استانداردهاي تست آلايندگي خودروهاي سواري

[ramtinteymouri 203]

آزمايشگاه اندازه‌گيري و آناليز گازهاي آلاينده خروجي اگزوز مركز تحقيقات و نوآوري صنايع خودرو سايپا در پي افزايش آلودگي محيط زيست و نقش غيرقابل انكار خودروها در آلودگي هوا، اين موضوع به يك دغدغه بين‌المللي تبديل شد. بطوري كه در سال 1963 كنگره امريكا‍، لايحه هواي پاك را تصويب كرد. بدين ترتيب برنامه مبارزه با آلودگي هوا به طور رسمي از سال 1966 در ايالت كاليفرنيا كه نسبت به ساير ايالات امريكا از شرايط بحراني‌تري برخوردار بود به اجرا درآمد و در سال 1968 اين برنامه در سراسر امريكا اجرا شد. در همين سال انجمن «California Air Resource Board» تاسيس شد و در سال 1970 آژانس حفاظت از محيط زيست به منظور نظارت بر بحث آلودگي هوا، تنظيم و تدوين استانداردهاي آلايندگي و تنظيم روش‌هاي تست، شكل گرفت. در ايران نيز در سال‌هاي اخير با افزايش روزافزون شمار خودروها و مشكلات ايجاد شده در زمينه آلودگي هوا، بخصوص در شهرهاي بزرگ و خصوصا در تهران بحث مبارزه با آلاينده‌ها، بسيار جدي شده و سازمان حفاظت محيط زيست اقدام به اجراي استانداردهاي آلودگي در ايران براساس استانداردهاي اروپايي كرده است. در اين مقاله، استانداردهاي آلايندگي خودروهاي سواري بنزين‌سوز بررسي شده است. استانداردهاي تست آلايندگي خروجي اگزوز اندازه گيري و آناليز گازهاي خروجي اگزوز بايد مطابق با يك روش استاندارد مشخص صورت گيرد. بدين منظور كشورهاي مختلف بسته به مقتضيات و شرايط اقليمي و ترافيكي خود به تدوين استانداردهاي آلايندگي پرداخته‌اند. از اين بين مي‌توان به استانداردهاي آلايندگي كشور ايالات متحده امريكا، ژاپن و همچنين اتحاديه اروپا اشاره كرد. قبل از انجام آزمايش آلايندگي، ابتدا خودرو مدت زمان مشخصي در داخل اتاقي به نام Soak Room كه دماي آن بين 20 تا 30 درجه سانتيگراد است در حالت پارك قرار مي‌گيرد و پس از اين مدت خودرو آماده تست است و با استارت سرد، تست آلايندگي شروع مي‌شود. براي شبيه‌سازي حركت خودرو روي جاده از شاسي دينامومتر استفاده مي‌شود. شاسي دينامومتر يك وسيله الكترومكانيكي است كه از يك يا دو غلتك تشكيل شده است. در حين تست، چرخ‌هاي خودرو به روي اين غلتك‌ها قرار مي‌گيرد و با شروع حركت خودرو غلتك‌ها مي‌چرخند و بدين ترتيب خودرو حركتي رو به جلو نخواهد داشت. شاسي دينامومتر وظيفه مهم ديگري نيز بر عهده دارد و آن وارد كردن بارهاي جاده‌اي و اينرسي به خودرو است. نيروهاي مقاومت جاده‌اي كه بايد توسط شاسي دينامومتر شبيه‌سازي شوند عبارتند از نيروي اصطكاك بين تاير و جاده و نيروي مقاومت هوا. از آنجايي كه در حين تست، خودرو حركتي به سمت جلو ندارد، طبعا خنك كاري خودرو روال عادي خود را طي نمي‌كند و براي خنك كاري از يك فن كه سرعت آن متناسب با سرعت حركت خودرو است و بر روي شاسي دينامومتر طراحي شده، استفاده مي‌شود. تفاوت عمده استانداردهاي آلايندگي در سيكلي است كه خودرو مطابق با استاندارد، به روي شاسي دينامومتر مي‌پيمايد. اين سيكل‌ها در