С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Рециркуляция выхлопных газов


Система рециркуляции выхлопных газов.

Главная » Двигатель » Система рециркуляции выхлопных газов.

С каждым годом требования выбросов в атмосферу вредных веществ к автомобилям растет. Двигатель должен соответствовать нормам токсичности, иначе он не позволит встать на конвейер автомобилю. Помимо катализатора и других вспомогательных систем для понижения уровня токсичности в современном двигателе применяется система рециркуляции выхлопных газов. Система рециркуляции выхлопных газов от английского Exhaust Gas Recirculation EGR представляет собой специальный  клапан, который соединяет между собой впускной (задроссельное пространство) и выпускной коллектор . Для лучшего восприятия, расположение и взаимодействие в двигателе клапана EGR (ЕГР) можно изобразить на схеме:

Клапан ЕГР применяется в бензиновых, дизельных, газовых двигателях и служит для снижения токсичности (оксидов азота NOх) выхлопных газов в режиме нагрузок. Клапан может быть полностью механическим и открываться под действием разряжения воздуха во впускном коллекторе либо с электронным управлением. На холостом ходу в бензиновом двигателе для его нормальной работы клапан закрыт, а при  полном крутящем моменте в низкой и средней нагрузке двигателя, обеспечивает прохождение всего потребляемого воздуха до 10%. В дизельном двигателе на холостом ходу клапан может обеспечивать до половины потребление воздуха (не в режиме прогрева), а при возрастании нагрузки  клапан закрывается до полного отключения системы.

Плюсы и минусы системы ЕГР.

Многие владельцы автомобилей с двигателем оснащенным системой рециркуляции отработавших газов наивно полагают, что его двигатель “задушен” и не развивает своей максимальной мощности из за этой системы. Безусловно доля правды в этом есть, ведь двигателю приходится “дышать” своим же выхлопом вместо чистого воздуха. А если двигатель имеет большой пробег или практически уже выработал свой ресурс, то и выхлоп у него соответствующий, то есть превышает все мыслимые и немыслимые нормы. В процессе работы двигателя выхлопные газы поступающие во впускной коллектор неизбежно будут оставлять отложения на поверхностях деталей, что и приводит к выходу из строя системы. В результате чего владельцу автомобиля приходит на ум вопрос: как отключить клапан ЕГР? В тот момент он думает, что может таким образом дать двигателю вторую молодость. К сожалению многие так и делают. Вместо того чтобы разобраться с мотором, отремонтировать его или настроить должным образом, они глушат всю систему механическими(установка металлической пластины) или программными способами(в случае с электронным клапаном). Возможно эти действия можно оправдать дороговизной клапана и других элементов или в нежелании узнать положительные стороны применения системы рециркуляции. Стоит отметить, что потеря мощности в исправном двигателе наблюдалась у ранних систем рециркуляции отработавших газов, где применялся механический клапан.

Положительным моментом является то, что при работе двигателя на высоких температурах, поступающий в камеры сгорания кислород стремиться ее повысить, но использование системы рециркуляции отработавших газов позволяет снизить температуру внутри камеры сгорания и тем самым предотвращает детонацию двигателя. Как горячие выхлопные газы могут понизить температуру? Они помогают снизить уровень кислорода в горючей смеси в результате понижается и ее температура сгорания. Следовательно чем меньше кислорода, тем меньше и получаемых оксидов азота (NOх) в выхлопных газах. Использование ЕГР позволяет повысить крутящий момент за счет установки более раннего момента зажигания двигателя  и уменьшить расход топлива (меньший перепад давления на дроссельной заслонке).

Как видите система рециркуляции отработавших газов (EGR) не несет в себе зла, она наоборот стремиться сделать двигатель более совершенным, а вот корректность ее работы зависит от своевременного ухода за всем двигателем и от применяемых горюче-смазочных материалов.  Прежде чем отключить клапан ЕГР, вспомните о положительных качествах системы и о вреде который вы можете нанести двигателю и окружающей среде.

Решение проблем системы рециркуляции отработанных газов автомобиля

Чрезмерное выделение дыма из выхлопной трубы, включенная сигнальная лампочка эмисии отработанных газов, но в особенности проблемы с мощностью двигателя — все это причины, которые склоняют автоводителей к посещению автосервисов.

