Назначение и принцип действия клапана рециркуляции ОГ (отработавшие газы)
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 на10%.
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.
Типы конструкций
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 |
В электропневматических системах 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
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.
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.
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.
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.
Спёрто в другом месте. :)))В этой статье я расскажу Вам о некоторых практических сторонах и дам рекомендации по ремонту и обслуживанию системы EGR, которая применяется практически на всех современных автомобилях.
Что-же такое EGR ?
ЕGR - система рециркуляции отработавших газов. Из названия понятно что при своей работе данная система возвращает часть отработавших газов из выпускного во впускной коллектор. Основная задача системы - снижении токсичности выхлопа в режимах прогрева и резкого ускорения двигателя, который на данных режимах работает на обогащённой топливной смеси. В общем ничего сложного, но только почему-же данная система так усложняет жизнь многим, занимающимся ремонтом автомобилей?
Прежде всего рассмотрим состав системы:
1) основная часть - клапан EGR. Обеспечивает перепускание газов из выпускного во впускной коллектор. По причине постоянного контакта с раскалёнными газами - наименее живучая часть системы. Основная, она-же и самая главная неисправность - негерметичность. В разных модификациях системы EGR может управляться как электрически (большая часть автомобилей GM) так и пневматически (основная масса автомобилей) .
2) соленоид EGR. Применяется в системах с пневматическим управлением клапаном. Основная неисправность та-же что и для клапана - негерметичность и на работе двигателя сказывается одинаково так-как в результате мы тоже получаем открытый клапан EGR.
3) датчик положения штока клапана EGR / датчик степени открытия клапана EGR. Случается что ломаются, но кроме загоревшейся лампы неисправности двигателя никаких неприятных последствий не наблюдается.
4) блок управления двигателя.
Разные системы могут иметь различный набор компонентов, но общее - это клапан EGR. Рассмотрим как его неисправности сказываются на работе двигателя. Я уже писал, что основная неисправность это негерметичность и она обеспечивает подсос дополнительного воздуха во впускной коллектор.
Как результат мы имеем:
В двигателях с расходомером воздуха (MAF-сенсор) - обеднение топливной смеси вызванное присутствием неучтённого MAFом воздуха.
В двигателях с датчиком давления (MAP-сенсор) - обогащение топливной смеси вызванное увеличением давления во впускном коллекторе.
В двигателях использующих оба способа контроля за количеством воздуха (из-за значительной погрешности MAF-сенсора при низком потоке через датчик) мы имеем обогащение на холостом ходу и резкое обеднение на переходных режимах (Японские автомобили - ярчайшие примеры).
И во всех случаях из-за снижения количества кислорода в поступающем в двигатель воздухе, нарушается горение топливной смеси в цилиндрах двигателя. В общем зависимость очень сложная и по этому неисправность системы EGR на разных моделях автомобилей проявляеся по разному. Большое значение имеет количество поступающих во впускной коллектор отработавших газов (т.е. величина открытия клапана EGR), общее состояние двигателя (износ свечей зажигания, проблемы топливного насоса или забитость топливных форсунок...), частота вращения и нагрузка на двигатель. Вам интересно как состояние топливной системы влияет на симптомы немсправности? Дело в том, что любой блок управления двигателем имеет программу по которой он стремится стабилизировать частоту оборотов холостого хода и состав топливной смеси. Причём величина регулирования степени открытия/закрытия исполнительного механизма системы регулирования оборотов холостого хода и длительность времени впрыска имеют вполне понятные пределы. Когда блоку управления удаётся стабилизировать холостой ход, на переходных режимах он не справится с необходимой коррекцией состава смеси, так-как нажатие на педаль акселератора приведёт к возрастанию давления в выпускном колекторе и увеличению количества поступающих во впускной коллектор отработавших газов, которые не содержат необходимого для горения кислорода. На данном этапе всё это будет ухудшать разгонную динамику автомобиля, возможно появление провалов и рывков при движении. Но дальше картина неисправности будет менятся. Дело в том, что раскалённые газы взаимодействуя с маслянным туманом во впускном коллекторе (если Вы забыли откуда он там берётся я напомню о системе вентиляции картера, клапане PCV ,...), приведут к усилению нагарообразования на внутренних частях коллектора, отложению нагара на впускных клапанах,повышенному загрязнению наружных частей распылителей топливных форсунок и появлению копоти на изоляторах свечей зажигания. Всё это скажется на пусковых характеристиках двигателя и нестабильных оборотах холостого хода, причём возможно как дёрганье и пропуски зажигания, так и плавание оборотов. При резком нажатии на газ возможно появление вспышек во впускном коллекторе. Если на данной стадии не обращать внимание на автомобиль, то очень скоро холостой ход пропадёт совсем, или его величина превысит все допустимые пределы. А на машинах с АКПП высокая величина холостого хода очень быстро приведёт к поломке коробки.
