Система рециркуляции отработавших газов egr: Система рециркуляции выхлопных газов

Содержание

Клапаны системы рециркуляции отработавших газов (EGR) и датчики температуры отработавших газов (EGTS)

Клапаны EGR и датчики EGTS являются частью систем управления двигателем (EMS) DENSO, в которых используются оригинальные технологии DENSO. Какую же роль они играют в создании самых совершенных систем EMS?

КЛАПАНЫ СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Типы
• С шаговым электродвигателем
• Электромагнитный
• С электродвигателем постоянного тока

Особенности и преимущества
• Быстрота реакции: оптимальная регулировка подачи отработавших газов при любых температурах двигателя и рабочих условиях.
• Точность: встроенный датчик положения обеспечивает более точную регулировку подачи отработавших газов, что повышает общий уровень точности системы.
• Долговечность: снижение давления и уменьшение потока отработавших газов обеспечивает стойкость к углеродной коррозии и увеличивает срок службы.
• Снижение токсичности отработавших газов: уменьшается содержание оксидов азота (NOx).

Принцип работы

Низкая токсичность отработавших газов напрямую зависит от качества и эффективности клапана EGR. Именно он выполняет смешивание отработавших газов двигателя с впускным воздухом, в котором после этого уменьшается концентрация кислорода и снижается скорость сгорания. Из-за снижения концентрации кислорода во впускном воздухе происходит уменьшение температуры сгорания и сокращение уровня содержания вредного оксида азота (NOx).

• Впускной и выпускной коллекторы соединены небольшим каналом, в котором и установлен клапан EGR, осуществляющий регулировку объема отработавших газов, поступающих обратно во впускной коллектор.

• При работе двигателя на холостом ходу клапан EGR закрыт и подача отработавших газов во впускной коллектор отсутствует. Клапан EGR остается закрытым до тех пор, пока двигатель не прогреется и не начнет работать под нагрузкой. По мере увеличения нагрузки и температуры сгорания клапан EGR открывается и начинает подавать отработавшие газы обратно во впускной коллектор.

• Современные технологические достижения в области рециркуляции и каталитической нейтрализации отработавших газов позволяют добиться снижения токсичности выхлопа даже при работе двигателя на обедненной смеси. 

Электронный блок управления (ЭБУ) оценивает информацию, полученную от датчиков, во всех режимах работы двигателя. Затем выполняется открытие/закрытие клапана EGR для подачи отработавших газов во впускной воздух, что приводит к уменьшению концентрации в нем кислорода и снижению скорости сгорания. В результате происходит снижение температуры сгорания, за счет чего ограничивается образование вредного оксида азота (NOx). Современные технологические достижения в области рециркуляции и каталитической нейтрализации отработавших газов позволяют добиться снижения токсичности выхлопа даже при работе двигателя на обедненной смеси.

• Увеличение объема рециркуляции отработавших газов позволяет ограничить образование NOx до определенной степени. Чрезмерный объем рециркуляции отработавших газов приводит к неполному сгоранию топлива и повышению содержания сажевых частиц. Требуется одновременно достичь противоположных целей: ограничить образование NOx и снизить содержание сажевых частиц. Для этого необходима высокая точность управления рециркуляцией отработавших газов.

• Компания DENSO применяет клапаны EGR с электронным управлением, которые взаимодействуют с электронной дроссельной заслонкой.

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Принцип работы

Датчик температуры отработавших газов (EGTS) устанавливается перед окислительным каталитическим нейтрализатором дизельного двигателя (DOC) и/или перед сажевым фильтром дизельного двигателя (DPF). Этот датчик измеряет температуру отработавших газов и передает измеренное значение в виде сигнала напряжения в ЭБУ двигателя. Получая эти сигналы, ЭБУ контролирует условия работы двигателя и обеспечивает эффективное снижение токсичности отработавших газов. 

Благодаря повышенной точности измерения датчиков EGTS обеспечивается точное управление впрыском топлива для дожигания и точная оценка количества сажи в фильтре DPF, что, в свою очередь, способствует более эффективной регенерации фильтра DPF. Результатом является снижение токсичности отработавших газов и повышение топливной экономичности, так как для процесса регенерации используется меньше топлива. Помимо этого обеспечивается контроль температуры каталитического нейтрализатора для защиты от перегрева и ухудшения его рабочих характеристик.

Статистическая информация о продукте

Датчики EGTS
• 11 каталожных номеров, заменяющих 46 оригинальных каталожных номеров для 211 применений и более 4 миллионов транспортных средств.
• Линейка охватывает модели BMW, которые оснащаются исключительно датчиками DENSO.
• Высокая точность контроля работы двигателя позволяет увеличить его рабочие характеристики при снижении выброса вредных веществ и расхода топлива.
• Быстрота реакции сочетается с небольшими размерами и компактностью.
• Диапазон измеряемых температур: от -40 до 1000 °C, точность измерения: в пределах ±10 °С от фактической температуры. Изменение показаний от комнатной температуры до 1000 °C занимает менее 7 секунд.
• Конструкция датчиков EGTS компании DENSO, исполненных в виде одинарной трубки, позволяет уменьшить их размер на 90 % по сравнению с традиционными аналогами и обеспечивает самую быструю реакцию.

• Устойчив к воздействию вибрации даже при установке в непосредственной близости от двигателя.
• Предлагаются датчики с различным временем реакции и диапазоном измеряемой температуры.

Клапаны EGR
• 6 каталожных номеров, охватывающих 51 применение и более 2 миллионов транспортных средств.
• Линейка включает три типа клапанов: с шаговым электродвигателем, с электромагнитным приводом, с электродвигателем постоянного тока.
• DENSO – единственный бренд, поставляющий оригинальные клапаны EGR для ряда применений, таких как Toyota Corolla.
• Усовершенствованная технология DENSO обеспечивает оптимальное регулирование потока отработавших газов и сокращение выброса NOx при любой температуре двигателя, во всех режимах работы.
• Встроенный датчик положения позволяет более точно регулировать подачу отработавших газов, что повышает точность системы.
• Исключительная долговечность: снижение давления и уменьшение потока отработавших газов обеспечивает стойкость к углеродной коррозии и увеличивает срок службы.

А знаете ли вы?

• В 1975 году компания DENSO представила первый в мире датчик температуры отработавших газов.
• В 1998 году специалисты DENSO создали датчик температуры отработавших газов, обладавший лучшей в мире быстротой реакции, что позволило создать систему управления с обратной связью для контроля температуры отработавших газов. Этот датчик стал самым компактным в мире. Его объем на 90 % меньше объема обычного датчика EGTS компании DENSO.

Рециркуляция отработавших газов – клапан EGR

УСТРОЙСТВО СИСТЕМЫ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ: ОБЗОР

НЕИСПРАВНОСТЬ КЛАПАНА EGR: ПРИЧИНА ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ

Возникающие неисправности и причины их возникновения

Из-за высоких нагрузок клапан системы рециркуляции отработавших газов, безусловно, является самым большим источником неисправностей. Масляный туман и сажа из отработавших газов приводят к осаждению конденсированных паров на клапане, и со временем поперечное сечение его отверстия уменьшается вплоть до полного закрытия. В результате количество рециркулируемых отработавших газов постоянно снижается, что отражается на выпуске ОГ. Высокая тепловая нагрузка еще больше усугубляет этот процесс. Еще одной распространенной причиной неисправностей является система шлангов для вакуума. Из-за нарушения герметичности возникают утечки необходимого вакуума для клапана системы рециркуляции отработавших газов, в результате чего клапан больше не открывается. Разумеется, неисправность клапана системы рециркуляции отработавших газов, не работающего из-за отсутствия вакуума, также может быть обусловлена неисправностью преобразователя давления или терморегулирующего клапана.

 

Существует несколько способов проверки системы рециркуляции отработавших газов. Выбор способа зависит от того, пригодна ли система к самодиагностике. Системы, не выполняющие самодиагностику, можно проверять с помощью мультиметра, ручного вакуумного насоса и цифрового термометра.

 

Однако перед началом тщательных проверок необходимо провести визуальный осмотр всех компонентов, имеющих отношение к системе. А именно:

  • Все ли вакуумные трубопроводы герметичны, правильно ли они подсоединены и проложены ли они без перегибов?
  • Правильно ли подключены все электрические соединения к преобразователю давления и переключателю? В порядке ли кабели?
  • Имеются ли утечки на клапане системы рециркуляции отработавших газов или на подключенных трубопроводах?

ПРОВЕРКА КЛАПАНА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ: ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Проверка клапанов системы рециркуляции отработавших газов с вакуумным управлением на двигателях внутреннего сгорания с принудительным зажиганием

При проверке клапанов системы рециркуляции отработавших газов с вакуумным управлением применяется следующая процедура:

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.

Содержание статьи

Назначение EGR и принцип действия

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.

Типы конструкций EGR

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 датчикомEGR с DPFE датчикомEGR с датчиком положения клапанаЭлектропневматическая EGREGR 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.

Система рециркуляции отработавших газов (EGR).

Система рециркуляции отработавших газов (EGR).

Подробности

При высокой температуре в камере сгорания, азот, находящийся в воздухе, начинает вступать в химическую реакцию с кислородом, образуя токсичные соединения оксиды азота. Для снижения содержания окиси азота в выхлопных газах начиная с 1972 года на автомобилях стала использоваться система рециркуляции отработавших газов (EGR exhaust gas recirculation).

Так как окись азота возникает при слишком высокой температуре в камере сгорания то, ее необходимо снизить. Снизить температуру решили путем использования отработавших выхлопных газов, подавая их во впускной коллектор, а затем в камеру сгорания вместе с топливной смесью. Содержание отработавших газов в заряде топливной смеси, слегка ухудшает процесс горения, тем самым предотвращая пиковые температуры. Для предотвращения появления окиси азота требуется не большое количество отработавших газов, поэтому состав топливовоздушной смеси остался практически неизменным. Что бы сделать выхлоп менее токсичным пришлось пожертвовать небольшой потерей мощности двигателя, но эта потеря так же,не существенна.

Впервые рециркуляция отработавших газов была применена на автомобилях Chrysler в 1972 году. Первый опыт применения данной системы оказался неудачным из-за не совершенства конструкции и не получил дальнейшего развития. В данной системе через впускную трубу находящуюся ниже карбюратора подводились выхлопные газы, поступающие в топливовоздушную смесь через калиброванное отверстие. Не совершенство данной конструкции проявлялось в том, что выхлопные газы поступали в цилиндры на всех режимах работы двигателя, тем самым замедляя прогрев холодного двигателя, к постоянной потере мощности при нагрузке, когда она так необходима и к неустойчивой работе на холостых оборотах.

В том же 1972 году только теперь уже на автомобиле Buick была применена другая пневмомеханическая система рециркуляции отработавших газов. Данная система по сравнению с первой оказалась более удачной, применение данной системы можно встретить на некоторых автомобилях и по сей день.

В системе используется пневматический клапан EGR, располагается он между выпускным и впускным коллектором за дроссельной заслонкой. Клапан устроен следующим образом:

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.

Рис 1 - Клапан EGR с пневматическим управлением.

1- Пружина. 2 – Вакуумная камера. 3 – Вакуумный шланг. 4 – Диафрагма. 5 – Клапан. 6 – Выход (к впускному коллектору). 7 – Вход (от выпускного коллектора).

Теперь рассмотрим подробнее работу клапана EGR на разных режимах двигателя. Мы уже узнали, что клапан EGR находится между выпускным и впускным коллектором после дроссельной заслонки. Вакуумная камера клапана соединена с впускным коллектором перед дроссельной заслонкой.

Рис 2 – Подключение клапана EGR.

1 – Дроссельная заслонка. 2 – Вакуумная трубка. 3 – Вакуумная камера. 4 – Клапан. 5 – Вход от выпускного коллектора.

