Экологические свойства автомобильных эксплуатационных материалов

СИБИРСКИЙ ФВДЕРАЛЬНЫИ УНИВЕРСИТЕТ 
SIBERIflfl FEDERAL UfllVERSITY 

Приведены теоретические сведения по курсу 
«Эксплуатационные материалы». Рассмотрены вопросы 
анализа показателей традиционных и альтернативных 
топлив, смазочных материалов и технических жидкостей 
с точки зрения токсичности и экологических свойств, 
проявляющихся при их производстве и использовании. 
Описаны меры по предупреждению и устранению негативных последствий воздействия автомобильных эксплуатационных материалов на организм человека и окружающую среду. Проблемы изучены применительно к 
автомобильному транспорту как наиболее массовому 
потребителю горюче-смазочных материалов. 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
АВТОМОБИЛЬНЫХ 
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 

Учебное 
пособие 

УМО 

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ 

ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
МАШИН И КОМПЛЕКСОВ 
л 

Введение 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Сибирский федеральный университет 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
АВТОМОБИЛЬНЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ 
МАТЕРИАЛОВ 

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области 
транспортных машин и транспортно-технологических 
комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, 
обучающихся 
по 
направлениям 
подготовки 

бакалавров «Технология транспортных процессов» (профиль подготовки: «Организация перевозок и управление 
на автомобильном транспорте») и «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» (профили 
подготовки: «Автомобили и автомобильное хозяйство», 
«Автомобильный сервис», «Сервис транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования (Нефтепродуктообеспечение и газоснабжение)», «Сервис транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования (Трубопроводный транспорт нефти и газа)») 
(рег. 101-У/15-рг109-01 от 28 июля 2015 г.) 

Красноярск 

СФУ 
2015 

Оглавление 

2 

УДК 621.89:629.3(07) 
ББК 39.33-082-326я73 
        Э40 

А в т о р ы: 

А. И. Грушевский, А. С. Кашура,  

И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин, А. М. Асхабов 

Р е ц е н з е н т ы : 
В. А. Корчагин, доктор технических наук, профессор, заслуженный 
деятель науки РФ, заведующий кафедрой «Управление автомобильным 
транспортом» Липецкого государственного технического университета; 
В. Ф. Полетайкин, доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии, заслуженный изобретатель России, заведующий кафедрой «Технологии и машины природообустройства» ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет» 

Э40 
    Экологические свойства автомобильных эксплуатационных 

материалов : учеб. пособие / А. И. Грушевский, А. С. Кашура, 
И. М. Блянкинштейн, Е. С. Воеводин, А. М. Асхабов. –  Красноярск : 
Сиб. федер. ун-т, 2015. – 220 с. 
ISBN 978-5-7638-3311-9 

Приведены теоретические сведения по курсу «Эксплуатационные материалы». 
Рассмотрены вопросы анализа показателей традиционных и альтернативных топлив, смазочных материалов и технических жидкостей с точки 
зрения токсичности и экологических свойств, проявляющихся при их производстве и использовании. Описаны меры по предупреждению и устранению 
негативных 
последствий 
воздействия 
автомобильных 
эксплуатационных 
материалов на организм человека и окружающую среду.  Проблемы изучены 
применительно к автомобильному транспорту как наиболее массовому 
потребителю горюче-смазочных материалов.
   Предназначено для студентов учреждений высшего профессионального 
образования направлений подготовки «Технология транспортных процессов» 
и «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Может 
быть полезно для работников автомобильного транспорта, а также владельцев 
индивидуальных автомобилей.

