Как повлияет экологическая лихорадка на конструкцию автомобилей
В сентябре на территории Евросоюза вступили в силу экологические нормы Евро-6, через два года грядут более суровые Евро-6с, а к концу 2020 года автопроизводителей обяжут выполнять сюрреалистические требования по выбросам CO2. Как повлияет борьба за чистоту окружающей среды на конструкцию автомобилей, разбирался Андрей Ежов.
00-Eco_zr-12_15
Длительная зарядка АКБ электромобилей и подзаряжаемых гибридов плохо подходит для бешеного темпа современной жизни.Длительная зарядка АКБ электромобилей и подзаряжаемых гибридов плохо подходит для бешеного темпа современной жизни.
Чистота окружающей среды — одна из фундаментальных западных ценностей наравне с правами человека, демократией и свободой слова, борьба за нее кардинальным образом изменила автомобильные технологии в XXI веке, но многие метаморфозы еще впереди. Благодатное очищение автомобильного транспорта от выхлопной скверны происходит гораздо медленнее, чем хотелось бы европейским чиновникам, производители никак не поспевают за светлыми идеями зеленого счастья. Введение норм Евро-6 изначально планировалось в 2013 году, но под давлением локомотивов отрасли, обеспечивающих население Еврозоны рабочими местами, было отложено.
Международный пресс-брифинг фирмы Bosch (крупнейший в мире поставщик автомобильных компонентов), проходящий раз в два года в немецком Боксберге, наглядно демонстрирует, как менялось представление об автомобильном будущем в свете экологической повестки и какие коррективы вносились по ходу дела на очищающем пути. Десять лет назад топ-менеджеры Bosch уверенно проложили курс на повальный даунсайзинг, электрификацию и гибридизацию, но темпы донесения этих замечательных технологий до конечного потребителя оказались не слишком впечатляющими, так что в этом году в рамках очередного брифинга спикеры приковывали внимание журналистов, в основном, к перспективам автономного вождения, а вопросы экологии рассматривались исключительно в прикладном контексте, без обозначения новых горизонтов сияющей чистоты и свежести.
ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
В частности, без особой помпы специалисты Bosch анонсировали появление в 2017 году серийных низковольтных (48 В) гибридов — ожидается, что они станут по-настоящему массовыми и позволят довести долю гибридов в структуре продаж новых автомобилей до одной трети к 2025 году.
Дата запуска выбрана не случайно: именно в сентябре 2017‑го вступит в силу первая фаза экологических норм Евро‑6с, обязательных для всех проходящих сертификацию автомобилей. А еще через год, с осени 2018‑го, этим требованиям должны будут соответствовать все серийные модели.
Грядущие ужесточения затрагивают в первую очередь дизельные модификации, требуя от них снижения выбросов окислов азота NOx до 80 мг/км (Евро‑5 допускали 180 мг/км). Сегодня добиться столь низких показателей от дизельного двигателя можно даже без впрыска мочевины в выпускной коллектор — правда, удалось это лишь инженерам Mazda. Но после введения норм Евро‑6с сертификационные замеры будут проводиться не по «овощному» ездовому европейскому циклу NEDC, а по более скоростному общемировому WLTC, и обеспечить те же 80 мг/км по новой программе будет куда сложнее. Зато в теории цикл WLTC должен исключить шулерские алгоритмы управляющего софта, ставшие причиной экологического скандала с дизелями Фольксвагена.
07-Eco_zr-12_15
Дизельный двигатель Mazda Skyactiv-D вписывается в нормы Евро‑6 без впрыска мочевины! Но для соответствия грядущему стандарту Евро‑6с добавить систему AdBlue все-таки придется.Дизельный двигатель Mazda Skyactiv-D вписывается в нормы Евро‑6 без впрыска мочевины! Но для соответствия грядущему стандарту Евро‑6с добавить систему AdBlue все-таки придется.
Именно низковольтная гибридная схема должна продлить жизнь дизеля после 2017 года, помочь ему вписаться в Евро-6с и успешно пройти сертификацию по новым правилам. Конструкция 48-вольтовых гибридов чрезвычайно проста, а цена входящих в нее электрических компонентов в несколько раз ниже, чем у «полноценных» (как правило, 400-вольтовых) гибридов, которые имеет смысл предлагать лишь состоятельным покупателями премиальных автомобилей.
151
Экологические нормы в автопроме — журнал За рулем
Задумывались ли вы, зачем нужны экологические нормы? Зачем автопроизводители тратят столько средств на защиту экологии? Зачем постоянно ужесточаются нормы выброса отработавших газов у автомобилей? Постараемся ответить на эти вопросы, тем более что в ближайшие пять лет произойдет как минимум два события, которые изменят устоявшиеся каноны.
