Межгосударственный стандарт ГОСТ 31967-2012 "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. N 926-ст) (с изменениями и дополнениями)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 31967-2012
"Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения"
(введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. N 926-ст)

Internal combustion reciprocating engines. Emissions of harmful substances with the exhaust gases. Limit values and test methods

Дата введения - 1 июля 2014 г.
Введен впервые

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на выбросы газообразных вредных веществ с отработавшими газами при проведении стендовых испытаний новых и капитально отремонтированных судовых, тепловозных и промышленных поршневых двигателей внутреннего сгорания (далее - двигатели) и устанавливает их нормы и методы определения.

Настоящий стандарт не распространяется на автомобильные, тракторные и авиационные двигатели.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.003-83 Система стандартов безопасности труда. Шум. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.005-88 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.012-2004 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.3.002-75 Система стандартов безопасности труда. Процессы производственные. Общие требования безопасности

ГОСТ 10448-80* Двигатели судовые, тепловозные и промышленные. Приемка. Методы испытаний

ГОСТ 13320-81 Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия

ГОСТ 30574-98 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов. Циклы испытаний

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 отработавшие газы; ОГ: Смесь газообразных продуктов горения топлива и масла, избыточного воздуха и различных микропримесей (газообразных, жидких и твердых частиц), поступающая из цилиндров двигателя в его выпускную систему.

3.2 сухие отработавшие газы: ОГ, влагосодержание которых не более равновесного при температуре 298 К и атмосферном давлении 101,3 кПа.

3.3 влажные отработавшие газы: ОГ, влагосодержание которых соответствует полному составу продуктов сгорания топлива.

3.4 вредные вещества: Вещества, содержащиеся в небольших количествах в ОГ и придающие им неблагоприятные либо вредные для человека и окружающей среды свойства.

3.5 оксид углерода СО: Газообразный продукт неполного окисления углерода, входящего в состав углеводородного топлива.

3.6 оксиды азота : Смесь различных оксидов азота, образовавшихся в процессе горения топлива в цилиндре двигателя.

3.7 углеводороды СН: Смесь паров всех несгоревших и частично окисленных углеводородов топлива и масла, образующихся в процессах горения топлива и выпуска продуктов сгорания из цилиндра двигателя.

3.8 концентрация оксида углерода: Объемная доля в ОГ оксида углерода в объемных процентах (об. %).

3.9 концентрация оксидов азота, приведенных к : Объемная доля в ОГ оксидов азота, которую они занимали бы при трансформации в эквивалентный объем двуокиси азота , об. %.

3.10 концентрация углеводородов, приведенных к : Объемная доля в ОГ суммы углеводородов, которую они занимали бы при условной трансформации в эквивалентный объем идеального газа с молекулярной массой 13,85 и энергией ионизации молекул, равной энергии ионизации пропана , об. %.

3.11 выброс вредных веществ: Количество вредного вещества, поступающего в атмосферу с ОГ в единицу времени.

3.12 испытательный цикл (режимы испытаний): Совокупность фиксированных по частоте вращения и мощности режимов работы двигателя, устанавливаемая в соответствии с его назначением и реализуемая в процессе испытаний.

3.13 весовой коэффициент режима испытаний: Условная величина, отражающая статистическую долю времени работы двигателей конкретного назначения при эксплуатации на данном режиме.

3.14 удельный средневзвешенный выброс вредного вещества: Количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу с ОГ, приходящееся на 1 эффективной работы двигателя при совершении им полного испытательного цикла.

3.15 предельно допускаемый удельный средневзвешенный выброс вредного вещества: Значение удельного средневзвешенного выброса вредного вещества, при превышении которого двигатель не допускают к эксплуатации.

3.16 газоанализатор: Средство измерений для измерений концентрации вредного вещества в пробе ОГ.