На холостом ходу, дроссельная заслонка закрыта и перед ней практически отсутствует разряжение. Получается что на холостом ходу, когда появление оксидов азота в выхлопных газах не существенное клапан EGR у нас не в работе, тем самым у нас стабильные холостые обороты.

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.

В режиме полной нагрузки дроссельная заслонка находится в открытом положении, вследствие этого разряжение снижается, и клапан у нас закрывается, дав возможность двигателю выдать максимальную мощность.

В результате клапан данной системы рециркуляции отработавших газов работает как положено в момент средних нагрузок на двигатель, но остался один минус. Работа клапана EGR стартует сразу после того как мы завели двигатель, даже когда он еще не прогрет, тем самым увеличивая время прогрева и ухудшая работу холодного двигателя. Решением данной проблемы стало использование дополнительного термоклапана установленного в разрез вакуумной трубки. Этот клапан может устанавливаться на радиаторе или на трубке охлаждения.

Рис 3 - Термоклапан.

1 — Запирающий клапан. 2 — Патрубок к впускному коллектору. 3 — Клапан открыт. 4 — Патрубок к клапану EGR. 5 — Термочувствительный элемент. 6 — Охлаждающая жидкость.

Суть термоклапана заключается в том, что пока двигатель холодный вакуумный канал у нас перекрыт, и клапан EGR находится в закрытом состоянии. При прогреве двигателя шток термоклапана перемещается вверх, открывая вакуумный канал и вводя в работу клапан EGR.

Таким образом, получается, что при использовании в системе термоклапана у нас исключается работа клапана EGR на холодном двигателе.

Пневматические системы рециркуляции отработавших газов работают достаточно надежно, но их точность в зависимости от нагрузки оставляет желать лучшего, поэтому на смену данной системы пришли системы EGR с электронным управлением.

Рис 4 – Система рециркуляции отработавших газов с электронным управлением.

1 – Поступление свежего воздуха. 2 – Дроссельная заслонка. 3 – Отвод выхлопных газов из выпускного коллектора. 4 – Блок управления двигателем. 5 – Клапан EGR. 6 – Выпускной коллектор.

В системе рециркуляции отработавших газов с электронным управлением всем процессом управляет электронный блок управления двигателя, который на основании сигналов с датчика температуры двигателя, положения дроссельной заслонки, датчика давления во впускном коллекторе и т.д.(на разных системах используются сигналы с разных датчиков), управляет клапаном EGR, подбирая необходимое пропускное сечение клапана необходимое при данном режиме нагрузки.

В данной статье рассмотрено основное классическое устройство и работа клапана рециркуляции отработавших газов. На разных автомобилях могут использоваться различные модифицированные системы EGR, но во всех заложен общий принцип работы.

Системы рециркуляции отработавших газов DENSO (ОГ),EGR,EGT-датчик

Ради спасения экологии автомобили оснастили системой рециркуляции отработавших газов (ОГ) для уменьшения выбросов NOx - окиси азота. И тем самым - обязали поддерживать в исправности еще одну систему, выход которой из строя неизбежно сказывается на поведении автомобиля и состоянии двигателя. В этой статье рассматриваются симптомы, возможные последствия и способы устранения неисправностей системы рециркуляции ОГ.

Выброс окиси азота снижается за счет частичного подмешивания в топливовоздушную смесь негорючих ОГ. Разбавляя смесь, повышая ее температуру и тем снижая плотность во входном тракте, ОГ позволяют снизить пиковые значения температуры в самой камере сгорания. Фактически - осуществляется обеднение смеси не только топливом, но и кислородом.

Интенсивность рециркуляции ОГ адаптируется к условиям эксплуатации. Будучи слишком интенсивной, она может увеличить время сгорания смеси и последствиям этого - вплоть до нестабильной работы двигателя и роста выбросов углеводородов. Условия для эффективной рециркуляции ОГ создаются при прогретом до рабочей температуры двигателе в среднем и верхнем диапазонах частичной нагрузки. Поэтому для оптимальной рециркуляции ОГ она регулируется специальным клапаном EGR (Exhaust Gas Recirculation - англоязычное название системы рециркуляции ОГ). Степень его открытия рассчитывается исходя из температуры двигателя, положения дроссельной заслонки, температуры самих отработавших газов и других параметров.

При работе двигателя на холостом ходу клапан закрыт и подача отработавших газов во впускной коллектор отсутствует. Клапан EGR остается закрытым до тех пор, пока двигатель не прогреется и не начнет работать под нагрузкой. По мере увеличения нагрузки и повышения температуры сгорания клапан EGR открывается и подает отработавшие газы обратно во впускной коллектор.

Рециркуляция ОГ контролируется по давлению и/или температуре во впускном коллекторе - у исправной и активизированной системы рециркуляции ОГ давление и/или температура во впускном тракте должны кратковременно возрастать. Электронный блок управления (ЭБУ) сравнивает эти изменения с объемом рециркулированных ОГ и анализирует функцию рециркуляции. Как правило, проверка выполняется только в режиме принудительного холостого хода, так как возмущающие воздействия благодаря впрыску отпадают, а мощность всасывания двигателя очень велика. Фиксированные пороговые значения должны превышаться. При падении значений ниже минимального предела система распознает неисправность рециркуляции ОГ и загорается индикатор неисправности двигателя (CHECK ENGINE).

Неисправности датчика EGR и других компонентов системы рециркуляции ОГ - симптомы и последствия. Наименее опасна поломка датчика открытия клапана - кроме загоревшейся лампы CHECK ENGINE серьезных последствий обычно не наблюдается, хотя точность дозировки ОГ может снижаться. Другое дело - сам клапан или датчик EGR, который из-за постоянного контакта с раскаленными газами чаще всего выходит из строя. В разных системах могут быть разные наборы компонентов, но клапан EGR есть всегда. Рассмотрим, как его неисправности, чаще всего выражающиеся в дополнительном подсосе воздуха во впускной коллектор, сказываются на работе двигателя:

- В двигателях с расходомером воздуха (MAF-сенсор) - обеднение топливной смеси, вызванное присутствием неучтенного MAF-сенсором 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 значительного отклонения MAF-сенсора при низком потоке через датчик), получается обогащение на холостом ходу и резкое обеднение на переходных режимах.

Принципиальная схема системы впуска с датчиком EGR.Во впускном коллекторе атмосферный воздух смешивается с горячими газами, поступающими через рециркуляционный клапан EGR.

Во всех случаях из-за снижения количества кислорода нарушается горение топливной смеси. Например, когда ЭБУ стабилизирует 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 коллекторе и увеличению количества поступающих во впускной тракт отработавших газов, которые не содержат необходимого для горения кислорода. Это скажется на пусковых характеристиках и стабильности оборотов холостого хода, также возможно дерганье и пропуски зажигания, плавание оборотов.

На малых оборотах будет ухудшаться разгонная динамика автомобиля, не исключено появление провалов и рывков при движении. Но с повышением оборотов ситуация будет меняться. Взаимодействуя с масляным туманом во впускном коллекторе, раскаленные газы 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. При резком нажатии на газ возможно появление вспышек во впускном коллекторе.

В скором времени холостой ход либо пропадет совсем, либо его величина превысит все допустимые пределы. А у машин с АКПП высокая величина холостого хода очень быстро приведёт к поломке коробки. Впрочем, неисправности системы EGR на разных моделях автомобилей проявляются 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 и пр.), частота вращения и нагрузка на двигатель.

И все это из-за небольшой детали. Впрочем, указанные проблемы могут иметь место не только в случае полного выхода из строя EGR-клапана, но и вследствие его некорректной работы. Соответственно, будут и последствия, хотя и не такие выраженные, но сказывающиеся на работе двигателя и экономичности. К тому же стоит учесть, что компоненты от разных производителей, имея общей внешний дизайн, могут отличаться конструктивно, и потому иметь разную степень эффективности.

В клапанах EGR привод заслонки клапана, в зависимости от установленных автопроизводителем размеров и формы клапана, может быть электромагнитный, а также с электродвигателем постоянного тока или шаговым. Хотя внутренняя начинка, в отличие от посадочных размеров - это уже вопрос наличия патентов и ноу-хау у самого производителя автокомпонентов. Более того - им они порой и определяются. Автопроизводитель, в стремлении снизить вес при разработке новой модели, выдает своему поставщику комплектующих запрос: "Какого минимального размера и веса может быть данный компонент". И тот, основываясь на своих технологических возможностях, дает параметры, которые затем и закладываются в конструкцию автомобиля.

Рабочая часть датчика DENSO в 10 раз меньше по объему, чем у клапанов предыдущего поколения.В новых моделях дроссельная за-
слонка и клапан EGR совмещены в одном корпусе (разработка DENSO).

Получается, что на практике детали для новых моделей изначально разрабатываются совместно с производителями комплектующих ОЕМ. И стороннему производителю повторить деталь с теми же характеристиками, не имея патентов, - весьма проблематично. Часто такие устройства не имеют должной эффективности и надежности. Безусловно, есть случаи, когда "аналоги" и "заменители" можно использовать без ущерба для автомобиля или риска преждевременного выхода их самих из строя. Но EMS-системы (Engine Management System - системы управления двигателем) - совсем не тот случай.

Что касается конвейерных поставщиков, то для японского автопрома (да и не только) по части электроники и EMS давним и, зачастую, основным партнером является японская корпорация DENSO. Инженеры этой фирмы, имеющие огромный опыт в проектировании электронных систем и датчиков для ОЕМ-комплектации автомобилей, делают акцент на нескольких важных характеристиках работы компонентов EGR. По их словам, критически важными показателями клапанов EGR, которые можно заложить только при производстве на ультрасовременном производстве (по крайней мере - для последних и относительно новых моделей автомобилей - ред. ), являются:

- Быстрота реакции: оптимальная регулировка подачи отработавших газов при любых температурах двигателя и рабочих условиях. От этой характеристики особенно зависит экономичность в условиях городского вождения.
- Точность: встроенный датчик положения обеспечивает более точную дозировку подачи отработавших газов. Это не только повышает общий уровень точности системы, но также, не допуская передозировки ОГ, увеличивает срок службы самого клапана.
- Долговечность: как сказано выше, снижение давления и расхода отработавших газов обеспечивает стойкость к углеродной коррозии, чем существенно увеличивает ресурс.

В новейших клапанах рециркуляции ОГ от DENSO реализовано несколько ноу-хау. Например, клапанная пружина обеспечивает принудительное закрытие клапана при отсутствии магнитной силы. Гильза лабиринтного типа предотвращает попадание посторонних материалов внутрь втулки. А за счет тарельчатой формы самой заслонки клапана нейтрализуется усилие, оказываемое на нее давлением газов.

Однако, как бы ни был технически совершенен клапан, его работа зависит от команд электронного блока управления. А ЭБУ при оценке эффективности EGR опирается и на показания других датчиков. Так, для точности работы EMS в целом, важны и показания датчика температуры отработавших газов (EGT-датчик). Поэтому с конца прошлого года и эти маленькие, но незаменимые детали от DENSO стали доступны для вторичного рынка, а до конца года текущего планируется существенное расширение. Будут доступны 11 новых позиций, соответствующих 21 ОЕ номерам и 225 моделям автомобилей. Новый ассортимент EGT-датчиков будет охватывать модели BMW, в том числе: 1, 3, 5, 6, 7 серии и все серии X.

EGT датчики от DENSO характеризуются высокой точностью измерений, тем самым обеспечивая более высокую производительность двигателя с низким уровнем выбросов и меньшим расходом топлива. DENSO лидирует в сфере EGT датчиков в течение последних трех десятилетий, представив миру свои первые оригинальные EGT датчики в 1975 году. В 1998 году компания DENSO запустила EGT-датчики с наивысшей чувствительностью в мире, а сегодня последние модели датчиков содержат сенсор, который на 90% меньше в сравнении с обычными технологиями.