К 2020 году в Европе выбросы углекислого газа у новых автомобилей должны быть снижены до 95 г/км. К таким показателям будут стремиться и автопроизводители других континентов. В настоящее время норма выброса составляет 130 г/км. Нормативный уровень выбросов CO 2 зависит от снаряженной массы и высчитывается для каждого автомобиля по формуле: СО 2=130+а*(М-М 0), где М — масса автомобиля в снаряженном состоянии в килограммах, М 0=1372 кг, а=0,0457. В 2016 году значение М 0 будет пересмотрено.
Определение выбросов
Материалы по теме
Важно знать, что каждый производитель получает показатель по среднему уровню выбросов всей выпускаемой линейки автомобилей, а не отдельного экземпляра. Это не просто норма: за ее нарушение компания должна платить штрафы, и немалые. За каждый выпускаемый автомобиль, выбросы CO 2 которого превышают средний установленный уровень, платится 5 евро при превышении на 1 г/км, 15 евро — за превышение на 2 г/км, 25 евро — 3 г/км, а после превышения на 4 г/км каждый грамм обходится производителю в 95 евро. С 2019 года все будет еще строже — каждый грамм превышения нормы обойдется в 95 евро!
Но кроме кнута есть и пряник. Каждый производитель может получить бонус, если сократит выбрасываемый углекислый газ до 7 г/км. Правда, при условии применения инновационных технологий на выпускаемых автомобилях. В качестве примера мы взяли четыре автомобиля, три из которых укладываются в действующую норму:
- Volkswagen Golf 1.4, мощность — 150 л.с., средний расход топлива — 5,0 л/100 км; выбросы CO
- Renault Logan 1,6, мощность — 102 л.с., средний расход топлива — 7,1 л/100 км; выбросы CO2 — 167 г/км
- Mercedes-Benz C-класса 1,6, мощность — 156 л.с., средний расход топлива — 5,5 л/100 км; выбросы CO2 — 126 г/км
- Porsche Cayenne S E-Hybrid, мощность — 333 л.с., средний расход топлива — 3,4 л/100 км; выбросы CO2 — 79 г/км; расход электроэнергии — 20,8 кВт/ч/100 км; класс эффективности: А+
Японский ездовой цикл
Видите ли, расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу замеряют на беговых барабанах по определенной методике. А почему не на дороге, ведь так было бы честнее? Сейчас это невозможно, и на то есть ряд причин. Первая — сопоставимость результатов, на них не должны оказывать ни влияние погодные условия, ни состояние дороги, ни другие факторы, которые смогут исказить результат. Вторая важная причина — сбор отработавших газов для анализа. Собрать их, когда автомобиль движется, затруднительно. Поэтому испытания проводят на беговых барабанах, имитируя реальные дорожные условия.
Сегодня в мире наиболее распространены три методики определения расхода топлива: европейская NEDC, американская FTP-75 и японская JC 08. Они различаются по многим параметрам. Самая длинная и скоростная — американская. Японская отличается самой маленькой средней скоростью — всего 24,4 км/ч. Это связано с имитацией значительных простоев на светофорах. Европейская самая вялая — максимальное ускорение не превышает 0,83 м/с 2. Но есть у них и общее: все три методики далеки от реального цикла движения машины, так что автомобильные компании научились приспосабливаться к ним.
Федеральная процедура
Слабое звено
Рассмотрим европейскую NEDC для оценки расхода топлива автомобилей полной массой до 3500 кг. Продолжительность теста — всего 1220 секунд. За это время имитируется городской (скорость ограничена 50 км/ч) и загородный режимы движения с максимальной скоростью до 120 км/ч. При этом заданную скорость надо развить за определенное время. Например, чтобы разогнаться в городском цикле с места до 50 км/ч, необходимо затратить 26 секунд. Если вы в реальной жизни так долго будете ускоряться со светофора, вам начнут сигналить, а агрессивные водители еще и подрежут и покажут нехороший жест.
