автомобилиПЕРСПЕКТИВАНИКОЛАЙ МОРДОВЦЕВ заместитель главного редакторТРИ ИСТОЧНИКАКакой вид топлива будут использовать автоперевозчики лет через десятьпятнадцать? Реально ли уменьшить расходы на топливо? Об этом можно узнать уже сейчасС28амые первые автомобили оснащались паровыми двигателями или электромоторами, работающими от слабеньких и громоздких аккумуляторов. Однако уже более 120 лет на любых «самодвижущихся повозках» практически безраздельно властвуют двигатели внутреннего сгорания. Но запасы нефти на земле не безграничны, на какой срокРЕЙС АВГУСТ 2011хватит углеводородного топлива – никому точно не известно. Одни ученые говорят о запасе на 25-40 лет, другие настроены более оптимистично и обещают человечеству в два раза большую отсрочку от нефтяного апокалипсиса. А ведь углеводороды – основа фактически для всей неорганической химии. Лучше сейчас поберечь нефть для потомков, для их бытовых нужд – мы-тоуже вряд ли сможем обойтись без полимеров, пластмасс, синтетических волокон и тканей… Ведущие компаниипроизводители автомобилей ныне активно разрабатывают двигатели, работающие на альтернативных, возобновляемых видах топлива. Демонстрацию своих последних достижений в этой области компания Volvo Trucks провела на родине Volvo в Гетеборге. Volvo Truck выводит на рынок тяжелые грузовики, работающие на альтернативных видах топливаМетан: голубые коридорыСамая ближайшая и реальная перспектива – использовать в качестве топлива газ. Причем газ как автомобильное топливо имеет не менее продолжительную историю, чем бензин, а заставить двигатель грузовика работать на солярке удалось только в 20-х годах прошлого столетия. Напомним, что на грузовиках Volvo дизели собственного производства появились лишь в конце 40-х годов, зато в 1933 году шведы начали применять многотопливный двигатель инженера Хессельмана, который мог работать на бензине, спирте, генераторном газе и низкосортных маслах. Однако для настройки мотора на определенный вид топлива приходилось менять систему питания и даже поршни… Не только в России газ стоит полцены от бензина или дизтоплива – в Европе примерно то же соотношение. Причем в сравнении с пропан-бутаном метан – еще более дешевый газ. Однако пропан – нефтяной газ, который сопутствует добыче нефти, и, значит, это невозобновляемый вид топлива. Метана в природе больше, хотя его тоже можно считать попутным газом, но метан можно получать искусственно, чуть ли не с каждой (извините) навозной кучи или со свалки бытовых отходов. Генераторы, вырабатывающие метан, уже давно существуют, разве что их нет в масштабном производстве. Шведы говорят, что сейчас применение метана – это мостик к перспективному биогазу. У метана один серьезный недостаток – его хранят в толстостенных стальных баллонах (типа кислородных, 50-литровых) под давлением 200, а то и 300 атмосфер. И все равно запас ходагрузовика не превышает 200-300 километров. Между тем жидкость плотнее газа, и давно известно, что метан лучше хранить в сжиженном состоянии, но его надо хорошенько проморозить – наивысшая критическая температура -82° С. Поэтому приходится понижать температуру хранения до минус 100- 140 градусов. А для этого необходимо закачивать при заправке сжиженный газ в баллон-термос. Интересно, что в СССР еще в 60-х годах на сжиженном метане эксплуатировались ГАЗ-51 и ЗИЛ-164, при этом применялись или баллоны-термосы, или обычный баллон типа пропанового, который«обкладывали» пенопластом. В отличие от других производителей, шведы выбрали для воспламенения газовоздушной смеси не искровое зажигание, а так называемый газодизельный цикл. Сжиженный газ под давлением 16 бар (16 кг/см2) через дополнительные газовые форсунки с электронным управлением впрыскивается во впускной трубопровод перед впускным клапаном на такте впуска. Метан мгновенно переходит в газообразное состояние, смешивается с воздухом. В конце такта сжатия для воспламенения полученной газовоздушной смеси в камеру сгорания впрыскиваетсяЗаправочная арматура – как на пропане. И так же в жару обрастает инеемИзбыток давления из баллона-термоса стравливается через эту трубкуУ баллона-термоса есть свой манометр. Предельное давление – 230 psiАВГУСТ 2011 РЕЙС 29 автомобилиПЕРСПЕКТИВАСправа – баки с соляркой и AdBlue, а также каталитический конвертерЗаправлять LNG надо в толстых перчатках: иначе отморозишь пальцыБаллон можно сделать чуть больше или навесить еще один, правый бакдизтопливо. При работе двигателя три четверти от необходимого топлива составляет метан, а оставшаяся четверть – солярка, хотя это соотношение, а соответственно, расход дизтоплива можно и уменьшить. Примечательно, что при всем многообразии двигателей у Volvo Trucks на метан-дизельные Volvo FM устанавливают 12,7-литровый двигатель D13С-Gas с настройкой мощности 460 л. с. и крутящим моментом 2300 Н.