(Окончание. Начало см. «ОС» № 11, 2011 г.)

Stage IIIb/ Tier 4 Interim

Эти нормы для двигателей некоторых мощностных диапазонов уже вступили в силу либо вступят в ближайшие годы. Конечно, все ведущие моторостроительные компании мира имеют наработки по двигателям, соответствующие перспективным экологическим нормам. Ведь им в отличие от наших заводов нельзя надеяться на то, что Евросоюз или правительство США отсрочат введение этих норм лишь по той причине, что моторостроители не пожелали вовремя вложить средства в модернизацию.

Все двигатели в линейке Caterpillar Inc. в диапазоне от 8,2 до 328 кВт теперь соответствуют нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim.

Особенностью их является отказ от использования технологии SCR. Нейтрализация токсичных составляющих ОГ достигается за счет применения технологии ACERT, разработанной компанией Caterpillar, то есть – усовершенствованных турбонаддува, топливоподачи и электронного управления. В системе выпуска двигателей устанавливаются нейтрализатор DOC и сажевый фильтр DPF с усовершенствованной системой пассивной или активной (в зависимости от модели двигателя) регенерации CRS. Фильтр нуждается в периодическом удалении золы, оставшейся после сжигания сажи, однако эти интервалы достаточно продолжительны: примерно 3000 моточасов, т. е. несколько лет при интенсивной эксплуатации машины. Используется система High Pressure Common Rail (повышенного давления) с электронным управлением. Форсунки также усовершенствованы.

В марте 2011 г. Deutz AG представила широкий ряд двигателей семейства TCD мощностью от 28 до 520 кВт, соответствующих нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim. Все двигатели выпускаются серийно с 2011 г.

Двигатели оснащаются фирменной системой с электронным управлением Deutz Common Rail (DCR®) с давлением впрыска 1600, 1800 или 2000 бар.

Некоторые двигатели оборудуются турбонаддувом (возможно, с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, с перепускным клапаном и электронным управлением).

Фирменная комплексная модульная система снижения токсичности DVERT® (Deutz Variable Emission Reduction Technologies) включает в себя такие компоненты, как системы EGR с охлаждением, SCR, нейтрализатор DOC, сажевый фильтр с окислительным нейтрализатором POC, традиционный сажевый фильтр DPF, системы регенерации сажевых фильтров путем дозированного впуска воздуха или подачи топлива по командам системы управления. Компоненты могут использоваться в различных комбинациях.

Предполагается, что система DVERT® позволит повысить экологический класс новых двигателей до Stage IV/ Tier 4 Final.

Scania поставляет двигатели многим производителям строительной и карьерной техники, в том числе Terex, Doosan, Moxy. Выпускается целая линейка двигателей рабочим объемом 9,3; 12,7 и 16,4 л, мощностью от 202 до 515 кВт, соответствующих нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim. Двигатели оснащаются системой SCR, турбонагнетателем с перепускным клапаном, системой Common Rail Scania XPI. Интервал технического обслуживания новых двигателей составляет 500 моточасов. Ведутся работы по подготовке выпуска к 2014 г. двигателей класса Stage IV/ Tier 4 Final.

Компания JCB (Великобритания) сделала самые большие финансовые вложения в своей истории, выделив $140 млн. на доводку процесса сгорания совместно с исследовательской компанией Ricardo в новом 4,4-литровом дизельном двигателе JCB Ecomax Т4 мощностью 80...120 кВт (в зависимости от комплектации). Это представитель новейшего поколения двигателей JCB Dieselmax, предназначенный для внедорожной техники. Удалось создать мотор, который соответствует нормам Stage IIIb/Tier 4 Interim без обработки ОГ в системе выпуска. Разработанный процесс сгорания в двигателе назван Twin Vortex Combustion System («С двойным завихрением»), включает в себя новую конструкцию камеры сгорания и новую геометрию сопла форсунки. Используется EGR с охлаждением. Двигатель оснащен системой Common Rail и электронным управлением с обратной связью, созданной совместно с компанией Delphi. Давление впрыска – 2000 бар. Имеется турбонагнетатель с изменяемой геометрией.

В 2012 г. планируется начать серийный выпуск этого двигателя. Периодичность техобслуживания осталась прежней: 500 моточасов. В конструкцию двигателя заложена возможность повышения экологического класса до Stage IV/ Tier 4 Final путем использования SCR или иным способом.

Компания John Deere Power Systems (Франция) ввела полную линейку дизелей класса Stage IIIb/ Tier 4 Interim, предназначенных для внедорожной техники и генераторных установок. Двигатели созданы на базе серии Power Tech Plus, оснащены электронным управлением, вентилятором охлаждения с изменяющейся скоростью вращения, применяется EGR с охлаждением и сажевый фильтр.

Двигатели John Deere PowerTech мощностью свыше 130 кВт класса Stage IIIb/ Tier 4 Interim в настоящее время предлагаются на рынке. В этот мощностный диапазон входят модели с четырьмя клапанами на цилиндр, рабочим объемом 6,8 л (138…224 кВт), 9,0 л (187…317 кВт) и 13,5 л (298…448 кВт), с системой впрыска топлива высокого давления, турбонагнетателем с изменяемой геометрией и промежуточным охлаждением воздуха.

Двигатели мощностью от 56 до 130 кВт, в число которых входят модели рабочим объемом 4,5 л (63…129 кВт) и 6,8 л (104…129 кВт), соответствующие классу Stage IIIb/ Tier 4 Interim, планируется начать выпускать за несколько месяцев до даты вступления в действие новых норм: 1 января 2012 г.