Представитель DENSO в Украине Руслан Леонтьев так прокомментировал появление новой категории продукции: "Датчики отработавших газов - это деталь, которая работает в достаточно агрессивной среде, и с учетом качества топлива в Украине они будут востребованы. Пока в наличии только ассортимент на BMW - 11 позиций покрывают почти весь модельный ряд. В Украине это задел на будущее. Похожая ситуация была с лямбда-зондами - сначала это была не очень востребованная запчасть, а теперь входит в пятерку самых продаваемых деталей DENSO в Украине".

EMS - очень тонко настроенная система. Точность работы всех ее компонентов и показания всех датчиков одинаково важны для ее корректной работы. Как в бухгалтерии одна неверная цифра "ломает" всю отчетность, так и в управлении двигателем является определяющим каждое значение поступающих данных. Начиная с расходомера воздуха, датчиков EGT и клапана EGR, и заканчивая кислородным датчиком (лямбда-зондом) - все элементы работают на экономичность двигателя и максимальную отдачу по мощности.

В следующем материале мы рассмотрим не менее важный компонент EMS - катушки зажигания.

www.denso.ua

Денис Петров

Источник: журнал autoExpert №3`2014. При перепечатке ссылка на источник обязательна.

двигатель 4HK1. Руководство по ремонту

Предоставляем по запросу консультации и осуществляем бесплатную техническую поддержку и консультации

пишите [email protected]

звоните 8 929 5051717

             8 926 5051717

 

Описание системы рециркуляции отра­ботавших газов (EGR)

Условные обозначения
1. ECM
2. Клапан системы EGR
3. Выход охлаждающей жидкости
4. Вход охлаждающей жидкости
5. Охладитель системы EGR
6. Дроссельная заслонка
7. Датчик массового расхода воздуха (MAF)

 

Система рециркуляции отработавших газов EGR возвращает часть отработавших газов во впускной коллектор, в результате чего снижается выброс оксидов азота. Электронное управление системой рециркуляции обеспечивает одновременно высокие рабочие характеристики двигателя и низкую токсич­ность отработавших газов. Управляющий ток посту­пает с блока ЕСМ на соленоид, управляющий степенью открытия клапана системы EGR. Кроме того, датчик положения клапана системы EGR обеспечивает обратную связь с блоком управления дви­гателем ЕСМ для более точного управления его открытием.

Управление системой рециркуляции начинает рабо­тать, как только возникают необходимые условия для этого: частота вращения коленчатого вала, тем­пература охлаждающей жидкости, температура воз­духа на впуске и атмосферное давление. Затем степень открытия клапана системы рассчитыва­ется в зависимости от частоты вращения коленча­того вала и количества впрыскиваемого топлива. В соответствии с этим расчетом на соленоид клапана поступает ток определенной скважности, от которой зависит степень открытия клапана.

 

Клапан системы EGR

Клапан системы EGR установлен на впускном кол­лекторе. Блок управления ЕСМ управляет им в соответствии с условиями работы двигателя. Это управление осуществляется через управление соленоидом. На соленоид от блока управления пос­тупает широтно-импульсно модулированный ток. Положение клапана контролируется датчиком поло­жения и сигнал с датчика поступает обратно в блок ЕСМ. Датчик положения состоит из трех датчиков, собранных в одном корпусе. Все три датчика пред­ставляют собой элементы Холла. В зависимости от изменения положения клапана системы EGR датчик положения обеспечивает сигнал высокого или низ­кого уровня в сигнальных цепях блока ЕСМ.

 

Дроссельная заслонка (двигатель, соответствующий нормам "Евро 4")

Дроссельная заслонка установлена на входе впуск­ного коллектора. Блок управления регулирует сте­пень открытия дроссельной заслонки на основании условий работы двигателя. Это осуществляется управлением соленоидом заслонки. На соленоид от блока управления поступает широтно-импульсно модулированный ток. Скважность импульсов изме­няется от 0% до необходимой для обеспечения тре­буемого угла поворота дроссельной заслонки. Для закрытия заслонки скважность увеличивается. Для открывания заслонки скважность уменьшается.

Угол открытия дроссельной заслонки контролиру­ется датчиком положения и передается обратно в блок управления ЕСМ. Датчик положения обеспечи­вает уровень сигнала в сигнальной цепи блока ЕСМ в соответствии с изменением угла дроссельной заслонки. В закрытом положении заслонки или при небольшом открытии в блок управления подается сигнал низкого напряжения. При большом открытии напряжение сигнала большое.

 

Предоставляем по запросу консультации и осуществляем бесплатную техническую поддержку и консультации

пишите [email protected]

звоните 8 929 5051717

             8 926 5051717

 

 

 

EGR клапаны в системах рециркуляции отработанных газов

Рециркуляция отработанных газов (EGR) является одним из основных компонентов систем снижения токсичности выбросов автомобиля.

Ниже рассмотрены принципы работы систем с механическими и электронными EGR клапанами на примере автомобилей корпорации GM.

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.

 

Рис. 1 Система рециркуляции отработанных газов (EGR)

Разновидности EGR клапанов

Двигатели, имеющие различные рабочие характеристики, обуславливают использование двух классификаций клапанов EGR: механического и электронного.

В настоящее время существуют пять типов механических клапанов EGR и три типа электронных клапанов EGR.

Идентификация механических клапанов EGR

Механические клапаны EGR, перечисленные здесь, отпечатаны с идентификационным номером наверху клапана.

Установленный непосредственно на блок дроссельных заслонок клапан EGR (Port EGR Valve)

EGR клапан с положительным противодавлением (Positive Backpressure EGR Valve)

EGR клапан с отрицательным противодавлением (Negative Backpressure EGR Valve)

На заметку:

С 1984г. у клапанов EGR есть метка: "N" (отрицательный) или "P" (положительный), отпечатанная на крышке клапанного механизма.

До 1984г. клапаны могут быть идентифицированы по конструкции пластины диафрагмы.

Идентификация электронных клапанов EGR

У электронных клапанов EGR идентификационный номер сделан гравировкой лазером.

Интегрированный электронный клапан EGR (Integrated Electronic EGR (IEEGR)) - идентификационный номер на клапане IEEGR расположен на верхней части неразборного черного пластмассового покрытия.

Дискретный клапан EGR (Digital EGR Valve) - идентификационный номер на дискретном клапане EGR расположен внизу кожуха обмотки соленоида.

КЛАПАНЫ EGR - МЕХАНИЧЕСКИЕ

Port EGR Valve

Установленный на блок дроссельных заслонок клапан EGR (Port EGR Valve), вакуумная диафрагма в Port EGR Valve (Рис. 2) связана с вакуумным патрубком, расположенным в карбюраторе, TBI, или корпусе дросселя MPFI. Калиброванные вакуумные отверстия передают вакуумный сигнал, в зависимости от разряжения впускного коллектора, исключая режим х/хода, к мембране клапана EGR.

 

 

Рис. 2 Port EGR Valve

При открытии дроссельных заслонок, вакуум поступает через отверстие к вакуумной диафрагме в клапане EGR, через соединительный шланг. Когда вакуумный сигнал достигает определенного уровня, диафрагма перемещается вверх против калиброванного усилия пружины, перемещая с собой плунжер. Плунжер с клапаном открывает отверстие, позволяя выхлопному газу поступать из выпускного коллектора во впускной коллектор и в цилиндры двигателя.

Во время х/хода, когда вакуумное отверстие закрыто, или в других случаях, когда вакуум впускного коллектора очень низок, например, в случае широко открытой дроссельной заслонке, разряжение недостаточно, чтобы управлять диафрагмой EGR, плунжер остается на месте, и выхлопной газ не поступает во впускной коллектор.

Рециркуляция газа происходит во время периодов нормального вакуума впускного коллектора, когда дроссель находится не в режиме х/хода.

На более поздних конструкциях двигателей вакуумными сигналами управляет электронный вакуумный клапан-регулятор (Electronic Vacuum Regulator Valve (EVRV)), с помощью соленоида с широтно-импульсной модуляцией. ECM управляет EVRV, используя информацию от следующих датчиков:

Датчик температуры двигателя (CTS).

Датчик положения дросселя (TPS).

Датчик разряжения впускного коллектора (MAP).

Датчик частоты вращения двигателя (CKP).

ECM управляет соленоидом по принципу широтно-импульсной модуляции (PWM). ECM включает соленоид с большой частотой, изменяя поток выпускных газов.

Клапан EGR с положительным противодавлением (Positive Backpressure EGR Valve)

Positive Backpressure EGR Valve, разработанный в 1977г., использует и вакуум двигателя и давление выхлопных газов, чтобы управлять количеством потока рециркуляции. Это обеспечивает улучшенную рециркуляцию во время сильных нагрузок на двигатель.

Управляющий клапан, расположенный в системе EGR, действует как вакуум/давление регулятор (Рис. 3).

Этот клапан управляет количеством вакуума в отсеке диафрагмы. Когда регулирующий клапан получает достаточный сигнал давления выхлопа через полый вал, сила давления преодолевает легкую пружину, закрывая отверстие под мембраной. В этом случае к диафрагме поступает максимальное вакуумное усилие.

Металлический отражатель препятствует тому, чтобы горячие выхлопные газы нагревали диафрагму.

 

Рис. 3 Positive Backpressure EGR Valve

Если уровень вакуума будет снижаться в отсеке диафрагмы, например, в режиме х/хода или в режиме широко открытой дроссельной заслонки, то клапан EGR не будет открываться. Если давление в выпускном коллекторе будет небольшим, то регулирующий клапан останется открытым, и клапан EGR также не будет открываться. Однако, если будет достаточный вакуум в отсеке диафрагмы и достаточно большое давление в выхлопе, чтобы закрыть регулирующий клапан, то диафрагма поднимает плунжер с конусом, обеспечивая рециркуляцию выпускных газов.

Как только происходит перемещение плунжера, противодавление выхлопа уменьшается в полом вале, позволяя пружину вновь открыть регулирующий клапан. Вакуум в отсеке диафрагмы исчезает, и клапан плунжера начинает закрываться. Давление в полом вале увеличивается и регулирующий клапан снова закрывается, начиная цикл снова.

Этот цикл происходит приблизительно тридцать раз в секунду во время обычной работы двигателя. Если вакуум впускного коллектора очень низок (широко открытая дроссельная заслонка), или дроссельная заслонка почти закрыта (режим х/хода), Positive Backpressure EGR Valve отрегулирует количество рециркуляции отработанных газов пропорционально нагрузке на двигатель.

Если вакуум достаточен, чтобы управлять клапаном EGR, циклы режима рециркуляции замедляются с увеличением давления выхлопных газов, и учащаются с уменьшением давления выхлопа.

На более поздних двигателях управление EGR системой осуществляется с помощью ECM. Используется управляющий соленоид в вакуумной линии.

ECM активизирует соленоид EGR, когда двигатель холодный, или когда возникают другие специфические режимы работы двигателя.

Клапан EGR с отрицательным противодавлением (Negative Backpressure EGR Valve)

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.

 

Рис. 4 Negative Backpressure EGR Valve

Если уровень вакуума будет недостаточен в отсеке диафрагмы, например, в режиме х/хода или в режиме широко открытой дроссельной заслонки, то клапан EGR не будет открываться. Однако, если есть достаточно вакуума в отсеке, поднимается плунжер, открывая клапан EGR.

Поскольку разряжение в камере плунжера уменьшается в зависимости от уменьшения вакуума впускного коллектора, то формируется небольшой уровень вакуума (отрицательное противодавление). Этот вакуум открывает регулирующий клапан, заполняя воздухом отсек диафрагмы, заставляя плунжер упасть. Затем вакуум в плунжере уменьшается (увеличивается давление выхлопа), большая пружина закрывает клапан-регулятор и цикл повторяется снова. Этот процесс происходит приблизительно тридцать раз в секунду при обычной работе двигателя.

