Клапан EGR: необходимость или источник проблем
Ни для кого не секрет, что отработавшие газы, вырывающиеся из выхлопной трубы автомобиля, содержат целый букет вредных для окружающей среды и здоровья человека веществ. В число наиболее опасных соединений входят окислы азота в форматах NO (оксид азота) и NO2 (диоксид азота). При определенной концентрации они способны негативно воздействовать на дыхательную систему, провоцируя возникновение ряда сердечных и легочных заболеваний.
Выступающая в качестве альтернативы система рециркуляции, основным компонентом которой является клапан EGR, добавляет порцию отработавших газов к поступающему во впускной коллектор свежему воздуху. В результате доля кислорода в смеси уменьшается при том, что само соотношение воздух/топливо не изменяется. Обедненная кислородом смесь сгорает при более низкой температуре, исключающей образование большого количества оксидов азота. Подобный механизм разбавления не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик двигателя и даже, напротив, способствует определенному улучшению показателей. Помимо сокращения доли NOx система ЕГР уменьшает детонацию в бензиновых двигателях, а также снижает «жесткость» работы дизелей.
На сайте вы найдете информацию о том как сделать качественный ремонт автомобиля своими руками, подробные фото отчеты по ремонту ауди с4, а также много полезной информации о диагностике и профилактике неисправностей
В спокойном состоянии клапан под действием пружины находится в закрытом состоянии. Когда в камере появляется вакуумное разряжение, то диафрагма устремляется вверх, преодолевая усилие пружины и тем самым открывая клапан. Когда разряжение в камере уменьшается, то под действием пружины клапан вновь возвращается в закрытое положение. Таким образом, положение клапана зависит от степени разряжения в вакуумной полости.
При средних нагрузках на двигатель, дроссельная заслонка у нас находится в приоткрытом состоянии. В таком положении за дроссельной заслонкой образуется разряжение, которое воздействует на диафрагму и открывает клапан. Таким образом, в режиме средних нагрузок, когда у нас возникает основная масса окиси азота, клапан EGR находится в рабочем состоянии.
Citroen Berlingo 2
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-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.
Принцип работы EGR (клапана рециркуляции отработаных газов)
Инженеров ставят каждые три года раком,заставляя «вписать» двигатель в очередные экологические нормы.
Вы не задумывались о геометрической зависимости уменьшения норм токсичности?
По Евро-3 выбросы: СН до 0,2 г/км, CO до 2,3 г/км и NOy до 0,15 г/км
По Евро-4 выбросы: СН до 0,1 г/км, CO до 1,0 г/км и NOy до 0,08 г/км
Такими темпами через десять лет двигатель внутреннего сгорания должен будет из выхлопной трубы выдавать воздух более чистый чем окружающий нас.
Минусы системы EGR.
1 Снижается общий КПД двигателя (теряется мощность)
2 Кормим двигатель сажей (абразив, смолы и т.п. бяка)
3 Выход двигателя на буст увеличивается.
С отключенной системой EGR все выхлопные газы отдают свою энергию турбинному колесу, задержка (турбо лаг) гораздо меньше, вследствие этого нет «провала» по давлению надува и нет дыма.
4 Увеличение выбросов твердых частиц (сажи),отчасти от этого поставили на Евро4 горячо не любимый мною сажевый фильтр.
Плюсы.
1 Экология.
Ничего хитрого. Отработавшие газы через калиброванное отверстие в самом клапане EGR перенаправляются во впускной коллектор.
В дальнейшем, отработавшие газы смешиваются с воздухом, и поступают в цилиндры дизеля. Чтобы солярка сгорала в цилиндре, нужен воздух. В воздухе есть кислород. Однако, на 75%, воздух состоит из азота.
В обычных климатических условиях, азот представляется нам нейтральным газом, который мало на что реагирует, однако, внутри цилиндра дизеля настолько горячо и жарко, что азот не может устоять под натиском высоких температур, и начинает окисляться на целые группы окислов NOx, которые при соединении с водой, образуют пары азотной кислоты.