Что с этим делать? В любых руководствах по ремонту и техническому обслуживанию написано что система EGR имеет ограниченный ресурс. В идеале необходима замена всех компонентов системы при пробеге 70-100 тысяч километров, однако это справедливо при достаточно качественном топливе. С Российским бензином я мог бы рекомендовать Вам замену всех компонентов при пробеге 50000 километров. Хотя в условиях кризиса для многих это нереально.
Что-же делать тем, кто не может позволить себе приобретение дорогостоящих компонентов, или не имеет возможность приобрести нужные запчасти. Совет один - своевременное обслуживание системы позволит продлить срок её службы. Что в ней можно и нужно обслуживать?
Во первых сам клапан EGR. В нём нужно очистить седло и шток клапана для обеспечения плотного закрытия и свободы хода клапана. Для этого очень удобно использовать жидкость для очистки карбюратора в аэрозольной упаковке. Однако будте внимательны, попадание жидкости на диафрагму может вызвать её разрушение, так как входящие в аэрозоль вещества разлагают резину.
Во вторых - соленоид EGR (при его наличии). Как правило содержит маленький фильтр для защиты вакумной системы от попадания в неё грязи. Именно этот фильтр необходимо очистить.
Ну вот и весь список элементов нуждающихся в переодическом техническом обслуживании. Кстати именно такое обслуживание способно вернуть к жизни многие системы. Многие - но не все.
Можно ли отключить систему и нормализовать работу двигателя? Можно, вполне достаточно вырезать из тонкой жести прокладку под клапан EGR не прорезая отверстия для прохода газов. Внимательно посмотрите на клапан, если шток выступает за посадочную плоскость, отверстие под ним сделайте обязательно.
Удаление клапана ЕГР состоит из двух этапов:
- Физическое удаление.
- Программное удаление.
На первом этапе устанавливается металлическая прокладка под клапан. На дизельных машинах клапан ЕГР участвует в системе очистки выхлопных газов от сажи, поэтому при рабочем сажевом фильтре удаление клапана не рекомендуется.
На втором этапе в штатной программе системы управления двигателем снимается контроль с датчика ЕГР. Эта процедура необходима, иначе система управления двигателем не выйдет из аварийного режима.
Информация для справки.
ЕГР - система рециркуляции выхлопных газов, предназначенная для снижения выбросов оксидов азота. Она устанавливается и на бензиновые, и на дизельные двигатели. В первых при этом снижаются насосные потери и риск детонации, а работа вторых становится более «мягкой». Кроме того, снижается расход топлива. Со временем клапан ЕГР покрывается нагаром, что приводит к нестабильной работе двигателя.
Принцип работы ЕГР
Идея состоит в подмешивании части выхлопных газов к воздуху во впускном коллекторе. Повышенное содержание оксидов азота в отработанных газах вызывается высокой температурой в камере сгорания. Катализатором реакции горения, как известно, является кислород. Выхлопные же газы, смешанные с воздухом, уменьшают содержание в нем кислорода. В результате температура сгорания смеси и, соответственно, токсичность отработанных газов понижаются.
Как работает система ЕГР
Работа системы ЕГР зависит от типа двигателя. В дизелях клапан открывается на холостом ходу и обеспечивает до 50% 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 ЕГР не включается на холостом ходу и на оборотах максимального крутящего момента. При низкой и средней нагрузке система обеспечивает 5-10% подаваемого на впуск воздуха.