За такое положение вещей очень часто ответственной является неисправная система рециркуляции отработавших газов (с английского Exhaust Gas Recirculation).

Какая цель у системы рециркуляции выхлопных газов

Целью использования этих систем рециркуляции в двигателях внутреннего сгорания является снижение токсичности выхлопов. Направляя часть выхлопных газов обратно во впускной коллектор, снижается температура сгорания (в смеси воздуха и топлива содержится меньше кислорода). В результате этого снижается эмиссия вредных оксидов азота Nox, окисляя в то же время вредные углеводороды HC.

В бензиновых двигателях во впускную систему может попасть до 25% выхлопов, а в дизельных – даже до 50%. Параметры, которые влияют на объём рециркуляции это температура охлаждающей жидкости, температура воздуха, атмосферное давление, положение педали акселератора, обороты двигателя и скорость автомобиля. Среди решений применяемых в двигателях внутреннего сгорания можно выделить внутреннюю и внешнюю рециркуляцию.

Внутренняя рециркуляция отработанных газов

Такая рециркуляция происходит при помощи изменяемых фаз газораспределения. Например в фазе выпуска впускной клапан открывается раньше и часть выхлопных газов возвращается назад во впускной коллектор, участвуя таким образом снова в процессе сгорания.

Учитывая степень распространения автомобилей с дизельными двигателями, как и тот факт, что из-за стоимости в них не используется изменяемых фаз газораспределения, то мы в своей практике в автосервисах чаще всего встречаемся с проблемами внешней системы рециркуляции.

Внешняя рециркуляция выхлопных газов

Во внешней системе рециркуляции за дозировку отработанных газов во впускной коллектор отвечает внешний клапан называемый EGR. Сначала использовались в основном пневматические клапаны, контролирующие открытие от 0 — 100%.

Позже стали использовать электромагнитные клапана, которые, благодаря применению для их управления сигнала с переменным заполнением импульса (так называемый PWM), являются намного более точными (равномерно 0-100%). Кроме того, в этом варианте положение может контролироваться с помощью использования потенциометрического датчика на рычаге клапана.

Контрольное устройство двигателя следит за сигналом напряжения, который также виден среди реальных параметров двигателя. В следующей части рассмотрим диагностику такого решения.

Диагностика и решение всех проблем

Независимо от типа клапана, с которым мы имеем дело, нужно помнить о тяжёлых условиях, в которых он работает. Высокие температуры и химически агрессивный состав выхлопных газов являются причиной ограниченного срока службы клапанов. Однако, из-за различных способов эксплуатации автомобилей и разного технического состояния приводного блока, эти временные рамки невозможно указать точно.

Если в вашем автосервисе появиться автомобиль с упомянутыми в начале статьи признаками, то определить сразу же разгерметизирован ли клапан системы рециркуляции отработавших газов EGR (например сожжён) или его действие затруднено из-за сильного загрязнения мы не можем. Только демонтаж клапана, его осмотр и визуальный осмотр внутренней части впускного коллектора позволяют нам определить дальнейший ход действий.

Механические повреждения головки либо нагар на гнезде исключают дальнейшую эксплуатацию клапана. Однако, если мы имеем дело с сильным загрязнением, когда клапан забит нагаром, то нужно помнить, что он не откладывается только на самом клапане. Он загрязняет весь коллектор, что сопровождается уменьшением поперечного сечения каналов коллектора.

В этом случае замена только самого клапана EGR не принесёт долгосрочного результата. Кроме замены клапана EGR необходимо снять и тщательно вымыть впускной коллектор. Не менее значимым при таком повреждении будет техническое состояние двигателя и турбокомпрессора.

Неоднократно случается, что сам клапан, тщательно вымытый и приведённый в действие с помощью генератора PWM, будет работать ещё долго и без перебоев. Если же мы сталкиваемся с пневматическим клапаном, то эффективность его действия можно проверить с помощью вакуумного насоса.

Очень большое влияние на отложение нагара во впускном коллекторе, а соответственно и на блокировку клапана EGR имеет способ эксплуатации автомобиля. Эксплуатация автомобиля на коротких дистанциях, когда двигатель чаще всего не нагревается до требуемой температуры. В дополнение к этому, работает на низких оборотах, приведёт к образованию большого количества загрязняющих веществ во впускном коллекторе.