Электронный вариант издания см.:

http://catalog.sfu-kras.ru

УДК 621.89:629.3(07)
ББК 39.33-082-326я73

ISBN 978-5-7638-3311-9
 © Сибирский федеральный 

университет, 2015 

Введение 

3 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ .................................................................................................................................................... 5 

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................................ 6 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .................................................................................................................................... 7 

1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА .................................................................................................................. 10

1.1. Общие положения ................................................................................................................................... 10 
1.2. Некоторые характеристики токсичности химических веществ ......................................................... 11 
1.3. Определения ............................................................................................................................................ 15 

2. ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ УГЛЕВОДОРОДОВ И ПРОДУКТЫ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ ....................... 18

2.1. Природный и попутные нефтяные газы ................................................................................................ 18 
2.2. Нефть и продукты ее переработки ........................................................................................................ 21 
2.3. Каменный уголь и его переработка ....................................................................................................... 25 
2.4. Горючие сланцы и сланцехимия ............................................................................................................ 28 
2.5. Экологические проблемы, связанные с переработкой природного сырья ........................................ 29 

3. АВТОМОБИЛЬНЫЕ БЕНЗИНЫ .................................................................................................................... 32
3.1. Экологические свойства автомобильных бензинов ............................................................................ 32 
3.2. Требования к автомобильным бензинам по назначению и их характеристики ............................... 38 
3.3. Классификация автомобильных бензинов по экологическим требованиям ..................................... 45 

4. ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО ................................................................................................................................ 49
4.1. Экологические свойства дизельных топлив ........................................................................................ 49 
4.2. Требования к дизельным топливам по назначению и их характеристики ........................................ 53 
4.3. Классификация дизельных топлив по экологическим требованиям ................................................. 57 

5. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОПЛИВ ................................................................... 61

5.1. Виды и свойства альтернативных топлив ............................................................................................ 61 
5.2. Природный и нефтяной газы ................................................................................................................. 65 
5.3. Экологические проблемы применения природного и нефтяного газов ............................................ 76 
5.4. Спиртовые автомобильные топлива ..................................................................................................... 79 
5.5. Экологические проблемы применения спиртовых топлив ................................................................. 87 
5.6. Биодизельное топливо ........................................................................................................................... 93 
5.7. Экологические проблемы применения биодизельного топлива ........................................................ 96 
5.8. Диметиловый эфир ............................................................................................................................... 100 
5.9. Проблемы экологической безопасности использования диметилового эфира............................... 105 
5.10. Водородное и азотоводородное топливо .......................................................................................... 107 
5.11. Экологические проблемы применения водородного и азотоводородного топлива ..................... 117 
5.12. Синтетические топлива ...................................................................................................................... 122 

6. СВОЙСТВА СПЕЦИАЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ,
ОКАЗЫВАЮЩИХ ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЧЕЛОВЕКА ............ 126 
6.1. Моторные масла ................................................................................................................................... 126 
6.1.1. Характеристика и классификация моторных масел .............................................................. 126 
6.1.2. Базовые минеральные масла .................................................................................................... 136 
6.1.3. Базовые синтетические масла.................................................................................................. 143 
6.1.4. Товарные базовые масла .......................................................................................................... 147 
6.1.5. Присадки к моторным маслам ................................................................................................. 152 
6.1.6. Экологические проблемы применения моторных масел ...................................................... 155 
6.2. Трансмиссионные масла ...................................................................................................................... 165 
6.2.1. Характеристика и классификация трансмиссионных масел................................................. 165 
6.2.2. Присадки к трансмиссионным маслам ................................................................................... 170 
6.2.3. Экологические проблемы применения трансмиссионных масел......................................... 174 

Оглавление 

4 

6.3. Пластичные смазки .............................................................................................................................. 177 
6.3.1. Характеристика и классификация пластичных смазок ......................................................... 177 
6.3.2. Присадки и наполнители пластичных смазок ........................................................................ 186 
6.3.3. Экологические проблемы применения пластичных смазок ................................................. 187 

7. СОСТАВ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЕЦИАЛЬНЫХ ЖИДКОСТЕЙ .................................. 190
7.1. Охлаждающие жидкости ..................................................................................................................... 190 
7.2. Экологические проблемы применения охлаждающих жидкостей .................................................. 196 
7.3. Тормозные жидкости ........................................................................................................................... 198 
7.4. Экологические проблемы применения тормозных жидкостей ........................................................ 200 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................................................. 204 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ............................................................................................................... 206 

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................................................................................. 211 

Приложение 1 .............................................................................................................................................. 211 
Приложение 2 .............................................................................................................................................. 214 
Приложение 3 .............................................................................................................................................. 215 
Приложение 4 .............................................................................................................................................. 216 