Европейский ездовой цикл
Теперь становится понятным, почему для разгона современной малолитражки приходится вжимать педаль акселератора чуть ли не в пол. Когда в автомобилях за все отвечает процессор, а объем поступающей и обрабатываемой информации исчисляется мегабайтами, выполнение теста становится делом написания алгоритма совместной работы двигателя и трансмиссии. И не важно, что потребителю не понравится поведение автомобиля в городском цикле, а реальный расход
Смерть дизеля: к чему еще приведет введение экологического стандарта Евро-6 — За рулем
Европа берет еще одну экологическую высоту. Самый экологичный на сегодняшний день «зеленый» стандарт — Евро-6 — вот-вот полновластно вступит в свои права в Евросоюзе. С 1 сентября 2015 года все 28 государств-членов ЕС должны будут окончательно отказаться от производства, продажи и регистрации на своих территориях транспортных средств, не отвечающих новым нормам.
Введение Евро-6 планировалось еще 31 декабря 2013 года, но ведущие европейские автоконцерны и производители топлива оказались тогда не готовы к абсолютному соответствию новаторским требованиям ретивых законодателей и попросили отсрочки. Слишком уж строгими были очередные ограничения на допустимое содержание вредных веществ в выхлопных газах, а за их несоблюдение грозили большие штрафы. Дополнительная передышка понадобилась для доработки двигателей, улучшения качества топлива и модернизации предприятий.
«Нет» вредным веществам!
Номинально битва за чистоту «дыхания» автомобилей в Европе началась в 1988 году (хотя экологические нормативы существовали там и ранее), когда был утвержден регламент, требующий снизить в выхлопных газах крупнотоннажных автомобилей содержание окиси углерода (CO), остаточных углеводородов (HC) и оксидов азота (NOx). Первые ограничительные барьеры выглядели следующим образом:
Свое имя так называемый базовый стандарт Евро-0 получил лишь после пришедшего ему на смену в 1993 году стандарта Евро-1. И с тех пор пошло-поехало. В 1996 году официально вступил в силу Евро-2, в 2000-м – Евро-3, в 2005-м– Евро-4, в 2009-м – Евро-5. Каждый очередной регламент вводил все более строгие ограничения, усложнялись расчеты и добавлялись новые объекты мониторинга: уровень дымности (smoke), содержание твердых частиц (PM) в отработавших газах и т.д.
Со времени первого стандарта до момента введения Евро-5 удалось добиться многократного снижения выброса вредных веществ, в том числе окиси углерода CO (угарного газа) – от 2,72 до 9,3 раза, оксидов азота (NOx) от 2,4 до 7,9 раза, взвешенных частиц — от 20 до 50 раз. Ощутимый разброс данных связан с тем, что к каждой категории транспортных средств (с учетом вида топлива) применяются свои нормативы.
Чище сигаретного дыма
Евро-6, продолжая традиции своих предшественников, тоже ужесточает контроль за выбросом выхлопных газов в атмосферу. Так, по сравнению с предыдущими нормами вновь уменьшается допустимый порог содержания оксидов азота (NOx), твердых частиц (PM) и остаточных углеводородов (HC). При этом двигатели нового стандарта должны полностью отвечать всем заявленным требованиям на протяжении не менее семи лет с даты изготовления или 700 тыс. км пробега во всех условиях эксплуатации. О том, каких экологических высот достиг стандарт Евро-6, свидетельствует любопытный эксперимент, проведенный группой итальянских ученых в 2014 году в рамках проекта «Tobacco Control» под эгидой Всемирной организации здравоохранения. Они установили, что три зажженные сигареты за 30 минут горения в закрытом гараже объемом 60 куб. м выделяют большую концентрацию вредных веществ, чем работающий там же и в течение того же самого времени дизельный двигатель легкового автомобиля класса Евро-6.
Сравнение стандартов Евро-5 и Евро-6 для разных категорий автомобилей (с учетом вида топлива) показывает интересную особенность нового регламента, он оставляет неизменными нормы для бензиновых двигателей. Их пока оставили в покое. Похоже, Евро-5 на сегодняшний день и так выжало из них слишком много. Евро-6 направлен только против вредоносного влияния на здоровье людей и окружающую среду дизельных двигателей, прежде всего против высокого уровня содержания оксидов азота, выбрасываемых в атмосферу при их работе. По мнению экологов, оксиды азота в 10 раз опаснее угарного газа. Вступая в реакцию с углеводородами, они участвуют в образовании высокотоксичных и канцерогенных соединений, способствуют образованию фотохимического смога и выпадению кислотных дождей. Именно поэтому на сей раз больше всех попали под удар тяжелые дизельные двигатели. Количество допустимой концентрации оксидов азота (NOx) им сократили сразу в пять раз — с 2 до 0,4 г/кВт-ч, уровень твердых частиц (PM) уменьшили в два раза — с 0,02 до 0,01 г/кВт-ч, а содержание остаточных углеводородов (HC) снизили в 3,5 раза — с 0,46 до 0,13 г/кВт-ч.
