Экологические проблемы и нормы

Тот, кто бывал в крупных городах Западной Европы, замечал, что, несмотря на обилие автомашин на улицах, дышится там значительно легче, чем в Москве или Петербурге. Причин тому множество, но одна из самых главных – это загазованность наших городов. А ведь мы дышим этим воздухом, и продолжительность жизни россиян гораздо ниже, чем в среднем в Европе или Японии.

Страны Евросоюза, заботясь о здоровье своих граждан, в 1993 г. разработали и ввели стандарты Euro, ограничивающие токсичность отработавших газов (ОГ) выпускаемых автомобилей. Эти нормы все более ужесточаются. Выполнить Euro 2 стало возможно только путем применения каталитических нейтрализаторов, очищающих ОГ в системе выпуска. В 2000 г. в Евросоюзе были приняты Euro 3, и объем вредных выбросов сократился наполовину по сравнению с Euro 1. Сейчас в Евросоюзе уже действуют нормы Euro 4, которые в два раза жестче Euro 3. На подходе Euro 5.

Россия идет по пути Европы, но с отставанием лет на восемь: только в 2005 г. приняты нормы Euro 1, сейчас действуют нормы Euro 3, а многие деятели российского автопрома пока сопротивляются введению Euro 4, как в свое время противились введению Euro 2 и 3. Серьезные исследовательские работы в этом направлении ведутся, хотя возникает много проблем, и самая главная – это качество топлива, которое гораздо ниже, чем в Европе. Пока в России решен вопрос только со свинцовыми присадками к бензину – их применение запрещено, за этим следят, и, по крайней мере официально, этилированного бензина в России больше нет.

Еще одна серьезнейшая проблема – отсутствие оборудования для проведения анализа ОГ и разработки нейтрализаторов. Современных газоанализаторов мало – они есть на Дмитровском полигоне, на КамАЗе, Ярославском моторном заводе «Автодизель». Эти предприятия способны проводить исследования по нормам Euro 4. У всех остальных компаний оборудование устарело.

Как это делают в России

Если токсичность отработавших газов по Euro 2 и Euro 3 можно обеспечить только совершенствуя конструкции и регулировки двигателя, то для Euro 4 нужно уже применять обработку ОГ в системе выпуска: нейтрализацию с впрыском мочевины или сажевые фильтры. Euro 5 предполагает комплексное использование и того, и другого способа очистки ОГ. Ярославский «Автодизель» пытается обеспечить Euro 4 только подбором регулировок своих двигателей и рециркуляцией ОГ (технология EGR) и на это уже затратил года два. В мире есть примеры успешной работы в этом направлении – взять хотя бы чешскую Tatra. Ярославцы отдают предпочтение использованию сажевого фильтра. КАМАЗ выбрал технологию с впрыском раствора мочевины (SCR).

«Пока у нас полностью ни систему SCR, ни систему EGR никто изготовить не может. Сейчас государство выделяет деньги для разработки этих российских систем, и заводы добавляют свои, но пока безрезультатно, – говорит Г.Г. Надарейшвили. – На первом этапе совместно с КАМАЗом мы занимались SCR, сейчас такая же работа проводится с Челябинским тракторным заводом. Для «Автодизеля» мы готовили систему с использованием сажевых фильтров, у нас большие наработки в этой сфере. По моему мнению, использование сажевых фильтров очень перспективно. КАМАЗ достиг Euro 4, потому что некоторые его машины идут на экспорт. УралАЗ и другие заводы меньше озадачены этими проблемами, поскольку не экспортируют продукцию в страны, где действуют Euro 4. В общем, можно констатировать, что постепенно все наши заводы начинают думать над этой проблемой – у них нет другого выбора. Давление оказывают не только нормы токсичности, но и конкуренция среди производителей».

В России пока работают над введением Euro 4 для автотранспортных средств, в Европе же с 1999 г. параллельно вводили нормы Stage I, II и III для внедорожной техники. У нас выпускают машины, соответствующие нормам Stage (или Tier – нормам США, гармонизированным со Stage) только для экспорта. Внедрение норм Stage/ Tier на российской территории практически пока невозможно опять же из-за отсутствия дизельного топлива нужного качества. Причем положение с его качеством в России еще хуже, пожалуй, чем с бензином.

«В России инициатива введения норм Stage исходит скорее от производителей, чем от государства. На данном этапе над этой проблемой работает только Челябинский тракторный завод. Министерство промышленности в курсе, и есть надежда, что скоро этой проблемой заинтересуется государство», – сказал Г.Г. Надарейшвили.

Конструкция нейтрализаторов

С того времени, как были разработаны первые нейтрализаторы, их качество постоянно улучшали, но принципиальная конструкция в основном не менялась. Нейтрализаторы выглядят как корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя. В корпусе – блок с порами, покрытыми особым веществом – катализатором, который сам не вступает в химические реакции, но способствует реакции, в результате которой вредные соединения, содержащиеся в отработавших газах, превращаются в нейтральные соединения. Содержание серы в российской нефти значительно выше, чем, например, в добываемой на Ближнем Востоке, и это серьезная проблема. Существует множество катализаторов – медь, хром, никель, палладий, родий. Самой стойкой к воздействию сернистых соединений, которые образуются при сгорании содержащейся в бензине серы, оказалась платина. Ею и покрывают поверхности пор блоков нейтрализаторов. Блоки (или носители) нейтрализаторов изготавливают из керамических материалов или металла. Каждый из этих материалов имеет определенные достоинства и недостатки. В зависимости от назначения производители выбирают тот или другой вариант.