واقع نمودار نحوه حركت خودرو در سطح شهر يا خارج شهر مي‌باشند. در حين پيمايش سيكل، به طور پيوسته سيستم CVS از گازهاي خروجي اگزوز نمونه‌‌برداري شده و نمونه‌ها در داخل كيسه‌هاي مخصوصي ذخيره مي‌شوند. در پايان تست، نمونه‌ها از كيسه‌ها وارد آنالايزرها شده و مقادير غلظت حجمي گازهاي هيدرات‌هاي كربن، مونواكسيد كربن نيترات‌هاي اكسيژن و دي‌اكسيد كربن اندازه‌گيري مي‌شود. از اين بين گازهاي هيدرات كربن، منواكسيد كربن و نيترات‌هاي اكسيژن از گازهاي سمي هستند و براي آنها در استاندارد، حد مجاز تعريف شده است. ولي اندازه‌گيري گاز دي‌اكسيد كربن كه يك گاز غيرسمي است، از اين جهت حائز اهميت است كه باعث ايجاد اثر گلخانه‌اي مي‌شود ولي تاكنون هيچ استانداردي براي اين گاز، حد مجاز تعريف نكرده است. اين تست مهمترين تست از مجموعه تست‌هاي استاندارد آلايندگي خودروهاست. اما تست‌هاي آلايندگي فقط به اين تست محدود نمي‌شود و برحسب استاندارد مورد استفاده، تست‌هاي استاندارد ديگري نيز براي خودروهاي سواري تعريف مي‌شود. ذيلا به معرفي كلي استانداردهاي رايج دنيا در زمينه تست آلايندگي خودروهاي سواري مي‌پردازيم. استانداردهاي تست آلايندگي كشور ايالات متحده استانداردهاي كشور امريكا به دو دسته تقسيم‌بندي مي‌شوند: استاندارد كشور امريكا بجز ايالت كاليفرنيا (federal standard) استاندارد ايالت كاليفرنيا (california standard) اما در هر دو اين مناطق شباهت‌هاي بسياري از نظر پروسه تست وجود دارد و تفاوت عمده در مقادير حد مجاز مي‌باشد. ضمنا در هر دوي اين استانداردها، مقادير آلاينده‌ها براي هر دو نوع خودروهاي ديزل و بنزيني وجود دارد. استاندارد فدرال استانداردهاي فدرال شامل دو گروه زير است: Tier1 وTier2 استاندارد Tier1 از سال 1994 شروع شد و تا سال 1997 ادامه داشت و استاندارد Tier2 از سال 1999 شروع شده و تا سال 2004 نيز ادامه خواهد داشت. استاندارد Tier1 براي تمامي LDVهاي تازه توليد كه شامل خودروهاي سواري، وانت‌هاي سبك، خودروهاي اسپرت و همچنين «ون‌»هاي كوچك مي‌باشند رعايت حدود اين استاندارد الزامي است. اين استاندارد براي دو گروه از خودروها اجرا مي‌شود: خودروهايي با عمر 100هزار مايل خودروهايي با عمر 50هزار مايل در اين استاندارد، براي كليه خودروهاي بنزيني و گازوييلي حدود مجاز يكسان است و تنها تفاوت در مورد آلاينده Nox است. سيكل رانندگي اين استاندارد سيكل (FTP75) است و واحد اندازه‌گيري آلاينده‌ها گرم بر مايل است. سيكل FTP75: اين سيكل از يك قسمت شهري و يك قسمت فوق شهري به شرح زير تشكيل شده است. سيكل شهري: زمان سيكل: 1877 ثانيه، طول سيكل: 8/17 كيلومتر، سرعت ماكزيمم: 1/92 كيلومتر در ساعت. سيكل خارج شهري: زمان سيكل: 765 ثانيه، طول سيكل: 5/16 كيلومتر، سرعت ماكزيمم: 4/96 كيلومتر در ساعت. به علاوه بين سال‌هاي 2000 تا 2004 يك SFTP (Supplemental federal test procedure) نيز به مجموعه تست‌ها اضافه شده كه شامل دو سيكل (US06) اندازه‌گيري آلاينده‌ها در طي سيكل اتوبان است. زمان سيكل: 600ثانيه، شتاب