В октябре ушедшего года на сайте, а чуть позже в журнале «КТТ» № 6/2022 мы опубликовали статью «Нет нормативам Euro-7», посвященную особенностям нового экологического стандарта, внедрение которого для новых типов автомобилей планируется с 31.12.2025, а для всех выпускаемых − годом позже. Реакция на требование единых (!) норм вредных выбросов для бензиновых, дизельных и газовых ДВС в той же Германии была, мягкого говоря, далека от поддержки. Сегодня дополню. В конце прошлого года Агентство по охране окружающей среды США (EPA) тоже заявило о подготовке новых экологических стандартов для ДВС крупнотоннажных грузовиков. Речь идет о снижении вредных выбросов к 2030 году примерно на 90%. И как «вишенка на торте»: сохранение параметров вредных выбросов должно быть обеспечено производителем (!) на пробегах техники до 800 тысяч миль (1,29 млн км) или на срок до 12 лет. Сейчас стандартная гарантия − 100 тыс. миль (150 − для некоторых категорий ТС) или максимум пять лет.

Небольшая цитата из «КТТ» № 6/2022 (приводится в сокращении): «По словам президента Ассоциации немецкой автомобильной промышленности Хильдегард Мюллер, запланированные допустимые значения <вредных выбросов> можно сравнить с требованием иметь одинаковое число сердечных сокращений, как во время сна, так и во время занятий спортом...»

Компания «Mobil» (из релиза): «Комиссия ЕС проводит политику запрета на двигатели внутреннего сгорания через черный ход».

И еще: «Доктор Михаэль Хаберланд, президент Automobilclub Mobil in Deutschland, называл <перспективный стандарт> не иначе как «конец двигателя внутреннего сгорания».

В качестве напоминания мы повторно публикуем таблицу предполагаемых параметров нового стандарта. Подчеркну: это лишь одно из предварительных предложений от АСЕА (Ассоциации европейских автопроизводителей). А ниже мы будем рассматривать возможные решения только для HCV − крупнотоннажных грузовых автомобилей.

Первый. Можно ли достичь таких цифр?
С одной стороны − да. И, по разным оценкам, включая предложения ЕРА, здесь могут помочь различные решения. Например, это изменяемые фазы газораспределения, отключаемые цилиндры и иные варианты непосредственно на дизеле. Ожидаются и усовершенствованные системы нейтрализации отработавших газов, включающие катализаторы с обратной связью (Сlose-coupled catalysts). Мы публикуем примерную схему возможного варианта – см. «Мимоездом».

Второй. Надеюсь, вы прониклись предложением, что параметры стандарта должны быть обеспечены производителем на пробегах техники до 1,29 млн км или на срок до 12 лет. Но как же это сделать? Как обеспечить сохранение уровней вредных выбросов после выхода техники из гарантии? Ведь её владелец может отказаться от услуг официальных сервисных партнеров производителя. И что будет при неквалифицированном обслуживании, например, с системой нейтрализации?

Третий. Кто будет контролировать состояние техники после выхода её из гарантии? Разумеется, теоретически можно поручить контроль некой независимой структуре, проводящей техосмотр (немецкий TÜF или некие частные компании, как в России). Но, во-первых, вообще-то не к ночи упомянутый ЕРА предусматривает ответственность производителя техники (а не владельца). Во-вторых, кто оплатит структурам или фирмам, проводящим техосмотр, приобретение, установку и использование необходимого оборудования (во всех случаях − персонал). В-третьих, каждый раз при техосмотре придется провести (не шучу!) три цикла испытаний: WHTC − на переходных режимах при «горячем» и «холодном» запуске двигателя (2х1800 сек − 60 мин) и WHSC − на установившихся режимах при «горячем» запуске (1895 сек − 32 мин).

Немного из «Букваря» (глава «Климатические испытания», раздел «Запуск двигателя»). Извлечения из методики:

Пункт (1). Под «холодным запуском» практика любых испытаний ДВС в лабораторных и реальных условиях подразумевает ситуацию, когда температура двигателя (и всех рабочих жидкостей) равна температуре окружающей среды.

Пункт (2). Если не оговорены иные условия, то в общем случае существует запрет на использование предпусковых подогревателей и ограничение числа возможных включений стартера.
Последнее поясню. Каждая неудачная попытка все-таки улучшает прокачиваемость масла в системе, за счет чего уменьшаются потери на трение в момент запуска (и двигатель условно можно считать прогретым − не шучу).

И конечно (!) экология. Ведь несгоревшее топливо и моторное масло скапливаются в камере сгорания цилиндра и в выпускном тракте, не правда ли? А какой бывает дым из выхлопной трубы в первый момент работы дизеля после неоднократных попыток его запуска, думаю, здесь рассказывать не надо. Проблема в том, что цикл WHTC учитывает (= суммирует) все выбросы, а значит...

