Scania в борьбе за чистый выхлоп

Чуть больше года прошло после презентации новых грузовиков P- и R-серии фирмы Scania, однако их высокие эксплуатационные свойства стали причиной ощутимого роста продаж в ряде европейских стран. В скандинавском регионе, включающем Данию, Финляндию, Исландию, Норвегию и Швецию, в I полугодии 2005 г. по сравнению с аналогичным периодом 2004 г. число зарегистрированных грузовиков марки Scania выросло на 34% при общем росте регистрации новых грузовых автомобилей на 16%. Из 8500 тяжелых грузовых автомобилей, зарегистрированных в Скандинавии, 3100 (или 36,4%) составили новые модели Scania. Для Швеции эти цифры равны 2400 и 1100, т. е. доля продукции Scania достигла рекордных 46,5%.

380-сильный 6-цилиндровый дизель, по токсичности соответствующий нормам Euro 3

Среди главных достоинств новых моделей Scania потребители отмечают низкое потребление горючего, высокую эффективность перевозок и отличные условия работы для водителя. С установкой на автомобили дизелей, удовлетворяющих требованиям экологического стандарта Euro 4, появилось еще одно преимущество: пересекая на своих грузовиках границы таких стран, как Германия и Швейцария, транспортные компании начали экономить на дорожных сборах и транспортном налоге.

С осени 2005 г. покупателям грузовиков Scania предоставлен широкий выбор двигателей в исполнениях Euro 3, Euro 4 и Euro 5 семейства силовых агрегатов, включающего 21 версию дизельных моторов. Диапазон мощности этих дизелей впечатляет – от 230 до 620 л.с., причем 620-сильный V-образный 8-цилиндровый является самым мощным из устанавливаемых на магистральные грузовики.

С появлением в семействе дизелей 5-цилиндрового 9-литрового двигателя можно говорить о появлении в компании модельного ряда моторов, сконструированных по модульному принципу. Это означает, что размерность цилиндров, величина и особенности конструкции камер сгорания, протекание процессов впрыска и сгорания у всех представителей моторного семейства одинаковы и представляют собой результат многолетней, кропотливой работы специалистов компании по совершенствованию технического уровня моторов. Большое количество общих компонентов двигателей Scania облегчает снабжение их запасными частями и повышает эффективность работы сервисных станций.

12-литровый 420-сильный дизель с турбокомпаундом и системой EGR, отвечающий нормам Euro 4

Время снижать токсичность

Введение в странах Европейского сообщества с 1 октября 2006 г. директивы ЕС 98/69, касающейся новых грузовиков и предусматривающей снижение предельных величин вредных выбросов до требований стандарта Euro 4, способствовало разработке компанией Scania двух различных систем снижения токсичности выхлопных газов для установки на дизели. Речь идет о регламентируемом в стандартах уменьшении четырех основных компонентов вредных веществ, выбрасываемых выхлопными трубами, которые представляют наибольшую опасность здоровью человека. Что же это за компоненты? Во-первых, это СО (оксид углерода), возникающий при неполном сгорании топлива вследствие недостатка кислорода. Газ без цвета и запаха снижает количество кислорода, поступающего в кровь, и вызывает головную боль, тошноту, а при высокой концентрации даже смерть человека. Второй вредный компонент – углеводороды НС, относящиеся к канцерогенным веществам. Образующиеся в результате неполного сгорания или испарения топлива углеводороды, взаимодействуя с оксидом азота и под действием солнечных лучей, переходят в соединение, способствующее появлению летнего смога.

Третий из рассматриваемых компонентов – оксиды азота NОх – бесцветная и не имеющая запаха субстанция, превращающаяся на воздухе в токсичный газ NО2 с неприятным запахом, очень вредный для всего живого. Наконец, несгоревшие твердые микроскопические частицы углерода, находящиеся в выхлопных газах двигателей, попадая в легкие, приводят к возникновению рака.

12-литровый 420-сильный дизель с турбокомпаундом и системой EGR, отвечающий нормам Euro 4

Стандарт Euro 4 снижает допустимое количество NОх, СО и НС по сравнению со стандартом Euro 3 на 30% и твердых частиц (ТЧ) на 80%, т. е. выброс последних будет практически исключен.

Стандарт Euro 5, который будет применяться ко всем грузовым автомобилям, зарегистрированным после 1 октября 2009 года, по сравнению со стандартом Euro 3 должен будет обеспечить снижение выбросов NОх на 60%, СО, НС – на 30% (т. е. требования будут аналогичны стандарту Euro 4) и ТЧ – на 80% (как и стандарт Euro 4). Цель введения стандарта Euro 5 заключается в дальнейшем снижении количества азотных загрязнителей по сравнению со стандартом Euro 4.

Два решения проблемы

Теперь рассмотрим, каким путем пошли создатели двигателей в компании Scania, чтобы достичь требуемых норм по токсичности. Для семейства рядных 5- и 6-цилиндровых двигателей с системой турбокомпаунда и без нее ставка была сделана на использование метода частичной рециркуляции выхлопных газов EGR (Exaust Gas Recirculation). От 18 до 25% выхлопных газов, находясь под давлением, создаваемым специальным «соплом Вентури» (или турбокомпаундом), подаются обратно во впускной воздушный коллектор, снижая содержание кислорода в наддуваемом воздухе. Так происходит уменьшение температуры сгорания и, как следствие, сокращение выделения вредных выбросов оксидов азота (NОх). Для ликвидации дыма и запаха выхлопных газов в глушителе устанавливают специальный нейтрализатор-окислитель. Он не требует обслуживания в период эксплуатации и его работа никак не зависит от качества дизельного топлива.

