Экологические стандарты Евро-0, Евро-1, Евро-2, Евро-3, ЕВРО-4 Common Rail, ЕВРО-5 в двигателях КАМАЗ
Европейский союз ввел первый экологический стандарт в 1992 году. Это было сделано, чтобы заставить производителей снизить выбросы вредных веществ. С тех пор требования ужесточались каждые 4-6 лет. Новый стандарт Евро сокращал допустимые нормы загрязнения.
Сегодня эти нормы определяют, какие машины можно продавать в Европе и ввозить в Россию. Без соответствия стандарту автомобиль не получит сертификат. Владельцы старых машин сталкиваются с ограничениями при въезде в экологические зоны крупных городов.
Евро-0: эпоха без ограничений
Стандарт Евро-0 – это условное обозначение автомобилей, выпущенных до 1992 года. Никаких экологических норм для них не существовало. Производители не контролировали выбросы, двигатели проектировались с учетом мощности и экономичности.
Дизельные двигатели КАМАЗ-740 с механическим ТНВД тех лет выбрасывали до 15 г оксидов азота на километр и до 2,5 г/кВт·ч твердых частиц. Современный Евро-5 допускает выброс дизелями максимум 0,06 г оксидов азота.
Автомобили Евро-0 практически исчезли с дорог России. Но в некоторых регионах до сих пор встречаются ВАЗ-2106, Москвичи и старые иномарки без катализаторов.
Технические особенности машин до 1992 года
Двигатели Евро-0 были максимально простыми. Карбюраторы готовили топливную смесь механически, без электронного управления. Угол опережения зажигания регулировался трамблером с центробежным и вакуумным регуляторами.
Выхлопная система состояла только из глушителя. Не было катализаторов или датчиков кислорода. Это делало двигатели надежными, но они выбрасывали в атмосферу большой объем загрязнений.
Качество топлива тоже не контролировалось жестко. Бензин содержал до 0,15 г свинца на литр. Этот тетраэтилсвинец повышал октановое число, но наносил ущерб окружающей среде. После сгорания свинец оседал на дорогах и попадал в почву.
Евро-1: первые ограничения и появление катализаторов
Стандарт Евро-1 вступил в силу в январе 1993 года. Он установил первые реальные ограничения на выбросы. Дизели могли выбрасывать до 0,14 г твердых частиц на километр.
Эти цифры в 10-15 раз жестче, чем у машин Евро-0. Поэтому производители автомобилей и спецтехники были вынуждены внедрять новые технологии. Главным нововведением стал каталитический нейтрализатор.
КАМАЗ начал выпуск двигателей, соответствующих Евро-1 в 1996 году. Норма ограничивала выбросы NOx на уровне 8 г/кВт·ч, а твердых частиц – 0,36 г/кВт·ч. Минимально допустимое количество выбросов снизилось в 2 раза по сравнению с Евро-0.
Евро-2: ужесточение норм и улучшение топлива
Стандарт Евро-2 ввели в 1995 году. Его нормативы ужесточились почти вдвое. Для дизелей лимит твердых частиц снизился до 0,08 г/км. Но главное изменение коснулось топлива. Европа полностью запретила этилированный бензин. Это было обусловлено тем, что свинец разрушал катализаторы через 5-10 тысяч километров пробега. Переход на неэтилированное топливо стал обязательным условием.
Турбокомпрессоры с интеркулерами начали устанавливать на все двигатели семейства КАМАЗ. Охлажденный наддувочный воздух позволил поднять степень сжатия до 17:1 и улучшить сгорание. Давление впрыска увеличилось до 700-1000 бар.
Кроме того, на двигатели стали устанавливать электронные блоки управления (ЭБУ). Система BOSCH EDC контролировала момент и продолжительность впрыска с учетом 15 параметров работы двигателя. Это повысило эффективность образования топливно-воздушной смеси во всех режимах.
Расход топлива снизился на 8-10% по сравнению с Евро-1. Магистральный тягач стал расходовать 24-26 л на 100 км при скорости 80 км/ч. Мощность двигателей выросла на 15-20% без увеличения рабочего объема.
Евро-3: появление систем рециркуляции и ужесточение контроля
С 2000 года в Европе действует стандарт Евро-3. После ее введения нормы по выбросам ужесточились еще на 30-40%. У дизелей ограничения составили 0,64 г/км по NOx и 0,05 г/км по твердым частицам.
Соблюсти эти требования без внедрения новых технологий было невозможно. Поэтому производители авто внедрили системы рециркуляции отработавших газов (EGR).
В России норму Евро-3 ввели в 2008 году. КАМАЗ внедрил систему рециркуляции отработавших газов (EGR). Она возвращает часть выхлопных газов во впускной коллектор. Это снижает температуру сгорания и количество оксидов азота. Клапаном EGR управляет ЭБУ в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя.
Давление впрыска повысилось до 1600-1800 бар благодаря переходу на аккумуляторные системы Common Rail от BOSCH. Топливо подается не механическим ТНВД, а электромагнитными форсунками с частотой до 5 впрысков за цикл. Его распыление стало настолько тонким, что размер капель не превышал 10-25 микрон.