4 Обозначения

В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:

В - массовый расход топлива, кг/ч;

b - удельный эффективный расход топлива, ;

- объемная концентрация в отработавших газах i-го вредного вещества, об. %;

- удельный средневзвешенный выброс углеводородов, ;

- удельный средневзвешенный выброс оксида углерода, ;

- удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества, ;

- удельный средневзвешенный выброс оксидов азота, ;

F - атмосферный фактор, в относительных единицах;

- коэффициент состава топлива, ;

i - индекс вредного вещества;

j - порядковый номер режима работы в испытательном цикле;

- корректирующий коэффициент, в относительных единицах;

m - число режимов в испытательном цикле;

n - частота вращения коленчатого вала двигателя, ;

- давление сухого атмосферного воздуха, кПа;

- номинальная или полная мощность двигателя, кВт;

- относительная мощность двигателя, %;

- температура атмосферного воздуха на впуске в двигатель, К;

- объемный часовой расход воздуха, приведенный к нормальным атмосферным условиям (давление = 101,3 кПа, температура = 273 К), ;

- объемный часовой расход отработавших газов, приведенный к нормальным атмосферным условиям, во "влажном" или "сухом" состоянии, ;

- весовой коэффициент j-го режима;

- молекулярная масса i-го вредного вещества либо его эквивалента по приведению, кг/кмоль;

- парциальное давление водяных паров в атмосферном воздухе, кПа;

- относительная влажность воздуха, %.

5 Предельно допускаемые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя

5.1 Нормируемые параметры

Нормируемым параметром является удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества с ОГ двигателя , выражающий количество этого вредного вещества в граммах, приходящееся на 1 эффективной работы двигателя, совершенной им при выполнении полного испытательного цикла, имитирующего типовые условия эксплуатации.

Устанавливают следующую номенклатуру нормируемых параметров:

- удельный средневзвешенный выброс оксида углерода;

- удельный средневзвешенный выброс оксидов азота;

- удельный средневзвешенный выброс углеводородов.

По согласованию между изготовителем двигателя и потребителем номенклатура нормируемых параметров может быть расширена.

5.2 Предельно допускаемые значения нормируемых параметров

5.2.1 Предельно допускаемые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ в ОГ двигателей при их стендовых испытаниях должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.

Таблица 1

Нормируемый параметр	Назначение двигателя	Норма удельных средневзвешенных выбросов при постановке на производство
		до 2016 г.	с 2016 г.
Удельный средневзвешенный выброс оксидов азота () в приведении к , ,	Тепловозный	12,0	7,4
	Промышленный	10,0	6,0
	Судовой	Приведены в таблице 2
Удельный средневзвешенный выброс оксида углерода (СО), ,	Любое	3,5	1,5
Удельный средневзвешенный выброс углеводородов (СН) в приведении к , ,	Любое	1,0	0,4

Нормы выбросов оксидов азота для судовых двигателей приведены в таблице 2.

Таблица 2

Постановка на производство	Нормы удельных средневзвешенных выбросов оксидов азота при номинальной частоте вращения
			n > 2000
До 01.01.2011 г.	17,0		9,8
После 01.01.2011 г.	14,4		7,7

5.2.2 Предельно допускаемые значения удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателей, , прошедших капитальный ремонт, устанавливают на основе данных таблиц 1 и 2 с использованием корректирующих коэффициентов по формуле

. (1)

Значения корректирующих коэффициентов в зависимости от вредного вещества устанавливают по таблице 3.

Таблица 3

Вредное вещество	Значение корректирующего коэффициента
Оксид углерода	1,20
Оксид азота	0,95
Углеводороды	1,25

6 Условия проведения испытаний

6.1 Двигатель для проведения испытаний

Измерения выбросов вредных веществ с ОГ двигателей следует проводить при всех видах стендовых испытаний по ГОСТ 10448.

В условиях стабильного производства рекомендуется использовать концепции семейства и группы двигателей в соответствии с требованиями [1] и [2].

Испытания проводят на двигателе, установленном на испытательном стенде, оснащенном измерителем мощности и обеспечивающим точность измерений не ниже указанной в ГОСТ 10448.

Мощность для расчета удельных средневзвешенных выбросов вредных веществ принимают в соответствии с заданной в технических условиях изготовителя на конкретный двигатель (номинальная или полная).

6.2 Режимы испытаний

Испытательные циклы и состав режимов испытаний в зависимости от назначения двигателя должны соответствовать ГОСТ 30574.

Двигатель считается находящимся на данном режиме испытаний, если соответствующие ему значения частоты вращения, крутящего момента или мощности установлены с точностью по ГОСТ 10448.

