Система рециркуляції вихлопних газів
Зміст
З підвищенням вимог екологічних стандартів в сучасний автомобіль поступово додаються додаткові системи, які змінюють режими роботи ДВС, коригують склад повітряно-паливної суміші, нейтралізують вуглеводневі сполуки, що містяться у вихлопі і т.д.
До таких пристроїв відноситься каталітичний нейтралізатор, адсорбер, AdBlue та інші системи. Про них ми вже докладно говорили. Зараз зосередимося на ще одній системі, за справністю якої зобов'язаний стежити кожен автомобіліст. Це рециркуляція вихлопних газів. Розглянемо, як виглядає креслення системи, як вона працює, які бувають різновиди, а також які у неї переваги.
Що таке система рециркуляції газів автомобіля
У технічній літературі і в описі до автомобіля дана система називається EGR. Розшифровка цієї абревіатури з англійської дослівно означає «рециркуляцию вихлопних газів». Якщо не вдаватися в подробиці різних модифікацій систем, по суті, це рециркуляционний клапан, який встановлюється на патрубку, що з'єднує впускний і випускний колектор.
Дана система встановлюється на всі сучасні двигуни, оснащені електронним блоком управління. Електроніка дозволяє більш точно підлаштовувати різні механізми і процеси в силовому агрегаті, а також в системах, робота яких тісно пов'язана з функціонуванням ДВС.
Заслінка ЄДР в певний момент відкривається, завдяки чому вихлоп частково надходить у вхідну систему двигуна (додатково про будову та принцип її роботи читайте в іншому огляді). В результаті потік свіжого потоку повітря частково змішується з ОГ. У зв'язку з цим виникає питання: навіщо у впускний системі потрібні відпрацьовані гази, якщо для ефективної роботи мотора потрібна достатня кількість кисню? Якщо в вихлопних газах є деяка кількість незгорілого кисню, це зможе показати лямбда-зонд (про нього докладно розповідається тут). Спробуємо розібратися з цим удаваним протиріччям.
Призначення системи рециркуляції вихлопних газів
Ні для кого не є секретом, що при згорянні стисненого в циліндрі палива і повітря виділяється не тільки пристойна енергія. Даний процес супроводжується виділенням великої кількості токсичних речовин. Найнебезпечнішими з них є азотисті оксиди. Частково з ними бореться каталітичний нейтралізатор, який встановлений у вихлопній системі авто (з яких елементів складається дана система, і як вона функціонує, читайте окремо).
Ще одна можливість знизити вміст таких речовин у вихлопі, це змінити склад повітряно-паливної суміші. Наприклад, електронний блок управління збільшує або зменшує кількість палива, що впорскується в свіжу порцію повітря палива. Це називається збіднення / збагачення ВТС.
З іншого боку, чим більше в циліндр буде надходити кисню, тим вище температура згоряння суміші повітря і палива. Під час цього процесу при сукупності термічного розпаду бензину або солярки і високої температури виділяється азот. Цей хімічний елемент вступає в окисну реакцію з киснем, який не встиг згоріти. Причому швидкість утворення цих оксидів безпосередньо пов'язана з температурою робочого середовища.
Якраз і призначення системи рециркуляції в тому, щоб знизити кількість кисню в свіжої порції повітря. Завдяки наявності невеликої кількості ОГ в складі ВТС забезпечується невелике охолодження процесу горіння в циліндрах. При цьому енергія самого процесу не змінюється, так як в циліндр продовжує надходити колишній обсяг, в якому знаходиться ту кількість кисню, необхідне для запалення палива.
Газовий потік умовно вважається інертним, так як є продуктом згоряння ВТС. З цієї причини сам по собі він вже не здатний горіти. Якщо деяка кількість відпрацьованих газів підмішати в свіжу порцію повітряно-паливної суміші, трохи знизиться температура горіння. За рахунок цього процес окислення азоту буде відбуватися не так активно. Правда, рециркуляція трохи знижує потужність силового агрегату, але машина зберігає свою динамічність. Цей недолік настільки незначний, що в звичайному транспорті різницю практично неможливо помітити. Причина в тому, що даний процес не відбувається на потужних режимах ДВС, коли його оберти підвищуються. Він працює тільки на низьких і середніх об / хв (в бензинових агрегатах) або неодружених і низьких оборотах (у випадку з дизелями).