1.3. Определения 

5 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Экологические свойства автомобильных эксплуатационных материалов целесообразно сравнивать с экологическими последствиями курения 
табачных изделий, о вреде здоровью которых всерьез заговорили только в 
конце 
прошлого 
столетия. 
Подобным 
образом 
обстоит 
дело 
и с автомобильными эксплуатационными материалами, чьи экологические 
и, в частности, токсические свойства обсуждаются вскользь как побочное 
воздействие на окружающую среду. Однако большинство компонентов, 
входящих в состав топлив, смазывающих материалов и специальных жидкостей, некоторые их которых являются базовыми веществами при изготовлении продукции, полномасштабно исследованы, дана конкретная оценка 
их токсических и санитарно-гигиенических свойств. 
Специалисты по экологии всего мира бьют тревогу по поводу экологических проблем автомобильного транспорта. На сегодняшний день отсутствует комплексный подход к решению этой проблемы, рассматривающий 
экологические вопросы по всем направлениям, начиная с процессов изготовления транспортных средств, получения эксплуатационных материалов, 
необходимых для нормальной работы автомобилей, транспортирования, 
хранения, а также результаты их применения. 

Довольно основательная и обширная информация имеется о токсич
ности отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. В современной технической и учебной литературе расписаны эксплуатационные 
свойства топлив по требованиям рабочих параметров двигателей и других 
агрегатов транспортных средств, тем не менее экологические свойства 
представлены недостаточно, а в некоторых случаях они и вовсе отсутствуют. 

ВВЕДЕНИЕ

Увеличивающийся за последние годы парк автомобилей в нашей 

стране постоянно напоминает каждому, особенно в крупных населенных 
пунктах, что автотранспорт является одним из наиболее значимых загрязнителей окружающей среды. В России такая ситуация сложилась из-за отсутствия единой государственной политики, направленной на стимулирование разработки и внедрения передовых технологий, позволяющих снизить 
токсичность двигателей, моторных топлив и других материалов, предназначенных для эксплуатации автомобилей.  

Из всего комплекса проблем, связанных с загрязнением окружающей 

среды автотранспортом, основной является топливная. При этом следует отметить, что в ряде стран – крупных производителей топлива, Россия – единственная, выпускающая в больших объемах бензин с низкими экологическими свойствами. Кроме того, производимое в России дизельное топливо 
не подвергается глубокому обессериванию, что значительно повышает дымность и эмиссию оксидов азота. 

Экологические проблемы, обусловленные конструкционными харак
теристиками двигателей и используемым топливом, усугубляются существующими условиями эксплуатации, слабо развитой сетью пунктов диагностики токсичности и регулирования двигателей для достижения оптимального режима. К тому же состояние дорог и организация дорожного 
движения не позволяют выдерживать режимы эксплуатации двигателей 
с минимальной токсичностью. 

Решение экологических проблем – это комплекс мероприятий, 
направленных на снижение токсичности автотранспорта. Реализация многих 
из них в некоторых странах значительно улучшила экологическую 
обстановку. В связи с этим в настоящей работе представлены данные 
отечественных и зарубежных исследований о загрязнении окружающей среды 
вредными выбросами автотранспорта, сделан акцент на влияние компонентов, составляющих отработавшие газы, на здоровье человека. Приведены 
как нормативы выбросов вредных веществ, так и методы и средства их 
контроля. Рассмотрены альтернативные виды топлив для автомобилей, 
которые 
позволят 
значительно 
улучшить 
экологическую 
обстановку 
на автомобильном транспорте. Дан компонентный состав традиционных 
и альтернативных видов топлив, а также эксплуатационных материалов, 
приведены токсические свойства отдельных компонентов и их экологическая 
опасность в целом. 

Работа может представлять интерес для широкого круга читателей 
и специалистов, интересующихся и занимающихся экологическими 
проблемами, в том числе создаваемыми автотранспортом. 

Список сокращений

7

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

В настоящем учебном пособии приняты следующие сокращения:

АГНКС – автомобильные газовые наполнительные компрессорные 

станции.

