ЧИСТЫЙ ВЫХЛОП

После борьбы за чистоту водных ресурсов Европа взялась за воздух. Сегодня автомобильный транспорт занимает одно из первых мест среди наибольших загрязнителей атмосферы (более 60%). Отработавшие газы содержат более 200 видов химических соединений. Чтобы оградить планету от нарастающей угрозы глобального загрязнения, мировым сообществом был предпринят ряд мер по борьбе за чистоту выхлопа. В частности, в Европе начали вводить нормы Евро, регламентирующие токсичность выбросов автотранспорта. Помня, что спасение экологии — процесс долгий и дорогостоящий, европейские чиновники еще в 1988 г. приняли экологический стандарт Евро-0, определяющий предельное содержание некоторых веществ в выхлопных газах автомобилей. Через 26 лет с той даты Европа переходит на стандарт Евро-6.

Как менялись за это время двигатели и их системы — рассказ долгий. Но, на мой взгляд, прорывных технологий в двигателестроении мы не увидели, а достижение экологических норм происходило за счет модернизации, улучшения и «углубления» уже имеющегося. В конечном итоге это вылилось не только в инфляционное существенное подорожание техники, но и в увеличение стоимости владения автомобилем. Раскошелиться, в итоге, пришлось каждому жителю Европы и не только. Переживать по этому поводу не стоит, потому что все, и экология в том числе, имеет цену.

Свою цену имеет и новый двигатель, который создали инженеры DAF. В марте текущего года журналисты были приглашены на презентацию нового мотора в Эйндховен. Его показу предшествовала лекция специалиста по двигателестроению, доктора Франца Мозера из технического университета Вены, который рассказал «куда, зачем и почем». Смысл выступления свелся к тому, что экологическое требование для двигателей будет ужесточаться, но не такими темпами, потому что ничего принципиально нового в двигателестроении ждать не приходится. Скорее всего, ужесточатся требования к моторам по содержанию в выхлопных газах СО2 и сажевых частиц. Окислы азота пока решили оставить в покое, но нашли новую цель к придиркам — аммиак (NH3). Обещают до 2020 г. определиться с новыми концентрациями вышеупомянутых соединений.

А чем воевать будем? Да все тем же! Улучшать блок и головку блока: делать их легче и технологичнее. Больше 4-х клапанов на цилиндр пока ждать не стоит — нет необходимости. Поэкспериментируем с распредвалами. В обязательном порядке будет использоваться интегрированный моторный тормоз (Scania с раздельной головкой блока — ау!). Рабочее давление в цилиндрах будет 180-250 бар, а давление впрыска топлива в цилиндры — 1800-2500 бар с помощью многоточечных распылителей. Причем, благодаря электронике? подача топлива будет происходить многократными импульсами, продолжительность и цикличность которых меняется в зависимости от режимов работы и настройки компьютерной программы. Без турбины с изменяемой геометрией современный дизельный двигатель для грузовиков уже никто не представляет. В обязательном порядке — системы рециркуляции выхлопных газов EGR, каталитической нейтрализации SCR и сажевый фильтр DPF.

Вот в этих трех соснах и предстоит блуждать инженерам неопределенное время. Проблема состоит в том, и я уже неоднократно писал об этом на страницах журнала, что уменьшение одного параметра, сажевых частиц, за счет повышения температуры вызывает увеличение окислов азота и наоборот. К тому же EGR требует топлива без S (серы), а SCR — определенной рабочей температуры катализаторов, расположенных в глушителе. Поэтому современная машина имеет десятки датчиков, отслеживающих многие параметры.

На самом деле КПД (коэффициент полезного действия) дизельного двигателя современного автомобиля равен примерно 45%. Примерно 20% теряется в виде нагретых выхлопных газов, 16% — на тепловое рассеивание блоком двигателя, 10% — на охлаждение системы EGR, 9% — на интеркулер. В принципе, если здесь покопаться и хорошо подумать, то можно часть энергии, терявшуюся в виде тепла (проще всего — выхлопные газы и охлаждение EGR), преобразовать в механическую с помощью цикла Ренкина — термодинамического преобразования тепла в работу с помощью водяного пара. Но и это даст только 6% прироста эффективности. Так что в обозримом будущем вряд ли автомобили начнут возить с собой миниатюрную теплостанцию.

А для того, чтобы журналисты совсем не впали в депрессию от услышанного, им показали то, что, судя по задумкам голландцев, поможет Европе и Америке (DAF принадлежит американской группе PACCAR) увидеть надежду в гонке за Евро-6 — это совершенно новый двигатель. Новорожденного нарекли МХ-11, а ради его появления из семьи дафовских двигателей изгнали 9-литрового собрата. Чем он провинился — нам не сказали, но теперь родственными узами связаны 5-, 7-, 11- и 13-литровые моторы.

Этот 11-литровый двигатель с рождения отвечает стандартам Евро-6 (с намеком на быструю доводку до новых?) и встанет на конвейер только в конце лета 2013 г. Пять версий мощности, от 290 до 440 л.с., не оставляют сомнений в том, что ставить мотор будут в основном на машины серии СF. Магистральные грузовики XF используют 13-литровые двигатели, которые тяжелее новичка на 180 кг и имеют большую мощность и потребление топлива на 3% выше.

Блок нового мотора изготовлен из высокопрочного чугуна с графитом и имеет ребра жесткости. В сам блок уже интегрированы топливные каналы и два топливных насоса, которые создают давление в топливной рампе системы Common Rail. Впрыск топлива в цилиндры происходит при давлении 2500 бар.

Распредвал теперь верхний, что способствует увеличению жесткости головки из-за отсутствия каналов для толкателей клапанов, которых 4 на каждый цилиндр. Это в свою очередь позволило повысить давление в цилиндрах. Но самое главное, что валов теперь два и они полые, так как высокие нагрузки на них сняты встроенным в корпус блока топливным насосом. Кроме всего, такая конструкция распределительных валов позволяет максимально эффективно использовать моторный тормоз, 70% мощности которого реализуется при оборотах двигателя до 1500 об/мин.

Турбонагнетатель с промежуточным охлаждением и изменяемой геометрией обеспечивает двигателю высокий крутящий момент уже с 900 об/мин. Само собой, что для достижения Евро-6 на моторе стоит система EGR, а в выхлопной — SCR. Голландцы дают гарантию, что такую экологическую норму двигатель обеспечит как минимум при пробеге 700 тыс. км. При этом интервал очистки сажевого фильтра в глушителе ограничен 500 тыс. км. Сервисный интервал мотора увеличен до 125 тыс. км, но это при тепличных условиях.

Из новинок, внедренных голландцами в новый двигатель, следует выделить: двухступенчатый водяной насос с электромагнитной муфтой, что позволяет избежать паразитных потерь; отключающийся при достижении рабочего давления воздушный компрессор; установленные единым блоком генератор и насос системы кондиционирования; топливный модуль со встроенной системой обогрева и автоматическим влагоотделителем на двигателе; масляный блок с фильтром и охладителем; новую герметизированную изоляцию жгутов проводки.

Тем не менее, для стран третьего мира, где экологические требования к машинам не такие жесткие, в производстве остаются двигатели стандартов Евро-3, -4 и -5. Для России тоже.