Эволюция, а не революция

О новых экологических стандартах Stage V/ Tier 5

Стандарты EU Stage IV/ US EPA Tier 4 Final – самые «свежие» действующие экологические стандарты по ограничению вредных выбросов двигателей внедорожной техники. Однако в Евросоюзе уже рассматривается проект новых, более жестких норм по выбросам Stage V, которые предположительно могут вступить в действие не ранее 2019 или 2020 г. В США о соответствующем стандарте Tier 5 пока вообще ничего не известно.

Особенности и отличия Stage V от Stage IV

Стандарты Stage IV распространяются сейчас на двигатели мощностью от 56 до 560 кВт. В сферу действия Stage V попадут все силовые агрегаты независимо от мощности: менее 19 кВт и свыше 560 кВт.

Недавние исследования ученых показали, что на здоровье человека очень опасное влияние оказывают частички сажи, содержащиеся в ОГ, причем наиболее опасны для здоровья человека мельчайшие частицы размером меньше микрона. Эти частицы могут проникать глубоко в легкие и накапливаться там. Поэтому в нормах Stage V будут введены новые ограничения по содержанию в отработавших газах (ОГ) двигателей твердых частиц (сажи) не только по массе – PM, но и по количеству – PN, а также окислов азота NO_x. Норма PN введена для того, чтобы высокоэффективные технологии фильтрования твердых частиц (сажи), например фильтры с активной (управляемой) регенерацией, гарантированно использовались на всех двигателях, подпадающих под действие данных норм.

Также, по-видимому, в новых нормах уже не будут предусмотрены «льготные периоды» и «переходные модели» – лазейки, с помощью которых некоторые производители могли выпускать какое-то время двигатели по старым нормам, срок действия которых истек.

Особенности будущих норм Tier 5. Следует отметить, что для гармонизации с нормами Stage V в будущие экологические стандарты США Tier 5 придется внести принципиальные изменения: как уже говорилось, в Stage V ограничивается количество твердых частиц (PN) в выбросах, и для выполнения этих требований необходимо обязательно использовать сажевый фильтр DPF, в то время как нормы Tier 4 могут быть выполнены без использования сажевого фильтра.

Что изменится в конструкции агрегатов и систем нейтрализации

Специалисты считают, что для выполнения норм Stage V/ Tier 5 не потребуется кардинальных изменений в существующих на сегодняшний день технологиях. Скорее всего выполнить нормы Stage V можно будет путем эволюции уже существующих технологий, которые применяются в двигателях, соответствующих требованиям норм Stage IV, а не революционными изменениями в составе и конструкциях этого оборудования. Чтобы выполнить требования норм Stage IV, многие производители двигателей используют дизельный окислительный каталитический нейтрализатор DOC и систему селективной каталитической нейтрализации SCR. Однако при переходе к нормам Stage V к этому оборудованию, вероятно, придется добавить сажевый фильтр DPF.

Распространение действия норм на двигатели новых мощностных диапазонов, скорее всего, принесет и новые трудности. Появятся проблемы у производителей двигателей мощностью менее 56 кВт, так как до этого на них не применялись системы нейтрализации ОГ в системе выпуска. Специфической особенностью малых двигателей являются низкие температуры в системе выпуска, и время прогрева нейтрализаторов будет, видимо, длительным. Для двигателей в традиционном диапазоне мощности от 56 до 560 кВт оборудование, вероятно, будет представлять собой DOC, после него DPF, за которым следуют (нейтрализатор) SCR и каталитический нейтрализатор аммиака ASC. Основной вопрос, который придется решать производителям: совмещать ли указанные агрегаты в одном корпусе или в раздельном исполнении. Раздельное исполнение обходится дороже. При совмещении агрегатов в одном корпусе размер сажевого фильтра DPF уменьшается и вместе с ним – срок службы фильтра вследствие накопления золы. Останется и основная сложность современных фильтров DPF – регенерация (удаление сажи). Также при таком объединении усложняется управление работой систем нейтрализации, так как в комплексном агрегате параллельно идут несколько каталитических реакций.