При достаточном разряжении во впускном коллекторе, чтобы управлять клапаном EGR, частота циклов открытия клапана EGR увеличивается, когда давление выпускного коллектора высоко, и уменьшаются, когда давление в выпускном коллекторе падает. На более поздних двигателях потоком EGR управляет вакуумный соленоид, который активизируется ECM с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM).

ECM использует информацию от следующих датчиков, чтобы управлять соленоидом EGR:

Датчик температуры двигателя (CTS).

Датчик разряжения впускного коллектора (MAP) или датчик воздушного потока (MAF).

Датчик положения дросселя (TPS).

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ EGR В ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЕ ВПРЫСКА ТОПЛИВА (EFI)

На автомобилях с топливной системой EFI управление EGR осуществляет компьютер двигателя (ECU).

Когда двигатель достигает определенной температуры, ECU посылает сигнал в электрический клапан, который обеспечивает вакуумом клапан EGR.

ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛАПАНЫ EGR

Интегрированный Электронный EGR клапан (Integrated Electronic EGR Valve (IEEGR))

В 1987 был введен в эксплуатацию принципиально новый клапан EGR, которым управляла электроника.

 Интегрированный Электронный EGR клапан (IEEGR) работает как клапан с дистанционным вакуумным регулятором, за исключением того, что регулятор и датчик положения плунжера (pintle position sensor) собраны в неразборном узле (Рис. 5). Регулятор и датчик положения не обслуживаемы и не ремонтируются.

ECM управляет вакуумным регулятором с помощью пульсирующего тока. Этот пульсирующий ток определяет поток рециркуляции газов. Из входных сигналов используются сигнал от датчика разряжения впускного коллектора (MAP) или датчика-расходомера входного воздуха (MAF), датчика температуры хладагента (CTS), и датчика оборотов двигателя (CKP).

 Клапан IEEGR принимает сигнал в виде пульсирующего тока с широтно-импульсной модуляцией (PWM) от ECM, через внутренний регулятор напряжения преобразовывает его в определенный уровень напряжения, с помощью которого управляет вакуумным соленоидом.

Когда клапан вакуумного соленоида открыт, вакуумная линия соединена с атмосферой. Когда клапан закрыт, вакуум создает разряжение в отсеке диафрагмы, заставляя диафрагму подняться и открыть клапан на плунжера, образуется поток рециркуляции выхлопных газов.

Рис. 5 Integrated Electronic EGR Valve (IEEGR))

Датчик положения плунжера (pintle position sensor), расположенный выше узла диафрагмы, используется для определения положения диафрагмы и клапана на плунжере во время работы EGR.

Если датчик положения плунжера не фиксирует движения узла диафрагмы, то ECM установит код неисправности.

IEEGR легко идентифицируется по своей неразборной черной пластмассовой верхней крышкой. Фильтр IEEGR может быть обслужен или заменен отдельно от клапана IEEGR.

Дискретный 3-х соленоидный клапан EGR (Tri-Solenoid Digital EGR Valve)

3-х соленоидный клапан EGR начали использовать в 1988 году. Дискретный клапан EGR (Рис. 6) работает по принципу сочетания отверстий (различных размеров) для управления величиной потока рециркуляции выхлопных газов в двигателе.

 Это достигается двумя или тремя индивидуально приводимыми в действие соленоидами с арматурой, состоящей из сердечника и плунжера с клапаном, который перекрывает или разрешает поток выхлопных газов через отверстие определенного сечения. Этот принцип работы EGR клапана обеспечивает большую точность потока рециркуляции, т.к. поток зависит только от набора сечений проходных отверстий и не зависит от точности положения плунжера с клапаном относительно седла клапана.

Улучшенное уплотнение отверстия в закрытом состоянии полностью исключает протечку выхлопных газов во впускной коллектор.

Рис. 6 Дискретный 3-х клапан EGR

Дискретным клапаном EGR управляет исключительно компьютер двигателя (ECM). ECM контролирует различные параметры двигателя:

Датчик положения дросселя (TPS),

Датчик разряжения впускного коллектора (MAP) или датчик-расходомер воздуха (MAF),

Датчик температуры хладагента (CTS).

Выходные сигналы поступают от ECM до системы EGR, указывающей надлежащее количество потока отработанных газов необходимого, чтобы понизить температуру сгорания.

Это устройство электронного управления потоком выхлопного газа в десять раз быстрее, чем управляемые вакуумом модели.

Соленоиды активизируются 12-вольтовым напряжением, подключенным к клапану через электрический разъем. Электрический ток, проходя через обмотки выбранных соленоидов, создает электромагнитное поле. Это заставляет арматуру потянуться вверх, отрывая плунжеры с клапанами от основы.

Выхлопной газ протекает из выпускного коллектора к впускному коллектору. Если слишком много выхлопного газа войдет в камеру сгорания, то сгорание не будет происходить. Поэтому поток выхлопного газа прерывается, когда двигатель находится в режиме х/хода.

EGR обычно активизирован в следующих условиях:

Двигатель теплый.

Обороты двигателя выше холостых.

 Дискретный клапан EGR меняется только в сборе (необслуживаемый).

Дискретный 2-х соленоидный клапан EGR (Dual-Solenoid Digital EGR Valve)

Дискретный 2-х соленоидный клапан EGR (Рис. 7) устанавливался на двигатели 1990г. 2.3L RPO LD2 Quad 4 ( "W" автомобилей по GM).

Это устройство управляет потоком EGR к впускному коллектору через одно большее и одно меньшее отверстие, давая три возможные комбинации потока. Когда любой соленоид активизирован, его арматура с осью и клапаном открывает отверстие. Поток зависит от величины проходного сечения дросселя, которое точно контролируется ECM

Рис. 7 Дискретный 2-х соленоидный клапан EGR (Dual-Solenoid Digital EGR Valve)

Утечка выхлопных газов в режиме х/хода минимальна, т.к. клапаны совершенно не зависят от вакуума впускного коллектора. Конструкция очень надежна, используются специальные уплотнители дозирующих отверстий.

Плунжеры изолированы от отсека выхлопа плавающим уплотнением. Соленоиды закреплены вместе, чтобы увеличить надежность и изолировать обмотки от окружающей среды.

Дискретный клапан EGR управляется электронными ключами ECM (ECM Quad Driver), коммутирующими на "массу" каждую соответствующую цепь обмотки соленоидов. Это активизирует соленоид, поднимет плунжер с клапаном и позволяет выхлопному газу течь во впускной коллектор.

Линейный EGR клапан

Линейная система EGR разработана и запущена в производство в 1992г. Температура сгорания понижается, когда дозированное количество смеси выхлопного газа с впускным воздухом повторно направляется (рециркуляция) во впускной коллектор двигателя. Пропорции смеси зависят от высоты поднятия плунжера с клапаном относительно отверстия в основе клапана (Рис. 8).

 Рис. 8 Линейный Клапан EGR

Особенности работы EGR линейной системы

Линейная система EGR обеспечивает наиболее точное управление потоком выхлопных газов, максимальным быстродействием и способностью к диагностике. Точность управления потоком в линейной системе EGR зависят только от относительного положения плунжера с клапаном.

Линейным клапаном EGR управляет исключительно компьютер двигателя (ECM). ECM контролирует различные параметры двигателя:

Датчик положения дросселя (TPS).

Датчик разряжения впускного коллектора (МАР).

Датчик температуры хладагента (CTS).

Датчик положения плунжера (PPS).

Показания датчиков анализируется ЕСМ и выдается сигнал в систему EGR, пропорциональный количеству выхлопных газов, необходимому, чтобы понизить температуры сгорания. Это электронное дозирование выхлопного газа в десять раз быстрее, чем управляемые вакуумом модели, кроме того, имеют улучшенные способности к диагностике и определении повреждений.

Электрический разъем, расположенный наверху корпуса, имеет 5 контактов:

A - сигнал с широтно-импульсной модуляцией от ECM

E - положительное напряжение от системы зажигания

B, C, и D являются контактами от датчика положения плунжера к ECM (B - масса датчика, C - сигнал датчика, и D - питание +5 вольт)

Обмотка соленоида питается током с напряжением 12 вольт, который подводится в клапан через электрический разъем (зажим E), затем течет через обмотку соленоида к ECM, создает электромагнитную поле. Это заставляет арматуру потянуться вверх, поднимая плунжер пульсирующими движениями от основания. Выхлопной газ вытекает из выпускного коллектора (через отверстие) к впускному коллектору.

Высота подъема измеряется датчиком положения плунжера, и ECM корректирует фактическое положение плунжера относительно расчетного, изменяя ширину импульса к соленоиду, пока фактическое положение плунжера не сравняется с расчетным положением. Это обеспечивает точность потока выхлопных газов во впускной коллектор.

В большинстве нелинейных проектов EGR поток не корректируется, т.к. в этих системах нет механизма обратной связи для контроля фактического потока и его коррекции.

Линейный клапан EGR уникален в этом, ECM непрерывно контролирует высоту подъема плунжера и непрерывно корректирует ее, чтобы получить точный поток, поэтому линейная EGR система называется "системой с обратной связью".

Когда соленоид обесточен, плунжер закрывает отверстие, блокируя поток выхлопных газов к впускному коллектору.

Описание управления линейной системой EGR 

Для регулирования потока выхлопных газов к двигателю, ECM управляет обмоткой линейного соленоида EGR, чтобы непосредственно изменить положение плунжера относительно закрытого состояния.

Линейный клапан EGR содержит датчик положения (потенциометр), который меняет напряжение, пропорционально положению плунжера. Этот сигнал используется ECM в качестве обратной связи для управления потоком выхлопных газов, для диагностики системы управления двигателем, коррекции воздушно-топливной смеси и коррекции угла опережения зажигания.

ECM анализирует напряжения датчика положения плунжера в закрытом положении клапана и использует точную зависимость напряжения/перемещения датчика для управления перемещением плунжера до широко открытого положения, соответствующего 6.25 мм (полностью открытый клапан).

Подобно датчику положения дроссельной заслонки (TPS), положение плунжера составляет 0% в закрытом положении клапана, и 100 % в широко открытом состоянии, соответствующем расстоянию 6.25мм.

ECM управляет потоком EGR к двигателю по двум контурам обратной связи:

1. ECM устанавливает нужное положением плунжера (0-100 %), основываясь на следующих условиях:

Частота вращения двигателя.

Разряжение впускного коллектора.

Атмосферное давление.

Температура хладагента. 

 ECM отключает систему EGR, устанавливая положение плунжера 0% в следующих условиях:

Низкая скорость автомобиля

Режим х/хода.

Переобогащение воздушно-топливной смеси.

Широко открытая дроссельная заслонка.

Низкая частота вращения двигателя.

Холодное состояние двигателя.

2. ECM управляет с помощью PWM (широтно-импульсная модуляция), рабочим циклом соленоида EGR, чтобы установить нужное положение плунжера, соответствующее расчетному.

При открытии клапана увеличивается ширина импульсов рабочего цикла, при закрытии клапана уменьшается ширина импульсов рабочего цикла.

Изменение таких условий, как: давления во впускном коллекторе, бортовом напряжении автомобиля и температуре клапана требует, чтобы ECM использовал контур обратной связи, чтобы минимизировать ошибку положения плунжера.

Основываясь на фактическом положении плунжера EGR, корректируется количество подачи топлива и искрообразование.

Каталожный номер (part number) линейного клапана EGR выгравирован лазером и расположен на верхней поверхности клапана, около датчика положения плунжера (PPS) и электрического разъема.

