Как менялись эконормы: от Евро-1 до Евро-6d
Борьба за чистоту окружающей среды изменила автомобильные технологии. Расскажем как появилась система впрыска топлива и за ней экологические нормы оценки выхлопа автомобилей. Что такое «зелёный» рейтинг Green NCAP. Когда исчезнут бензиновые и дизельные авто.
Состав отработавших газов
Основными комплектами отработавших газов являются
азот (N
2),
углекислый газ (СО
2) и
водяной пар (Н
2О). 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 СО
2, который составляет примерно 14% отработавших газов. Содержащийся в топливе водород образует водяной пар Н
2О, который большей частью конденсируется при остывании. Все названые компоненты (кроме NOx) являются
безвредными.
Вредные примеси
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 СО
2 и воду Н
2О, 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.
Евро-1
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.
Евро-2
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.
Евро-3
Следующий шаг 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.
Евро-4
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;
Евро-5
В 2008 году появился новый уровень Евро-5 для автомобилей, который стал ужесточением предыдущих норм. Главная особенность - применение сажевых фильтров для дизельных моторов и системы дополнительного впрыска мочевины (AdBlue). Стандарт Евро-5 допускал максимальный уровень вредных веществ в выхлопе машины до 180 мг/км.
Евро-6
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 окислов азота NOx до 80 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 литий ионные 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%.
Когда исчезнут бензиновые и дизельные авто
В июле 2022 года был утверждён закон, что все новые легковые и легкие коммерческие автомобили, продаваемые в Евросоюзе с 2035 года, должны иметь
нулевые выбросы CO2. А к 2030 году объем выбросов CO
2 для новых легковых машин должен снизиться на 55% относительно уровня 2021 года, а для легких коммерческих машин — на 50%. Т.е. фактически будет запрет на производство новых бензиновых и дизельных машин.
Для спортивных авто (суперкаров) компаний вроде Lamborghini, Ferrari, Bugatti, McLaren, Aston Martin и Koenigsegg будут послабления. Они не исчезнут после 2035 года, а будет ещё переходный период на несколько лет. Все вышесказанное актуально только для стран Европы.
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.
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 и будем ездить на гибридных машинах или электромобилях. Они сложнее, но автолюбители не задумываясь как устроен автомобиль. Ориентир - выброс CO2 до 95 г/км (среднее значения для всех машин одной компании), который действует после 2021 года.