ماكزيمم، 8 مايل بر ساعت بر ثانيه، سرعت ماكزيمم: 3/80 مايل بر ساعت. سيكل (SC03): اندازه‌گيري آلايندها در طي سيكل شهري هنگامي كه سيستم air conditioning فعال است. SC03 Air conditioning Cycle: زمان سيكل: 594 ثانيه، سرعت ماكزيمم: 8/54 مايل بر ساعت. جدول زير مربوط به استاندارد Tier1 است: در سال 1997 EPA (سازمان محيط زيست امريكا) استاندارد NLEV را براي دوره گذر از استاندارد Tier1 به Tier2 اجرا كرد. استاندارد فوق صرفا براي اتومبيل‌هاي سواري سبك با وزن كمتر از bs 60001 بوده و استاندارد ذكر شده معادل استاندارد LEV كاليفرنيا است. استاندارد Tier2 استاندارد Tier2 همانند Tier1 براي همان دسته‌ از خودروهاست و واحداندازه‌گيري آلاينده‌ها نيز گرم بر مايل است. ضمنا اين استاندارد شامل دسته‌اي از خودروهاي سنگين (MDPV) با وزن بيشتر از « l lbs10000» نيز مي‌باشد. در اين استاندارد مقادير حد مجاز به 8 گروه تقسيم شده‌اند و گروه‌هاي اضافه شده (9,10, MDPV) مربوط به دوره گذرا مي‌باشند و خاتمه اعتبارشان نيز پايان سال 2008 است. استاندارد فوق براي خودروهاي سواري و LDT تا پايان سال 2004داراي اعتبار است و پس از آن تا سال 2009 مرتبا تغيير خواهد كرد ولي براي ماشين‌هاي سنگين آغاز تغييرات، سال 2008 خواهد بود. California standard استانداردهاي موجود در ايالت كاليفرنيا به ترتيب سخت‌تر شدن مقادير حد مجاز عبارتند از: 1-Tier1 2.TLEV (Transient Low Emission vehicle) 3. TLEV (Low Emission Vehicle) 4. ULEV (Ultra Low Emission vehicle) 5.SULEV (Super ultra Emission vehicle) 6. ZEV (Zero mission vehicle) خودروهاي توليدي در ايالت كاليفرنيا بايد يكي از استانداردهاي فوق را پاس نمايند كه البته بعد از سال 2003 استاندارد Tier1 و TLEV محدودتر مي‌شوند. سيكل رانندگي اين استاندارد FTP75 مي‌باشد و واحد اندازه‌گيري آلاينده‌ها نيز گرم بر مايل است؛ همچنين سيكل SFTP در كاليفرنيا بين سال‌هاي 2001 تا 2004 اجباري مي‌باشد. استانداردهاي تست آلايندگي كشور ژاپن استانداردهاي مربوط به كشور ژاپن براي خودروهاي بنزيني به صورت زير است: پروسه تست براي خودروهاي بنزيني شامل دو سيكل 11mode و 10*15mode سيكل 11mode يك سيكل سرد است كه 4 بار تكرار مي‌شود و واحد سنجش آن gr/test مي‌باشد. زمان سيكل: 120 ثانيه، سرعت ماكزيمم: 60 كيلومتر بر ساعت، طول سيكل: 021/1 كيلومتر. زمان سيكل: 660 ثانيه، سرعت ماكزيمم: 70 كيلومتر بر ساعت، طول سيكل : 16/4 كيلومتر. در جداول بالا منظور از عبارت mean مربوط به Type Approval (تاييد نوع) خودروهايي است كه حداكثر 2000 عدد در سال توليد مي‌شود و cop (تطابق توليد) ساير خودروها و عبارت max هم مربوط به Type Approval خودروهاي معمولي است. اسناداردهاي اروپايي دو نوع استاندارد در اروپا وجود دارد: 1. استاندارد اتحاديه اروپايي كه حرف مخفف آن EC يا EEC مي‌باشد و اصطلاحا به استانداردهاي Euro معروف است. 2. استانداردهاي سازمان ملل كه با حروف مخفف ECE نشان داده مي‌شود و در ايران نيز اجرا