Европейские стандарты выхлопных газов для тяжелых дизельных двигателей, г/кВт-ч (дымность в m−1)
Чтобы не выпасть из конкурентной борьбы, семь европейских производителей грузовых автомобилей и автобусов марок — DAF, Iveco, Mercedes-Benz, MAN, Renault, Volvo, Scania — вложили значительные финансовые средства в подготовку новых серий тягачей и другой техники, соответствующих нормам Евро-6, которые уже успешно эксплуатируются на дорогах EC. Так, известно, что немецкому концерну Daimler AG вывод на рынок четвертого поколения Mercedes-Benz Actros обошелся в миллиард евро, итальянская компания Iveco потратила на свое детище Stralis Hi-Way 300 млн евро, а французская Renault Group в создание автомобилей стандарта Евро-6, в том числе магистрального тягача Renault Trucks серии Т, инвестировала 2 млрд евро.
Закольцевали
Конструкторам пришлось немало потрудиться, чтобы придумать, как можно максимально эффективно нейтрализовать оксиды азота в выхлопных газах. Они разработали сложные схемы рециркуляции выхлопных газов (EGR — Exhaust Gas Recirculation), систему селективной каталитической нейтрализации (SCR — Selective Catalytic Reduction) с впрыском реагента AdBlue (водный раствор мочевины, 32,5%), усовершенствовали сажевые фильтры. Большинство автоконцернов, чтобы справиться с проблемой соответствия нормам Евро-6, используют именно эти технологии, добавляя свои собственные наработки. Новый экологический класс грузовиков Mercedes-Benz Actros IV с двигателями Mercedes-Benz OM 471 серии BlueEfficiency выполняется благодаря системе рециркуляции EGR с фильтром частиц и системе селективной каталитической нейтрализации. SCR предусматривает впрыск в поток отработавших газов строго дозированного количества жидкости AdBlue в присутствии катализатора (пентаоксида ванадия), в результате чего происходит химическая реакция превращения вредных оксидов азота (NOx) в безвредные вещества — азот и воду. Такое инженерное решение помимо соблюдения экологических требований позволяет снизить расход топлива у грузовика версии Евро-6 на 3% по сравнению с предыдущей моделью и потребление реагента AdBlue на 40%.
Дизельный двигатель OM 471 от Mercedes-Benz
Четвертое поколение грузовиков Volvo FH соблюдает нормы Евро-6 также при помощи технологий EGR и SCR. А вот компания Iveco поступила оригинальнее. В своих новых тягачах Stralis Hi-Way с двигателями Cursor ей удалось достичь норм Евро-6 за счет применения уникальной системы Hi-eSCR (High Efficiency SCR), запатентованной компанией FPT Industrial (подразделением FIAT), без использования системы рециркуляции отработавших газов (EGR), а только при помощи селективной каталитической нейтрализации (SCR) с AdBlue и сажевого фильтра. Как отмечают представители компании Iveco, эффективность HI-eSCR, размещенной вместе с сажевым фильтром в едином корпусе рядом с рамой, превышает 95% по сравнению с 80-85% у лучших конкурентов по уровню NOx в отработанных газах. Кроме того, по сравнению со своим предшественником по модельному ряду Stralis Hi-Way потребляет топлива на 2% меньше. Разработчики уверяют, что их ноу-хау позволит двигателю «переваривать» солярку с высоким содержанием серы, так как двигатели без EGR менее требовательны к качеству топлива. А это очень важно для России, где качество топлива пока оставляет желать лучшего.
Экология требует жертв
Установка на дизельные автомобили класса Евро-6 дополнительного оборудования, его обслуживание и необходимость использования AdBlue увеличивают общую стоимость владения транспортным средством и создают определенные неудобства для водителей. К примеру, для жидкости AdBlue требуется установка отдельной емкости, жидкость замерзает при температуре —11,50С, а еще за ее заправку нужно платить. Расход реагента AdBlue для работы системы SCR у грузовиков Евро-6 составляет в среднем 2-3,5% от расхода топлива, а у легковых автомобилей — от 0,9 л на 1000 км пути.