FPT Industrial специализируется на исследованиях, разработке, производстве и продаже двигателей и другого оборудования. Компания завершила разработку дизеля для сельскохозяйственной техники С13 с двухступенчатым турбонаддувом и начала его производство. Двигатель мощностью до 485 кВт оснащен системой Common Rail нового поколения, давление впрыска составляет 2200 бар. С13 оборудован системой SCR и соответствует нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim. В конструкции двигателя заложена возможность повышения экологического класса до Stage IV/ Tier 4 Final. Соответствующие работы уже ведутся в компании.

Чуть ранее компания представила серии двигателей N и C, предназначенных для внедорожной техники и соответствующих нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim. Двигатели оснащают только системой SCR. Компания планирует повысить класс этих двигателей до Stage IV/ Tier 4 Final путем использования системы SCR. Для ускорения разогрева нейтрализатора в начале работы используется впрыск и сжигание топлива в системе выпуска. В особых случаях допускается использование дополнительных сажевых фильтров DPF.

Все дизельные двигатели Liebherr Group соответствуют нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim. Двигатели для мобильных машин оснащают системой SCR. Землеройная техника оборудуется также сажевыми фильтрами с активной регенерацией. Компания ведет работы по повышению экологического класса двигателей до Stage IV/ Tier 4 Final к 2014 г.

В двигателях компании Volvo Construction Equipment, соответствующих нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim, применена технология V-ACT (Volvo-Advanced Combustion Technology – «Усовершенствованная Volvo технология процесса сгорания топлива»), в которой использован целый каскад инноваций: впрыск топлива при сверхвысоком давлении с изменяемыми параметрами, система EGR повышенной эффективности с охлаждением, точное управление работой турбонагнетателя, новая электронная система управления двигателем EMS и сажевый фильтр с устройством регенерации при температуре 700 °С. Система регенерации Volvo в отличие от систем других производителей может действовать во время работы машины. Двигатели Volvo Stage IIIb/ Tier 4 Interim рассчитаны на работу на сверхнизкосернистом топливе (ULSD, содержание серы – менее 15 ppm). Также обязательно должно использоваться специальное моторное масло Ultra Diesel Engine Oil VDS-4.

Для выполнения требований следующих норм Stage IV/ Tier 4 Final решено использовать технологию SCR. Периодичность техобслуживания двигателей останется неизменной.

Кроме того, заключено соглашение между VCE и компанией Deutz, по которому Deutz разработает и будет поставлять для Volvo двигатели рабочим объемом 4...6 л среднего класса мощности, соответствующие нормам Stage IV/ Tier 4 Final, а также двигатели для коммерческих автомобилей класса Euro 5.

Финская компания AGCO SISU POWER (входит в американскую AGCO Corp.) начала серийный выпуск двигателей мощностью свыше 130 кВт, соответствующих нормам Stage IIIb/ Tier 4 Interim. Использована разработанная компанией технология e3 SCR. Эта система не нуждается в техобслуживании. Соответствие экологическим нормам достигается без применения технологии EGR, сажевого фильтра (DPF) и турбины с изменяемой геометрией (VGT); увеличивать мощность системы охлаждения машины также не требуется.

Чтобы выполнить требования норм Stage IIIb/ Tier 4 Interim, компания Doosan Infracire Co., Ltd (Ю. Корея) решила использовать и SCR, и EGR, выбирая конкретную технологию в зависимости от машины и двигателя, которым ее комплектуют. Для выполнения норм Stage IV/ Tier 4 Final SCR и EGR дополняются нейтрализатором DOC и сажевым фильтром DPF с системой регенерации. Двигатели оснащают системой Common Rail высокого давления (High-Pressure Common Rail, HPCR, 1600...2350 бар) с электронным управлением, разработанной Doosan. Двигатели, оснащенные системой SCR, поставляет Scania, а двигатели с EGR производит сама компания Doosan и поставляет фирма Isuzu.

За экологию надо платить!

Мировое двигателестроение так и не решило, какая из технологий – EGR или SCR выгоднее. Более того, для выполнения требований высоких норм токсичности обе технологии применяются в комплексе. Использование EGR чаще всего влечет за собой применение двухступенчатого турбонаддува с изменяемой геометрией VGT и повышение давления впрыска, что в свою очередь увеличивает уровень рабочих температур в двигателе и вынуждает поднимать мощность системы охлаждения. Все это существенно увеличивает стоимость двигателей. Однако применение системы SCR предусматривает установку на автомобиль ряда компонентов этой системы, использование реагента – мочевины и наличие сети его заправок. Все это также не удешевляет силовой агрегат. Управление сложным комплексом «экологического» оборудования немыслимо без электроники, которая тоже не бесплатна.

Именно для небольших машин новые экологические нормы создают наибольшие сложности, так как в компактных машинах мало места для размещения дополнительных агрегатов по обработке ОГ. Также для них чувствительнее всего увеличение стоимости из-за этой модернизации. А при установке всех агрегатов по нейтрализации токсичных составляющих ОГ на большой карьерный самосвал его масса увеличивается почти на тонну! Значит, масса полезного груза самосвала уменьшится на ту же тонну. А ведь такой самосвал перевозит в день груза на миллион долларов! Вот и считайте, каковы потери. А лишний расход топлива, а удорожание техобслуживания?.. К тому же двигатели высоких экологических классов могут работать только на высококачественном низкосернистом топливе, так как сера отравляет каталитические нейтрализаторы. Моторные масла тоже должны быть низкосернистыми и низкозольными, класса EN590.

Как положительные качества двигателей, соответствующих новым экологическим нормам, отметим, что, по утверждениям всех моторостроительных компаний, по сравнению с двигателями предыдущих выпусков у них на 3...10% лучше топливная экономичность, часто увеличены межсервисные интервалы, упрощается техобслуживание, увеличиваются удельная мощность и срок службы. Ну и выброс токсичных веществ, конечно, существенно снижен.