Если вам когда-либо приходилось стоять за старой машиной на красный свет и ощущать запах выхлопа, вы уже «почувствовали» то, что современные технологии контроля выбросов стараются предотвратить.

Сегодня автомобили с двигателями внутреннего сгорания выделяют куда меньше вредных веществ, чем в прошлом— и это потому что инженеры и строгие нормы заставили автопроизводителей кардинально улучшить свои технологии.

Дорога к чистому выхлопу была меньше про смену топлива и больше про то, как выжать максимум из двигателя, выхлопной системы и «мозга» автомобиля — электронного блока управления. А настоящий «двигатель» этих изменений — жёсткие экологические стандарты, которые оставляют производителям почти нет выбора, кроме как внедрять инновации.

Вредные вещества, на которые стоит обратить внимание

Прежде чем углубляться в технологии, полезно знать, за чем следят регуляторы:

Carbon Monoxide (CO) — угарный газ, токсичный продукт неполного сгорания.

Nitrogen Oxides (NOx) — способствуют смогу и проблемам с дыханием.

Particulate Matter (PM) — мелкие частицы сажи, вредные для лёгких.

Unburned Hydrocarbons (HC) — могут взаимодействовать с солнцем, образуя озон.

Каждое вещество требует своего подхода, поэтому системы контроля выбросов многослойны и сложны.

Возвышение каталитических нейтрализаторов

Каталитический нейтрализатор — основа контроля выбросов с 1970-х годов, но современные модели гораздо совершеннее. Трёхкомпонентные катализаторы одновременно снижают NOx, окисляют CO и сжигают несгоревшие углеводороды — задачи, которые раньше требовали отдельных устройств.

Секрет — в покрытии из драгоценных металлов (платина, палладий, родий), которое ускоряет химические реакции даже при низких температурах. Новые конструкции разогреваются быстрее после старта двигателя, что критично, ведь большая часть загрязнений выделяется в первые минуты движения.

Электронное управление двигателем

Настоящий рывок в эффективности катализаторов дал приход электронных блоков управления двигателем (ECU). Эти мини-компьютеры регулируют впрыск топлива, зажигание и подачу воздуха десятки раз в секунду, чтобы сгорание было максимально чистым.

Например, датчики кислорода измеряют его уровень в выхлопе и передают данные в ECU. Блок управления подбирает оптимальное соотношение топливо-воздух, чтобы сжечь всё топливо, но не вызвать резкий рост NOx.

По данным Общества инженеров автомобильной отрасли (SAE), массовое внедрение такой системы сократило средние выбросы CO у легковых автомобилей более чем на 80% с 1990-х годов.

Точная борьба с NOx

Выбросы NOx особенно упорны в бензиновых двигателях с высокой степенью сжатия и дизелях. Для борьбы с ними применяются две ключевые технологии:

Exhaust Gas Recirculation (EGR) — возвращает часть выхлопных газов обратно в двигатель, снижая температуру сгорания и, соответственно, образование NOx.

Selective Catalytic Reduction (SCR) — впрыскивает в выхлоп мочевинный раствор, который расщепляет NOx на безопасный азот и воду.

SCR, ранее применявшийся только на грузовиках, теперь стандарт для дизельных легковушек, позволяя им соответствовать строгим нормам Euro 6 и US Tier 3.

Революция фильтров частиц

Бензиновые двигатели традиционно выделяли меньше сажи, чем дизели, но появление прямого впрыска топлива (GDI) изменило ситуацию. Прямой впрыск повышает эффективность, но создаёт больше мелких частиц.

Здесь на помощь приходит бензиновый фильтр частиц (GPF) — керамическая «сота», улавливающая частицы до их сжигания при высокой температуре. Вместе с улучшенной техникой распыления топлива GPF сокращает выбросы твёрдых частиц до 90%.

Когда регулирование формирует технологии

Технологии развиваются не просто так. Экологические нормы, такие как US EPA Tier 3 или европейский Euro 6d, устанавливают жёсткие лимиты на граммы загрязняющих веществ на километр. Автопроизводитель не может продавать несоответствующую машину, поэтому инженеры работают «от обратного», начиная проект с этих цифр.

Как подчёркивал профессор MIT John B. Heywood, строгие стандарты традиционно стимулируют инновации, создавая мощный стимул для чистого сгорания.

Цена чистоты

Каждый слой технологий увеличивает стоимость, сложность и порой вес машины. Катализаторы используют драгоценные металлы, фильтры требуют периодической регенерации, а SCR-системы нуждаются в заправке мочевины.

Тем не менее для водителей эти системы работают почти незаметно — нужно лишь соблюдать сервисные интервалы. И учитывая пользу для здоровья и окружающей среды, большинство стран и автомобилистов готовы на такой компромисс.

Будущее контроля выбросов ДВС

Даже с ростом популярности электромобилей двигатели внутреннего сгорания не исчезнут мгновенно. В ближайшее десятилетие стоит ожидать:

• Гибридизация — сочетание двигателя и электромотора для снижения нагрузки и выбросов.

• Передовые режимы сгорания, вроде HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), для более чистого горения.

• Ещё более быстрый разогрев катализатора для снижения загрязнения при холодном старте.

Эти достижения, вызванные и технологическими прорывами, и ужесточением норм, будут постепенно приближать выбросы ДВС к почти нулевым показателям в реальной эксплуатации.

В следующий раз, когда вы заведёте автомобиль в холодное утро, подумайте о том, сколько химии, электроники и управления теплом мгновенно включается, чтобы воздух вокруг стал чище. Дорога к низкоэмиссионной езде — это не только новые виды топлива, а умение делать каждый выдох выхлопа чище предыдущего.