С этой проблемой мы практически не столкнёмся в случае интенсивной эксплуатации автомобиля на длинных дистанциях. Поэтому необходимо обратить внимание пользователей автомобилей на то, что для правильного функционирования системы рециркуляции отработанных газов необходимо дать ей (системе) возможность самоочищения, делая время от времени интенсивные поездки на длинные дистанции.

Все действия связанные с заменой либо очисткой клапанов EGR должны быть завершены «обнулением» величин контрольного устройства двигателя с помощью диагностического тестера. Помните, что воздухомер передаёт информацию контрольному устройству двигателя о фактическом количестве выхлопов, направляемых обратно в систему.

Поэтому все проблемы связанные с герметичностью клапана либо остальных элементов системы могут быть записаны в блоке управления как сбои в элементе, который носит название массового расходомера воздуха.

Например в автомобиле Laguna II с двигателем 1,9 DCI ошибкой, которую мы прочтём при помощи тестера в блоке управления двигателя будет – «периметр расходомера воздуха, несовпадение данных». Сначала можно предположить, что повреждённый воздухомер посылает ложные сведения о реальном расходе воздуха. Такое мнение ничто иное, как ошибка.

Перед поспешной заменой компонентов необходимо сделать диагностику систем подачи. В частности – системы газовой рециркуляции выхлопа. Заботясь об окружающей среде не советую блокировать EGR каналы, как это рекомендуют многие интернет-форумы.

Таким способом мы значительно повысим температуру выхлопных газов. В новых решениях, где используются более развитые системы, любые изменения практически невозможны. Следовательно, акцент нужно делать на соответствующее обслуживание и надлежащие условия эксплуатации.

EGR: система рециркуляция отработанных газов

Как известно, наиболее токсичными составляющими выхлопных газов автомобилей являются углеводороды, оксиды углерода и оксиды азота. С первыми двумя довольно эффективно справляется каталитический нейтрализатор, оксиды же азота «отсеиваются» им недостаточно. Для уменьшения вредных выбросов оксидов азота и была создана EGR (Exhaust Gas Recirculation) – система рециркуляции выхлопных газов. Она не предназначена для улучшения технических характеристик мотора, а устанавливается исключительно из экологических соображений.

Идея заключается в том, чтобы на определенных режимах работы двигателя подавать некоторую часть отработанных газов из выпускного коллектора во впускной. Повышенное содержание окислов азота в выбросах ДВС вызывается высокой температурой в камере сгорания. Катализатором реакции горения является кислород: чем больше кислорода – тем выше температура. А если подмешать к воздуху выхлопные газы, то содержание кислорода в нем уменьшится. В результате температура сгорания смеси и, соответственно, токсичность выхлопных газов понижаются.

EGR устанавливается и на бензиновые (кроме турбированных), и на дизельные двигатели. За счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота. Кроме улучшения экологических показателей (выброс NOx снижается до 50%), имеются еще некоторые «побочные» положительные последствия. В бензиновых моторах порция выхлопных газов, снижая разряжение во впускном коллекторе, уменьшает насосные потери, что способствует снижению расхода топлива на 2-3%. Работа при пониженной температуре в бензиновых двигателях снижает риск возникновения детонации, а работа дизельных моторов становится более мягкой. Выброс сажи у дизелей с системой EGR уменьшается на 10%.

Как работает EGR?

Алгоритм работы EGR зависит от типа двигателя. В дизелях клапан открывается на холостом ходу и подает до 50% объема воздуха на впуске. С ростом оборотов клапан пропорционально закрывается до полного закрытия при максимальной нагрузке. При прогреве мотора клапан также полностью закрыт. В бензиновых двигателях EGR не включается на холодном двигателе, на холостом ходу и на оборотах максимального крутящего момента. При низкой и средней нагрузке система обеспечивает 5-10% подаваемого на впуск воздуха.

Стоит отметить, что EGR зачастую превращается в головную боль для наших автомобилистов. Система довольно капризна, при ее работе (особенно на отечественном топливе) клапан EGR, впускной коллектор и находящиеся в нем датчики покрываются нагаром, что приводит к нестабильной работе двигателя. Клапан EGR – деталь дорогостоящая, поэтому многие автовладельцы вместо его замены прибегают к глушению всей системы.