Отже, призначення системи EGR в тому, щоб знизити токсичність вихлопу. Завдяки цьому авто має більше шансів вписатися в рамки екологічних стандартів. Вона застосовується на будь-якому сучасному двигуні внутрішнього згоряння, незалежно бензиновий він або дизельний. Єдиний нюанс - система не сумісна з деякими агрегатами, які оснащені турбокомпресорами.
Загальні принципи роботи системи рециркуляції відпрацьованих газів
Хоча сьогодні існує кілька різновидів систем, в яких реалізується підключення випускного колектора до впускного через пневмоклапан, вони мають загальний принцип роботи.
Відкриватися клапан буде не завжди. Коли холодний мотор запускається, працює на холостих обертах, а також коли виходить на максимальну частоту обертання колінчастого вала, заслінка повинна залишатися закритою. В інших режимах система буде спрацьовувати, і камера згоряння кожної циліндропоршневої групи буде отримувати невелику кількість продуктів згоряння палива.
Якщо пристрій буде працювати на холостих обертах мотора або в процесі виходу його на робочу температуру (про те, якою вона повинна бути, читайте тут), Агрегат почне функціонувати нестабільно. Максимальна ефективність клапана ЄДР досягається, тільки коли двигун працює на оборотах, наближених до середніх. В інших режимах концентрація оксидів азоту набагато менше.
Під час прогріву двигуна температура згоряння в камерах не настільки висока, щоб утворювалося велика кількість азотистих окислів, і повернення невеликої кількості вихлопу в циліндри не потрібен. Те ж відбувається на малих обертах. Коли двигун виходить на максималку, він повинен розвинути максимальну потужність. Якщо клапан буде спрацьовувати, це буде тільки заважати, тому на даному режимі система буде перебувати в неактивному стані.
Незалежно від типу систем, ключовим елементом в них є заслінка, що перекриває доступ вихлопних газів у впускний систему. Так як висока температура газового потоку займає більше обсягу, ніж охолоджений аналог, ОГ потребують охолодження, щоб не знижувалася ефективність згоряння ВТС. Для цього існує додатковий охолоджувач або інтеркулер, пов'язаний з системою охолодження двигуна. Схема в кожної моделі автомобіля може бути різною, але вона буде мати радіатор, стабілізуючий процес підтримки оптимальної температури для пристрою.
Що стосується дизельних моторів, то в них клапан знаходиться у відкритому стані на ХХ. Розрідження у впускний системі забезпечує всмоктування ОГ в циліндри. На цьому режимі в двигун надходить близько 50 відсотків вихлопних газів (в співвідношенні зі свіжим повітрям). У міру підвищення оборотів привід заслінки поступово переводить її в закрите положення. Так в основному працює дизель.
Якщо говорити про бензиновий агрегат, то велика концентрація ОГ у впускному тракті чревата поганою роботою ДВС. Тому в даному випадку робота системи трохи відрізняється. Клапан відкривається при досягненні двигуном середніх оборотів. Причому зміст вихлопу в свіжої порції ВТС не повинно перевищувати 10 відсотків.
Про некоректної регенерації водій дізнається по сигналу Check Engine на приладовій панелі. Ось основні поломки, які може мати така система:
- Зламався датчик відкриття заслінки. Зазвичай крім некоректної дозування і загорівся на приборке лампочці нічого критичного не відбувається.
- Поломка клапана або його датчика. Основна причина такої несправності - постійний контакт з розжареним газами, що виходять з мотора. Залежно від типу системи поломка цього елемента може супроводжуватися збіднінням або навпаки збагаченням ВТС. Якщо в моторах використовується комбінована система, оснащена датчиками типу MAF і MAP, то при холостих обертах суміш стає надмірно збагаченої, а при великій частоті обертання коленвала ВТС різко збіднюється.