В свое время автор, инженер-двигателист по образованию, занимался климатическими испытаниями, и −40 °С у нас было в программе. Правда, была еще аэроклиматическая камера с беговыми барабанами, и даже там, с использованием вентиляторов для обдува автомобиля (= ускорения охлаждения), его предварительное промораживание перед очередными испытаниями занимало от 8 до 12 часов... Более того, квалифицированная практика климатических испытаний (а они в данном случае, видимо, подразумеваются) требует проводить их во всем температурном диапазоне возможной эксплуатации, причем с шагом не более 10 градусов. И еще одно ограничение: любые ТО или ремонты ДВС, потребность в которых возникла в ходе цикла даже контрольных испытаний (и те были выполнены), автоматически аннулирует все ранее полученные результаты, и цикл начинается с «чистого листа».
Представили такой техосмотр? Я тоже не смог! Впрочем, не будем расстраиваться.

В качестве предисловия. «Серебряная пуля» (Silver Bullet − англ.) иногда упоминается как некое универсальное средство борьбы с ведьмами, вампирами и прочей нечистью.
Однако по мере развития технологий во второй половине ХХ века, включая IT-технологии, эта метафора стала символом технологического прорыва, универсального и эффективного решения.
О нем (вернее, о них) и пойдет речь ниже, причем из всего многообразия мирового автопрома остановимся на решениях Cummins, крупнейшего в мире независимого моторостроителя. Широкая известность американских двигателей и в нашей стране − с 2006-го в Набережных Челнах успешно функционирует СП «Камминз-Кама» (с 08.11.2022 «КАМА ДИЗЕЛЬ» − прим. ред.) − и обусловила мой выбор «спикера».

Общая информация.
Штаб-квартира Cummins Inc. находится в Колумбусе (штат Индиана, США). Компания была основана в 1919 году Клесси Камминзом при поддержке инвестора У.Г. Ирвина.
Сегодня основные производственные мощности находятся в США (восемь площадок), а также в Австралии, Бельгии, Бразилии, Великобритании, Германии, Индии (СП), Канаде, Китае (СП), Республике Корея, Мексике, Нигерии, Румынии и Франции.
В продуктовой программе Cummins Inc. дизельные и газовые двигатели рабочим объемом от 2,8 до 90 л (для автомобильного транспорта − до 15 л включительно, бòльшего объема используются в т.ч. для карьерных самосвалов).
В 2019 году чистая прибыль корпорации составила $2,26 млрд, в 2020-м − $1,79 млрд, в 2021-м − уже $2,13 млрд, что, по всей видимости, говорит о преодолении последствий «коронакризиса».
Видимо, здесь же стоит упомянуть, что, по предварительным данным, в 2022 году только в Китае было выпущено порядка 670 тысяч ДВС Cummins...

Говоря об их перспективах, включая Euro VII, можно сослаться на слова Мелины Кеннеди, вице-президента компании (Melina Kennedy, Vice President − Product Compliance and Regulatory Affairs at Cummins Inc.).
Если из выступления (полный текст доступен на сайте cummins.com) убрать обязательные для такого случая громкие слова, то, пожалуй, наибольший интерес представляет программа «Destination Zero», в рамках реализации которой ежегодные (!) инвестиции только на R&D (= НИОКР − научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) превышают сумму в $1,0 млрд.
Основная цель программы: достижение к 2050 году нулевого уровня выбросов вредных веществ транспортными средствами, оснащенными силовыми агрегатами и компонентами Cummins.

И помочь корпорации в этом должны пресловутые «серебряные пули», а именно...

Пожалуйста, еще раз внимательно посмотрите заставочную иллюстрацию. На ней в центре 15-литровый Cummins X Series с экспозиции на прошлогодней выставке «IAA» в Ганновере. Слева и справа − только головки блока. Подписи под изделиями (слева направо): BIOgas − биогаз, Н₂ − водород и HVO − от Hydrogenated Vegetable Oil − синтетическое биотопливо на основе растительных масел. Само семейство получило название Fuel Agnostic (с англ. − «Не зависит от топлива»).

Здесь важно понять: это не многотопливный двигатель! А единая платформа, в рамках построения которой ДВС одного объема (причем они могут работать как по циклу Дизеля, так и по циклу Отто − с принудительным воспламенением) различаются только организацией рабочих процессов в камере сгорания цилиндров. Что конструктивно подразумевает использование одного блока цилиндров, но различных головок цилиндров! Уверен, что и поршней (хотя скорее формы головок и их конструкционного материала, если поршни составные). Естественно, и ряда систем, прежде всего топливной и системы нейтрализации ОГ.
Смысл решения должен быть понятен: «Zero Emission» и водород − да, Euro VII − да, включая биогаз и биодизель. Но только для тех рынков, где этого требует законодательство: США, ЕС, в перспективе − Китай... Однако если для освоения пустыни Сахары или для якутского зимника (равно как и для очередной «пионерки» в нефтегазе за Полярным кругом, а то и в самой Антарктиде) вам потребуется обычный дизель, причем на любом виде топлива, от солярки до СПГ, − то вот он.

