Борьба за экологию продолжается

Двигатели Caterpillar ACERT

Компания Caterpillar с 2003
года активно внедряет технологию ACЕRТ (Advanced Combustion Emission Reduction
Technology – «передовая технология сокращения эмиссии сгорания»). В 2006 году
фирма представила целую линейку двигателей, предназначенных для магистральных
тягачей и автобусов. Они соответствуют требованиям Агентства по защите окружающей
среды США (ЕРА) и европейским нормам Евро 4 и Евро 5.

В чем же отличия технологии ACЕRТ от применяемых другими компаниями способов
снизить токсичность выхлопа? Это комплексное сочетание оптимизации сгорания
топлива и доочистки выхлопных газов. Инновации внедрены в четырех основных
системах двигателя: топливной, подачи воздуха, электронном управлении и нейтрализации
отработавших газов.

Топливная система

Высокие показатели экономичности и снижения
уровня вредных выбросов объективно демонстрируют двигатели, оснащенные
топливной системой Common Rail. Постоянное высокое давление в топливной рампе,
не зависящее от числа оборотов двигателя, обеспечивает качественное распыление
топлива форсунками, а электронное управление моментом их открытия гарантирует
впрыск в заданное время. Технология ACЕRТ предусматривает распределение
порции топлива на несколько мини-инъекций, подаваемых в разные точки камеры
сгорания с целью оптимизации процесса сгорания. Объем каждой порции и необходимое
время ее подачи определяются электронным блоком управления двигателем. В зависимости
от рабочего объема двигателя используются разные системы управления подачей
топлива. Моторы С7 и С9 оснащены системой HEUI (инжектор с гидравлическим
приводом и электронным управлением). В более мощных агрегатах С13, С15
использована система MEUI (инжектор с механическим приводом и электронным
управлением).

Своевременная и распределенная по времени подача топлива обеспечивает оптимальный
режим его сгорания и повышает экономичность двигателя (по данным фирмы – на
4%), а также позволяет сократить выбросы вредных веществ.

Система подачи воздуха

Новым является то, что в зависимости от рабочего объема
двигателя применяется либо один турбонагнетатель (моторы С7 и С9), либо
два, работающих последовательно (двигатели С13, С15). Второй турбонагнетатель
оснащен клапаном, регулирующим давление наддува. Это позволяет обеспечить
подачу необходимого для оптимального сгорания объема воздуха в любых режимах
работы.Для охлаждения подаваемого воздуха используются два интеркулера (жидкостный
и воздушный). Такое решение позволяет снизить его температуру и тем самым
увеличить его количество. Подача холодного воздуха понижает температуру сгорания,
что способствует уменьшению количества окислов азота (NOx) и макрочастиц сажи.
К свежему воздуху может добавляться часть отработавших газов. Однако, в отличие
от применяемой ранее системы рециркуляции отработавших газов (EGR), новинка
не снижает надежности и долговечности двигателя. Дело в том, что отбор газа
производится после прохождения его через фильтр для дополнительной очистки
выхлопных газов. Межсервисные пробеги, в том числе периодичность замены масла,
для двигателей новой конструкции не отличаются от установленных для существовавших
ранее моделей.Дополнительные плюсы дает система управления впускными и выпускными
клапанами. Высокоскоростные электрогидравлические исполнительные механизмы
позволяют точно и своевременно открывать клапаны и использовать для снижения
токсичности так называемый режим внутренней рециркуляции (одновременное открывание
впускных и выпускных клапанов, при котором поступающий свежий воздух смешивается
с частью отработавших газов из выпускного коллектора).

Система управления

Задача электронной системы управления двигателем ADEM4 состоит в управлении
всеми компонентами системы ACЕRТ с целью сократить выбросы вредных веществ
и уменьшить расход топлива. Используя различные датчики, передающие информацию
о режимах работы двигателя, и соответствующее программное обеспечение, «мозг» выбирает наиболее рациональные способы управления
подачей топлива и воздуха и реализует их через соответствующие аппаратные
средства. Самая сложная задача в обеспечении нормальной работы такого комплекса
(называть этот двигатель по-другому уже не хочется) – установить взаимосвязи
между различными параметрами, математически описать все происходящие процессы
и разработать программное обеспечение. Если учесть, что в некоторых режимах
впускной клапан может открываться и закрываться примерно 30 раз в секунду,
а система впрыска подает 5 строго определенных порций топлива, задача эта
не из легких.

Доочистка отработавших газов

Выполнение требований Евро 4 и Евро 5 невозможно
без применения дополнительных устройств для доочистки отработавших газов.
Компанией Caterpillar разработан новый дизельный фильтр (DPF), предназначенный
для задержки частиц сажи, который представляет собой вариант окислительного
катализатора. Микрочастицы сажи накапливаются в порах катализатора. Специальный
датчик реагирует на рост количества сажи в ячейках. Когда электронный модуль
контроля обнаруживает увеличенное количество сажи, он запускает систему
активной регенерации (CRS) и подает строго необходимое количество топлива
для подогрева катализатора до заданной температуры. Этот процесс протекает
автоматически, без вмешательства водителя.

Система регенерации Caterpillar (CRS) чем-то напоминает домашнюю газовую
печь. Топливо, используемое для подогрева фильтра до температуры 650°С, подается
не в сам фильтр, а в закрытую камеру сгорания. В результате не только оксид
углерода, но и частицы сажи химически преобразуются в углекислый газ и воду.

Определенная часть продуктов окисления остается в порах фильтра, но ее можно
удалить в процессе обслуживания. Времени эта операция занимает столько же,
что и замена масла, а периодичность ее выполнения составляет 300–500 тыс.
км. Демонтаж фильтра не требуется.

В отличие от некоторых существующих систем очистки, не нужны дополнительные
реагенты, а сам фильтр, кстати, выполняет еще и функции глушителя шума выпуска.

Итак?

Судя
по темпам развития систем, позволяющих снизить токсичность выхлопа автомобильной
техники, уже сегодня возможно создание двигателей, соответствующих самым
высоким требованиям по токсичности. При этом не придется жертвовать ни долговечностью,
ни экономичностью. Таким образом, задача создания автомобилей, выхлопные
газы которых будут чище, чем всасываемый воздух, уже не кажется невыполнимой.
Может, в недалеком будущем мы начнем использовать автомобили в качестве
фильтров для воздуха в крупных городах и промышленных районах?

Технические характеристики двигателей Caterpillar

Александр Ландарь
Фото Caterpillar