Система рециркуляции выхлопных газов EGR дизеля с турбокомпаундом

Двигатели с этой системой соответствуют нормам стандарта Euro 4. Однако система EGR не применяется на V-образных 12-литровых дизелях, и это объясняется просто. Дело в том, что ограниченная производительность радиаторов, призванных охлаждать проходящие через них выхлопные газы, не позволяет устанавливать их на мощные двигатели. Конструкторы Scania считают, что приемлемое решение будет найдено, а пока... 16-литровые дизели для соответствия нормам Euro 4 оснащают системой SCR (Selective Catalytic Reduction) с использованием реагента AdBlue – раствора карбамида на водной основе (мочевины). Технология SCR в отличие от системы EGR позволяет дизелям «уложиться» не только в нормы Euro 4, но и в нормы Euro 5. Немудрено, что большинство производителей тяжелых грузовиков (DAF, IVECO, Mercedes-Benz, Volvo Trucks, Renault Trucks) остановили свой выбор именно на ней. Однако с применением SCR дела обстоят не так гладко.

Работа системы SCR заключается в следующем: 32,5%-ный раствор AdBlue, имеющий химическое происхождение и хранящийся на грузовике в специальном баке, впрыскивается форсункой в район выпускного коллектора, происходит его смешивание с потоком горячих отработанных газов, после чего в специальном каталитическом нейтрализаторе происходит химическая реакция, в результате которой вредные оксиды азота превращаются в азот и водяные пары, не оказывающие отрицательного влияния на живое. Что касается снижения уровня твердых частиц, то с ними борются путем сжигания в двигателе. Процесс сгорания при этом должен быть более интенсивным, что потребовало внесения некоторых коррективов в конструкцию системы впрыска.

Схема рециркуляции EGR. Холодный воздух (синий) поступает в цилиндры. Часть выхлопных газов (красный) под давлением, проходя через радиатор охлаждения, устремляется во впускной коллектор, снижая температуру горения

Цилиндр, прокладка головки блока цилиндра, поршни, головка блока и шатуны были выполнены усиленными, чтобы обеспечить их устойчивость к работе при более высокой температуре. Система включает резервуар для AdBlue, каталитический конвертор, оборудование для впрыска AdBlue, индикатор выброса выхлопных газов, лампочку индикатора на панели приборов. Снаряженная масса автомобиля повышается в среднем на 200...250 кг, а его цена – примерно на 3 тыс. евро, однако эксплуатационные расходы магистрального тягача снижаются на 2%, учитывая уменьшение расхода дизельного топлива до 4%, несмотря на применение раствора AdBlue (литр раствора стоит 60...68 евроцентов, а его потребление равно 4...5% от расхода дизельного топлива). Правда, на двигателях, соответствующих нормам Euro 5, устанавливают более крупные нейтрализаторы и бо’льшие по размеру баки с раствором, так как его расход больше.

Система SCR функционирует в течение всего срока службы автомобиля, не нуждаясь в обслуживании, и ее наличие не влияет на изменение сроков службы масла в двигателе.

Стоит подробнее остановиться на растворе AdBlue. Стандартизированный в Европе неядовитый раствор мочевины широко применяется в сельском хозяйстве, текстильной, фармацевтической, химической промышленности и в косметике. Он продается в специальных резервуарах разных размеров с целью обеспечить соответствие объему дизельных топливных баков, емкость которых может сильно различаться. В настоящее время развивается сеть заправочных станций, на которых баки для AdBlue будут заправлять с помощью специальных пистолетов. Ожидается, что удорожание стоимости заправки с приобретением раствора составит 1...2%. Раствор AdBlue, поскольку он имеет водную основу, замерзает при температуре 11,5°С, что потребовало оснащения системы нагревающим устройством.

Схема работы системы SCR

При падении уровня раствора AdBlue в баке дизель продолжает работу, но уже не будет удовлетворять нормам Euro 4 или Euro 5. Об отсутствии AdBlue в баке водитель будет узнавать с помощью специальной лампочки на панели приборов.

Делая основной упор на применение системы EGR, на фирме Scania считают, что транспортники по достоинству оценят ее простоту, так как она не требует дополнительного бака с AdBlue и в итоге обеспечивает более низкие эксплуатационные затраты. Политика компании заключается в том, что установка SCR будет использоваться только в случае необходимости, т.е. там, где желаемый результат будет недостижим с системой EGR.

Семейство двигателей для грузовиков Scania 2006 модельного года приведено в таблице. В мае 2006 г. компания начинает выпуск нового типоразмерного ряда коробок передач, главная конструктивная особенность которых заключается в том, что благодаря применению алюминиевых (вместо чугунных) картеров они стали легче – в среднем до 70 кг. Снижению массы способствует также интеграция ретардера в единый с коробкой агрегат. Модернизированы также сцепления. Толщина их ведомых дисков увеличена, а новый привод уменьшил усилие на педали на 20%. Впервые на грузовиках Scania начнут устанавливать 6-ступенчатую коробку передач компании ZF. Ее начали применять на развозных фургонах большой грузоподъемности, работающих в городе и пригородах.