Судя по официальным релизам, единую платформу на первом этапе предполагается внедрить для серий от Х10 до Х15 (от 10 до 15 литров объема включительно). Не следует исключать и расширение её использования, в том числе весьма неожиданное. Так, например, осенью прошлого года Cummins и Daimler Trucks подписали соглашение о разработке дизельного двигателя для среднетоннажных (MCV) грузовиков. Видимо, речь идет о рабочем объеме 4-6 литров.

Резюмируя: несмотря на ожидаемое существенное ужесточение нормативов по вредным выбросам, моторостроители (на примере Cummins Inc.) не отказываются от производства ДВС. Более того, в перспективе возрастает роль их дочерних и совместных предприятий в различных регионах мира с учетом именно местных экологических требований и условий эксплуатации. Разве что потребуется совершенно новый подход к локализации выпускаемой продукции.

Как помните, в начале статьи были цифры «1,29 млн км или 12 лет». И мой вопрос: «Как же это сделать?» Понятно, что ответ на него в числе прочего подразумевает и контроль. Ведь мы помним о проблеме «после выхода из гарантии», а производитель, четко соблюдая требования антимонопольного законодательства, не навязывает категорического требования обращений по любым вопросам только к официальным дилерам или обязательного сервисного контракта жизненного цикла.

В данном случае есть предварительная, хотя и отрывочная информация. И речь идет о т.н. «не отключаемой системе мониторинга», глубоко интегрированной в систему управления двигателем. Естественно, она также будет получать информацию из CAN-шины, а там, где это возможно, еще и от бортовой системы удаленного (спутникового) мониторинга.

Понятно, что под контроль этой системы попадают не только режимы работы двигателя, но и любые мелочи вроде уровня охлаждающей жидкости в расширительном бачке. Мне трудно строить предположения об общем числе контролируемых параметров, хотя могу провести осторожную параллель с похожими решениями производителя № 1 на рынке автоматических трансмиссий. Там в зависимости от модели и модификации АКП система сможет снять до 200 (!) контрольных параметров. И это еще до спутникового мониторинга автомобиля...

Принципиальной новинкой в системе сервисного сопровождения, разумеется, и после выхода из гарантии является предложение использовать блокчейн-технологии. Напомним, что блокчейн − это выстроенная по определенным правилам непрерывная последовательная цепочка блоков, содержащих информацию. Изменение любой информации в блоке изменит его хеш-сумму. Чтобы соответствовать правилам построения цепочки, изменения хеш-суммы нужно будет записать в следующий блок, что вызовет изменения уже его собственной хеш-суммы и т.д. Да, если изменяемый блок последний в цепочке, то внесение изменений может не потребовать существенных усилий. Но если после изменяемого блока уже сформировано продолжение, то изменение может оказаться крайне трудоемким процессом. Тем более что обычно копии цепочек блоков хранятся на множестве разных компьютеров независимо друг от друга.

Проще говоря, любое ТО или ремонт будет зафиксировано. Равно как и попытка злоумышленного воздействия на систему управления. Отсюда должно быть понятно, что производитель, соблюдая нормы антимонопольного законодательства, не будет пытаться навязать «только официалов» даже после выхода из гарантии. Но если контрольная проверка, например, уровня вредных выбросов при показании одометра 799 999 миль выявит некую проблему, то найти виновного будет проще и быстрей, чем тот напишет заявление о явке с повинной.

И касательно саморемонта или использования услуг независимых сервисных специалистов и компаний. Этого никто не запрещает, просто соответствующий блок придется встроить в цепочку с учетом особенностей блокчейн-технологии.

В данном случае оцените публикуемый слайд из презентации с сайта NTEA (Association for the Work Truck Industry) с анализом планов Cummins Inc − красный цвет как подсказка. Как вы понимаете, этот независимый моторостроитель, дабы «помочь клиентам справиться с 20-25-летним переходным периодом» (от англ. «Right technology at the right time to help customers manage a 20-25-year transition period»), планирует в дополнение к выпуску ДВС освоить производство:

• мотор-генераторов для перспективных силовых линий;
• накопителей энергии (АКБ, включая силовые);
• и даже водородных топливных элементов...

