Роман с соляркой: почему Европа любила дизели, а теперь перестала
Автомобили на тяжелом топливе еще совсем недавно были чрезвычайно популярны в Старом Свете, однако в последнее время репутация дизелей оказалась подорвана. И любовь, и ненависть к солярке прививало обществу экологическое лобби. Попробуем разобраться в технических аспектах этого вопроса.
В начале двухтысячных у BMW и Mercedes были отличные дизельные V8, а потом вдруг рабочий объем дизелей резко уменьшился до скромных трех или трех с половиной литров, а число цилиндров ограничилось шестью. При этом у английских конкурентов из Jaguar Land Rover дизельные V8 остались. Казалось бы, на фоне расцвета дизельных двигателей в Европе это странно. Неужели лидеры автомобилестроения проиграли гонку технологий? Вовсе нет, просто уже в то время немецкие законодатели и экологи озаботились проблемой выхлопов оксидов азота у дизелей и попытались принять первые меры.
В первую очередь – как всегда, карательные, в виде резкого повышения суммы налога на рабочий объем дизелей. Как вы знаете, с моей точки зрения экологическое лобби, не очень хорошо разбирающееся в технологиях моторостроения, в целом всему моторостроению очень вредит. «Зеленые» направляют его по тернистому пути «дожатия» существующих технологий, не давая шансов на отладку сколь-нибудь существенно новых конструкций, что за последние полтора десятка лет породило тренд на обкатку новых «улучшений» на «мышах». Да-да, именно на потребителях, то есть на нас с вами…
Наверное, стоит подробнее остановиться на причине столь высокой популярности дизельных моторов в недавнем прошлом. Каждый, кто заканчивал автошколу, слышал, что дизельный мотор экономичнее бензинового. И даже цифры КПД преподаватели называют, 15-20%. Вроде бы много, но при эксплуатации оказалось, что с ростом мощности разница в реальной экономичности только увеличивается, достигая двукратной величины для тяжелых внедорожников.
Современные машины все как одна стараются быть как можно мощнее –слабые моторы остаются уделом совсем уж дешевых малолитражек, и даже в В+ классе двигатели обычных, не «заряженных» машин развивают больше 120 л.с. Чтобы вы понимали, такая мощность превращала обычный Golf в GTI еще двадцать с небольшим лет назад.
В бизнес-классе же запрос на мощность заметно выше, и две сотни лошадиных сил уже близки к минимуму приличия. Столкновение двух трендов, на повышение мощности и на снижение выбросов (а значит, и расхода топлива), породило нездоровую ситуацию, выходов из которой оказалось не так уж много. Появившиеся немного раньше гибриды были ограничены прогрессом аккумуляторных батарей. Бензиновые моторы оказались заложниками необходимости выдерживать состав топливной смеси в очень узком диапазоне с помощью дросселирования, а значит, крайне невысоким КПД на нагрузке меньше максимальной.
Выход нашли в даунсайзинге, турбонаддуве и непосредственном впрыске. Но было решение лучше: двигатели, которые на малой нагрузке не требовали перегрева, идеально работая с максимальным КПД вплоть до холостых оборотов, да еще и позволяли с помощью турбонаддува получить огромную мощность, ведь давление турбины в них не ограничивалось детонацией. Разумеется, речь о дизелях, для которых эта ситуация стала тем счастливым билетом, который поспособствовал невиданно крутому взлету технологий.
Развитие методов математического моделирования и компьютерных расчетов позволило создать топливную аппаратуру, пригодную для быстрого и чистого сжигания топлива. Препятствий для повышения литровой мощности дизелей почти не осталось, а прочность конструкций при невысоких оборотах можно увеличивать еще долго. В результате мощная машина с многолитровым мотором, пока нагрузка была малой, расходовала буквально «крупицы» топлива. Буквально в несколько раз меньше, чем с бензиновым мотором! Отсюда, собственно, «сказочные» паспортные показатели расхода на уровне 4-5 литров на 100 км. Ведь ездовой цикл NEDC, на основании которого рассчитываются цифры расхода, как раз предполагает езду в основном с малой нагрузкой. На полной мощности разница с бензиновыми моторами уменьшалась до тех самых 10-20% разницы превосходства в КПД, но кого это беспокоило?