Евро-4 Common Rail: революция в производстве дизельных моторов
Стандарт Евро-4 вступил в силу в 2005 году. Нормы стали еще жестче. Дизели получили самые строгие ограничения: 0,25 г/км NOx и 0,025 г/км твердых частиц. Обычные агрегаты с механическим ТНВД (топливным насосом высокого давления) не могли соответствовать этим нормам. Поэтому была внедрена технология Common Rail.
Россия перешла на Евро-4 в 2010 году, ограничила NOx до 3,5 г/кВт·ч и PM до 0,02 г/кВт·ч. Достичь таких показателей только совершенствованием сгорания было невозможно. Поэтому сделали ставку на химическую обработку выхлопа.
КАМАЗ внедрил систему селективной каталитической нейтрализации (SCR). В выхлоп впрыскивается раствор мочевины AdBlue (32,5% карбамида в дистиллированной воде). В каталитическом нейтрализаторе при температуре 250-450°C мочевина разлагается на аммиак, который восстанавливает оксиды азота до безвредного азота и водяного пара.
Система Common Rail эволюционировала до версии BOSCH CP4. Давление впрыска достигло 2000-2200 бар, что обеспечило практически полное сгорание топлива. Форсунки получили пьезоэлектрический привод. Он позволил делать до 7 микровпрысков за один цикл.
Принцип работы системы Common Rail
Традиционные дизели подавали топливо порциями. Насос создавал давление, механический регулятор определял момент впрыска. Давление варьировалось от 200 до 800 бар в зависимости от оборотов.
Common Rail работает иначе. ТНВД создает постоянное давление 1600-2200 бар в топливной рампе (аккумуляторе). Форсунки с электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами открываются по команде ЭБУ. Это дает несколько преимуществ:
- Многофазный впрыск. За один цикл форсунка открывается 3-5 раз: предварительный впрыск, основной, дополнительные. В результате снижается жесткость работы и шум.
- Точная дозировка. ЭБУ контролирует количество топлива с точностью до 0,1 мг.
- Высокое давление на всех режимах. Даже на холостом ходу давление остается максимальным, что улучшает распыление.
Перечисленные преимущества не только сократили количество выбросов, но и улучшили эксплуатационные характеристики дизельных двигателей.
Евро-5: вершина экологичности массовых автомобилей
Стандарт Евро-5 действует с 2009 года. Он еще больше снизил нормы выбросов:
- Для бензиновых двигателей – 1 г/км CO и 0,06 г/км NOx.
- Для дизелей – 0,18 г/км NOx и 0,005 г/км твердых частиц.
Для соответствия нормативам Евро-5 бензиновые моторы оснастили системой непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания (GDI, TSI, TFSI). Форсунки подают топливо под давлением 150-200 бар прямо в цилиндр. Это повышает эффективность образования смеси и снижает выбросы несгоревших углеводородов.
Дизели укомплектовали системами SCR (селективная каталитическая нейтрализация). В выхлопные газы впрыскивается раствор мочевины (AdBlue). При температуре 200-500°C она разлагается до аммиака, который превращает оксиды азота в безвредный азот и воду.
Эффективность SCR достигает 90%. Без этой системы дизели не будут соответствовать нормативам Евро-5. Но вместе с ними появилась новая проблема. Нужно регулярно доливать AdBlue. Расход мочевины составляет 3-5% от расхода дизельного топлива.
ЕВРО-5 в двигателях КАМАЗ
С 2016 года новые грузовики КАМАЗ выпускаются с двигателями Евро-5. Норма установила лимит NOx на уровне 2 г/кВт·ч и PM – 0,02 г/кВт·ч. Снижение выбросов оксидов азота почти в 2 раза потребовало модернизации системы нейтрализации.
Для обеспечения соответствия требованиям Евро-5 увеличили объем катализаторов SCR на 40%, добавили датчики NOx на входе и выходе для точного контроля эффективности очистки. Алгоритм дозирования AdBlue стал адаптивным. Расход мочевины регулируется в зависимости от реальной концентрации оксидов азота в выхлопе.
Давление в системе Common Rail аккумуляторного типа с электронным управлением поднялось до 2500 бар. Это позволило еще более эффективно распылять топливо и снизить образование сажи. Сажевые фильтры стали устанавливаться на все модели. Они регенерируются автоматически каждые 400-600 км. Но при частых поездках по городу на короткие расстояния может требоваться принудительная очистка каждые 1500-2000 км.
Система EGR получила два контура:
- Высокотемпературный для прогрева.
- Низкотемпературный с дополнительным охлаждением для рабочих режимов.
Это снизило нагрузку на компоненты силового агрегата и продлило срок службы клапана до 150000-180000 км.
Ресурс двигателей Евро-5 немного снизился. Это связано с повышенными температурными нагрузками и сложностью конструкции. Но экологические показатели улучшились по сравнению с моторами Евро-0. Кроме того, уменьшился расход топлива.