По-моему, уже мало кто, связанный с грузовыми автомобилями и перевозками, не слышал о страшилках по поводу скорого вступления в силу в Европе экологических нормативов Euro-4 и Euro-5. Если первые нормативы начали действовать относительно тихо, то о грядущих переменах уже написано и сказано столько, что можно было бы оформить целую книгу о том, как это происходило и происходит.

Дело в том, что стандарты Euro-0, -1, -2 и -3 достигались за счет сравнительно простых конструктивных изменений в двигателе, primarily в системе подачи топлива, в системе управления ею и в газораспределении. Так появились насос-форсунки, индивидуальные топливные насосы высокого давления для каждого цилиндра, топливные рампы (Common Rail). Давление впрыска подняли до 2000 бар, внедрили многоточечные распылители и несколько фаз впрыска. Эти меры позволили производителям относительно легко выпускать новые модели, а перевозчикам — пересаживаться на них.

В 2006 году Европа ввела стандарт Euro-4. И тут тоже спорить не о чем: снижение окислов азота и сажи достигается за счет рециркуляции отработавших газов (EGR) и установки сажевых фильтров.

Эти системы уже давно и успешно работают на легковых и грузовых автомобилях, и претензий к ним нет — разве что к повышенной стоимости: грузовик с системой EGR дороже на 5–6 тысяч евро.

Идея системы в том, что часть выхлопных газов возвращается обратно в цилиндры для «дожигания», то есть окисления оксидов азота NOx до инертного N2O3. Проблема в том, что эта реакция не терпит высоких температур — чем выше температура, тем ниже выход инертного оксида. Выхлопные газы, которые возвращаются в цилиндры, уже нагреты, поэтому их необходимо охладить в теплообменнике.

В двигателях с турбонаддувом воздух в цилиндры поступает под давлением, превышающим давление выхлопных газов, что требует специальных устройств — сопел Вентури, чтобы «загнать» газы во впускной коллектор. В двигателях с турбокомпрессором дополнительная турбина, использующая энергию выхлопных газов, создает необходимое давление для этого.

Моторы с EGR более нагружены тепловыми нагрузками, что повышает требования к системе охлаждения. Особенно критично это при больших нагрузках: на холостом ходу — около 5%, при движении по магистрали — около 15%, а в тяжелых условиях — до 30% возвращаемых газов.

Еще одна особенность — повышенный расход топлива. Хотя производители этого не признают, физика процесса говорит об обратном: разбавленный продуктами сгорания воздух вызывает кислородное голодание и «аритмию» сгорания топлива. Поэтому приходится корректировать режимы впрыска топлива, зачастую прибегая к более позднему впрыску — что увеличивает расход примерно на 3%.

Нельзя сказать, что Euro-5 подкрались незаметно (планируется в 2009 г.), но производителей техники эти экологические нормы развели по разные стороны баррикад. Все уперлось в дальнейшее снижение содержания оксидов азота. С системой EGR таких значений достичь трудно. Несколько лет назад, когда принимались сроки введения экологических нормативов и производители ломали голову, по какому пути идти, создатели EGR искали пути достижения Euro-5, но это оказалось настолько трудно, что из «большой семерки» только MAN и Scania «не сломались» и продолжили делать ставку на рециркуляцию выхлопных газов. Остальная «великолепная пятерка» не стала «париться». Палочкой-вырyчалочкой оказалось вещество, сфера применения которого до сих пор ограничивалась сельским хозяйством и изготовлением лекарственных и косметических препаратов. Мочевина или карбамид - называйте его как комy нравится. Они проголосовала за технологию, при которой снижение количества оксидов азота достигается каталитической реакцией с применением 31,8%-33,3%-процентного раствора мочевины. С инженерной точки зрения – решение менее красивое. А забегая вперед, скажу, что и вообще некрасивое, так как по всей Европе придется создавать инфраструктуру по производству, транспортировке и заправке мочевины. Но решение приняли, руководствуясь, скорее всего, сиюминутными, а может, и не очень экономическими и техническими преимуществами. Кто-то на этом заработает приличные «бабки», а кто-то, и это будет большинство, их потеряет. Чтобы как-то сгладить это решение, «пятерка» назвала мочевину – AdBlue, технологию снижения токсичности выхлопа – SCR (Selective Catalytic Reduction) и радостно сообщила, что к Euro-4, -5 уже готова. Чтобы не влиять на долговечность каталитического нейтрализатора, обезвреживающего СО и yглеводороды, AdBlue максимально очищен от металлосодержащих примесей.