6.3 Горюче-смазочные материалы для испытаний

При испытаниях двигатель должен работать на топливах и маслах, указанных в технических условиях на двигатель конкретного типа.

Если двигатель должен соответствовать специальным требованиям к выбросам на месте его установки, испытания проводят на том топливе, которое будет использоваться на месте установки.

6.4 Атмосферные условия

На испытательном стенде должны быть измерены температура и давление воздуха на впуске в двигатель, а также относительная и абсолютная влажность воздуха.

Все объемные расходы газов и воздуха должны быть приведены к температуре 273 К и давлению 101,3 кПа.

По результатам измерений рассчитывают атмосферный фактор F по формуле:

- для двигателей без наддува, с наддувом от приводного нагнетателя или с комбинированным наддувом:

; (2)

- для двигателя с наддувом от свободного турбокомпрессора:

. (3)

Результаты испытаний считают достоверными, если в течение времени проведения испытаний фактор F остается в пределах

. (4)

7 Измеряемые параметры и методы определения удельных средневзвешенных выбросов газообразных вредных веществ с отработавшими газами двигателя

7.1 Измеряемые параметры

7.1.1 На каждом режиме испытаний двигателя измеряют следующие параметры:

- мощность;

- n;

- В;

- ;

- концентрация в ОГ оксида углерода;

- концентрация в ОГ оксидов азота (в приведении к );

- концентрация в ОГ суммы углеводородов (в приведении к ).

Измерения других параметров работы двигателей по ГОСТ 10448.

7.1.2 При проведении испытаний погрешность измеряемых параметров состава ОГ должна соответствовать указанным в таблице 4.

Таблица 4

Измеряемый параметр	Пределы допускаемой погрешности измерений, %
Концентрация оксида углерода,
Концентрация оксида азота в приведении к ,
Концентрация углеводородов в приведении к ,

Погрешность измерений других параметров работы двигателей по ГОСТ 10448.

7.2 Методы измерений газообразных вредных веществ в отработавших газах

7.2.1 Для измерений концентрации оксида углерода в ОГ должен быть использован метод недисперсионной инфракрасной спектроскопии.

7.2.2 Для измерений концентрации углеводородов в ОГ должен быть использован пламенно-ионизационный метод детектирования.

7.2.3 Для измерений концентрации оксидов азота в ОГ должен быть использован хемилюминесцентно-фотометрический метод детектирования.

7.2.4 При проведении испытаний, не связанных с сертификацией двигателя, допускается по согласованию изготовителя и потребителя применять другие методы измерений концентраций вредных веществ, обеспечивающие погрешность измерений в соответствии с таблицей 4.

7.3 Методы расчета нормируемых параметров

Удельный средневзвешенный выброс i-го вредного вещества рассчитывают по формуле

. (5)

7.4 Методы определения расхода отработавших газов

7.4.1 Объемный расход ОГ измеряют любым прямым методом с последующим приведением к стандартным атмосферным условиям либо рассчитывают по измеренным значениям расхода воздуха и топлива на каждом режиме испытаний по формуле

, (6)

где - коэффициент приведения к нормальным атмосферным условиям расхода неразбавленных продуктов сгорания различных топлив (), принимаемой по таблице 5 для "сухого" или "влажного" состояния ОГ, (или коэффициент состава топлива).

Таблица 5

Вид топлива	Значение коэффициента состава топлива, , для состояния отработавших газов
	"влажное"	"сухое"
Дизельное	0,75	-0,77
Моторное	0,72	-0,74
Мазут	0,69	-0,71
Природный газ	1,33	-1,34
Пропан-бутан	0,98	-1,00
Метанол	1,05	-0,35
Этанол	0,97	-0,49
Примечание - В случае применения в судовых двигателях зарубежного топлива допускается использование соответствующего коэффициента из данной таблицы для дизельного, моторного топлив или мазута в зависимости от вязкости применяемого топлива.

"Влажное" состояние ОГ принимают для случаев, когда влагосодержание неразбавленной пробы газов, подаваемой в газоанализатор, соответствует полному составу продуктов сгорания. "Сухое" состояние ОГ принимают для случаев, когда влагосодержание неразбавленной пробы газов, подаваемой в газоанализатор, не более равновесного при температуре менее 298 К.