Даунсайз последнего поколения, когда с литра рабочего объема снимается по 150 лошадей, а четыре цилиндра уже кажутся роскошью, еще не предел.
Чтобы получить еще 15% снижения в следующие пять лет, придется вновь уменьшить рабочий объем и повысить давление наддува, ведь сами машины станут тяжелее. И не забывайте про маркетинг! Мощность всегда должна расти. 20 лет назад хорошим тоном было 100 сил, сегодня – 150, значит, завтра будет уже 170. Получается, выход вроде бы один, дизельные моторы…
Но не все так просто. У дизелей есть еще пара существенных минусов, о которых стали всерьез задумываться только сейчас. Нормы Евро-6 от Евро-4 в основном отличаются не повышением чистоты выхлопа, как думают наши чиновники и даже некоторые экологи, а введением намного более жестких ограничений на выбросы окислов азота, твердых частиц и СО.
Для бензиновых моторов небольшое повышение требований к выбросам NO и введение назревших норм на выбросы твердых частиц моторами с непосредственным впрыском проходит почти в штатном режиме, это мало что изменит. Для них проблемой, как мы знаем, является уменьшение расхода топлива. Сложнее оказалось именно дизельным моторам, в которых топливо всегда сгорает в избыточном количестве воздуха и максимально эффективно, насколько это возможно, а значит, и количество окислов азота у них всегда значительно выше.
В «доисторические» времена карбюраторных моторов это было не очень существенно, но после того, как экологи загнали моторы бензиновые в прокрустово ложе, принялись и за дизели. Пусть они выбрасывают мало СО, но ведь нужно и тут что-то такое ограничить.
Вот с выбросами NO побороться пришлось серьезно. Для начала все решила система EGR, когда на холостых оборотах на впуск подавалось меньше кислорода. Что-то вроде даунсайзинга для бензиновых моторов – это позволяет сохранить давление в цилиндре и в то же время уменьшить количество кислорода. А значит, снизить температуру вспышки и количество NO. Технология работает до сих пор и позволит снизить выбросы еще чуть-чуть, но ее предел уже близок.
Замена уже нашлась – это химическая нейтрализация раствором мочевины, который в специальном катализаторе взаимодействует с окислом азота и восстанавливает его до безвредного азота. Даже без рециркуляции она позволяет моторам уложиться в нормы выброса, но требует от водителей обязательной заправки раствора мочевины AdBlue.
Проблему выброса твердых частиц начали решать уже давно, и решение это оказалось дорогим и хлопотным, но пока достаточно эффективным. На выпуск просто установили фильтр. Сажевый, разумеется, сильно отличается от фильтра воздуха на впуске. Во-первых, он работает при высокой температуре, а во-вторых, должен быть рассчитан на куда больший пробег без замены. Выход нашли в периодическом «прожигании» фильтра, когда за счет повышения температуры все несгоревшие частицы, которые мы обычно могли видеть в виде клубов дыма, просто сгорают, ненадолго повышая выбросы СО.
Как вы уже поняли, от объема дизельного мотора и объема прогоняемого через его цилиндры воздуха зависят выбросы NO, а значит, большеобъемные дизели оказываются вреднее, чем более форсированные малообъемные. И еще до введения экологических норм Евро-6 в Германии «подстраховались», направив развитие в нужное русло. А в Британии не стали.
Конечно, можно было обойтись и другими способами снижения выбросов, да и вряд ли кто-то скажет, что в Англии турбодизельные Рендж Роверы потравили всю природу и в Германии листва намного гуще. Но знаете ли, у экологов и чиновников свои игры, им на самом деле может быть не столь важна именно экология, а просто нравится запрещать и наблюдать, как выкрутятся из ситуации все окружающие. И я более чем уверен, что в свете последних событий нам тоже преподнесут вскоре порцию интересных новых правил, чтобы посмотреть, как будут выходить из ситуации автовладельцы и производители.