   Что же такое SCR? На раму машины вешается дополнительный бак, чаще пластиковый, в зависимости от класса автомобиля объемом от 40 до 150 л, устанавливают насос, подающий раствор, а в глушитель вставляют катализатор. Раствор мочевины подается в глушитель, где он смешивается с выхлопом, а дальше водно-воздушная смесь поступает на катализатор, где оксид азота восстанавливается до просто азота, а на выходе кроме него получаем воду, немножко СО, сажи, часть которой не уловил сажевый фильтр, и понемногу остальную таблицу Менделеева: 6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O

Для достижения норм Euro-4 на 100 л топлива надо потратить 3–5 л мочевины, а чтобы ваш двигатель «пах» на Euro-5, потребуется примерно 5–7 л того же самого. Вроде бы все просто, но…

1. Мочевина замерзает при -11^оС, поэтому при эксплуатации в условиях низких температур необходим подогрев как самого бака, так и подающих трубок. Кстати, замерзнув в баке, мочевина может его запросто разорвать, поэтому заполняется он только на 80%. Один из производителей двигателей сказал, что существует закон, по которому при температуре ниже -5^оС можно не использовать мочевину и он (производитель) собирается устанавливать на свои машины систему, автоматически отключающую подачу раствора. Для Европы, где зимой отрицательные температуры редкость, это нормально. А как же в тех районах, где -20^оС и ниже держится всю зиму? Летом не травим воздух, зимой можно? Но, тем не менее, подогрев разработали все.

2. «Я не хочу тратить деньги на мочевину». Европа законодательно собирается ввести на грузовиках регистрирующие устройства, показывающие использование машиной мочевины. Инспектора также будут проверять, только не понятно что – мочевину в баке, искать пережатые трубки или отключенные насосы. В будущем планируется сделать так, чтобы в отсутствие мочевины в баке при запуске двигателя он терял около 50% мощности – аналог американской «защиты от дураков», а эта система тоже стоит денег. Если раствор закончился на ходу, то двигатель выдает всю мощность, но при повторном запуске – плетись в хвосте или заливай AdBlue. Вот где раздолье нашим и не нашим Кулибиным.

3. Если уж водители иногда путают дизельные и бензиновые колонки, то милое дело залить в бак с топливом мочевину, а в мочевину «солярку». Чтобы этого не происходило, горловина бака для мочевины сделана значительно уже, чем диаметр топливного заправочного пистолета – не вставишь. Но зато заправочный пистолет для мочевины со свистом входит в горловину топливного бака. Но мы же не первый год замужем, поэтому конструкторы сделали так, что сколько ни нажимай на рычаг, мочевина не польется. В пистолете, как говорят, стоит магнитный клапан, срабатывающий только в нужном месте, а это – горловина бака для мочевины, этакий разъем мама-папа. Все бы ничего, если бы не слишком много «но».

Почему так спешат с Euro-5?

Германия ввела плату за пользование автобанами, что стимулирует переход на экологичные машины. В результате большинство производителей уже начали выпускать автомобили с системами SCR. MAN и Scania продолжают развивать системы без мочевины — на базе EGR, однако такие двигатели сталкиваются с тепловыми ограничениями.

Взгляд в будущее

Если рассматривать альтернативные источники энергии — газ, водород, электромобили — можно полностью избавиться от проблем с выхлопами. Надеюсь, рано или поздно производители сосредоточатся на разработке новых, более экологичных технологий.

Пока что серийное производство автомобилей с системой SCR уже налажено. В первую очередь это касается грузовой техники от DAF, Iveco, Mercedes-Benz, Renault и Volvo. Легковые автомобили используют системы типа Bluetec, которые также основаны на технологии впрыска мочевины, однако внедрение затруднено отсутствием заправочной инфраструктуры.