м. Для магистральных перевозок D13 (диапазон настроек от 400 до 520 л. с.), безусловно, наиболее достоин перевода на газ, ведь обычно нехватку «калорийности» метана, в сравнении с соляркой, компенсируют ростом объема двигателя и увеличением степени сжатия. Напомним, что октановое число метана по моторному методу около 105-110 единиц, и бензина А-105 не существует. Степень сжатия у «перекрещенного» D13 осталась прежней – около 17, однако под нагрузкой детонации нет. В движении чувствуется некоторая потеря той тяговитости, которая обычно присуща чистопородному дизельному двигателю, но совсем немного. Да и по оборотам максимальной мощности этому мотору далеко до ЗИЛ-130: у D13С-Gas диапазон от 140030 РЕЙС АВГУСТ 2011до 1850 оборотов, а полка момента от 1100 до 1400 об/мин. Еще одна отличительная особенность этих машин – специальный каталитический конвертер для нейтрализации отработавших газов, установленный на выходе выпускного тракта. Интересно, что газодизельный цикл применялся и в СССР: в середине 80-х годов серийно выпускались КАМАЗы, но метан использовался в газообразном, сжатом состоянии, а в управлении, естественно, обходились без электроники. Шведы утверждают, что эксперименты с газодизельным циклом они ведут с 90-х годов – тогда такими двигателями оборудовали коммунальные автомобили, работающие в крупных городах. Сейчас на LNG перевели не грузовик легкой серии, а универсальный по применению Volvo FM, причем в версии для магистральных перевозок. В Европе на трассе другого «метанового» тягача для автопоезда полной массой 40 тонн, кроме как Volvo, пока не встретить. А все потому, что удалось компактно разместить баллон-термос и обеспечить приемлемый запас хода в 500 километров. Емкость резервуара под сжиженный метан – 280 литров, с учетом необходимой для баллонов с любым сжиженным газом паровой подушки полезная емкость составляет 246 литров. Огромный термос все равно через несколько суток теряет закачанный вместе с газом холод. Температура растет, увеличивается давление – тогда избыток метана автоматически стравливается через выведенную выше крыши трубку. Под дизтопливо отведен 330-литровый бак: если в рейсе газ закончится, двигатель сможет работать на солярке. По энергетической способности один литр дизтоплива эквивалентен 1,7 литра сжиженного метана. Значит, чтобы получить запас ходаНаклейка предупреждает об опасности, хотя метан не страшнее бензинакак на баке в 1000 л солярки, резервуар под LNG должен вмещать почти 1900 литров газа. У современного тягача столько места нет. И расход будет не 30 литров, а 51 литр на сотню. Значит, в магистральных перевозках на грузовиках с метан-дизельным двигателем на первое место выходит обеспеченность развитой сетью заправок. Поэтому первые 100 таких Volvo FM, начало производства которых запланировано на август этого года, будут отправлены перевозчикам Голландии, Великобритании и Швеции, где наиболее развита инфраструктура производства и реализации сжиженного метана. На 2012 год Volvo Trucks планирует выпустить уже 400 таких грузовиков. В течение ближайших пяти лет шведской компанией Fordongas планируется создать сеть заправок сжиженным метаном в Швеции. Одновременно с этим в Европе будут строиться газовые заправки на основных магистралях для обеспечения межрегиональных перевозок. Казалось бы, при увеличении расхода топлива в 1,7 раза и при цене на сжиженный метан, допустим, в 2,2-2,3 раза меньшей, чем на дизтопливо (понятно, что обычный сжатый метан дешевле), да еще с учетом 25-процентной «за- Дизель Volvo D13 сделали просто «всеядным» – многотопливнымВозможно, для