Некоторые производители уже объявили о создании моделей двигателей, соответствующих нормам Stage V. Одни модернизировали процесс сгорания в двигателе так, что двигатель достаточно оснастить лишь небольшим фильтром DPF. Другие предлагают «комплексные» конструкции, совмещая в одном корпусе DPF, DOC, SCR.

Нормы Stage V

В стандартах Евросоюза обычно устанавливаются две даты:

дата начала действия «новых одобрений типа (модели) транспортного средства», после которой все новые модели ТС, получающие ОТТС, должны отвечать требованиям данного стандарта;
дата выхода на рынок (или первой регистрации), после которой все новые двигатели, которые производители выпускают на рынок, должны соответствовать требованиям данного стандарта.

Даты, указанные в таблицах, являются датами «выхода на рынок». В большинстве случаев дата новых «одобрений типа» – это на год раньше даты «выхода на рынок».

Экологические нормы Stage V, ограничивающие вредные выбросы ОГ двигателей внедорожной мобильной техники (категория NRE), представлены в таблице 1. Эти нормы относятся к дизельным двигателям мощностью от 0 до 56 кВт и к двигателям всех типов мощностью свыше 56 кВт.

Таблица 1. Нормы Stage V для двигателей внедорожной техники
Тип двигателя	Диапазон мощности нетто, кВт	Дата «выхода на рынок»	Вредные выбросы
Тип двигателя	Диапазон мощности нетто, кВт	Дата «выхода на рынок»	СО, г/кВт.ч	СН	NO_x	РМ (масса частиц), г/кВт·ч	PN (количество частиц), 1/кВт·ч
Дизель	P< 8	2019	8	7,50^а,с	–	0,4^b	–
Дизель	8≤P<19	2019	6,6	7,50^а,с	–	0,4	–
Дизель	8≤P<37	2019	5	4,70^а,с	–	0,015	1х10¹²
Дизель	37≤P<56	2019	5	4,70^а,с	–	0,015	1х10¹²
Все	56≤P<130	2020	5	0,19^с	0,4	0,015	1х10¹²
Все	130≤P<560	2019	3,5	0,19^с	0,4	0,015	1х10¹²
Все	Р>560	2019	3,5	0,19^d	3,5	0,045	–
^а СН+ NOx ^b 0,6 для двигателей с ручным пуском, воздушным охлаждением и непосредственным впрыском ^с Коэффициент А=1,1 для газовых двигателей ^d Коэффициент А=6 для газовых двигателей

Требования к двигателям мощностью свыше 560 кВт, используемым в генераторных установках (категория NRG), представлены в таблице 2.

Таблица 2. Нормы Stage V для двигателей генераторных установок мощностью свыше 560 кВт
Тип двигателя	Диапазон мощности нетто, кВт	Дата «выхода на рынок»	Вредные выбросы
Тип двигателя	Диапазон мощности нетто, кВт	Дата «выхода на рынок»	СО, г/кВт.ч	СН	NOx	РМ (масса частиц), г/кВт·ч	PN (количество частиц), 1/кВт·ч
Все	Р>560	2019	3,5	0,19^a	0,67	0,035	–
^а Коэффициент А=6 для газовых двигателей

Ограничение по СН (углеводородам) для газовых двигателей. Для категорий двигателей, работающих полностью или частично на газовом топливе, введен коэффициент А, который следует использовать при расчете указанного значения допустимой нормы СН по формуле:

СН=0,19+(1,5·Ах·GER),

где GER – (gas energy ratio, энергетический коэффициент газового топлива) средний по данному испытательному циклу.

Если в результате расчета допустимый уровень СН превышает величину 0,19+А, допустимая величина СН должна быть равна 0,19+А.

По-видимому, после принятия новых норм в Евросоюзе в США также примут аналогичные нормы, поскольку гармонизация норм в интересах действующих на мировом рынке американских производителей двигателей и оборудования.

По мнению специалистов отрасли, развитие технологий для перехода к нормам Stage V/ Tier 5 будет эволюцией, а не революцией в существующих технологиях нейтрализации вредных выбросов.