При замене линейного клапана EGR, всегда проверяйте номер запчасти (part number), который должен соответствовать каталогу запчастей для модели автомобиля.

Материал с сайта www.e-detector.ru


Полное руководство по рециркуляции выхлопных газов (EGR) - введение - x-engineer.org

В этой статье основное внимание уделяется внедрению системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) . Подробнее о компонентах и ​​типах (архитектурах) систем рециркуляции ОГ читайте также в следующих статьях:

Процесс сгорания топливовоздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания неполный . Таким образом, выхлопные газы содержат такие выбросы загрязняющих веществ, как оксид углерода (CO), оксиды азота (NOx), углеводороды (HC) и твердые частицы (PM).Все выбросы загрязняющих веществ от двигателей внутреннего сгорания вредно влияют на жизнь человека и окружающую среду.

Оксиды азота образуются при высокой температуре и при избытке кислорода. Оба эти условия присутствуют в процессе сгорания дизельного двигателя в большинстве рабочих точек. Поскольку дизельные двигатели не дросселируются, всегда присутствует избыток воздуха / кислорода и, особенно при высоких нагрузках, высокие температуры сгорания. По этим причинам дизельный двигатель содержит больше оксидов азота в выхлопных газах по сравнению с бензиновым двигателем.

Изображение: Функция уровней выбросов загрязняющих веществ от соотношения воздух-топливо - бензин (бензин)
Кредит: [2]

Изображение: Уровень выбросов загрязняющих веществ в зависимости от соотношения воздух-топливо - дизельное топливо
Кредит: [2 ]

В бензиновом (бензиновом) двигателе выбросы загрязняющих веществ выхлопными газами сильно зависят от соотношения воздух-топливо. Богатые смеси (недостаток воздуха, λ = 0,9) вызывают больше оксида углерода (CO) и углеводородов (HC). Бедные смеси (избыток воздуха, λ = 1.1) вызывают больше оксидов азота (NOx). В дизельных двигателях, которые всегда работают на обедненных смесях (λ = 1,5), количество оксидов азота в выхлопных газах велико.

Рециркуляция выхлопных газов (EGR) - это система, которая позволяет рециркулировать выхлопные газы обратно во впускной коллектор. Этот процесс приводит к значительному сокращению выбросов оксидов азота (NOx), поскольку он снижает два элемента, лежащих в основе его производства: избыток кислорода и температуру сгорания.

Существует два типа системы рециркуляции выхлопных газов:

  • внутренняя рециркуляция выхлопных газов (iEGR) : выхлопные газы всасываются обратно в цилиндр, перекрывая время открытия впускного и выпускного клапанов
  • внешняя рециркуляция выхлопных газов EGR : выхлопные газы рециркулируют обратно во впускной коллектор с помощью внешнего канала и дополнительного клапана (клапана рециркуляции ОГ).

iEGR работает за счет удержания горячих остатков от предыдущего цикла двигателя [3].Доля остаточного газа может быть определена как масса сгоревшего газа, деленная на общую массу в цилиндре (сгоревшего и несгоревшего) до начала сгорания (то есть при закрытии впускного клапана). Количество выхлопных газов, захваченных внутри цилиндра, зависит от таких факторов, как фазы газораспределения, частота вращения двигателя и перепады давления. Средства регулирования доли остаточного газа обычно основываются на таких механизмах, как двухступенчатый кулачковый подъем, фазировка распределительного вала, регулируемое срабатывание клапана и полностью регулируемое срабатывание клапана.

EGR (внешний) - это основная технология, используемая производителями автомобилей для снижения выбросов NOx на дизельных двигателях . Он более эффективен, чем iEGR, главным образом потому, что выхлопные газы могут быть охлаждены перед повторным поступлением в цилиндры, количество рециркулируемых выхлопных газов выше и поток лучше контролируется.

Изображение: функция уровня NOx и максимальной температуры сгорания для коэффициента рециркуляции отработавших газов
Кредит: [1]

Снижение выбросов достигается за счет того, что выхлопные газы, в основном, двуокись углерода (CO 2 ), азот (N 2 ) ), вода (H 2 O) и кислород (O 2 ) действует как разбавитель, что в сочетании с высокой удельной теплотой, связанной с трехатомными молекулами, приводит к прямому снижению температуры адиабатического пламени и кинетика образования оксидов азота (NOx).Поскольку удельная теплоемкость CO 2 и водяного пара больше, чем у кислорода, температура газа в цилиндре двигателя во время сгорания снижается.

При рециркуляции выхлопных газов во впускное отверстие часть кислорода, необходимого для сгорания, заменяется инертными (выхлопными) газами, что приводит к уменьшению избытка кислорода. Кроме того, поскольку выхлопные газы поглощают часть тепла, выделяемого во время сгорания, максимальная температура сгорания за цикл двигателя также снижается.

Система рециркуляции отработавших газов значительно снижает количество NOx, но если слишком много выхлопных газов попадает во впускное отверстие, это может повлиять на увеличение выбросов оксида углерода (CO), углеводородов (HC) и твердых частиц (PM ), в результате неполного сгорания из-за недостатка воздуха (кислорода). Система рециркуляции отработавших газов активна в основном при частичных нагрузках на двигатель, а также на низких и средних оборотах двигателя, где избыток кислорода. При высокой нагрузке двигателя (крутящем моменте) система рециркуляции отработавших газов отключается, цилиндры заполняются только воздухом, готовым к сгоранию.

В зависимости от давления рециркулируемых выхлопных газов существует два типа внешних систем рециркуляции ОГ:

  • рециркуляция ОГ высокого давления : выхлопные газы собираются перед входом в турбину и повторно вводятся во впускной коллектор после компрессора
  • EGR низкого давления : выхлопные газы собираются после турбины и повторно вводятся во впускной коллектор перед компрессором

Изображение: Система EGR высокого давления (внешняя)
Кредит: Bosch

  1. компрессор
  2. турбина
  3. датчик кислорода
  4. Клапан рециркуляции ОГ (электропневматический привод)
  5. дроссельная заслонка
  6. впускной коллектор
  7. выпускной коллектор
  8. топливная форсунка

Рециркуляция отработавших газов во впускном коллекторе не является непрерывной во время работы двигателя.Электронный блок управления (ЭБУ) управляет клапаном рециркуляции ОГ (4), позволяя выхлопным газам попадать во впускной коллектор. В двигателях с турбонаддувом регулирование потока выхлопных газов также осуществляется с помощью дроссельной заслонки (5), которая в закрытом состоянии снижает давление во впускном коллекторе и способствует выходу газов из выпускного коллектора.

Изображение: Пределы выбросов NOx в соответствии с европейскими стандартами выбросов загрязняющих веществ

Контроль системы рециркуляции отработавших газов должен осуществляться таким образом, чтобы найти оптимальный компромисс между выбросами загрязняющих веществ и выходным крутящим моментом двигателя.Начиная с норм выбросов загрязняющих веществ Евро 3, система рециркуляции отработавших газов стала стандартным оборудованием для большинства автомобилей с дизельным двигателем. EGR зарекомендовала себя как эффективная и недорогая система для снижения выбросов оксидов азота.

Чем ниже температура выхлопных газов, тем выше их плотность. За счет охлаждения выхлопных газов перед их рециркуляцией во впускной коллектор эффективность системы рециркуляции выхлопных газов повышается. Более плотные инертные (выхлопные) газы на впуске понижают температуру сгорания, поглощая часть тепла и вытесняя часть кислорода в цилиндре.Начиная с Euro 4, дизельные двигатели EGR оснащены охладителем выхлопных газов и перепускным клапаном.

Изображение: Система рециркуляции ОГ высокого давления с охладителем
Кредит: Hitachi

  1. Вход охлаждающей жидкости двигателя
  2. теплообменник
  3. выпускной коллектор
  4. головка блока цилиндров
  5. впускной коллектор
  6. Клапан рециркуляции ОГ (электрический привод)
  7. Электронный блок управления

Чтобы выхлопные газы попадали во впускной коллектор, давление выхлопных газов должно быть выше давления всасываемого воздуха.На дизельном двигателе с турбонаддувом это может быть достигнуто либо путем использования геометрии лопаток турбины (VGT), либо путем установки дроссельной заслонки на впускном коллекторе. При закрытии лопаток VGT давление выхлопных газов возрастает выше, чем давление на впуске, что позволяет выхлопным газам течь во впускное отверстие. При использовании дроссельной заслонки во впускном коллекторе давление после дроссельной заслонки падает ниже давления выхлопных газов, что также заставляет выхлопные газы течь во впускной коллектор.

Коэффициент EGR определяется как процент выхлопных газов от общей массы газа, попадающего в двигатель.Например, коэффициент рециркуляции отработавших газов 33% означает, что треть газа, поступающего в цилиндры, на самом деле является выхлопным газом, а 67% - свежим воздухом.

Чем выше коэффициент рециркуляции отработавших газов, тем ниже уровень выбросов NOx. Тем не менее, слишком большое количество выхлопных газов в цилиндрах может отрицательно сказаться на характеристиках двигателя с точки зрения стабильности сгорания, что может ухудшить выходной крутящий момент и увеличить выбросы углеводородов (HC) и твердых частиц (PM).

Дизельные двигатели с турбонаддувом, оснащенные турбокомпрессорами с фиксированной геометрией, могут рециркулировать до 45-50% выхлопных газов обратно в цилиндры без значительного влияния на расход топлива и выбросы других загрязняющих веществ.Бензиновые двигатели, в зависимости от условий их эксплуатации, способны рециркулировать до 20% выхлопных газов, не влияя на стабильность горения [4].

Изображение: Влияние скорости рециркуляции отработавших газов на выбросы загрязняющих веществ и расход топлива.
Кредит: Bosch

Существует несколько исследований, посвященных влиянию системы рециркуляции ОГ на износ двигателя и деградацию масла. В исследовании [5] исследование системы рециркуляции отработавших газов и износа проводилось на испытательном двигателе, работающем при 2400 об / мин с определенной спецификацией масла и системой сгорания.Базовый двигатель соответствовал уровням выбросов Евро II и не подвергался повторному согласованию при применении системы рециркуляции отработавших газов. Основные выводы исследования заключаются в том, что EGR может влиять на износ двигателя, который сильно зависит от уровня сажи в выхлопных газах.

Основное увеличение количества сажи в смазочном масле происходит из-за твердых частиц (PM), которые прилипают к масляной пленке на стенке цилиндра и соскребаются в картер поршневыми кольцами [6]. Что касается износа двигателя, различают два типа износа: коррозионный и абразивный.Серная кислота, образующаяся в выхлопных газах и саже, вызывает разрушение масляной пленки и тем самым способствует коррозии чугуна вокруг верхней мертвой точки (ВМТ) и нижней мертвой точки (НМТ). Коррозионный износ вызывается твердыми частицами (ТЧ), захваченными маслом.

EGR имеет другое назначение на бензиновых двигателях . Он используется в основном для снижения температуры выхлопных газов, чтобы защитить турбокомпрессор и каталитический нейтрализатор. Использование системы рециркуляции отработавших газов для тепловой защиты компонента . является альтернативой обогащенной топливовоздушной смеси, особенно при высокой нагрузке, что приводит к значительному снижению расхода топлива на .Кроме того, когда двигатель работает с частичной нагрузкой, за счет использования EGR снижаются насосные потери и повышается топливная эффективность.

В бензиновых двигателях с турбонаддувом и прямым впрыском система рециркуляции отработавших газов используется для подавления детонации двигателя . Общий принцип работы системы рециркуляции выхлопных газов с широко открытой дроссельной заслонкой с искровым зажиганием (WOT-EGR) заключается в возврате охлажденных выхлопных газов в цилиндр при умеренных и высоких нагрузках, снижении температуры несгоревшего газа до такого уровня, при котором детонация может быть адекватно подавлена ​​и / или температура выходящих выхлопных газов достаточно низка для сохранения компонентов выхлопных газов [7].