А почему EGR не устанавливается на бензиновые турбодвигатели? На атмосферных двигателях система работает практически только на средних оборотах. А на моторах с турбонаддувом рабочий диапазон еще меньше — и выходит, что цель не оправдывает средства. Поэтому производители применяют другие способы снижения выбросов NOx: жидкостное охлаждение наддувочного воздуха (что снижает температуру в камере сгорания) и бесступенчатую систему изменения фаз газораспределения (обеспечивающую внутреннюю рециркуляцию отработавших газов). При внутренней рециркуляции часть выхлопных газов попадает обратно в цилиндр в моменты перекрытия клапанов, когда одновременно открыты и впускной и выпускной клапаны. Технически перекрытие можно организовать и с помощью подбора формы кулачков распредвала, но в этом случае рециркуляция будет осуществляться на всех режимах работы двигателя. В системах же бесступенчатого регулирования перекрытие клапанов по команде блока управления происходит только в необходимых режимах.

Хотя принцип работы всех систем одинаков, их конструктивное исполнение отличается большим разнообразием. В любой системе EGR главной деталью является клапан. Отличия состоят в способе управления его работой и, соответственно, составе элементов. Впервые EGR появились на американских автомобилях еще в начале 70-х годов прошлого века. Они были пневмомеханическими, то есть управлялись только разряжением впускного коллектора. Как и любая механическая система, она не отличалась высокой точностью работы. С внедрением электронных систем управления двигателем EGR стали электропневматическими (Euro-2 и -3), а в дальнейшем появились и полностью электронные (Euro-4 и -5).

Клапан EGR может устанавливаться на впускном коллекторе, во всасывающем тракте, или непосредственно на блок дроссельных заслонок. Так как в дизельных двигателях система EGR перепускает большее количество отработанных газов, то и клапаны в таких системах имеют перепускное отверстие большего диаметра по сравнению с бензиновыми. В некоторых дизелях, особенно турбированных, давление на впуске может превышать давление на выпуске, что делает невозможным рециркуляцию выхлопных газов. В таких случаях для создания необходимого пониженного давления во впускной трубопровод устанавливаются регулирующие (вихревые) заслонки.

В пневмомеханических системах клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной. При подаче разрежения в вакуумную полость мембрана преодолевает сопротивление пружины и открывает клапан. Выхлопные газы по каналу проходят в задроссельную зону впускного коллектора. Патрубок клапана EGR подключается к впускному коллектору в области дроссельной заслонки. На холостых оборотах и при торможении дроссельная заслонка закрыта, разрежение над заслонкой практически отсутствует, клапан EGR закрыт. При средних нагрузках двигателя дроссельная заслонка приоткрыта, и так как под ней возникает разрежение, то клапан EGR открывается. При полной мощности дроссельная заслонка открыта, разрежение в области дроссельной заслонки слабое, клапан EGR будет закрыт.

EGR с MAP датчиком EGR с DPFE датчиком EGR с датчиком положения клапана Электропневматическая EGR EGR с датчиком температуры выхлопных газов

В электропневматических системах EGR работой клапана управляет контроллер двигателя на основании показаний датчиков. В зависимости от того, какой датчик является основным, различают четыре типа систем:

  • с датчиком противодавления выхлопных газов;
  • с датчиком температуры выхлопных газов;
  • с датчиком положения клапана EGR;
  • с датчиком давления на впуске МАР (либо датчиком массового расхода воздуха МАF) вместе с датчиком кислорода (лямбда — зондом).

Кроме того, используются и другие датчики системы управления двигателем, например: датчик положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и др. На разных двигателях состав датчиков может меняться. ЭБУ в нужные моменты подает управляющие сигналы на электроклапан, который подключает или отключает источник разрежения к пневмоклапану EGR, Электроклапан имеет только два положения: открыт и закрыт. В более совершенных системах используется электропневматический преобразователь, который обеспечивает плавное регулирование степени рециркуляции. Для создания разряжения в некоторых конструкциях EGR может использоваться вакуумный насос.