тягачей на LNG придется использовать длинную базупальной» порции солярки, выигрыш от конвертации дизеля не велик. Ведь не бензиновый мотор переводят на газ, а современный экономичный дизель. Да и сама инновационная машина не будет дешевле обычного Volvo FM. Однако шведы утверждают, что экологически чистый грузовик окупится за два-четыре года именно благодаря экономии на топливе, потому перевозчикам не нужны льготы и преференции от правительства. А если «послезавтра» цены на нефть вырастут в два раза? Тогда будет прямой смысл покупать грузовики с метан-дизельными двигателями – вот Volvo Trucks и готовится загодя. Во всяком случае, уже есть реальный опыт эксплуатации. Шведская транспортная компания Götene Kyltransport на протяжении нескольких последних лет испытывала новые грузовики Volvo, работающие по газодизельному циклу. Отзывы – самые положительные.Из черного ликераВ ближайшее время человечество вряд ли найдет одно-единственное топливо, которое в состоянии полноценно заменить бензин и солярку. Метан, газообразный или сжиженный, – лишьодин из вариантов, у которого есть и свои недостатки. Другим, весьма перспективным альтернативным видом топлива, по оценке специалистов Volvo Trucks, является диметилэфир, или, как его называют сокращенно, ДМЭ. Это топливо, в сравнении с соляркой, сводит к нулю содержание сажи в отработавших газах. Как известно, сажа – главный канцероген в ОГ дизеля. Кроме того, применение ДМЭ позволяет снизить на 95% выбросы углекислого газа в атмосферу (для сравнения, метан обеспечивает снижение выбросов СО только на 70 процентов). Мало найдется людей, которые не знают, что такое метан, и совсем немного эрудитов, которые знают, что такое диметилэфир. Между тем с ним сталкивался почти каждый. ДМЭ часто применяют в качестве основы в различных бытовых аэрозолях, и, значит, сомневаться в его безопасности не стоит. Он не токсичен, без цвета и практически без запаха, при нормальных условиях это газ, при повышении давления до 5 бар – становится жидкостью. Однако «уживается» не с каждым пластиком. Сегодня диметилэфир получают фактически из древесины. Значит, человечеству грозит вырубка лесов? Чем тогда ДМЭ лучше биосолярки, ради которой, возможно, придется отдавать под какой-нибудь рапс посевные площади? Однако в качестве сырья для диметилэфира используется черный щелок (по-английски он называется black liquor, не путать с другими ликерами) – побочный продукт, вырабатываемый при производстве бумажной массы. Кроме того, био-ДМЭ могут производить и из других биологических воспроизводимых материалов, например, продуктов, сопутствующих лесозаготовке (лес рубят – щепки летят…), при переработке мусора или гумуса.Термос – из английского города Лейланда, известного своими грузовикамиПоставить диметилэфир вровень с соляркой позволила низкая температура воспламенения и высокое цетановое число, около 55. ЦЧ – показатель воспламеняемости топлива для дизелей. Российская солярка имеет цетановое число не менее 45, за рубежом летнее дизтопливо с ЦЧ 49, зимнее – с ЦЧ 45. Применение топлива с ЦЧ менее 40 вызывает жесткую работу двигателя, перегрев поршней и головок цилиндров. Чем ДМЭ не альтернатива солярке? Биологический диметилэфир сейчас производится на заводе компании Chemrec в городе Питео на севере Швеции. Согласно расчетам ДМЭ, произведенный из черного щелока, может заменить примерно половину дизельного топлива, которое используется ныне для транспортных операций по всей Швеции. Цена на диметилэфир не известна: будет она дороже, чем сегодня солярка, или дешевле – никто не знает. Парадокс, но пока так. Volvo Trucks стал первым европейским производителем тяжелых грузовых автомобилей, который решил применить диметилэфир в качестве топлива. Для оценки перспектив использования ДМЭ, опыта эксплуатации разработана проАВГУСТ 2011 РЕЙС 31 автомобилиПЕРСПЕКТИВАМотор под диметилэфир сразу и не отличить от обычного дизеляОт работы на метане может до срока «сгореть» турбокомпрессорДля сохранения развесовки диметилэфир забирается из обоих резервуаровДля впрыска сжиженного метана установили дополнительные форсункиграмма дорожных испытаний. Девять седельных тягачей Volvo FH с ДМЭ начинают работу у нескольких шведских перевозчиков, испытания продлятся до конца 2012 года. Пока только в границах Швеции: существует только четыре АЗС, на которых можно заправиться диметилэфиром, но технологически не сложно установить оборудование на любой действующей станции. Изменений в двигателе, связанных с переводом дизеля на диметилэфир, совсем немного. Это моторы семейства D13, но в данном случае они носят маркировку D13B440DME. То есть двигатель имеет мощность 440 л. с., при этом максимальный крутящий момент составляет 2200 Н.