Рециркуляция выхлопных газов (EGR) впервые была внедрена на транспортных средствах в 1970 году. Теперь она используется на всех дизельных транспортных средствах в качестве основной системы до снижения уровня оксидов азота (NOx) .

Ссылки :

[1] Передовые технологии и разработки двигателей внутреннего сгорания, Том 2: Дизельные двигатели, Под редакцией Хуа Чжао, CRC Press, 2010
[2] Verbrennungsmotoren, Institut für Maschinenmesstechnik und Kolbenmaschinen (IMKO)
[3] Потенциал внутренней системы рециркуляции отработавших газов и дросселирования для увеличения нагрузки на двухтопливный этанол-дизельное топливо с контролируемым воспламенением от сжатия на двигателе большой мощности, Виниций Б.Педрозо, Ян Мэй, Томпсон Д. Ланзанова, Хуа Чжао, Центр перспективных исследований силовых агрегатов и топлива (CAPF), Лондонский университет Брунеля.
[4] Снижение установившихся уровней NOx в автомобильном дизельном двигателе с использованием оптимизированных графиков VGT / EGR, J.G. Хоули, Ф. Дж. Уоллес и А. Кокс, Р. У. Хоррокс и Г. Л. Берд, статья SAE, 1999-01-0835
[5] Влияние рециркуляции отработавших газов на износ дизельного двигателя, AJ Dennis, CP Garner and DHC Taylor, SAE paper, 1999- 01-0839
[6] Влияние EGR на деградацию масла и производительность системы впуска, Джеффри А.Леет, Терри Фризен, SAE papaer, 980179
[7] Передовые технологии и разработки двигателей внутреннего сгорания с прямым впрыском, Том 1: Бензиновые и газовые двигатели, Под редакцией Хуа Чжао, CRC Press, 2010 г.

Что такое клапан EGR?

Клапаны системы рециркуляции ОГ

являются частой причиной отказа большинства современных дизельных двигателей. Когда клапан заедает, загорается лампа проверки двигателя и снижается мощность. Простой замены клапана недостаточно для защиты двигателя, поскольку поломка обычно вызвана проблемами с другими компонентами выхлопа, охлаждающей жидкости и смазки.Почему эта часть выходит из строя и что вы можете сделать, чтобы она не вышла из строя?

Что делает система EGR моего двигателя?

Оксиды азота (NOx) - это газы, образующиеся в камере сгорания, когда тепло объединяет атомы азота и кислорода из воздуха. Эти газы образуют приземный озон, вызывающий проблемы с дыханием, а также кислотные дожди и смог. Система рециркуляции выхлопных газов (EGR) смешивает выхлопные газы с воздухом, проходящим через впускное отверстие. Разбавление топливно-воздушной смеси снижает температуру сгорания, уменьшая образование NOx.Хотя это звучит так, как будто это сильно повлияет на производительность, для сгорания все еще остается много воздуха. Даже ранняя, неэффективная система рециркуляции отработавших газов снижает мощность не более чем на 3%.

Количество выхлопных газов, поступающих на впуск, регулируется клапаном рециркуляции ОГ. Эти газы слишком горячие, чтобы попасть непосредственно во впускное отверстие, поэтому они проходят через охладитель на пути к клапану. Эти охладители пропускают выхлопные газы через камеру, полную трубопроводов, соединенных с системой охлаждения двигателя.


Какие проблемы могут возникнуть с клапаном рециркуляции ОГ на моем двигателе?

На дизелях этот клапан обычно выходит из строя, когда он забивается или перегревается и заедает. Это снижает мощность и увеличивает нагрев внутри системы рециркуляции отработавших газов. Слишком большое количество выхлопных газов, попадающих во впускной канал, снижает производительность, вызывает грубую работу на холостом ходу и делает двигатель склонным к остановке.

Что вызывает отказ системы рециркуляции ОГ?

Накопление сажи - обычное явление на двигателях, которые длительное время не работают на холостом ходу, и на двигателях, использующих некачественное топливо.Со временем это скопление может препятствовать закрытию клапана. Выключение двигателя на стоянке и использование дизельного топлива с высоким цетановым числом может уменьшить образование сажи. Проблемы с турбонаддувом на дизелях Cummins обычно вызваны накоплением сажи. Если у вас неисправный клапан, рекомендуется проверить турбонагнетатель на наличие отложений.

Неисправные уплотнения, неисправный привод и плохая проводка могут помешать работе клапана рециркуляции отработавших газов на дизельном топливе. Это увеличивает нагрузку на всю систему EGR.

Перегрев приведет к заеданию клапанов.Это серьезная проблема для Powerstrokes 2003 года выпуска из-за недостаточного размера охладителя выхлопных газов двигателя. Охладитель системы рециркуляции отработавших газов был заменен на более крупный блок в середине 2004 модельного года. Это решило большинство проблем с клапанами, связанных с нагревом, но эта новая конструкция более склонна к растрескиванию. Отказ этой детали может вызвать проблемы с рециркуляцией отработавших газов и охлаждающей жидкостью. Другие двигатели могут испытывать аналогичные отказы, если охладитель треснул или забит.

В масляном радиаторе 6,0 л дизелей Powerstroke используется система масло-вода, передающая тепло от масла охлаждающей жидкости двигателя.Проходы охлаждающей жидкости узкие. Если в системе охлаждающей жидкости есть какие-либо загрязнения, они могут засорить охладитель. Чтобы усугубить эту проблему, охладитель расположен в долине двигателя, что увеличивает более низкие температуры и образование шлама. Как только маслоохладитель забивается, охладитель рециркуляции ОГ отключается от подачи охлаждающей жидкости, что приводит к перегреву. Отказ маслоохладителя также может привести к множеству других проблем, связанных со смазкой и охлаждением, включая отказ прокладки головки и инжектора. Аналогичным образом, если каналы охладителя системы рециркуляции ОГ забиваются или раскалываются, это может привести к проблемам с перегревом.

Нехватка охлаждающей жидкости может вызвать значительные перепады температур в охладителе, увеличивая нагрузку от расширения и сжатия. Эти силы могут привести к растрескиванию переборок на концах корпуса охладителя. Эти трещины вызывают утечки охлаждающей жидкости, позволяя охлаждающей жидкости попасть во впускное отверстие. Небольшие утечки охлаждающей жидкости сначала проявляются в виде белого выхлопного дыма, создаваемого охлаждающей жидкостью, которая превращается в пар при прохождении через двигатель. Большие утечки могут вызвать гидрозамок и повредить двигатель. Как и охладители Powerstroke, охладители OEM Cummins и Duramax имеют узкие каналы для охлаждающей жидкости, которые легко забиваются.Однако часто это проблема не самого оборудования системы рециркуляции отработавших газов, а проблема перед системой охлаждающей жидкости. Неисправный водяной насос, низкий уровень охлаждающей жидкости или грязная охлаждающая жидкость часто являются основной причиной выхода из строя охладителя.

Следует ли мне удалить систему рециркуляции отработавших газов с двигателя моего грузовика?

Система удаления EGR на самом деле не является системой, это просто заглушка, которая проходит через порт EGR, предотвращая прохождение выхлопных газов через клапан и охладитель к впуску. Хотя это может временно решить некоторые проблемы, связанные с рециркуляцией отработавших газов, это не более чем пластырь.

Блокировка этой системы влияет на контроль выбросов, нарушая федеральный закон. Он также включает контрольную лампу двигателя и вызывает коды ошибок в ЭБУ. Это делает очевидным, что система была изменена, когда вы проверяете выбросы вашего грузовика. Это также означает, что вы не сможете использовать индикатор проверки двигателя для уведомления о проблемах с двигателем, когда они впервые появляются. Хотя можно использовать тюнеры для удаления ошибок EGR, этот метод не является надежным.

Поскольку система рециркуляции отработавших газов все еще является частью системы охлаждающей жидкости на модифицированных дизелях, она все еще может выйти из строя.Сбои в системе рециркуляции отработавших газов обычно связаны с проблемами с системой охлаждения или смазки. То, что может показаться проблемой, связанной с выбросами, на самом деле является неисправным водяным насосом или маслоохладителем. По нашему опыту, большинство отказов системы рециркуляции отработавших газов на 6,0 л двигателях Powerstrocks начинается с плохого масляного радиатора. На других двигателях сбои системы рециркуляции ОГ обычно связаны с проблемами сажи и охлаждающей жидкости. Блокировка системы рециркуляции отработавших газов не помогает решить эти проблемы.

Как я могу решить проблемы с рециркуляцией отработавших газов на моем дизельном топливе?

Использование качественного топлива, поддержание чистоты системы рециркуляции отработавших газов и своевременное техническое обслуживание помогут.Однако, если вы хотите иметь действительно безотказную систему, вам следует модернизировать выхлопные системы и компоненты охлаждающей жидкости.

В наших охладителях H-Core используются большие спиральные трубы для отвода выхлопных газов через охлаждающую ванну, поддерживая поток. Это улучшает характеристики охлаждения и предотвращает отказы, которые могут привести к утечкам охлаждающей жидкости и отказам системы рециркуляции отработавших газов. Мы также производим маслоохладители для двигателей Powerstroke, которые устанавливаются снаружи и имеют каналы большого диаметра, что решает проблемы с охладителем OEM.

Bullet Proof Diesel Компания более десяти лет разрабатывала продукты, которые устраняют типичные неисправности дизельных двигателей Ford, International, Duramax и Cummins. Наши запчасти не только защищают модифицированные двигатели большой мощности, но и повышают надежность стандартных двигателей. Мы даем вам два способа использования наших деталей на вашем двигателе. Вы можете заказать нужные вам детали прямо на нашем веб-сайте или связаться с одним из наших установщиков. У этих магазинов есть опыт использования наших компонентов, так что вы получите безотказную работу.

Идти в ногу с системами рециркуляции выхлопных газов EGR

Система рециркуляции выхлопных газов (EGR), представленная в октябре 2002 года, была добавлена ​​к двигателям большой мощности, чтобы соответствовать стандартам выбросов Агентства по охране окружающей среды США (EPA) того времени. Функция системы рециркуляции отработавших газов заключается в снижении выбросов NOx.

«Системы рециркуляции отработавших газов отбирают часть выхлопных газов из выпускного коллектора и рециркулируют их через впускной тракт, чтобы снизить содержание кислорода в цилиндрах», - говорит Кевин Смит, полевой аналитик компании Dorman Products, поставщика запасных частей для дилеров оригинального оборудования.«Основная цель этой системы - снизить выбросы NOx при сгорании. За счет снижения содержания кислорода в цилиндрах снижается температура сгорания, что снижает выбросы NOx, создаваемые двигателем. Побочным продуктом этой системы является повышенное образование сажи. Здесь вступает в действие система доочистки, которая собирает и периодически сжигает сажу, которая собирается в сажевом фильтре (DPF), в золу ».

Технологические достижения

С момента появления системы рециркуляции отработавших газов основные компоненты этой системы остались прежними - охладитель, клапан, привод и т. Д.Однако были внесены улучшения.

«Охлаждающая жидкость используется для снижения температуры выхлопных газов, и важным фактором охлаждения двигателя является давление в системе», - говорит Майкл Янг, менеджер по маркетингу двигателей в Детройте компании Daimler Trucks North America (DTNA), производителя коммерческий транспорт. «В 2021 году система рециркуляции отработавших газов в двигателе DD15 Gen 5 Детройта позволит снизить перепады давления в системе, улучшив работу всей системы охлаждения. С DD15 Gen 5 мы также обновим поток охлаждающей жидкости и сможем уменьшить количество деталей в системе.”