В электронных системах EGR управление клапаном осуществляет непосредственно блок управления двигателем без использования вакуума. Существует две основные конструкции цифровых клапанов EGR: с тремя или двумя разновеликими отверстиями. Отверстия закрываются соленоидами в разных комбинациях. При трех отверстиях можно получить 7 различных уровней рециркуляции, при двух отверстиях – три уровня. Еще более совершенным является клапан, степень открытия которого определяет ЭБУ через шаговый электродвигатель. Таким образом, получается плавное регулирование потока выхлопных газов.

На некоторых двигателях в системе EGR применяется дополнительное охлаждение газов. Для этого клапан рециркуляции включается в штатную систему охлаждения. Такая мера позволяет еще больше снизить выброс оксидов азота.

Неисправности и обслуживание EGR

Со временем детали системы EGR даже в исправном двигателе покрываются нагаром. Больше подвержены этому явлению дизеля из-за содержащейся в их «выхлопе» сажи. Частые поездки на короткие расстояния ускоряют процесс загрязнения. А в неисправном двигателе он усиливается многократно. Причинами могут быть применение некачественного топлива, нарушения в работе системы питания, общий износ двигателя, повышенное содержание масла во впускном тракте. Излишек масла появляется при неисправностях системы вентиляции картера, изношенных маслосъемных колпачках или направляющих клапанов, неисправностях турбокомпрессора (износ подшипников, забитая маслосливная магистраль), завышенном уровне масла или применении масла, несоответствующего двигателю.

От отложений нагара в первую очередь страдает клапан EGR. Нагар мешает клапану плотно закрываться, нарушает подвижность штока. В конечном итоге клапан в каком-то положении заклинивает, что приводит к нарушениям в работе двигателя. Проявляются эти нарушения по-разному, в зависимости от того, в каком положении «завис» клапан. Кроме того, последствия заклинивания клапана разнятся в зависимости от типа двигателя и особенностей конструкции самой системы EGR. Чаще всего неисправности системы EGR приводят к неравномерному холостому ходу (плаванье оборотов, заниженные или завышенные обороты) и двигатель часто глохнет. Также могут наблюдаться рывки и хлопки в глушителе при разгоне и дергания и хлопки на впуске при сбросе оборотов, падение мощности, затрудненный запуск. На бензиновых моторах появляется детонация и пропуски воспламенения, а работа дизелей становится «жесткой». На турбодизельных моторах незакрывающийся клапан EGR снижает производительность турбины. На некоторых автомобилях блок управления при нарушениях в работе системы EGR переводит двигатель в аварийный режим.

Иногда клапан EGR под воздействием высоких температур прогорает, что равносильно его заклиниванию в открытом состоянии. Причинами прогара могут быть неправильная работа системы управления клапаном, высокое противодавление выхлопных газов, неисправный перепускной клапан турбокомпрессора. Иногда к таким последствиям приводит тюнинг двигателя с целью поднятия давления наддува.

Необходимо отметить, что все вышеописанные неприятности характерны для пневмоклапанов, управляемых разряжением. Электрические же клапана гораздо меньше подвержены закоксовыванию. Парадоксально, но их ресурс ниже, чем у пневмоклапанов из-за механического износа подвижных деталей. Увеличившиеся зазоры забиваются сажей, причем очистке клапан не поддается, необходима только замена.

Однако не во всех проблемах, связанных с пневмо — EGR, повинен клапан. Иногда виноваты детали вакуумной системы или управляющие элементы. Поэтому не стоит торопиться демонтировать клапан, вначале нужно проверить, подается ли на него разряжение. На большинстве автомобилей вакуумом управляются не только клапан EGR, но и, например, клапан регулирования давления турбокомпрессора, заслонки во впускном коллекторе, заслонки климатической установки, усилитель тормозов и т.д. (все зависит от конкретной модели). Повреждение любой вакуумной трубки или заедание клапана, подсос воздуха во впускном коллекторе скажется на работе EGR. К нарушениям может приводить и неисправный управляющий электроклапан, подающий разрежение на пневмоклапан, и неисправный датчик, входящий в систему управления EGR.