м при 1000-1400 об/ мин – видно, что с конвертацией на ДМЭ дизель ничего не потерял. Во время пробных заездов на Volvo FH с диметилэфиром по дорогам в окрестностях Гетеборга, если бы не крупная надпись на кабине «DME», не поверил бы, что мотор работает не на солярке. А кроме сохранившейся тяги он еще тише и мягче работает. При этом уровня Евро-5 двигатели достигают без всякой32 РЕЙС АВГУСТ 2011рециркуляции и мочевины. Однако по теплотворной способности диметилэфир, как и метан, тоже проигрывает солярке: приходится увеличивать цикловую подачу в 1,8 раза, а это ведет к соответствующему увеличению расхода топлива. Следовательно, возникает необходимость почти в два раза увеличивать объем резервуаров под горючее. Здесь стоят два бака по 465 литров, тем самым обеспечивается запас хода до 800 км. Одно радует: в сравнении с биодизтопливом, допустим, рапсовым маслом, объем баков под ДМЕ нужен в пять раз меньший. Шведы отмечают, что уровень безопасности диметилэфира сопоставим с LPG (сжиженным пропаном). Именно так, потому и баки для ДМЭ – баллоны с внутренним давлением от 1 до 15 бар. Причем в баллонах стоят насосы, которые гонят под давлением 13-20 бар диметилэфир к топливной аппаратуре двигателя. Зато с воздухом ДМЭ, как всякий газ, смешивается просто замечательно. Поэтому не надо впрыскивать его под сверхвысоким давлением, здесь давление распыла всего лишь 200400 бар. Значит, топливная аппаратура будет меньше нагружена, если только ДМЭ обладает той же смазывающей способностью, что и солярка. Помочь выяснить и этот момент должна опытная эксплуатация автомобилей.У баллонов с DME заправочная арматура схожа с привычной пропановойЭлектродвижущая силаНа прошлогодней выставке в Ганновере IAA-2010 почти на каждом стенде были представлены автомобили-гибриды. У Volvo Trucks главное завоевание – что они сделали гибридным достаточ-но тяжелый грузовик Volvo FE полной массой от 18 до 26 тонн. В Европе они стали первыми, хотя в США уже оснащают гибридной силовой установкой и магистральные грузовики. На Volvo FE Hybrid стоит большой 7-литровый дизель с двумя настройками мощности: 300 л. с./225 кВт с крутящим моментом 1160 Н•м и 340 л. с./247 кВт с моментом 1300 Н•м. Применен трехфазный электродвигатель мощностью 120 кВт, или 163 л. с., который работает от современных, легких и компактных литийионных аккумуляторных батарей. Суммарно получается 463 или 503 лошадиных силы – более чем достаточно пусть для тяжелого, но все же развозного грузовика, ориентированного на работу в городе. Однако 120 кВт – это максимальная, «пиковая» мощность электродвигателя, в обычных режимах эксплуатации с него снимают 70 кВт. Причем электромотор работает или параллельно с дизелем, или каждый из них поодиночке. На электротяге Volvo FE Hybrid трогается с места практически бесшумно, и за рулем чувствуешь себя води- автомобилиМнениеУЛЬФ ЮХАНССОН президент транспортной компании Götene Kyltransport, Швеция – В нашей компании работает 140 сотрудников, и все они с энтузиазмом согласилась принять участие в дорожных испытаниях газодизельных грузовиков Volvo FM. В качестве тестового образца использовался 20-метровый автопоезд с изотермической цистерной,ПЕРСПЕКТИВАкоторый мог перевозить на 3 тонны груза больше, чем обычный трейлер. Собственный метан-дизельный двигатель грузовика обеспечивал энергией рефрижераторную установку, заменяя тем самым два меньших по размеру и менее экологичных дизельных двигателя, которые приводили в движение рефрижераторные установки на обычных прицепах. Впечатления от использованияметан-дизельных грузовых автомобилей превосходные. Это, вне всякого сомнения, технология будущего. Если цена на газ останется неизменной, то я планирую в ближайшие 5 лет до 80% своего автопарка сформировать из грузовых автомобилей Volvo с метан-дизельными двигателями. Мы всегда стремимся быть дружественными по отношению к экологии, это касает-ся и выбора грузовых автомобилей. Именно благодаря тому, что мы остановили свой выбор на «зеленых технологиях», наша компания приобрела ряд новых клиентов, которые имеют схожее мировоззрение. По ощущениям водителей, вождение метан-дизельного грузовика схоже с вождением дизельного аналога. Конечно, есть различия при заправке, однако к ним быстро привыкаешь.