В дополнение к уменьшенным перепадам давления Янг объясняет, что клапан рециркуляции отработавших газов был обновлен. Клапан встроен в центр выпускного коллектора, что улучшит управление потоком системы рециркуляции отработавших газов, а также контроль над выбросами и производительностью.

По словам Смита, с годами, когда EPA снизило допустимые уровни выбросов, система рециркуляции отработавших газов была изменена для достижения этих целей. И, с новыми требованиями более низкого уровня, также были введены другие технологии.В 2007 году на сцену вышли сажевые фильтры, а затем, в 2010 году, когда стандарты выбросов были снова снижены, была введена система избирательного каталитического восстановления (SCR).

«SCR - это процесс химической реакции, при котором DEF (жидкость для выхлопных газов дизельного двигателя) впрыскивается в блок SCR, и при правильной работе аммиак в DEF реагирует с выбросами NOx и расщепляет их на молекулы азота и воды», - объясняет Смит из Dorman. .

Сегодня системы SCR и EGR используются в дизельных двигателях большой мощности.Каждая система играет важную роль в сокращении выбросов NOx; Однако у каждой системы есть свои недостатки.

По словам Кристофера Пташника, менеджера по продукции для тяжелых условий эксплуатации на шоссе Cummins, корпорации, которая разрабатывает, производит и распространяет двигатели, фильтрацию и продукцию для выработки электроэнергии, хотя системы рециркуляции отработавших газов сокращают выбросы NOx, они могут вызывать увеличение твердых частиц. дело (ПМ). Что касается систем SCR, хотя они также разрушают выбросы NOx, они увеличивают потребление жидкости для выхлопных газов дизельного двигателя (DEF).Независимо от их неисправностей, системы SCR и EGR, работающие вместе, являются лучшим решением для снижения уровня выбросов.

Кроме того, в сочетании с сажевым фильтром «Доказано, что [системы] EGR и SCR снижают выбросы NOx не менее чем на 80 процентов в хорошо обслуживаемых грузовиках, а в некоторых системах - даже больше», - говорит Смит.

Проблемы с системами рециркуляции ОГ

Важно знать проблемы, которые возникают при обслуживании системы рециркуляции ОГ.

«Может произойти несколько серьезных сбоев», - объясняет швейцар Смит.«Охладители EGR имеют два основных режима отказа: засорение сажей, которая ограничивает поток газов через систему; и трещины внутри охладителя из-за термоциклирования и постоянного давления в системе ».

«Внутренняя трещина в охладителе системы рециркуляции ОГ может привести к значительному повреждению любых компонентов или систем ниже по потоку», - отмечает Смит. Кроме того, отказы клапанов системы рециркуляции ОГ обычно вызваны накоплением сажи и углерода.

Помимо этих отказов основных компонентов, множество мелких отказов также могут препятствовать работе системы, продолжает Смит.Некоторые из мелких неисправностей включают утечки воздуха из разорванных прокладок, растянутых зажимов, разорванных муфт, которые могут вызвать неточные показания датчиков давления и температуры, электрические неисправности датчиков и клапана рециркуляции отработавших газов, а также увеличение количества сажи. Это увеличение может повредить не только систему рециркуляции отработавших газов, но и турбонагнетатель.

Другой распространенной проблемой систем рециркуляции ОГ является утечка охлаждающей жидкости, отмечает Янг из Daimler. Янг рекомендует визуальный осмотр перед поездкой, чтобы помочь смягчить более серьезные проблемы.

Когда возникают эти проблемы, они влияют не только на систему рециркуляции отработавших газов, но также на двигатель и систему нейтрализации выхлопных газов. В некоторых случаях для устранения проблемы может потребоваться замена компонентов системы рециркуляции отработавших газов.

Клапаны и охладители системы рециркуляции ОГ могут быть заменены как новыми, так и модернизированными компонентами, объясняет Смит. Совершенно новые детали обычно имеют лучшую стоимость, поскольку они не использовались раньше, тогда как с восстановленными деталями невозможно знать, через что они прошли при предыдущем использовании и насколько эффективно они будут продвигаться вперед.

«К счастью, рынок запчастей имеет возможность вмешаться и проанализировать основные точки отказа этих деталей и изменить их конструкцию, чтобы сделать их более эффективными, чем у оригинального производителя, и выдержать эксплуатационные условия для более длительного срока службы», - говорит Смит. «В Dorman мы взяли все основные виды отказов клапанов и охладителей системы рециркуляции ОГ и изменили их конструкцию, чтобы они имели более длительный срок службы, чем оригинальные компоненты, которые поставлялись с вашим двигателем».

Компания Dorman взяла за основу охладители системы рециркуляции отработавших газов, которые обычно улавливают сажу, и модернизировала некоторые из своих охладителей до спиральных труб, говорит Смит.Это помогает предотвратить засорение, поскольку сажа может более эффективно проходить через охладитель. Компания также модернизировала втулки клапана рециркуляции отработавших газов, а также добавила более прочный электродвигатель, который выдерживает напряжение, вызываемое отложениями сажи и углерода внутри клапана, что продлило срок службы компонента.

Обслуживание систем рециркуляции отработавших газов для достижения максимальной производительности

Для того, чтобы автопарки могли поддерживать надлежащую работу систем рециркуляции ОГ, технические специалисты должны иметь необходимые инструменты для диагностики, обслуживания и ремонта систем рециркуляции ОГ.

Dorman’s Smith рекомендует техническим специалистам иметь диагностический сканирующий прибор и бороскоп, а также измеритель давления охладителя системы рециркуляции отработавших газов, если они часто работают с этими системами.

«Возможность контролировать работу системы рециркуляции отработавших газов во время ее использования, а также возможность запускать тесты ее компонентов чрезвычайно важны для диагностики того, что вышло из строя. Это сузит ваши процедуры поиска и устранения неисправностей до целевой области системы, в которой происходит сбой, и в некоторых случаях укажет вам непосредственно на неисправный компонент », - говорит Смит об использовании диагностического компьютера.«Помимо диагностического [диагностического прибора], мой личный инструмент [является] бороскопом, который позволяет мне заглядывать внутрь компонентов, не разбирая всю систему для проверки».

Следует отметить, однако, что многие компоненты системы рециркуляции ОГ не подлежат обслуживанию и не рекомендуется разбирать, говорит Янг из Daimler.

Вот где начинается обучение. Как и в случае с любой системой тяжелых транспортных средств, обучение имеет решающее значение для правильной диагностики и обслуживания системы EGR.

«Понимание того, как они работают, и знание того, какими должны быть показания датчиков при правильной работе системы, - это ключ к определению того, в чем может заключаться ваша ошибка», - говорит Смит. «Есть много компаний и школ, которые предлагают обучение по системам EGR».

Еще одним аспектом обслуживания систем рециркуляции ОГ является их очистка. Как и многие компоненты двигателя, система рециркуляции отработавших газов может забиваться сажей и ТЧ.

Не все компоненты системы рециркуляции ОГ подлежат очистке и повторному использованию; некоторые автопарки просто должны будут заменить компоненты.

«Что касается самого охладителя системы рециркуляции отработавших газов, то по всей стране существует несколько компаний, которые могут успешно промыть охладитель системы рециркуляции отработавших газов с помощью моющего раствора на водной основе под высоким давлением», - говорит Смит. «Единственным недостатком является то, что у вас все еще есть использованный охладитель EGR, который может выйти из строя вскоре после переустановки. Это похоже на использование восстановленного охладителя системы рециркуляции ОГ ».

Помимо надлежащего обслуживания и очистки системы рециркуляции отработавших газов, тип топлива также играет роль в достижении максимальной производительности, отмечает Янг.Дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы жизненно важно для поддержания работоспособности и долговечности двигателя, системы нейтрализации выхлопных газов и системы рециркуляции отработавших газов.

Поскольку технология рециркуляции отработавших газов продолжает развиваться, важность соблюдения надлежащих методов технического обслуживания становится как никогда важной. Техник не может выполнять свою работу без тщательной подготовки и правильных инструментов и оборудования.

Выхлопные газы - объяснение рециркуляции

Бывают моменты в жизни, когда мы должны терпеть то, что неприятно, ради всеобщего блага.И хотя для некоторых оно может не занимать первое место в этом списке, выхлопное оборудование транспортных средств определенно стало неприятным для многих, особенно для владельцев дизельных грузовиков. Но если мы сделаем шаг назад и поймем момент, чтобы понять, как работают эти системы, мы сможем сделать жизнь с ними менее болезненной.

Когда в 2004 году вступили в силу стандарты выбросов Уровня 2, перед производителями дизельных двигателей была поставлена ​​задача найти способ снизить выбросы оксидов азота (NOx). Их решение было найдено в использовании системы рециркуляции выхлопных газов (EGR).Основная функция системы рециркуляции отработавших газов - направлять часть отработавших выхлопных газов обратно во впускной тракт двигателя. Этот воздух, лишенный кислорода, используется для ограничения пиковых температур сгорания в цилиндрах, что, в свою очередь, снижает производство NOx в двигателе. Перед смешиванием с поступающим воздухом выхлопные газы охлаждаются путем прохождения через охладитель системы рециркуляции ОГ, а затем дозируются через клапан рециркуляции ОГ.

Ford первым вступил в игру с двигателем 6.0L Power Stroke международного производства, который дебютировал в 2003 году в грузовиках Ford Super Duty.GM с последующим добавлением EGR к LLY Duaramax на 2004 1/2. А благодаря накопленным кредитам на выбросы 5,9-литровый двигатель Cummins оставался без системы рециркуляции отработавших газов на протяжении всего пробега. 6.7L был первым поколением рядного шестицилиндрового двигателя, получившим такую ​​обработку (начиная с в 2007 г. ½.)

К сожалению, хотя выхлопные газы дизельного топлива полезны для окружающей среды, они, как правило, приносят с собой сажу. Думайте об этом как о холестерине в вашем теле. Сажа со временем имеет тенденцию забивать дозирующий клапан рециркуляции отработавших газов, охладитель рециркуляции отработавших газов, впускные отверстия двигателя и любые датчики, расположенные ниже по потоку от точки впрыска, и загрязнять моторное масло.И чем грязнее работает ваш грузовик, тем быстрее заражаются эти системы. Черный дым может показаться прохладным, выходящим из выхлопной трубы, но помните, что он также проходит через систему рециркуляции отработавших газов.

Фото 2/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 02

Наиболее печально известным двигателем из-за отказов системы рециркуляции отработавших газов является 6.0L Power Stroke. Хотя основной причиной отказа обычно является забитый охладитель масла, из-за которого охладитель рециркуляции ОГ не хватает охлаждающей жидкости, они также могут засориться из-за агрессивной заправки топливом и плохого программирования.При поиске замены охладителя системы рециркуляции ОГ для 6.0L помните, что ранние грузовики ('03) имели охладитель круглого типа (слева), а с 2004 по 2007 год - квадратный (справа). Ранние охладители круглого типа. были гораздо менее склонны к неудачам.

Фото 3/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 03

Bullet Proof Diesel в Месе, штат Аризона, наиболее известен тем, что устраняет проблемы с охладителем системы рециркуляции отработавших газов с 6,0-литровым двигателем Power Stroke. Компания забирает вышедшие из строя блоки из ремонтных мастерских по всей стране, разбирает их и перестраивает в более прочные охладители, устранив проблемную конструкцию с набором пластин.

Фото 4/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 04

Другой вариант, доступный для автомобилей, предназначенных только для соревнований, - это полное удаление EGR. Они бывают в виде запорных пластин, заглушек клапанов и байпасных комплектов. Хотя это может решить многие проблемы, связанные с рециркуляцией отработавших газов, стоит отметить, что это незаконно для грузовиков, используемых на улице, и, в большинстве случаев, потребует индивидуальной настройки, чтобы отключить контрольную лампу двигателя. Вы были предупреждены.