مي‌شود. استاندارد سازمان ملل شامل دو سيكل رانندگي ECE (سيكل شهري) و EUDC (سيكل خارج شهري) مي‌باشد. سيكل ECE به صورت زير است كه چهار مرتبه تكرار مي‌شود. زمان سيكل: 820 ثانيه، سرعت ماكزيمم: 50 كيلومتر بر ساعت، طول سيكل: 05/4 كيلومتر. سيكل EUDC نيز به صورت زير است: زمان سيكل: 400 ثانيه، ماكزيمم سرعت: 120 كيلومتر بر ساعت. اين استانداردها به مرور زمان دچار تغيير و تحول شده است، ولي اولين استاندارد يعني ECE15 در سال 1970 شروع شد و پس از آن به ترتيب استانداردهاي زير ارايه شدند: ECE 15-40 ECE83-00 ECE83-01,02 (Euro1) (مدت اعتبار: پايان سال 93) ECE83-03(Euro2) (مدت اعتبار: تا پايان سال 96) ECE83-04 (Euro2) (مدت اعتبار: تا پايان سال 2000) ECE83-05 (Euro4,3) (مدت اعتبار: تا پايان سال 2008) جداول زير مقادير حد مجاز استانداردهاي مختلف را نشان مي‌دهد: در اين استاندارد، تست‌هاي آلايندگي، شامل پنج نوع تست هستند كه براي توليد هر نوع خودروي تازه، كارخانه سازنده بايد گواهينامه تاييد نوع براي آلاينده‌ها را دريافت كند. براي اين منظور خودرو بايد پس از پيمايش 3000 كيلومتر، (بسته به نوع خودرو) تمام يا تعدادي از آزمايش‌ها را پشت سر گذارد تا مشمول اعطاي گواهينامه تاييد نوع (Type Approval) گردد؛ اما دريافت گواهينامه تاييد نوع به معني اتمام كار نيست. چرا كه در حين توليد نيز طبق استاندارد، نمونه‌برداري‌هايي از خطوط توليد به صورت اتفاقي صورت مي‌گيرد و خودروهاي انتخاب شده بايد بتوانند تست‌هاي مربوط به تطابق توليد (COP) را نيز با موفقيت پشت سر بگذارند. البته لازم به ذكر است حدود مجاز غلظت آلاينده‌ها در اين استاندارد يكسان نيست. ذيلا اين پنج تست به اختصار توضيح داده مي‌شود. 1. تست نوع 1 (اندازه‌گيري ميانگين آلاينده‌هاي خروجي اگزوز پس از استارت سرد) در اين تست، خودرو پس از بيرون آمدن از اتاق Soak روي شاسي دينامومتري كه از قبل براي شبيه‌سازي بارهاي جاده‌اي آن خودروي خاص تنظيم شده، قرار مي‌گيرد و در دماي 20 تا 30 درجه با استارت سرد، سيكل مورد نظر را مي‌پيمايد. در خلال تست، خروجي اگزوز خودرو با هواي محيط رقيق شده و بطور پيوسته از آن نمونه‌برداري مي‌شود. نمونه‌ها در يكسري كيسه‌هاي مخصوص ذخيره مي‌شوند. در همين زمان هواي محيط نيز به طور پيوسته در كيسه‌هاي ديگر ذخيره مي‌شود. پس از اتمام سيكل، نمونه‌هاي ذخيره شده در كيسه‌ها وارد آنالايزرها مي‌شوند و مقادير غلظت آلاينده‌هاي مونواكسيد كربن، هيدرات‌هاي كربن و نيترات‌هاي اكسيژن (Nox) محاسبه مي‌شود. مقادير خالص محاسبه شده، نبايد از حدود ذكر شده در استاندارد تجاوز كند. 2.تست نوع 2 (اندازه‌گيري آلايندگي CO در حالت Idle) در اين تست مقدار مونواكسيد كربن خروجي اگزوز در حالت كاركرد درجاي موتور، اندازه‌گيري مي‌شود. اين مقدار نبايد از 5/3 درصد حجمي بيشتر باشد. 3.