так как не учитывает токсичности и 
класса опасности веществ, входящих в состав отработавших 
газов. 
Используя интегральную оценку вредных веществ по 
критерию опасности двигателя (Коа), критерию, который 
представляет собой сумму категорий опасности тех 
вредных составляющих отработавших газов, которые под-
лежат нормированию. 

Критерий Коа, по существу, является абсолютным 

показателем 
уровня 
экологической 
опасности