Для расчета объемного расхода ОГ допускают другие стандартные методы, например, метод баланса углерода и кислорода. Методы углеродного и углеродокислородного балансов приведены в приложении А.

8 Оборудование испытательного стенда

8.1 Испытательный стенд должен быть оборудован системой пробоотбора и газоанализаторами для измерений состава ОГ, а также устройствами для измерений расходов воздуха, топлива и мощности двигателя. Рекомендуемая схема установки для измерений состава неразбавленных ОГ приведена на рисунке 1.

8.2 Система пробоотбора

8.2.1 Система пробоотбора состоит из пробоотборного зонда и пробоотборной магистрали с устройствами пробоподготовки для транспортирования пробы на анализ.

8.2.2 Пробоотборный зонд устанавливают на расстоянии не менее 0,5 м до выхода газов из выпускной системы в атмосферу и достаточно близко к двигателю, чтобы обеспечить температуру пробы газов не менее 373 К. Рекомендуется устанавливать зонд на расстоянии шести диаметров прямого участка трубы от присоединительного фланца выпускного коллектора.

Пробу неразбавленного газа для всех вредных веществ отбирают с помощью одного или нескольких пробоотборных зондов и делят перед входом в газоанализаторы. Пробоотборный зонд должен быть выполнен из нержавеющей стали с толщиной стенок не более 1 мм. Внутренний диаметр должен быть не более внутреннего диаметра трубок в системе распределения проб. Рекомендуется применять прямой многодырчатый пробоотборный зонд (не менее трех отверстий в разных плоскостях) с закрытым концом.

8.2.3 Пробоотборную магистраль изготовляют из нержавеющей стали или тефлона. Не допускается использовать медь и ее сплавы, а также углеродистую сталь. Диаметр трубки пробоотборной магистрали 6-8 мм. Рекомендуемая длина пробоотборной магистрали - не более 5 м. При использовании более длинных пробоотборных магистралей следует определять степень искажения состава пробы по методике изготовителя оборудования. При этом дополнительная погрешность измерений не должна выходить за пределы . Применять магистрали длиной более 20 м не допускается.

При определении состава неразбавленных газов температура поверхности внутренней стенки пробоотборной магистрали должна быть на уровне К. При использовании устройства для разбавления пробы газов перед анализом допускается понижать температуру в пробоотборной магистрали до К. При этом должна быть определена дополнительная погрешность измерений концентрации СН по методике изготовителя оборудования, которая не должна выходить за пределы .

8.2.4 Устройства пробоподготовки (осушители, клапаны, фильтры и насос) устанавливают только в тех случаях, когда газоанализаторы не укомплектованы штатной системой пробоподготовки. В случае их установки должна быть оценена дополнительная погрешность измерений по методике изготовителя оборудования пробоподготовки, которая не должна выходить за пределы %.

8.3 Газоанализаторы

8.3.1 Концентрацию нормируемых вредных газообразных компонентов ОГ измеряют газоанализаторами.

Газоанализаторы должны соответствовать ГОСТ 13320.

Газоанализаторы должны быть проградуированы в объемных процентах (об. %) и иметь стандартный унифицированный выходной сигнал для возможности подключения самописца или использования в измерительных комплексах. Запаздывание показаний газоанализаторов, подключенных к системе пробоотбора, не должно превышать 3 с.

Все газоанализаторы должны быть снабжены методиками поверки.

Схема подключения газоанализаторов с приспособлениями для дополнительной регистрации концентраций и ) необходимых для случаев определения расхода газов по методу углеродного или кислородного баланса, приведена на рисунке 1.

8.3.2 Газоанализатор оксида углерода должен иметь недисперсионный инфракрасный детектор и обеспечивать измерения концентрации СО в диапазоне от 0,01% до 0,50%.

8.3.3 Газоанализатор углеводородов должен иметь пламенно-ионизационный детектор, нагреваемый до температуры К и обеспечивать измерение концентрации углеводородов по эквиваленту в диапазоне от 0,001% до 0,200%.

8.3.4 Газоанализатор оксидов азота должен иметь хемилюминесцентный детектор или нагреваемый хемилюминесцентный детектор (при "влажном" состоянии пробы ОГ) с преобразователем в NO. Измеряемым компонентом должна быть сумма всех оксидов азота , выраженная через эквивалентную объемную долю оксидов вида .