Неисправности EGR

Ресурс различных систем EGR составляет от 70 до 100 тысяч километров (в отечественных условиях около 50 тысяч). После этого ее компоненты подлежат замене. Это в идеале. Однако желающих платить немалые деньги находится немного. Несложное и своевременное обслуживание системы поможет продлить ей жизнь. В пневмоклапане EGR необходимо периодически очищать седло и шток от нагара с помощью жидкости для очистки карбюратора. Делать это нужно осторожно, чтобы жидкость, агрессивная к резине, при попадании на диафрагму клапана не повредила ее. В системах с управляющим электроклапаном в нем, как правило, имеется фильтр, защищающий вакуумную систему от загрязнения. Его необходимо очищать.

Глушение EGR

Когда EGR начинает давать сбои, многие автовладельцы предпочитают заглушить ее. Как правило, это делается с помощью вырезанной из тонкой жести прокладки, устанавливаемой под клапан. Среди специалистов мнения о глушении системы расходятся. Одни считают его совершенно безвредным, а некоторые даже полезным. Вторые же полагают, что в результате повышается температура в камере сгорания, а это увеличивает риск появления трещин в головке блока цилиндров.

Удаление EGR

Простое механическое глушение клапана и удаление вихревых заслонок (там, где они есть) не всегда приводит к желаемым результатам. На турбодизелях возможны проблемы с регулированием давления наддува и повышенным износом турбины. На современных двигателях клапан EGR необходимо «удалять» и программно – перепрошивкой блока управления. В противном случае контроллер будет постоянно выдавать ошибку или даже переводить двигатель в аварийный режим.

Как устроен клапан рециркуляции отработавших газов?

Мало кто знает, но именно благодаря рециркуляции отработавших газов можно существенно уменьшить расход топлива автомобиля, повысить производительность мотора, нормализовать его работу и снизить уровень детонации. Существует такая система достаточно давно, и на данный момент ее применяют абсолютно на всех транспортных средствах. Даже на отечественной «Ниве» есть такое устройство.

Для чего нужна данная система?

Рециркуляция отработавших газов нужна для того, чтобы двигатель не терял свою мощность при выбросе несгоревших остатков топлива. А происходит это следующим образом. При повышении температуры в камере сгорания азот вместе с кислородом начинают образовывать окиси азота. В бензиновом моторе О2 нужен для эффективного сжигания топлива, а поскольку азот уменьшает его количество, жидкость сгорает не до конца. В результате этого бензин попросту вылетает в трубу, увеличивается расход топлива, и при этом уменьшается производительность ДВС. Клапан рециркуляции отработавших газов дает топливу возможность догореть до конца, вследствие чего нормализируется мощность и расход горючего в автомобиле.

Что такое этот клапан?

На вид это небольшой диск с трубкой, который соединяется с впускным коллектором и крепится на головке блока цилиндров. В спокойном состоянии клапан рециркуляции отработанных газов («Ауди» в том числе) закрыт. Но как только в двигателе происходит подача топлива, он приводится в действие. Разряжение воздуха, образованное в коллекторе, заставляет двигаться мембрану, а она, в свою очередь, открывает клапан рециркуляции отработавших газов.

Разновидности

На данный момент существует несколько типов данных устройств. Клапан рециркуляции отработавших газов бывает механическим (в свою очередь, делится на 5 модификаций) и электронным (существует 3 модификации).

Что он делает?

Данный механизм является ключевой составляющей системы рециркуляции. Он возвращает обратно часть сгоревших веществ во впускной коллектор и смешивает их с воздухом. Последний, в свою очередь, повышает температуру горения (за счет кислорода – О2). Таким образом, за счет искусственного уменьшения его содержания в составе топливно-воздушной смеси происходит снижение градуса сгорания. Кислород при этом взаимодействует с азотом, а поскольку градус температуры уменьшается, его становится больше, поэтому в камере бензин сгорает полностью.

Помимо этого, клапан рециркуляции отработанных газов (БМВ в том числе) существенно снижает насосные потери, поскольку нет такого сильного перепада в давлении на дроссельной заслонке. Низкая температура сгорания снижает уровень детонации, а это большой плюс для мотора (нет потери крутящего момента). Что касается дизельных установок, здесь клапан рециркуляции отработавших газов нормализирует «жесткую» работу мотора на холостых оборотах: благодаря пониженной температуре сгорания снижается давление в камере, поэтому нет сильных вибраций.


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости