Как менялись эко нормы: от Евро-1 до Евро-6d

Борьба за чистоту окружающей среды кардинально изменила автомобильные технологии. Основные тренды последних лет - даунсайзинг, гибридизация и электрификация. Расскажем как появилась система впрыска топлива и за ней экологические нормы оценки выхлопа автомобилей.

Состав отработавших газов

Основными комплектами отработавших газов являются азот (N2), углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Азот не участвует в процессе горения и составляет приблизительно 71% отработанного газа. Но в незначительном количестве азот реагирует с кислородом, образуя окислы азота NOx. Содержащийся в топливе углерод образует углекислый газ СО2, который составляет примерно 14% отработавших газов. Содержащийся в топливе водород образует водяной пар Н2О, который большей частью конденсируется при остывании. Все названые компоненты (кроме NOx) являются безвредными.

Теперь о вредных примесях. Они составляют около 1% отработавших газов. К ним относятся угарный газ СО, углеводороды и углеводороды СН (являются следствием неполного сгорания топлива), а также окислы азота NOx (являются результатом побочных реакций с воздухом при любом процессе горения).

На токсичность отработавших газов можно воздействовать в трех направлениях:
  • подготовка топливовоздушной смеси (перед двигателем);
  • оптимизация процессов горения (в двигателе);
  • последующая доработка отработавших газов на выпуске двигателя.
В последнем случае речь идет о дожигании не полностью сгоревшего топлива. Дожигание производится с помощью катализатора. Он способствует последующему догоранию окиси углерода СО и углеводородов СН, преобразуя их в безвредные углекислый газ СО2 и воду Н2О, а также снижает концентрацию окислов азота NOx, преобразуя их в нейтральный азот N2.

При помощи катализатора свыше 90% вредных веществ можно преобразовать в безвредные.

Развитие от Евро 1 до Евро-6c

Эпоха карбюраторных двигателей продолжалась бы долго, если не ужесточение требований к экологичности. Автомобильный парк в мире вырос настолько, что в любой стране проблема снижения выбросов отработавших газов в окружающую среду стала главной.

зеленый автомобиль - экологические нормы Евро
До 1993 года в Европе действовали стандарты токсичности, в которые свободно укладывались карбюраторные двигатели. В 1993 году в Европе были приняты жесткие требования к токсичности, названные Евро-1 (цифра 1 символизирует первый шаг на пути к экологически чистым моторам). Наряду с резким ограничением содержания вредных веществ в выхлопных газах появилось ограничение по испарениям топлива из систем автомобиля. При этом машина должна была укладываться в требования стандарта в течение первых 80 000 км пробега.

Из всех вариантов снижения вредных выбросов самым эффективным оказалось использование каталитического нейтрализатора. В нём в результате химической реакции с кислородом углеводороды СН, оксид углерода СО и окислы азота NOx превращаются в воду H2О, двуокись углерода СО2 и азот N2. Особенность нейтрализатора в том, что для эффективной борьбы с вредными компонентами топливо должно подаваться в мотор в строгой пропорции с воздухом.

Механический карбюратор оказался не в состоянии обеспечивать точную дозировку топлива, на смену пришел электронный карбюратор. Механический впрыск сменил впрыск электронный: центральный и распределенный (многоточечный). Важной частью систем с нейтрализатором стал датчик кислорода (лямбда-зонд). Для борьбы с испарениями топлива на автомобиль установили систему улавливания паров бензина.

В 1996 году появился новый стандарт токсичности — Евро-2, более жесткий по сравнению с предыдущим. Единственной системой, которая позволяла укладываться в эти требования с большим запасом, была система с распределенным впрыском топлива. Эра карбюраторов завершилась.

Следующий шаг — Евро-3 был сделан в 2000 году. Ужесточение норм токсичности в этом стандарте дополняется требованием постоянного контроля работоспособности основных компонентов системы, неисправность которых приводит к увеличению вредных выбросов. Контроллеру была поставлена дополнительная задача — проверять правильность работы системы и информировать водителя о неисправностях.

В 2005 году все автопроизводители начинают выпуск машин, удовлетворяющих нормам Евро-4. Для выполнения требований по экологичности внедрены следующие меры:
  • катализатор переносится ближе к двигателю или снабжается специальным подогревателем;
  • используется система рециркуляции отработавших газов;
  • добавляется система подачи вторичного воздуха;
  • увеличивается число клапанов на цилиндр;
  • впускные трубы становятся изменяемой длины;
  • фазы газораспределения меняются в зависимости от режима работы двигателя;
  • впрыск топлива осуществляется непосредственно в цилиндр;
  • намечается тенденция к переходу на комбинированные силовые установки;

С 2015 года появились более жесткие нормы Евро-6, а через два года вступили более суровые Евро-6с. Грядущие ужесточения затрагивают в первую очередь дизельные модификации, требуя снижения выбросов оксислов азота NOx до 80 мг/км (Евро-5 допускали 180 мг/км). При этом замеры будут производиться не по «овощному» ездовому европейскому циклу NEDC, а по более скоростному общемировому WLTC.

Для сокращения выбросов NOx на 20% планируется применение низковольтной гибридной схемы. Конструкция проста, вместо полноценных 400-вольтовых батарей будут использоваться 48-вольтные литийионные батареи. Он не предусматривает движения только на электротяге, электромотор служит помощником ДВС в неблагоприятных для экологии режимах (при разгонах и ускорениях), компенсирует нехватку мощности на низких оборотах. Совместно с впрыском мочевины и рециркуляцией отработавших газов - такая схема принесет снижение NOx на 80%.

Актуальная информация и рейтинг Green NCAP

На данный момент - внедрён новый протокол Евро-6d. В отличие от предыдущего, изменилась система подсчета загрязняющих веществ в выхлопе. Данная методика ближе к реальной ситуации. В новом протоколе стоит отметить очень жесткое отношение к дизельным двигателям, из-за чего многие производители в Европе стали отказываться от дальнейшей их разработки. Дизели умирают, а гибриды и электромобили приходят им на смену.

рейтинг Green NCAP
В 2019 году появился новый рейтинг Green NCAP - он имеет небольшую аналогию с традиционными краш тестами Euro NCAP. Главная его задача - измерение чистоты выхлопа машины и оценивается показатель энергетической эффективности (особенно актуально для электромобилей и гибридов). За каждый из этих показателей начисляет до 10 баллов, а итоговая оценка - в баллах, как в аналогичном Евро-Н-Кап. Одним из первых в рейтинге Green NCAP участвовал электромобиль BMW i3 - он получил 10 баллов за чистоту выхлопа и 8,5 за энергетическую эффективность.

Прогресс не остановить. Мы будем ездить на гибридных машинах или электромобилях. Они сложнее, но автолюбители не задумываясь как устроен автомобиль. Нынешний ориентир - выброс CO2 до 95 г/км (среднее значения для всех машин одной компании), который будет действовать после 2021 года.
Что ещё можно почитать