Коли виходить з ладу система, бензин або дизель неякісно згорає, через що відбуваються супутні несправності, наприклад, різко знижується робочий ресурс каталізатора. Ось як на практиці виглядає поведінка мотора при несправному механізмі повернення ОГ.
Щоб стабілізувати холостий хід, блок управління коригує роботу паливної системи і запалювання (якщо це бензиновий агрегат). Однак з цим завданням на перехідному режимі він не може впоратися, так як відкриття дроселя сильно збільшує розрідження, а тиск вихлопу різко зростає, через що через відкриту заслінку надходить більше ОГ.
В результаті мотор не отримує тієї кількості кисню, яка необхідна для повного згоряння палива. Залежно від ступеня поломки машина може сіпатися, можуть спостерігатися пропуски запалювання, нестабільність або повна відсутність ХХ, ДВС може погано заводитися і т.д.
У впускному колекторі агрегату знаходиться мастило в вигляді туману. При її постійному контакті з розпеченими вихлопними газами внутрішні поверхні колектора, клапани, зовнішня поверхня форсунок і свічки запалювання швидко покриються нагаром. У деяких випадках займання палива може відбуватися перш, ніж ВТС потрапить в циліндр (якщо різко натиснути педаль газу).
Що стосується нестабільного холостого ходу, то в разі виходу з ладу клапана ЄДР він може або повністю зникнути, а може підвищитися до критичних меж. Якщо машина оснащена автоматичною трансмісією, то автомобілісту в другому випадку скоро доведеться витратитися на ремонт АКПП. Так як кожен виробник по-своєму реалізує процес рециркуляції вихлопних газів, несправність даної системи несе індивідуальний характер. Також на наслідки цього має безпосередній вплив технічний стан силового агрегату, системи запалювання, паливної системи.
Якщо «відключити» систему, то це зробить роботу дизеля більш жорстким на холостих обертах. У бензиновому моторі буде спостерігатися неефективний витрата палива. В окремих випадках каталізатор швидше засмічується через великої кількості сажі, яка з'являється в результаті використання некоректного складу повітряно-паливної суміші. Причина полягає в тому, що електроніка сучасного автомобіля розрахована на наявність даної системи. Щоб блок управління не робив поправку на виконання рециркуляції, потрібно виконати його перепрошивку, як при чіп-тюнінгу (про цю процедуру читайте тут).
Типи систем рециркуляції
У сучасному автомобілі на силовий агрегат може встановлюватися один з трьох типів систем EGR:
- Відповідно до Екостандарт Евро4. Це система з високим тиском. Заслінка перебуває безпосередньо між впускним і випускним колекторами. На виході з мотора механізм стоїть перед турбіною. В даному випадку використовується електропневматичний клапан (раніше використовувався пневмомеханічний аналог). Дія такої схеми наступне. Дросельна заслінка закрита - мотор працює на холостих обертах. Вакуум у впускному тракті невеликий, тому заслінка закрита. При натисканні на акселератор розрідження в порожнині збільшується. В результаті у впускний системі створюється протитиск, через якого клапан повністю відкривається. У циліндри повертається певну кількість ОГ. Турбіна в такому разі не буде працювати, так як тиск вихлопних газів невелика, і вони не можуть розкрутити її крильчатку. Пневмомеханічний клапани після відкриття не зачиняються до тих пір, поки обороти мотора не впадуть до відповідного значення. У більш сучасних системах конструкція рециркуляції включає додаткові клапани і датчики, які коригують процес відповідно до режимів мотора.