Европейские стандарты выхлопных газов для легковых автомобилей (категория М*), г/км
Эксперты предполагают, что по этой причине после вступления в силу Евро-6 владельцы легковых дизельных машин в странах ЕС начнут активно отказываться от них в пользу других типов автомобилей, в том числе гибридов и электромобилей, которые в последнее время так широко пропагандируются. К тому же в некоторых странах такое решение стимулируется на государственном уровне неплохими денежными компенсациями. Так, во Франции автовладельцам, решившимся поменять машины с дизельными моторами на электрокары или гибриды, предлагают субсидию в размере 10 тыс. евро, а лондонским водителям за это же сулят 2 тыс. фунтов.
К тем же, кто будет противиться, применят санкции. Недавно во Франции на законодательном уровне дизельные двигатели, даже соответствующие нормам Евро-6, уже исключили из «категории 1», к которой относятся самые экологически чистые моторы. Далее французские власти планируют повышение пошлин на дизтопливо, отмену местных налоговых и парковочных льгот, запрет на въезд в определенные городские зоны. В Лондоне заявили о намерении штрафовать на 20 фунтов водителей дизельных автомобилей за стоянку в городе с работающим двигателем. К 2020 году за въезд в центр британской столицы со всех дизелей предполагается взимать плату в размере 10 фунтов.
Сложилась парадоксальная ситуация. Еще пару десятков лет назад покупка дизельных автомобилей позиционировалась в Европе как экологически правильный выбор и даже поощрялась в некоторых странах налоговыми преференциями. В результате государственной политики доля таких транспортных средств сейчас в автопарке Франции достигает 80%, Испании — 70%, в Великобритании превышает 50%. Средний показатель в ЕС равен 55%. Теперь же дизели демонизируются, превращаясь в объект для порицания, на который ведется наступление по всем фронтам. Выдержат ли легковые дизельные автомобили давление общественного экологического мнения, покажет время. Не опасаются специалисты пока только за судьбу крупнотоннажных грузовиков, магистральных тягачей и тяжелой спецтехники. По их оценкам, этот сегмент рынка не претерпит больших изменений, потому что таким автомобилям на ближайшие годы просто нет альтернативы.
Европейские стандарты выхлопных газов для легких коммерческих автомобилей ≤1305 кг (категория N1-I), г/км
Догоним Европу?
О том, когда Россия примет Евро-6, сказать пока трудно. Нам бы для начала разобраться с Евро-5. Номинально он введен в нашей стране с 1 января 2014 года, но фактически переход для грузовых автомобилей и автобусов на этот стандарт произошел только 1 января 2015 года с момента официального вступления в силу техрегламента Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств». Хотя до конца 2015-го разрешается изготовление автомобилей класса Евро-4, сертифицированных и одобренных до конца 2013 года, при условии их оборудования бортовой системой диагностики двигателя. А вот с 1 января 2016 года нормы Евро-5 станут уже без исключения обязательными на территории нашей страны для всей новой автотехники отечественного и импортного производства.
Да и внедрение Евро-5 проходит не совсем гладко. Согласно этому техрегламенту коммерческий транспорт должен оснащаться анализаторами топлива, задача которых ограничивать крутящий момент двигателя. При использовании топлива низкого качества прибор автоматически снижает обороты мотора, что может привести к его полной остановке и спровоцировать серьезные ДТП. Поэтому многим россиянам автомобили стандарта Евро-5 пока не принесут ничего, кроме головной боли. Ведь качество топлива у нас зачастую оставляет желать лучшего. Для справки, в 2008 году в рейтинге из ста стран, составленном Международным центром качества топлива (IFQC, Хьюстон, США), Россия показала наихудшие результаты в Европе по качеству солярки и бензина. Вообще же в мире наша страна заняла только 44-е место по дизтопливу и 84-е — по бензину.
Европейские стандарты выхлопных газов для легких коммерческих автомобилей 1305—1760 кг (категория N1-II), г/км
Несмотря на технологическое отставание, российские автопроизводители по мере финансовых возможностей ведут подготовительную работу к будущему переходу на Евро-6. К примеру, «Группа ГАЗ» еще в сентябре 2010 года продемонстрировала в Москве образец низкопольного автобуса ЛИАЗ-5292 с газовым мотором от MAN и «автоматом» ZF Ecolife, соответствующего экостандарту ЕЕV (Евро-6). А в июне 2012-го газовцы в партнерстве с бельгийской Bosal запустили в Нижнем Новгороде завод по производству систем выпуска отработавших газов, отвечающих нормам Евро-3 и Евро-4, которые в случае необходимости можно довести до стандартов Евро-5 и Евро-6. Причем местная продукция используется не только для автомобилей ГАЗ, но и для собираемых на нижегородском предприятии Volkswagen Jetta, Skoda Octavia и Skoda Yeti.
