Двигатели

В настоящее время автомобильные моторы, как никогда, разнообразны. Сегодня серийно выпускаются автомобили с бензиновыми двигателями, дизелями, гибридными, электрическими и силовыми установками. Но сохранится ли это изобилие в ближайшие пять лет – большой вопрос. Из-за жестких, а зачастую и абсурдных экологических норм, которые будут вводиться в ближайшие годы, некоторые типы двигателей могут оказаться под запретом.

Как ни странно, первым может исчезнуть с небосклона самый эффективный и экономичный на сегодняшний день тип двигателя внутреннего сгорания – дизель. Виной тому – нормы по содержанию выхлопов оксидов азота, которым сегодня фактически не соответствует ни один дизельный двигатель в условиях реальной эксплуатации.

Начался скандал в США, где в ряде штатов действуют самые жесткие экологические нормы в мире. В прямом обмане и занижении реальных показателей власти обвинили Volkswagen Group. В итоге компании придется заплатить штраф, сопоставимый с годовой прибылью компании. В Европе провели аналогичное расследование, в результате которого выяснилось, что все дизельные автомобили, представленные на рынке, нарушают нормы по выбросу оксидов азота, причем некоторые в несколько раз. Что интересно, дизели Volkswagen оказались одними из самых экологически чистых. В итоге в странах Старого Света наказывать никого не стали, но обязали автопроизводителей модернизировать моторы с целью снижения выбросов оксидов азота. Автомобильные компании отреагировали на это по-разному. Французские автопроизводители, где до недавнего времени доля дизельных двигателей была самой большой в мире, похоже, отказываются от разработки новых дизелей. А что делать, если с 2020 года въезд в Париж дизельных машин будет запрещен. А вот немцы, похоже, не собираются расставаться с дизелями. Недавно компании Daimler, BMW, Volkswagen Group и Opel согласились провести обновление программного обеспечения на 5 млн автомобилей, правда пока только в Германии. Новая программа позволит регулировать режим работы не только самого дизеля, но и систем селективной нейтрализации и рециркуляции отработанных газов. Заявлено, что эти меры позволят снизить выбросы оксидов азота на 25–30%. Разрабатываются и новые дизели, которые будут соответствовать современным экологическим нормам, например, Mercedes-Benz представил в прошлом году семейство рядных дизелей M276. Среди особенностей его конструкции – электрический турбонаддув, который питается от 48-вольтовой батареи. Mercedes-Benz ведет работы и над новыми 4-цилиндровыми дизелями. Так что дизель сбрасывать со счетов рано, и вот почему. Да, данный тип двигателя с трудом укладывается в действующие нормы по выбросам оксидов азота, зато обладает лучшими по сравнению с бензиновыми моторами показателями по выбросам углекислого газа. В 2020 году в Старом Свете начнет действовать директива Евросоюза 443/2009, согласно которой выбросы углекислого газа у новых моделей каждой компании не должны превышать 95 г/км. Современные дизели уже сейчас близки к данному показателю, а из бензиновых только 3-цилиндровые моторы соответствуют данным нормам. Понятно, что еще какое-то время будут действовать старые сертификаты, но приговор многоцилиндровым двигателям внутреннего сгорания уже подписан, если они и сохранятся, то только в составе гибридных силовых установок. Следует отметить, что у дизеля еще есть большой потенциал по снижению выбросов. Уже разработаны и даже серийно выпускались 3-цилиндровые дизели, а также гибридные силовые установки, в состав которых входит дизельный мотор. Широкого распространения они не получили, но это пока, а что будет дальше – время покажет.

Теперь – о наиболее распространенных автомобильных силовых установках – бензиновых. Еще недавно казалось, что по крайней мере 3-цилиндровым моторам ничего не грозит, они с запасом будут соответствовать перспективным европейским экологическим нормам. Многие компании уже несколько лет выпускают такие моторы. Но здесь есть другая проблема. Дело в том, что в сентябре 2017 года в Европе начинают действовать новые правила тестов по замеру расхода топлива и выбросов углекислого газа WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures). Это новый всемирный стандарт, который заменяет сразу три региональных ездовых цикла: европейский NEDC, американский FTP-75 и японский JC08. Новый цикл более приближен к реальной эксплуатации, в результате по WLTP расход топлива и выбросы примерно на четверть выше, чем по европейскому NEDC, а у некоторых двигателей эта разница еще больше. Поэтому европейские автопроизводители все громче заявляют, что в связи с введением WLTP и Директива Евросоюза 443/2009 должна быть пересмотрена, но вряд ли это будет сделано, поскольку ставит под угрозу само существование двигателей внутреннего сгорания на легковых автомобилях в Европе после 2020 года. Вообще, несколько странно, что экологи так взялись именно за автомобильный транспорт. Почему-то никого не волнует, что для морского транспорта вообще нет никаких экологических ограничений. На воздушном – пытались было ввести, но авиационные корпорации заявили, что это приведет к необоснованному росту стоимости перевозок. Если следовать здравому смыслу, то для автомобилей вполне можно было бы ограничиться нормами Евро-3 или Евро-4, и ущерб для экологии был бы небольшой, и стоимость машин удалось бы удержать в приемлемых рамках. Тем не менее автопроизводители не сдаются и продолжают совершенствовать конструкцию бензиновых двигателей. Так, например, Mazda работает над новым поколением бензиновых моторов Skyactiv, у которых воспламенение топливной смеси, как и у дизелей, происходит от сжатия, это позволит увеличить эффективность силовой установки на 30%. Вообще, одна из тенденций нашего времени – бензиновые двигатели все больше становятся похожи по конструкции на дизель, и наоборот.