Азотная кислота в свою очередь, пагубно воздействует на лёгкие человека, и на сердечно-сосудистую систему.
Признаки неисправности клапана ЕГР
- некачественное топливо, приводящее к образованию чрезмерного нагара, способно вывести из строя клапан через 10000 – 20000 км пробега;
- проблемы с установкой угла зажигания двигателя внутреннего сгорания;
- износ маслосъемных колпачков, уменьшение компрессии, другие проблемы двигателя, связанные с наличием масла в выхлопных газах;
- неисправность электрооборудования;
- нарушение алгоритма обработки сигнала блоком управления двигателя;
- повышенный уровень масла;
- износ форсунок;
- естественный механический износ клапана, обычно наступающий после 60 – 80 тыс. км пробега авто.
Температура отработанных газов очень высокая, поэтому для надежной работы его изготавливают из прочной высоколегированной стали, выдерживающей температурные нагрузки до 2000 градусов Цельсия. Однако такая сталь не обладает достаточной прочностью, особенно при высоких температурах. Поэтому клапан ЕГР не обладает высоким ресурсом работы.
Капан EGR: что это
Диагностика проблем с описываемой системой, задача не столь простая, как может показаться на первый взгляд. Беда в том, что нет ярко выраженных симптомов, характерных именно для неполадок EGR. Двигатель, вроде бы троит, вроде бы сбоит, а вроде и нет. И заподозрить именно систему рециркуляции отработанных газов, в такой не стабильности работы мотора, может только профессионал. Но перед тем, проверяются различные датчики, узлы и системы автомобиля. Собственно, какие здесь могут возникнуть проблемы:
Споры по поводу глушения ЕГР, длятся до сих пор. Одни считают, что глушить эту систему можно и нужно, другие же утверждают, что после ее отключения, температура горения в цилиндрах возрастает, что приводит к более быстрой выработке ресурса двигателя и его износу.
Принцип работы датчика егр
Negative Backpressure EGR Valve, разработанный в 1979г., подобен Positive Backpressure EGR Valve за исключением того, что пружина клапана-регулятора ниже, а не выше клапана-регулятора и клапан-регулятор — нормально-закрытый (Рис. 4).
Регулирующий клапан открывается, преодолевая силу пружины отрицательным противодавлением (небольшой вакуум в полом вале). Эта конструкция улучшает систему рециркуляции отработанных газов при условиях низкого давления выхлопных газов.
При температуре сгорания топлива выше 1371 °C (2500°F), азот (который составляет 80% атмосферы), в смеси с кислородом образует оксиды азота (NOx) — опасного загрязнителя воздуха.
В цилиндрах работающего двигателя, при определенных условиях, возникает температура сгорания много больше обычного уровня, при этом выбросы NOx резко увеличиваются.
В связи с этим была разработана система рециркуляции отработанных газов (EGR) — система, уменьшающая выбросы NOx.
Главный элемент системы — клапан EGR, установленный на впускном коллекторе. Когда воздушно-топливный коэффициент высок (бедная смесь), температура сгорания так же высока, производится больше NOx. Чтобы понизить воздушно-топливный коэффициент, клапан EGR вводит дозированное количество выхлопного газа во впускной коллектор, изменяя долю поступающего кислорода в воздушно-топливной смеси цилиндров. Эта система меняет режим сгорания топлива при высоких температурах и уменьшает образование NOx.
Выделение NOx во время ускорения или высоких оборотов двигателя применимо исключительно к бензиновому двигателю. При тех же условиях, необходимость в системе EGR в дизельных двигателях отпадает или очень мала.
В Калифорнии более строгий стандарт для NOx чем в остальной части США. Поэтому, у некоторых двигателей, продаваемых в Калифорнии, были системы EGR, отличающиеся от проданных в других государствах.