АТС – автотранспортное средство.
АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.
ГОСТ – государственный стандарт (применительно к настоящему по
собию).

ГОСТ Р – государственный стандарт России (применительно к насто
ящему пособию).

ГПЗ – газоперерабатывающий завод.
ГСМ – горюче-смазочные материалы.
ДВС – двигатель внутреннего сгорания.
ДМЭ – диметиловый эфир (диметилэфир).
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота.
ДНП – давление насыщенных паров.
ЕС – Европейский союз.
КМТ – криогенное метановое топливо.
КПГ – компримированный природный газ.
КПД – коэффициент полезного действия.
КЭУ – комбинированная энергетическая установка.
НАМИ – Научно-автомоторный институт (в настоящее время Цен
тральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт).

НИР – научно-исследовательская работа.
НПО – научно-производственное объединение.
ОГ – отработавшие газы.
ОЖ – охлаждающая жидкость.
ОКР – опытно-конструкторские работы.
ПА – пропан автомобильный.
ПАВ – поверхностно-активные вещества.
ПАГЗ – передвижные автогазозаправщики.
ПАО – полиальфаолефины.
ПАУ – полициклические ароматические углеводороды.
ПБА – пропан-бутан автомобильный.
ПГ – природный газ.
ПДК – предельно допустимая концентрация.

Список сокращений

8

ПХБ – полихлорбифенил (полихлорированный бифенил). 
ПХДД – полихлордибензодиоксин (полихлорированный дибензоди
оксин).

ПХДФ – полихлордибензофуран (полихлорированный дибен
зофуран).

СНГ – сжиженный нефтяной газ.
СПГ – сжиженный природный газ.
СПИД – синдром приобретённого иммунного дефицита.
США – Соединенные Штаты Америки.
ТЖ – тормозная жидкость.
ТР ТС – технический регламент Таможенного союза.
ТУ – технические условия.
ТЭ – топливный элемент.
ТЭС – тетраэтилсвинец.
ШФЛУ – широкая фракция легких углеводородов.
АСЕА – ассоциация европейских изготовителей автомобилей.
API – Американский институт нефти.
ASTM – Американская ассоциация испытаний и материалов.
АТС – технический комитет изготовителей присадок к нефтепродук
там в Европе.

ATIEL – техническая ассоциация европейских производителей сма
зочных материалов.

CARB – комитет по воздушным ресурсам Калифорнии (США).
CEC – Европейский координационный Совет по разработке методов 

испытаний смазочных материалов и топлив для двигателей.

СН – углеводороды.
CVS – отбор проб постоянного объема.
DIN – немецкие промышленные нормы.
DOT – Министерство транспорта (США).
EELQMS – европейская система контроля качества моторных масел.
EMKOR – метиловый эфир рапсового масла.
EN – европейская нормаль (европейский стандарт).
ЕР – противозадирные присадки.
Hb – гемоглобин крови.
IP – Институт нефти (Англия).
ISO – Международная организация по стандартизации.
IUPAC – Международный союз теоретической и прикладной химии.
MSDS – паспорт безопасности химической продукции.
NLGI – Национальный институт пластичных смазок (США).
OR – рапсовое масло.
OS – соевое масло.

Список сокращений

9

OSPAR – Международное Соглашение Осло-Париж (по вопросам эко
логии, 1992 г.).

PG – полигликолевое масло (по стандарту DIN 51502).
pH – водородный показатель.
PM – твердые частицы.
ppm – единица измерения концентрации; миллионная доля (частей на 

миллион).

R – углеводородный радикал.
SAE – общество инженеров-автомобилистов (США).
ULEV – транспортное средство со сверхнизкой токсичностью выхлоп
ных газов.

VI – индекс вязкости.
WWA – см. ПАУ.

Химические элементы (номер в периодической системе):

Н – водород (1);
С – углерод (6);
N – азот (7);

О – кислород (8);
Al – алюминий (13);
S – сера (16);

Cl – хлор (17);
Cr – хром (24);
Mn – марганец (25);

Fe – железо (26);
Сu – медь (29);
Мо – молибден (42);

W – вольфрам (74);
Pb – свинец (82).