До недавнего времени казалось, что панацеей от всех бед станет подзаряжаемая гибридная силовая установка. Действительно, но нормам NEDC такие двигатели имеют почти нулевой выброс даже у автомобилей с мощными моторами, ведь фиксируется в основном режим работы силовой установки на электротяге. Например, у спорткара BMW i8 заявленные выбросы углекислого газа 49 г/км, а расход топлива 2,1 л на 100 км. Но с циклом WLTP такой номер уже не пройдет. Для подзаряжаемых гибридов предусмотрено несколько циклов испытаний: в режиме электромобиля, при полностью заряженной батарее и при частично разряженной. Затем все результаты суммируются, и на их основе определяются реальные цифры выбросов. Да, они будут ниже, чем у автомобилей с обычными двигателями внутреннего сгорания, но не столь фантастически низкими, как при испытаниях по циклу NEDC.

Так что же, остается один электромобиль? Здесь тоже не все так просто. До сих пор такие транспортные средства остаются слишком дорогими для массового потребителя, а запас хода без подзарядки слишком маленьким для дальних поездок. Работы по снижению стоимости аккумуляторов и увеличению запаса хода ведутся, но вряд ли в ближайшее время произойдут кардинальные изменения. Поэтому в большинстве стран электромобиль по-прежнему продолжает оставаться дорогой игрушкой, и спрос на них, если нет преференций со стороны государства, не растет. В этом плане интересен опыт Китая – лидера по производству и продаже электромобилей. В 2016 году в Поднебесной продали 351 тысячу легковых электромобилей и подзаряжаемых гибридов. Это почти половина всех мировых продаж (774 000). Но на фоне общего автомобильного рынка Китая, объем которого составил 24,38 миллиона, это капля в море. Да и то столь высокого результата удалось достичь благодаря государственной поддержке. До недавнего времени в Китае действовали государственные субсидии при покупке электромобилей (в зависимости от класса от 5000 до 7500$), что почти уравнивает их по стоимости с обычными автомобилями. К тому же в крупных городах много бесплатных станций быстрой зарядки. Но в этом году субсидии отменили, и будет интересно посмотреть, как на это отреагирует рынок. С другой стороны, правительство КНР планирует ввести нормы, по которым средний корпоративный расход топлива у новых моделей не должен превышать 5 л на 100 км, этого невозможно достичь без массового производства электромобилей. Ряд крупных китайских автопроизводителей, например Geely, уже заявили, что после 2020 года у них в модельном ряду не останется автомобилей с обычными двигателями внутреннего сгорания, только электромобили и подзаряжаемые гибриды.

Однако массовому процветанию электромобилей может помешать ряд проблем, которые экологи почему-то предпочитают не замечать. Самая главная – чтобы получить электроэнергию, ее необходимо где-то взять. На сегодняшний день самый распространенный вид топлива на электростанциях – это газ, причем в ближайшем будущем доля этого источника будет только расти. В Китае вообще в основном используется уголь. Так вот, если учесть, сколько топлива расходуется на производство 1 кВтч энергии, и суммировать это с потреблением энергии электромобиля, то получим цифру 3–4 л на 100 км. Это результат, сопоставимый с современным легковым автомобилем с дизельным двигателем, при этом он почти вдвое дешевле и гораздо удобнее в эксплуатации. Постоянно возить с собой 500 кг лишнего веса – а именно столько весит блок из аккумуляторных батарей большой емкости – также не лучшее решение с точки зрения эффективности, управляемости и пассивной безопасности. Еще одна проблема – сейчас для производства аккумуляторных батарей используется преимущественно литий, запасы которого на планете ограниченны. Наконец, огромные проблемы связаны с утилизацией аккумуляторных батарей.

Toyota Mirai - первый серийный элетромобиль на водороде

В качестве альтернативы электромобилям могли бы выступить автомобили с силовой установкой, работающей на водороде. Такая машина даже серийно выпускается уже два года и продается во многих странах. Это – Toyota Mirai. Но пока массовое распространение таких автомобилей ограничивают как высокая стоимость самого топлива, так и плохо развитая инфраструктура водородных заправок. К тому же, хотя такой автомобиль и обладает нулевым выбросом, чтобы добыть сам водород, необходимо затратить определенное количество энергии. То есть мы сталкивается с той же проблемой, что и с электромобилями.

В общем, вопросов относительно будущего автомобильных двигателей очень много. Времени до 2020 года, когда вступят в силу новые экологические нормы, осталось совсем немного, а значит, конструкция силовых установок в ближайшие три года существенно изменится. К тому же не будем забывать, что хотя Китай, Северная Америка и Европа и являются сегодня основными автомобильными рынками, но есть еще Индия, Ближний Восток, Африка и Южная Америка, где экологические нормы не столь строгие или их нет вовсе, там автомобили с традиционными двигателями внутреннего сгорания будут использоваться еще в течение многих десятилетий. В общем, мы живем в очень интересное время: с одной стороны, вроде бы идет процесс глобализации, а с другой стороны, большие государства стремятся создать преференции для собственной промышленности, что приводит к разделению рынков. Какая из тенденций победит – покажет время.

Материал предоставлен журналом “Автокомпоненты”.