***
Похоже, слухи о том, что планируемый «коллективным Западом» полный отказ от ДВС к 2030-35-50 году приведет к ликвидации целой отрасли, явно преувеличены, не правда ли? Хотя от Mack Anthem с кабиной 70" Sleeper, скорее всего, придется оказаться. И в самое ближайшее время.

Так, например, некоторые заокеанские эксперты уже оценивают удорожание перспективного грузовика с такой силовой установкой цифрой не менее чем в $25-30 тысяч. Автор заглянул на тамошние дилерские сайты. И раз уж мы упомянули грузовики Mack, то, например, вот он, седельный Mack Anthem с большой кабиной (= 70" Sleeper): 6х4/мотор 13 л, 505 л.с./АМКП 16 ст./2023 г.в. предлагается за $219 тысяч. С двигателем нового стандарта его стоимость вырастет примерно на $25-30 тысяч, или на 12,5%. Хотя по сравнению с электротягачом, например Tesla Semi, он будет дороже уже на четверть...
Отсюда «по деньгам»: три Mack Anthem будут равны четырем Tesla Semi. Но ведь четыре автопоезда вместо трех − это совершенно другой объем транспортной работы, не правда ли?
Помните релиз Mobil, упомянутый в начале статьи?
Согласитесь, вот он и есть тот самый «...запрет на двигатели внутреннего сгорания через черный ход».

Что мы видим?

■ Сразу после турбокомпрессора − впрыск реагента AdBlue (Urea Injector) и Mixer − зона смешивания с ОГ (отработавшими газами). Далее за миксером − каталитический нейтрализатор (SCR − Selective Catalytic Reduction) + нейтрализатор паров аммиака (ASC − Ammonia Slip Catalyst);
■ труба выхлопной системы;
■ второй блок нейтрализации, а в нем:
■■ 1-я ступень − нейтрализатор СО − угарного газа (DOC − Diesel Oxidation Catalyst) + сажевый фильтр (СDPF − Catalyzed Diesel Particulate Filter);
■■ дополнительный впрыск AdBlue (Urea Injector);
■■ 2-я ступень − еще один уже сдвоенный SCR-нейтрализатор + нейтрализатор паров аммиака (ASC).

Попробуем разобраться?

Для начала немного теории: в «классическом» варианте (Euro-4/-5/-6) используются две технологии нейтрализации ОГ:

SCR (от Selective Catalytic Reduction) отличает достаточно высокая температура рабочего процесса, а значит, минимальное образование твердых частиц (сажи) и остаточных углеводородов. Но при этом имеет место высокое содержание NO_X − оксидов азота. Для их нейтрализации используется дополнительный реагент AdBlue («мочевина», как говорят в отстающих колхозах). Проблема в том, что для протекания процесса с эффективностью не менее 90% каталитический нейтрализатор должен иметь температуру не менее 400 °С. И это может быть проблемой при работе подвижного состава на загруженных улицах городов, в ритейле и любых коротких поездках, особенно с использованием режима «старт-стоп».

EGR (от Exhaust Gas Recirculation) снимает проблему недостаточного прогрева системы нейтрализации, равно как и не требует использования дополнительного реагента. Так как здесь ниже температура цикла, а значит, и меньше образование NO_X. Зато появляются твердые несгоревшие частицы (сажа). Да, это решаемая проблема за счет использования сажевых фильтров. Они бывают двух видов: пассивный (только замена) и активный (очистка автоматическая или водитель нажимает кнопку): здесь специальная форсунка, а затем горящий факел солярки дожигает сажу.

Обратимся к черновику, предварительно еще раз взглянув на таблицу предполагаемых параметров нового стандарта. Судя по схеме, по сравнению с предыдущими вариантами SCR-систем мы имеем двухступенчатый впрыск реагента AdBlue. Отсюда, разумеется, с оговорками можно предположить, что в данном рабочем процессе оксидов азота (NO_X) существенно больше, чем, например, при Euro-6. А значит, и выше температура цикла сгорания!
Её можно достичь, например, увеличением степени сжатия либо давления наддува. Естественно, потребуется поднять давление впрыска топлива и качество его распыла. В свою очередь, это потребует более эффективной системы охлаждения, но благодаря высокой температуре (= более полному сгоранию) решается проблема уменьшения содержания в отработавших газах остаточных углеводородов и твердых частиц.

Еще один плюс дополнительного впрыска AdBlue сразу после турбины состоит в том, что в данном случае решается проблема избыточных выбросов NO_X из-за недостаточного прогрева основного нейтрализатора при коротких поездках, равно как и при отключении цилиндров. Последнее позволяет дополнительно снизить выбросы и обычно решается отключением подачи топлива, а в идеале еще и принудительным открытием впускных и выпускных клапанов.

Еще одна «серебряная пуля», не правда ли?

Вернуться на главную страницу сайта