На холодном двигателе рециркуляция отработанных газов может вызвать проблемы управляемости двигателя. Различные модели автомобилей используют различные методы для того, чтобы активизировать систему EGR, по мере нагрева двигателя.
Система EGR – принцип работы
Также еще следует упомянуть те факторы, на которые оказывает влияние неправильная работа рассматриваемой нами системы. В первую очередь некорректное функционирование системы EGR отражается на устойчивой работе двигателя на холостом ходу. Это можно объяснить тем, что на показания датчика (MAF-sensor), того, что отвечает за расход воздуха, или датчика (MAP- sensor), показывающего величину относительного давления, оказывает негативное влияние та порция отработавших газов, которая ранее не была учтена. Есть вероятность, что блок управления еще как-то сможет подрегулировать холостой ход, основываясь на показаниях кислородного датчика. Но в случае, если объем газов, прошедших через клапан, будет довольно-таки высок, блок управления здесь уже окажется бессильным.
Вышеописанная схема – одна из простых, и содержит только два компонента: клапан EGR плюс электромагнитный клапан системы EGR. Это классическая схема, уже на ее основе строятся более сложные варианты, которые, в свою очередь, содержат всевозможные дополнительные элементы.
EGR: система рециркуляции отработавших газов
Если клапан ЕГР засорился, тогда он может работать некорректно или заклинить. В первом случае отмечается несвоевременное срабатывание клапана, что заметно в режиме холостого хода и не имеет явных симптомов и последствий для ДВС. Во втором случае клапан EGR может клинить в момент открытия или закрытия. Бензиновые агрегаты с заклинившим клапаном системы рециркуляции работают на холостом ходу крайне неустойчиво, увеличивается расход топлива. Дизельные моторы с неработающим клапаном EGR теряют мощность, работают более грубо и шумно.
Многие уверены, что система рециркуляции «душит» мотор и ЕГР отнимает мощность, не позволяя цилиндрам двигателя наполняться чистым воздухом в полной мере. К таковым относятся любители тюнинга дизельного мотора. Не менее частой причиной отказа от рециркуляции становится сильное загрязнение впускного коллектора и быстрый выход из строя датчиков системы, а также клапана EGR.
Принцип работы датчика егр
Какова же природа появления NOx в выхлопных газах? Дело в том, что воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя происходит при большой температуре (более 1300 °С) и высоком давлении. Это как раз те условия, при которых азот и кислород способны соединиться, образуя оксид. Отрицательным моментом такой реакции является то, что изрядная доля кислорода, необходимого для сжигания топлива, не участвует в самом процессе горения. В результате снижается мощность двигателя и увеличивается расход горючего. Конечно, существуют способы воздействовать на температурный режим и давление в камерах сгорания путем обогащения топливовоздушной смеси или уменьшения степени сжатия, однако оба этих варианта не столь эффективны и к тому же приводят к росту содержания в выхлопе токсичного сероводорода (H2S) и чрезвычайно опасного угарного газа (CO).
С момента появления двигателя внутреннего сгорания, использующегося в качестве источника движущей силы для автомобиля, практически непрерывно ведутся работы по усовершенствованию конструкции данного типа силового агрегата и повышению эффективности его функционирования. Вместе с тем значительная часть усилий разработчиков тратится на уменьшение количества вредных выбросов, неизбежно образующихся и попадающих в атмосферу в результате сгорания в цилиндрах топливовоздушной смеси. Одним из путей снижения токсичности выхлопа моторов в настоящее время является так называемая рециркуляция отработавших газов, заключающаяся в повторном использовании этих самых газов путем их частичного перепуска из выпускного коллектора во впускной. Система получила название Exhaust Gas Recirculation, или сокращенно EGR. Ниже мы попробуем разобраться в том, каким образом она воздействует на состав продуктов сгорания топлива и почему владельцы машин зачастую стремятся ее отключить.