Инженеры ярославского «Автодизеля» в сотрудничестве с австрийской AVL List создали новое семейство дизельных моторов ЯМЗ-530 класса Евро-4 с возможностью их доработки до Евро-5 и Евро-6. Изготовление рядных четырех- и шестицилиндровых моторов было поставлено на поток в 2013 году. Линейка двигателей, предназначенных для автомобилей заводов «Группы ГАЗ», состоит из 27 модификаций и свыше 200 комплектаций мощностью от 120 до 320 л.с.
Европейские стандарты выхлопных газов для легких коммерческих автомобилей >1760 кг max 3500 кг (категория N1-III & N2), г/км
А вот КАМАЗ совместно со швейцарской Liebherr-International AG пока лишь разрабатывает следующее поколение рядных дизелей и газовых двигателей. Новое семейство шестицилиндровых моторов КАМАЗ-910.10 рабочим объемом 11,95 л и мощностью 380-550 л.с. при 1900 об/мин будет выполнять нормы Евро-5 и обладать техническим потенциалом, позволяющим в перспективе выйти на уровень стандарта Евро-6. Выпуск первых партий двигателей запланирован на второе полугодие 2017 года. Важно, что предполагается практически 100%-ная локализация их производства в России.
Осенью 2015 года АВТОВАЗ приступит к поставкам в ЕС автомобилей марки Lada, доработанных под соответствие стандартам Евро-6. Первыми оценить качество российских машин смогут жители Венгрии и Чехии. Далее планируется освоение рынков Германии, Италии и Великобритании.
КАМАЗ-910.10
Отечественные автопроизводители заявляют о своей готовности в случае необходимости ускорить переход на Евро-6, но отмечают, что без повышения качества топлива в этом нет никакого смысла. Нефтяники же признаются, что не успели своевременно реконструировать свои перерабатывающие предприятия и винят во всем кризис, вызванный падением цен на нефть. По их мнению, до завершения кризиса модернизация просто разорительна. А пока официально на территории нашей страны разрешены производство и продажа автомобильного бензина и солярки классов не ниже Евро-4 и Евро-5. При этом, согласно топливному техрегламенту (постановление Правительства РФ от 27.02.2008 № 118, оборот топлива класса Евро-4 допускается только до 31 декабря 2015 года. По мнению, экспертов из-за этого и по причине технологической отсталости нефтезаводов в следующем году в России может возникнуть дефицит горючего. Поэтому Министерство энергетики РФ предполагает попросить у правительства отсрочки на два года на запрет топлива стандарта Евро-4. Вице-премьер РФ Аркадий Дворкович на совещании в Новороссийске в августе нынешнего года сообщил, что в случае такого обращения от Минэнерго правительство существенно повысит акцизы на топливо Евро-4 по сравнению с акцизами на Евро-5, чтобы вынудить нефтяные компании серьезно заняться переоснащением своих перерабатывающих мощностей. Так что, до перехода на стандарты Евро-6 по качеству горючего нам тоже еще очень далеко.
Свежие новости:
Как эволюционировали глушители автомобилей — журнал За рулем
Глушитель или выхлопная труба — неполные и не совсем верные разговорные названия системы выпуска отработавших газов. Ошибочно считать, что она проделала огромный эволюционный путь за сто с лишним лет своего существования. Ведь основная часть этого пути пришлась на последние двадцать лет. Почему так получилось?
В конце девятнадцатого века от глушителя требовалось только одно — снизить шум, который неизбежно возникает при воспламенении горючей смеси в цилиндрах двигателя. Ну и по возможности отвести в сторонку едкий дым, досаждавший водителю и пассажирам. Самые первые автомобили даже этого делать не умели: движутся — и на том спасибо.
Однако треском выхлопа они беспокоили пеших граждан и пугали лошадей. Поэтому проблему шума инженеры решили без промедления — в отличие от проблемы дыма. Города тогда жили, в основном, углем. Копоть и смрад малочисленных автомобилей мало кого волновали, ибо были слишком ничтожным «вкладом в экологию» на фоне фабричных труб и конского навоза.
На заре эпохи
Считается, что впервые некое подобие глушителя появилось в 1894 году на самодвижущейся тележке Panhard et Levassor. Эффект «акустического фильтра» был настолько ощутим, что его быстро взяли на вооружение все изготовители автомобилей.