За этой решеткой гибридного Volvo FE литий-ионные АКБ. Масса 200 кгЗаправка диметилэфиром осуществляется с отдельного вентилятелем троллейбуса. Тем более что педалей всего две: тормоз и акселератор, коробка-автомат I-Shift. Кажется, еще чуть и придется взять в руки микрофон, объявив: «Следующая остановка...». На полностью заряженной батарее можно «без шума и пыли» проехать около километра, и когда в АКБ иссякнут все энергетические «соки», автоматически запустится дизель. При остановке на запрещающий сигнал светофора дизель, если он работал, обязательно глушится. Это срабатывает система Stop and Go, которая тоже пусть немного, но экономит топливо. Стоит снять ногу с педали тормоза или коснуться «газа», как двигатель автоматически заведется. Нет сомнений, что при разработке Volvo FE Hybrid шведы большое внимание уделяли безопасности автомобиля – обязательно проводились краш-тесты. На скорости 46 км/ч в батарейный отсек ударился легковой автомобиль, при этом батарея после удара не взорвалась, автоматически отключилась, не было замечено утечек газа или электролита. Конечно, волей-неволей, но Volvo FE Hybrid приходится сравни34 РЕЙС АВГУСТ 2011вать с Mercedes Atego Hybrid (см. «Рейс» №5-2011 г.). Конструктивно они схожи: так же за двигателем, перед сцеплением и коробкой передач, смонтирован электромотор/генератор. Шведы не представили какого-нибудь революционного решения, допустим, разместить электродвигатели в ступицах ведущих колес. Общая схема уже устаканилась, стала интернациональной. Хотя разница есть, и не только в параллельной или последовательной работе дизеля и электромотора. Если у Mercedes Atego напряжение литий-ионных батарей было 340 вольт, то у Volvo FE Hybrid оно достигает 600 вольт, что энергетически выгоднее. Максимальная отдача батареи – 4,2 кВт.ч, а срок жизни – около шести лет. Опять-таки если немцы оснастили жидкостной системой охлаждения только сам электродвигатель, то шведы отводят тепло и от аккумуляторной батареи. А в морозы, наоборот, подогревают АКБ – для этого есть свой подогреватель. Поработать с утра ему нужно всего-то 10-15 минут, за это время он же обогреет и кабину. Получается, что Volvo FE Hybrid пока оказывается более приспособлен для зимней эксплуатации. А рынок грузовых гибридов и у Mercedes, и у Volvo фактически один и тот же – наиболее преуспевающие европейские страны. Объемы производства для такого рода автомобильной техники у шведов, естественно, не очень высокие, в период 2011-2013 годов будет изготовлено около 100 грузовиков. Автомобили поставляются перевозчикам по договору лизинга на условиях предоставления полного техническогоНа дисплей Volvo FE Hybrid выводится информация о зарядке батарейобслуживания и ремонта и, в первую очередь, ориентированы на работу в городе, в частности, используются для вывоза мусора. Несколько гибридных машин уже работает в Париже, и по отзывам жителей, по утрам новые мусоровозы не нарушают их сон. А еще на этих автомобилях используется дополнительная аккумуляторная батарея для электропривода гидронасоса пресса для мусора. В таком случае применение гибридной силовой установки позволяет довести экономию топлива до 30%, а не останавливаться на 15-20 процентах. Конечно, главная экономия топлива – за счет рекуперации энергии при торможении и на спусках. Солярку или бензин, сожженные при разгоне, при торможении ни один ДВС обратно в бак не вернет, а вот пара электромотор/генератор позволяют сэкономить. Причем интенсивное развитие гибридных силовых установок может идти параллельно с развитием дизелей и газовых двигателей, что дополнительно способствует экономии топлива.ФОТО АВТОРА И ФИРМЫ-ИЗГОТОВИТЕЛЯ