Металлические носители – это съемные сетки. Такой нейтрализатор легко разобрать и промыть, очистив от сажи, которая засоряет нейтрализатор и снижает его эффективность. На небольшие автомобили оптимально ставить именно такие нейтрализаторы. На тяжелых автомобилях с двигателями большого объема лучше применять нейтрализатор с керамическими блоками, который очищается путем периодической регенерации (выжигания сажи) или попросту его заменяют новым.

В России нейтрализаторы появились не сразу, сначала это были каталитические нейтрализаторы для бензиновых двигателей, просто окислительные элементы. В настоящее время ряд фирм работает над созданием отечественных нейтрализаторов. Так сложилось исторически, что до недавнего времени в России, например на УАЗе и на ГАЗе, использовались только металлические нейтрализаторы. В остальном мире ситуация обратная: там почти все компании отказались от нейтрализаторов с металлическими блоками. Керамические нейтрализаторы приблизительно на 30% дешевле. Недостаток керамики – хрупкость. При ударе блоки легко ломаются, но эту проблему научились решать: корпус нейтрализатора защищают эластичными прокладками, демпфирующими удары. Еще одним недостатком керамики является меньшая скорость прогрева, а ведь пока нейтрализатор не достигнет температуры хотя бы 300 °С, реакция нейтрализации не идет. Однако и эту проблему эффективно решают, устанавливая нейтрализатор близко к двигателю или путем впрыска небольших порций топлива в систему выпуска. Сгорая, топливо быстро разогревает керамический блок.

Как правило, отечественные компании используют импортные носители нескольких известных в мире фирм – незачем «изобретать велосипед», если «там» все технологии отработаны и постоянно совершенствуются. Наши компании разрабатывают корпус, осуществляют компоновку агрегатов на конкретные автомобили, контролируют акустические характеристики изделий.

Надо отметить, что установка нейтрализатора существенно удорожает автомобиль. Если установка простейшего нейтрализатора на «ГАЗель» стоит 3…4 тыс. руб., то оборудование КамАЗа системой нейтрализации для выполнения норм Euro 4 – порядка 2000 евро.

Хочется закончить статью словами Г.Г. Надарейшвили: «Ну что же, все постепенно. Когда у нас внедрят передовые экологические нормы для автомобилей и спецтехники, мы с вами начнем ходить по чистому снежку, дышать озоном и жить до ста лет. А пока терпите!»

ООО «НТЦ МСП»

ООО «НТЦ МСП» организовано около десяти лет назад и сейчас является одним из крупнейших независимых национальных производителей cистем выпуска и нейтрализации отработавших газов. В НИЦ компании работают выпускники МВТУ им. Баумана. В настоящее время фирма является единственным поставщиком нейтрализаторов и глушителей для Группы ГАЗ, частично – на УАЗ и работает с АвтоВАЗом. Имеет полноценное собственное производство в Арзамасе, объем которого около 25…30 тыс. изделий в месяц.

Комментарий А.П. Маслова, ученого секретаря технического совета ООО «ЧТЗ–Уралтрак», канд. техн. наук

В середине декабря 2008 г. в Министерстве промышленности и торговли Российской Федерации заслушивали научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, выполняемые по заказу Минпромторга России. На этом совещании был заслушан отчет заместителя генерального директора ООО «ЧТЗ–Уралтрак» по перспективным двигателям В.И. Захарова о работе предприятия и результатах выполнения в 2008 г. государственного контракта по теме «Создание модельного ряда двигателей жидкостного охлаждения».

На совещании деятельность ООО «ЧТЗ–Уралтрак» по выполнению государственного контракта оценена как положительная, отмечена перспективность разработанных технических решений и направлений деятельности предприятия.

В выполнении задач, стоящих перед двигателестроителями ООО «ЧТЗ–Уралтрак», большое внимание при разработке конструкции двигателей уделено обеспечению требований норм экологической безопасности. Также выделены значительные средства по созданию совместно с ООО «НТЦ МСП» отечественных нейтрализаторов для вновь создаваемого семейства двигателей, отвечающего современным требованиям.

Проведенные расчетные исследования подтвердили возможность достижения заданных в техническом задании контракта мощностных и экономических показателей, а также «сырых» выбросов вредных веществ, что необходимо для достижения экологических норм Tier 4 (Euro 6).

В результате выполненного анализа конструктивных схем и технических решений сформулированы технические параметры и схемы двигателей модельного ряда, расчетные технические характеристики которых приведены ниже.

Экологические показатели рядных двигателей мощностью 75…130 кВт для внутреннего рынка (ГОСТ Р41.96–2005), г/кВт.ч: NОx= 6,0; HC=1,0; CO=5,0; PM=0,3. То же для экспорта (Tier 4 (Stage IV), мощность 130…560 кВт), г/кВт.ч: NОx=0,4; HC=0,19; CO=3,5; PM=0,02.

Экологические показатели V-образных двигателей мощностью 130…560 кВт для внутреннего рынка (ГОСТ Р41.96–2005), г/кВт.ч: NОx=6,0; HC=1,0; CO=3,5; PM=0,2. То же для экспорта (Tier 4 (Stage IV), мощность 130…560 кВт), г/кВт.ч: NОx=0,4; HC=0,19; CO=3,5; PM=0,02.