Газоанализатор должен обеспечивать измерения в диапазоне от 0,005% до 0,500% по эквиваленту при любом составе индивидуальных оксидов.

9 Проведение измерений

Измерения проводят на режимах работы двигателя, указанных в ГОСТ 30574 в соответствии с его назначением. Рекомендуется начинать измерения с режима номинальной или полной мощности и далее последовательно приближаться к режиму минимальной нагрузки.

Перед началом измерений газоанализаторы следует прогреть и настроить по поверочным газовым смесям государственных стандартных образцов (ПГС ГСО) по инструкции предприятия-изготовителя.

Отсчет показаний газоанализаторов следует проводить на каждом режиме три раза с интервалом не менее 1 мин, причем первый отсчет следует проводить не ранее чем через 2 мин после установления температурного состояния двигателя на режиме испытаний.

Результаты трех последовательных отсчетов должны отличаться друг от друга не более 10%. За результат измерений принимают среднеарифметическое трех отсчетов.

Одновременно регистрируют показатели двигателя, необходимые для определения значений нормируемых параметров.

Результаты измерений и расчетов оформляют в виде протокола в соответствии с приложением Б.

10 Технический паспорт выбросов двигателя

10.1 Технический паспорт выбросов должен быть разработан изготовителем по результатам стендовых испытаний двигателя и должен содержать следующую информацию:

- общие сведения о двигателе;

- описание конструктивных признаков, по которым двигатели объединяют в семейства или группы;

- перечень и значения критериев выбора базового двигателя семейства или группы для испытаний, если используют одну из этих концепций;

- идентификацию всех компонентов, регулировок и рабочих параметров двигателя, существенно влияющих на выбросы вредных веществ и дымность ОГ;

- указание диапазонов допустимых регулировок двигателя, его систем и агрегатов;

- значения рабочих (режимных) параметров, влияющих на образование выбросов вредных веществ и дымность ОГ;

- сведения о средствах и способах контроля соответствия двигателя нормам выбросов вредных веществ и дымности ОГ при последующих контрольных проверках в условиях эксплуатации, выполняемых упрощенными методами;

- способы маркировки и идентификации запчастей двигателя, конструкция которых соответствует техническим условиям изготовителя;

- сведения о наличии и способах проверки нормального функционирования оборудования для снижения выбросов вредных веществ и дымности отработавших газов, если такое применяют.

Технический паспорт выбросов должен включать в себя копию протокола об испытаниях двигателя на стенде изготовителя, подтверждающую его соответствие требованиям настоящего стандарта, а также копию или оригинал сертификата соответствия (при наличии требования действующего законодательства об обязательном подтверждении соответствия в форме сертификата), подтверждающего соответствие двигателя требованиям настоящего стандарта.

10.2 Рекомендуемая форма технического паспорта выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателем приведена в приложении В.

11 Требования безопасности

11.1 Оборудование испытательного стенда и организация рабочего места при испытаниях должны соответствовать ГОСТ 12.1.003 и ГОСТ 12.3.002.

11.2 Каждый испытательный стенд, оборудованный газоанализаторами, должен быть снабжен инструкцией по технике безопасности, утвержденной в установленном порядке, с которой обслуживающий персонал должен быть ознакомлен.

11.3 Воздух рабочей зоны помещения испытательного стенда должен соответствовать ГОСТ 12.1.005.

11.4 Уровни шума и вибрации на рабочих местах в помещении испытательного стенда должны соответствовать ГОСТ 12.1.003 и ГОСТ 12.1.012.

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

10.1 Персонал, обслуживающий испытательный стенд, должен быть обеспечен средствами индивидуальной защиты органов слуха.

______________________________

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 53639-2009 (ИСО 3046-3:2006, ИСО 15550:2002) "Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Приемка. Методы испытаний" кроме части оборонного заказа.

Библиография

[1]	ИСО 8178-7:1996	Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов продуктов сгорания. Часть 7. Определение семейства двигателей *
[2]	ИСО 8178-8:1996	Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Измерение выбросов продуктов сгорания. Часть 8. Определение группы двигателей **

______________________________

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р ИСО 8178-7-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 7. Определение семейства двигателей.

** На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р ИСО 8178-8-99 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Часть 8. Определение группы двигателей.