- Відповідно до Екостандарт Евро5. Дана система з низьким тиском. У цьому випадку конструкція трохи змінена. Заслінка стоїть на ділянці за фільтром сажі (про те, навіщо він потрібен, і як працює, читайте тут) У вихлопній системі, а у впускний - перед турбонагнітачем. Гідність такої модифікації в тому, що вихлопні гази встигають трохи охолодитися, а завдяки проходженню через фільтр вони очищаються від сажі та інших компонентів, через які пристрій в попередній системі має менший робочий ресурс. Така компоновка забезпечує повернення ОГ також в режимі турбонаддува, так як вихлоп повністю проходить через крильчатку турбіни, і розкручує її. Завдяки такому пристрою система не знижує потужність мотора (як кажуть деякі автомобілісти, вона не «душить» двигун). У багатьох сучасних моделях авто відбувається регенерація фільтр сажі і каталізатора. Завдяки тому, що клапан і його датчик стоять далі від термічно навантаженого вузла автомобіля, вони не так часто виходять з ладу після проведення декількох таких процедур. В процесі виконання регенерації клапан буде закритий, так як мотору потрібне додаткове паливо і більше кисню, щоб тимчасово підвищити температуру в фільтр сажі і спалити сажу, яка в ньому знаходиться.
- Відповідно до Екостандарт Євро-6. Це комбінована система. Її конструкція складається з елементів, які входять до складу пристроїв, описаних вище. Так як кожна зі згаданих систем спрацьовує тільки в своєму режимі, то і впускная з випускної системи ДВС оснащені клапанами від обох видів рециркуляційних механізмів. Коли тиск у впускному колекторі низький, спрацьовує щабель, характерна для показника Евро5 (низький тиск), а при підвищенні навантаження в роботу включається щабель, яка застосовується в машинах, відповідних екостандарти Евро4 (високий тиск).
Так працюють системи, які відносяться до типу зовнішньої рециркуляції (процес протікає за межами силового агрегату). Крім неї існує вид, що забезпечує внутрішню подачу відпрацьованих газів. Вона здатна відпрацювати частину вихлопу, як якщо б він надходив у впускний колектор. Тільки цей процес забезпечується шляхом незначного провертання розподільних валів. Для цього в газорозподільному механізмі додатково встановлюється фазообертач. Цей елемент на певному режимі роботи ДВС трохи змінює фази газорозподілу (про те, що це таке, і яке значення для мотора вони мають, розповідається окремо).
В цьому випадку в певний момент відкриваються обидва клапана циліндра. Концентрація ОГ у свіжій порції ВТС залежить від того, як довго будуть відкриті ці клапани. Під час виконання такої процедури впускний отвір відкривається раніше, ніж поршень досягне верхньої мертвої точки, а випускний канал закривається безпосередньо перед ВМТ поршня. Завдяки цьому незначному періоду невелика кількість вихлопу перетікає у вхідну систему, а потім всмоктується в циліндр при русі поршня до НМТ.
Перевагою такої модифікації є більш рівномірний розподіл ОГ по циліндрах, а також швидкість роботи системи набагато вище, ніж у випадку з зовнішньої рециркуляції.
У схему сучасних систем рециркуляції входить додатковий радіатор, теплообмінник якого дозволяє швидко охолодити ОГ, перш ніж вони надійдуть у впускний тракт. Неможливо вказати точну комплектацію такої системи, так як автовиробники реалізують цей процес за різними схемами, і в носія може призвести додаткові керуючі елементи.
Клапани рециркуляції газів
Окремо слід згадати різновиди клапанів ЄДР. Вони відрізняються один від одного тим, яке у них управління. Згідно з цією класифікацією всі механізми діляться на:
- Пневмомеханічний клапани. Такий тип пристроїв вже використовуються рідко. Вони мають вакуумний принцип роботи. Заслінка відкривається за рахунок розрідження, яке створюється у впускному тракті.
- Електропневматичні. До пневмоклапанов в такій системі підключається керований ЕБУ електроклапан. Електроніка бортовий системи аналізує режими мотора, і відповідно до цього підлаштовує роботу заслінки. Електронний блок управління отримує сигнали від датчиків температури і тиску повітря, температури ОЖ і т.д. і в залежності від отриманих даних активує електропривод пристрою. Особливість таких клапанів полягає в тому, що заслінка в них або відкрита, або закрита. Розрідження в системі впуску може створювати додатковий вакуумний насос.