Правда, первые несовершенные глушители отбирали изрядную часть мощности у слабосильных моторов. Дабы сохранить хоть какую-то динамику, конструкторы предусмотрели клапан, позволявший выпускать выхлоп напрямую. По рекомендациям властей того времени, в пределах населенного пункта клапан следовало закрывать. А при выезде — «Козлевич открыл глушитель, и машина выпустила шлейф синего дыма, от которого зачихали бежавшие за автомобилем собаки».
По мере роста мощности моторов клапан стал лишним, и в 1930-х годах выпускная система обрела форму, которая по существу не менялась полвека.
Схема среднестатистической системы выпуска отработавших газов бензинового автомобиля. Не менялась десятилетиями — за исключением внедрения нейтрализатора.Схема среднестатистической системы выпуска отработавших газов бензинового автомобиля. Не менялась десятилетиями — за исключением внедрения нейтрализатора.
Варьировались некоторые решения, применялись различные новые сплавы и материалы, но в целом это был все тот же набор металлических труб и «банок». У самых разных автомобилей — дешевых и дорогих, малолитражек и спорткаров — принципиальная конструкция системы выпуска была примерно одинаковая. И многим из нас она хорошо знакома, ибо применялась на Москвичах, Жигулях и Волгах.
Вчера
Выпускной коллектор (приемные трубы, «штаны») собирает выхлоп из всех цилиндров и отправляет в резонатор (пламегаситель), осуществляющий первичную борьбу со звуковыми волнами, «встречая» прямые волны с отраженными. После резонатора следует глушитель — металлическая банка, которая окончательно добивает шум до нужного уровня и попутно корректирует до требуемого тембра. На выходе — выхлопная труба. Та самая, которую при желании можно снабдить хромированной насадкой.
Резонаторов может быть несколько. Волгу ГАЗ-3110, например, оснащали двумя — основным и дополнительным, а глушитель располагался между ними. На многих моделях также применяют металлокомпенсатор («гофру») — короткую гибкую втулку, гасящую вибрации мотора.
Пример лабиринтного реактивного глушителя: звуковые волны рассеиваются в нагромождении труб и перегородок.Пример лабиринтного реактивного глушителя: звуковые волны рассеиваются в нагромождении труб и перегородок.
В ходе инженерного поиска сложилась четкая классификация глушителей. По конструкции — лабиринтные и прямоточные. По используемому принципу шумоподавления — реактивные (основную роль в снижении шума играет интерференция) и диссипативные (шум поглощает стекловолокно или иные специальные материалы, заполняющие полости «банки»). Глушители, где задействованы оба принципа, называют комбинированными. На большинстве машин стоят реактивные лабиринтные, так проще и дешевле.
Прямоточные, как вы догадываетесь, используют в гоночном мире, где даже частичная потеря мощности крайне нежелательна, да и сам шум нужен для хорошего шоу.
Впрочем, и во многих гонках есть жесткие ограничения по уровню шума — слишком громкий автомобиль не допустят к старту. Что касается серийных легковых машин, то для них в России действует ГОСТ Р 52231–2004 «Внешний шум автомобилей в эксплуатации. Допустимые уровни и методы измерения». Он предусматривает верхнюю границу в 96 дБА.
Сегодня
Глушитель — излюбленное место приложения сил мастеров тюнинга, особенно в отношении моделей со спортивным характером.Глушитель — излюбленное место приложения сил мастеров тюнинга, особенно в отношении моделей со сп
Нормы 2011–2016 гг.Экологические нормы Eврoсоюза, США и Японии очень близки и в значительной степени гармонизированы по уровням токсичных составляющих и по срокам вступления в действие, но все же различия есть, например, в методиках измерения дымности на режимах разгона двигателя. Нормы Euro 6 еще окончательно не составлены и не утверждены, но уже можно сказать, что ужесточение требований будет значительным. Следует отметить, что для измерения токсичности отработавших газов (ОГ) при сертификации на Euro 6 вводятся новые циклы (методики) испытаний: вместо ETC (European Transient Cycle), вероятно, будет введен новый цикл WHTC (World Harmonized Transient Cycle). При испытаниях по этому циклу обороты и нагрузки двигателей будут, в общем, меньше, поэтому и температуры ОГ будут ниже. Однако при снижении температуры ОГ уменьшается количество аммиака, образующегося из раствора мочевины, и каталитический нейтрализатор теряет часть своей эффективности. Вследствие этого ограничивается и разложение NO x. Вдобавок цикл WHTC включает в себя «холодный» режим работы в первой части цикла, при котором NOx нейтрализуется еще меньше. В результате уровень NOx в ОГ увеличивается, поскольку вторая, «горячая» часть цикла не может компенсировать этого увеличения токсичных составляющих. Требования экологических стандартов для внедорожной техники Stage IV, EEV и Tier 4 подобны нормам для магистральных автомобилей Euro 5/6 и US’7, US’10, только сроки вступления в действие первых запаздывают примерно на три года относительно вторых. Ограничения по уровню содержания NOx в ОГ и сажи в «магистральных» и «внедорожных» стандартах не сильно различаются (см. табл. 1, 2 и 3). По новой методике испытаний двигателей на неустановившихся режимах NRTC (ее будут применять параллельно со старым циклом NRSC, состоящим из восьми контрольных режимов, ISO 8178) внедорожные машины должны испытываться дважды – с холодным и горячим пуском. Суммарные выбросы подсчитывают так: 10% берется из собранных при испытаниях с холодным пуском и 90% – из испытаний с горячим пуском.