1
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1.1. Общие положения

Кроме свойств эксплуатационных материалов, обеспечивающих 

нормальное протекание рабочих процессов узлов и агрегатов транспортного 
средства, определяющих надежность их работы, экономичность и долговечность автомобиля, стабильность и сохранность материалов, они должны 
иметь также высокие экологические свойства [1, 14].

В данной работе под экологическими свойствами автомобильных экс
плуатационных материалов понимаются свойства материалов, заключающиеся в их воздействии на окружающую среду, в том числе на человека, в 
процессе транспортировки, хранения, производственного или непроизводственного потребления [15]. В ряде случаев к экологическим свойствам относят также степень утилизации материалов, после того как они утратили 
свои потребительские свойства в результате физического или морального 
износа и степень воздействия неутилизируемой части отходов на окружающую среду.

Следует учитывать, что помимо загрязнения атмосферы [16] токсич
ными компонентами эксплуатационных материалов к экологическим свойствам нужно относить и те свойства, которые проявляются при контакте 
с человеком и окружающей средой в условиях их применения, хранения, 
транспортировки и заправки машин [2].

В отношении токсичности нефтяные топлива представляют меньшую 

опасность, чем продукты их сгорания. Углеводороды, составляющие основную массу топлив, для человека сравнительно безвредны. Наиболее токсичны ароматические, за ними следуют ненасыщенные и, наконец, насыщенные углеводороды. Особенно токсичен бензол, поэтому его содержание 
в бензинах должно строго нормироваться. В остаточных топливах 
содержится значительное количество конденсированных ароматических соединений, многие из которых обладают канцерогенными свойствами.

Выбросы вредных веществ автомобилей наносят значительный ущерб 

природе [17], поражая растения, повышая кислотность почв и т. д. Страдает 
и коммунальное хозяйство городов и населенных пунктов: повышенная концентрация окислителей в воздухе приводит к преждевременному разрушению металлических конструкций, железобетона, архитектурных памятников и др.

1.2. Некоторые характеристики токсичности химических веществ 

11 

Отдельные экологические свойства автомобильных эксплуатационных материалов, например топлив, зависят от показателей, не регулируемых 
основными стандартами: углеводородный состав, объемная доля оксигенатов, содержание кислорода, различного вида металлоорганических и других 
соединений, которые оказывают значительное влияние на экологические 
свойства топлив, а следовательно, и на экологичность транспортных 
средств.  
В данной работе при рассмотрении экологических свойств автомобильных эксплуатационных материалов преимущественный акцент сделан 
на токсических свойствах рассматриваемых материалов и составляющих их 
компонентов. 

1.2. Некоторые характеристики токсичности 
химических веществ  

Токсичность – свойство веществ вызывать отравление (интоксикацию) организма [18]. Характеризуется дозой вещества, вызывающего 
ту или иную степень отравления. При ингаляционных отравлениях доза 
оценивается произведением Ct, где С – концентрация паров или аэрозоля 
(мг/м3),   t – время вдыхания (мин). При поражении другими путями (внутривенно, внутримышечно, через желудочно-кишечный тракт, кожу и др.) 
– количеством вещества в мг на 1 кг живой массы. Токсичность определяют в опытах на животных с применением статистических методов. 
К вредным веществам относятся топлива, смазочные масла и специальные жидкости, которые при контакте с организмом человека в случае 
нарушения требований безопасности могут вызвать отравления, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе работы, так и в отдаленные 
сроки жизни настоящего и последующего поколений. 

Для количественного определения токсичности химических веществ 
разработаны и используются специальные характеристики, которые можно 
разделить на две группы [3]. К первой группе относятся характеристики, которые определяют жизненно опасные дозы вещества при попадании его 
внутрь организма. 

Показатели этой группы: 
ЛК50 − летальная (смертельная) концентрация вещества, вызывающая 
при вдыхании (мыши (в качестве подопытных животных для этих целей используют мышей и крыс, так как их реакция на токсины близка к человеческой) − в течение 2 ч, крысы − 4 ч) гибель 50 % животных; выражается в 
миллиграммах летучего вещества в литре воздуха (мг/л);