- Електронні. Це найостанніша розробка механізмів. Електроклапани працюють безпосередньо від сигналів, що надходять з ЕБУ. Перевага такої модифікації в їх плавній роботі. Вона забезпечується завдяки трьом положення заслінки. Це дозволяє системі автоматично змінювати дозу ОГ відповідно до режиму ДВС. Для управління клапаном система не задіє розрідження у впускному тракті.
Переваги системи рециркуляції
Всупереч поширеній думці, що система, що підвищує екологічність транспортного засобу, не йде на користь силового агрегату, рециркуляція ОГ має деякі переваги. Комусь може бути незрозуміло, навіщо встановлювати систему, яка знижує потужність ДВС, якщо можна використовувати додаткові нейтралізатори (але в цьому випадку вихлопна система буде в буквальному сенсі «золотий», так як для нейтралізації токсичних речовин використовуються дорогоцінні метали). З цієї причини власники таких машин іноді ставлять за мету відключити систему. Незважаючи на здаються недоліки, рециркуляція ОГ в чомусь навіть йде на користь силового агрегату.
Ось деякі аргументи на користь даного процесу:
- У бензиновому двигуні через низький октанового числа (про те, що це таке, і яку роль цей параметр впливає на ДВС, читайте окремо) Палива нерідко виникає детонація. На наявність цієї несправності буде вказувати однойменний датчик, про який докладно розповідається тут. Наявність системи рециркуляції усуває цей негативний ефект. Незважаючи на удаване протиріччя, наявність клапана egr навіть навпаки дозволяє підвищити потужність агрегату, наприклад, якщо виставити інший кут випередження запалювання на більш раннє запалення.
- Наступний плюс теж стосується бензинових моторів. У дроселі таких ДВС часто спостерігається великий перепад тиску, через що відбувається невелика втрата потужності. Робота рециркуляції дозволяє знизити і цей ефект.
- Що стосується дизельних двигунів, то в режимі ХХ система забезпечує більш м'яку роботу двигуна внутрішнього згоряння.
- Якщо машина проходить екологічний контроль (наприклад, при перетині кордону з країнами Євросоюзу, ця процедура обов'язкова), то наявність рециркуляції підвищує шанси пройти цю перевірку і отримати перепустку.
У більшості моделях авто систему рециркуляції не так просто відключити, а щоб мотор працював без неї стабільно, потрібно буде провести додаткові настройки електронного блоку управління. Установка іншого програмного забезпечення дозволить ЕБУ не реагувати на відсутність сигналів від датчиків EGR. Але таких заводських програм немає, тому змінюючи налаштування електроніки, автовласник діє на свій страх і ризик.
На завершення пропонуємо невелике анімаційне відео про те, як працює рециркуляція в моторі:
Питання та відповіді:
Як перевірити клапан рециркуляції вихлопних газів? Подається живлення на контакти клапана. При цьому має лунати клацання. Інші процедури залежать від місця встановлення. В основному потрібно на двигуні, що працює, трохи притиснути мембрану вакууму.
Для чого потрібен клапан рециркуляції вихлопних газів? Це елемент, необхідний зниження вмісту шкідливих речовин у вихлопі (частина газів направляється у впускний колектор) і підвищення продуктивності агрегату.
Де знаходиться клапан рециркуляції відпрацьованих газів? Це залежить від конструкції двигуна. Його потрібно шукати в районі впускного колектора (на самому колекторі або на трубопроводі, яким з'єднується впуск із мотором).
Як працює клапан вихлопних газів? Коли дросель сильніше відкривається, за рахунок різниці тиску у впускному та випускному колекторах частина вихлопних газів всмоктується у впускну систему ДВЗ через клапан EGR.