Нормы Tier 4 не требуют использования закрытой вентиляции картера у двигателей внедорожных машин, однако при сертификации токсичность картерных газов у двигателей с открытым картером измеряется и прибавляется к выбросам ОГ. Цикл по измерению выбросов двигателей внедорожных машин состоит из тех же постоянных режимов, что предусмотрены для европейских норм Stage IV и описаны в стандарте ISO 8178. Кроме того, нормы Tier 4 предусматривают также испытания внедорожных машин по NRTC – циклу неустановившихся режимов. Цикл NRTC предусматривает испытания с холодным пуском. Суммарные выбросы подсчитывают так: 5% берется из собранных при испытаниях с холодным пуском и 95% – из испытаний с горячим пуском. Сроки введения испытаний по NRTC представлены в табл. 4.
Нормы Tier 4 предусматривают также оценку по предельно допустимым нормам (NTE), выбросы по которым измеряют, не применяя какую-либо особую методику. Для двигателей большинства категорий по нормам NTE допускается превышать уровень содержания каждой токсичной составляющей ОГ в 1,25 раза относительно указанного в стандарте. Двигатели должны соответствовать требованиям норм NTE и при сертификации, и в период всего срока эксплуатации. Цель, с которой вводят эти нормы, понятна – двигатели должны иметь низкую токсичность не только во время испытаний по контрольному циклу, но и в реальной эксплуатации.
Требования к топливуВ комплексе требований новых стандартов токсичности важное место занимают требования к составу дизельного топлива ULSD (Ultra-Low Sulfur Diesel – дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы). При более высоком содержании серы в топливе нейтрализация ОГ будет менее эффективной, и в результате токсичность ОГ может оказаться выше, чем требуют новые нормы, из-за повышенного содержания сульфатов и диоксида серы SO2. Для сертификации по Tier 4 с 2011 г. должно использоваться дизельное топливо ULSD с содержанием серы 7…15 ppm. Переход с содержания серы 2000 ppm на 7…15 ppm производится поэтапно в период с 2006-го по 2010 г. В Евросоюзе уровень содержания серы в дизтопливе должен уменьшиться с 500 ppm сначала до 15 ppm, а затем до 5 ppm и практически до 0 ppm. Нормы ULSD Евросоюз будет вводить с 2009 г. – перед вступлением в действие норм Stage IIIB. В Японии ULSD уже приняты для топлива внедорожных машин. Следует отметить, что в результате обработки, снижающей содержание серы, может уменьшиться устойчивость топлива к окислению, поэтому, несомненно, понадобится вводить в него противоокислительные присадки. Российский регламент по топливуНапомним, что 27 февраля 2008 г. был утвержден (постановлением Правительства РФ № 118 с изменениями, утвержденными от 30 декабря 2008 г. постановлением № 1076) и, следовательно, с 27 августа 2008 г. в России вступил в силу технический регламент, согласно которому устанавливается содержание серы в дизтопливе от 10 до 500 ppm в зависимости от класса. Однако примерно в течение трех лет (для топлива разных классов даты различаются, 2011–2014 годы, а для топлива класса 5 срок не ограничивается) допускается выпуск в оборот дизельного топлива, содержащего 2000 ppm серы. То есть пользоваться низкосортным дизтопливом, от которого отказались все развитые страны, россиянам предстоит немало лет. Тем не менее в стране еще долго будет эксплуатироваться множество машин с дизельными двигателями Euro 2/ Stage II и ниже, для которых устаревшие марки дизтоплива подходят лучше (в частности, по цетановому числу), что тоже нельзя сбрасывать со счетов. Да и стоимость низкосортного топлива должна быть ниже (хотя за ценообразование в России поручиться нельзя). | |||||||