تست نوع 3 (اندازه‌گيري آلايندگي‌هاي محفظه‌كارتر و ماني‌فولد) اين تست به منظور حصول اطمينان از عدم انتشار آلايندگي از محفظه كارتر و ماني‌فولد به محيط انجام مي‌شود. براي اين منظور فشار محفظه كارتر و ماني‌فولد هوا بايد از فشار محيط كمتر باشد. بدين منظور، خودرو در دو حالت با سرعت ثابت 50 كيلومتر در ساعت به حركت در مي‌آيد و مقادير فشار اندازه‌گيري مي‌شود. نخست در حالتي كه بار مقاوم تنظيم شده توسط دينامومتر، همان مقدار تنظيم شده در تست نوع 1 است و دوم در حالتي كه بار مقاوم 7/1 برابر بار حالت اول است. مقادير فشارهاي نسبي (نسبت به محيط) اندازه‌گيري شده و مقادير ثبت شده نبايد مثبت باشند. 4.تست نوع 4 (اندازه‌گيري آلايندگي بخارات بنزين) در اين تست كه به تست SHED معروف است، ميزان بخارات هيدرات‌هاي كربن متصاعد شده از خودرو اندازه‌گيري مي‌شود. براي اين منظور از يك اتاق مخصوص به نام SHED ROOM استفاده مي‌شود. اين تست از دو بخش مجزا تشكيل شده است. در بخش اول ابتدا خودرو مانند تست نوع 1 در اتاق SOAK قرار داده مي‌شود. سپس خودرو وارد اتاق SHED شده و ميزان بنزين موجود در باك به مقدار 40 درصد مقدار ماكزيمم رسانده مي‌شود. سپس، با استفاده از يك منبع حرارتي كه زير باك نصب مي‌شود، دماي بنزين موجود در باك ظرف مدت يك ساعت از 16 درجه سانتيگراد به 30 درجه سانتيگراد رسانده مي‌شود و در پايان مقدار هيدرات‌هاي كربن موجود در محيط اندازه‌گيري مي‌شود. در بخش دوم تست كه Hot Soak ناميده مي‌شود، خودرو ابتدا يك سيكل استاندارد ECE- EUDC را مي‌پيمايد و ظرف مدت 5 دقيقه وارد اتاق SHED شده و بمدت يك ساعت در اين اتاق مي‌ماند. پس از اين مدت، ميزان هيدرات‌هاي كربن موجود در اتاق در اين مرحله نيز اندازه‌گيري مي‌شود و مقدار آن در مجموع اين دو مرحله نبايد از ميزان دو گرم تجاوز كند. 5.تست نوع 5 (تست دوام دستگاه‌هاي كاهنده آلايندگي): در تست نوع پنج كه به تست دوام دستگاه‌هاي كاهنده آلايندگي معروف است، هدف، تعيين ميزان دوام دستگاه‌هاي كاهنده آلايندگي و عمدتا مبدل‌هاي كاتاليزوري است. در اين تست خودرو مي‌بايستي 80هزار كيلومتر پيمايش نمايد و در حين اين پيمايش در هر 10 هزار كيلومتر يك تست آلايندگي نوع1 روي آن انجام مي‌شود و از روي نتايج اين تست‌ها يك ضريب زوال يا Deteration Factor به دست مي‌آيد كه اين ضريب در نتايج حاصل از تست‌هاي تاييد نوع يا تطابق توليد ضرب شده و حاصل آن با محدوده‌هاي استاندارد مقايسه مي‌گردد. اين تست نياز به يك شاسي دينامومتر دارد و به لحاظ اينكه سيكل رانندگي آن بسيار طولاني و وقت‌گير است، معمولا از يك ربات به جاي راننده استفاده مي‌شود. البته توليدكنندگان خودرو مي‌توانند مطابق با استاندارد از انجام اين تست صرف نظر كرده و از ضريب ثابت 2/1 استفاده كنند. ذيلا تست‌هاي مورد نياز استانداردهاي مختلف آلايندگي اروپا در يك جدول ارايه شده است. البته لازم به توضيح است كه از استاندارد ECE83-05(Euro3) به بعد تغييراتي در آزمايش‌ها به وجود مي‌آيد كه مهمترين آنها عبارتند از: 1. حذف 40 ثانيه اول تست در تست نوع اول 2. لزوم استفاده از دستگاه عيب‌ياب (OBD) در خودرو 3. اجباري شدن تست نوع ششم (اندازه‌گيري آلاينده‌ها در دماي منهاي 7 درجه)