Фото 5/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 05

Хотя и не так распространен, как 6.0L, у двигателя 6.4L Power Stroke также была проблема с отказом охладителя EGR. К счастью, охладитель системы рециркуляции отработавших газов на 6.4L подключен параллельно с системой охлаждения (а не последовательно на 6.0L), что помогает предотвратить эффект снежного кома отказов в случае выхода из строя охладителя EGR. С другой стороны, с этим двигателем чаще случаются отказы клапана рециркуляции ОГ.

Фото 6/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 06 Дозирующие клапаны

рециркуляции отработавших газов имеют тенденцию выдерживать большие нагрузки из-за постоянного воздействия потока выхлопных газов.Клапан справа довольно новый, а клапан слева настолько покрыт сажей, что перестал работать.

Фото 7/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 07

Датчик абсолютного давления в коллекторе (МАР) слишком часто также становится жертвой системы рециркуляции отработавших газов. Контролируя изменения давления во впускном тракте, датчик MAP может указывать на нагрузку двигателя, наддув, рабочую высоту и многое другое. Независимо от того, есть ли у вас Cummins, Duramax или Power Stroke, периодическая очистка этого датчика от грязи, связанной с рециркуляцией отработавших газов, может восстановить как реакцию дроссельной заслонки, так и экономию топлива.

Фото 8/8 | Технология рециркуляции выхлопных газов 08

Ford применил радикальный подход к охлаждению системы рециркуляции отработавших газов в 6,7-литровом двигателе Power Stroke, применив массивный двойной охладитель. Система рециркуляции отработавших газов выходит из выпускного коллектора со стороны пассажира и дросселируется клапаном рециркуляции отработавших газов на горячей стороне перед поступлением в охладители. Затем газы смешиваются с холодным воздухом из промежуточного охладителя на входе в верхний впускной коллектор.

Разработка EGR и NOx | Кампания

Выбросы NOₓ

Во многих странах мира выбросы NOx от дизельных и бензиновых транспортных средств ограничены законодательством.NOₓ образуется в камере сгорания двигателей, когда высокие температуры вызывают соединение кислорода и азота (оба содержатся в воздухе, подаваемом для сгорания).

Рециркуляция выхлопных газов

Широко распространенным способом снижения выбросов NOₓ является рециркуляция выхлопных газов (EGR). Это включает рециркуляцию контролируемой части выхлопных газов двигателя обратно во всасываемый воздух. Клапан обычно используется для управления потоком газа, и при необходимости клапан может быть полностью закрыт.

Замена сгоревшего газа (который больше не участвует в сгорании) на воздух, богатый кислородом, уменьшает долю содержимого баллона, доступного для сгорания. Это вызывает соответственно более низкое тепловыделение и пиковую температуру цилиндра, а также снижает образование NOₓ. Присутствие инертного газа в цилиндре дополнительно ограничивает пиковую температуру (больше, чем просто дросселирование в двигателе с искровым зажиганием).

Рециркулируемый газ также может быть пропущен через охладитель рециркуляции отработавших газов, который обычно является воздухо-водяным.Это снижает температуру газа, что снижает температуру заряда цилиндра при использовании системы рециркуляции отработавших газов. Это дает два преимущества: снижение температуры заряда приводит к более низкой пиковой температуре, а большая плотность охлажденного газа EGR позволяет использовать более высокую долю EGR. На дизельном двигателе рециркулирующая фракция может достигать 50% при некоторых рабочих условиях.

  • Снижение выбросов NOx
  • Потенциальное снижение потерь на дросселирование в двигателях с искровым зажиганием при частичной нагрузке
  • Увеличение срока службы двигателя за счет снижения температуры цилиндра (особенно срока службы выпускного клапана)

Недостатки и трудности EGR

Так как EGR снижает доступный кислород В цилиндре производство твердых частиц (топлива, которое сгорело лишь частично) увеличивается при применении системы рециркуляции отработавших газов.Это традиционно было проблемой для дизельных двигателей, где баланс между NOₓ и твердыми частицами хорошо известен калибраторам.

Преднамеренное уменьшение количества кислорода в цилиндре снижает пиковую мощность, доступную от двигателя. По этой причине EGR обычно отключается, когда требуется полная мощность, поэтому подход EGR к контролю NOₓ в этой ситуации не работает.

Клапан рециркуляции ОГ не может мгновенно реагировать на изменения в запросе, и выхлопному газу требуется время, чтобы обойти контур рециркуляции ОГ.Это делает калибровку переходного режима системы рециркуляции отработавших газов особенно сложной - традиционно клапан рециркуляции отработавших газов был закрыт во время переходных процессов, а затем снова открывался после достижения установившегося состояния. Однако всплеск NO sp / твердых частиц, связанный с плохим контролем системы рециркуляции выхлопных газов, делает переходное поведение системы рециркуляции выхлопных газов интересным.

Рециркулирующий газ обычно вводится во впускную систему до того, как впускные трубы разделяются в многоцилиндровом двигателе. Несмотря на это, невозможно добиться идеального перемешивания газа при всех оборотах двигателя / нагрузках, особенно в переходных режимах.Например, плохое распределение EGR между цилиндрами может привести к тому, что один цилиндр получит слишком много EGR, что приведет к высоким выбросам твердых частиц, а другой цилиндр получит слишком мало, что приведет к высоким выбросам NOₓ из этого цилиндра.

Хотя термин EGR обычно относится к преднамеренной внешней EGR, существует также уровень внутренней EGR. Это происходит потому, что остаточный газ сгорания, остающийся в цилиндре в конце такта выпуска, смешивается с поступающим зарядом.Следовательно, существует доля внутренней системы рециркуляции отработавших газов, которую необходимо учитывать при планировании стратегии рециркуляции отработавших газов. Эффективность продувки будет варьироваться в зависимости от нагрузки двигателя, и в двигателе, оснащенном системой изменения фаз газораспределения, необходимо учитывать еще один параметр.

Применение анализаторов отвердевания для разработки системы рециркуляции отработавших газов

Анализатор NOₓ CLD500 от компании Cambustation предлагает два канала одновременного измерения NOₓ с T10-90% 10 мс или меньше. Это позволяет измерять концентрацию NOₓ в выхлопных газах для каждого цикла горения, позволяя наблюдать циклическую изменчивость.

Анализатор CO & CO₂ NDIR500 компании Cambustation предлагает два канала одновременного измерения CO и CO₂ с T10-90% 8 мс. Это позволяет использовать самые разные приложения:

Отбор проб с помощью NDIR500 на входе позволяет измерять концентрацию CO₂ во всасываемой заправке. Измерение CO₂ выхлопных газов с помощью другого канала NDIR позволяет рассчитывать скорость внешней рециркуляции отработавших газов на цикличной основе.

В зависимости от расположения датчика на впуске может быть измерена либо общая скорость рециркуляции отработавших газов, либо скорость рециркуляции отработавших газов, специфичная для одного цилиндра.Это позволяет проверить и улучшить моделирование EGR и распределение EGR, включая переходные процессы.

Отбор проб датчиками NDIR в различных точках контура EGR позволяет охарактеризовать задержки и поведение системы EGR.

Сравнение концентрации CO₂ в газе перед сгоранием с выхлопным газом из предыдущего цикла позволяет рассчитать общий объем рециркуляции отработавших газов (внутренний + внешний). Таким образом, этот метод может выявить циклическое изменение, а также изменение цилиндра к цилиндру.Такая возможность также может быть полезна при проверке эффектов изменения фаз газораспределения.

Анализаторы твердых частиц серии DMS компании Cambuation способны измерять концентрацию твердых частиц в выхлопных газах (как количество частиц, так и массу частиц), а время отклика T10-90% составляет всего 200 мс. Хотя этого недостаточно для разрешения цикла за циклом, серия DMS позволяет точно настроить систему рециркуляции отработавших газов для выбросов твердых частиц, а возможность измерения непосредственно в выхлопе позволяет сравнивать различные цилиндры.

Системы рециркуляции ОГ и смазочное масло в дизельных двигателях

В последние годы производители двигателей были обязаны снижать уровни оксидов азота (NOx) в выхлопных газах дизельных двигателей, чтобы соответствовать стандартам выбросов Tier 3, требуемым Агентством по охране окружающей среды (EPA).

Одна из причин этого мандата EPA заключается в том, что NOx связаны с респираторными заболеваниями и раком. Это требование достигается за счет изменений в конструкции двигателя, которые включают замедленную синхронизацию, приподнятые поршневые кольца, избирательное каталитическое восстановление и использование рециркуляции выхлопных газов (EGR).

В новых конструкциях двигателей используется система рециркуляции отработавших газов для контроля выбросов NOx путем рециркуляции выхлопных газов обратно в камеру сгорания для вторичного сжигания, тем самым снижая выбросы, связанные с риском для здоровья. Количество выхлопных газов, вводимых в камеру сгорания, вытесняет кислород, создавая более холодное сгорание. При этом многие загрязнители выхлопных газов попадают в моторное масло.

Масла для дизельных двигателей теперь подвергаются более высокому уровню загрязнения, которое может ухудшить качество масла и повредить детали двигателя.Есть опасения, что рециркуляция выхлопных газов может отрицательно сказаться на долговечности двигателя и на масле. Масла, подвергающиеся воздействию среды рециркуляции выхлопных газов, показывают увеличение содержания сажи, кислотного числа (AN) и вязкости, в то время как двигатель и масло подвергаются воздействию коррозионных / кислых газов и отложений частиц.

Охлаждение системы рециркуляции ОГ происходит, когда охлаждающая жидкость двигателя поглощает тепло выхлопных газов перед попаданием в камеру сгорания. Поскольку охлаждающая жидкость двигателя забирает тепло выхлопных газов, система охлаждения двигателя нагревается сильнее, поэтому масло становится горячее.Скорость окисления масла удваивается каждые 18 градусов по Фаренгейту. Температура масляного поддона может быть на 40 градусов выше.

Производители двигателей и масел стремятся приспособиться к суровым условиям окружающей среды, вызванным использованием систем рециркуляции отработавших газов. Производители моторных масел изменили состав масел для борьбы с пагубным воздействием окружающей среды системы рециркуляции выхлопных газов, чтобы они могли обеспечить необходимую защиту, в которой нуждаются современные двигатели. Это привело к появлению последних рейтингов моторных масел CI-4 / CJ-4 API, которые в настоящее время имеют обозначение PC-9.

Производство серной кислоты из-за текущих уровней серы в дизельном топливе и азотной кислоты из соединений NOx, которые рециркулируются обратно в двигатель через систему рециркуляции выхлопных газов, потребует смазочных масел с более высоким щелочным числом (BN) и моющей способностью для противодействия разрушающему воздействию эти кислотные загрязнители. Поэтому масла PC-9 будут иметь более высокий уровень BN и моющую способность, чем раньше.

Дизельные двигатели, использующие системы рециркуляции отработавших газов для смазки масел, также потребуют более высокого уровня диспергируемости из-за повышенного содержания сажи в масле.Без повышенной диспергируемости более высокие уровни сажи и твердых частиц не будут оставаться во взвешенном состоянии в виде более мелкого материала, что увеличивает износ гильзы, кольца и клапанного механизма.

Ожидается, что новые моторные масла Американского института нефти (API) будут лицензированы где-то в этом году. Производители двигателей разрабатывают испытания, которые оценят влияние технологии рециркуляции отработавших газов, и разрабатывают материалы, способные выдерживать повышенный абразивный и коррозионный износ. Одним из таких испытаний является испытание системы рециркуляции выхлопных газов Cummins M11.

Тест был разработан для оценки износа двигателя, образования отложений и характеристик масла в дизельных двигателях большой мощности с системами рециркуляции отработавших газов в рабочих условиях. Mack и Caterpillar также разработали тесты для оценки характеристик масла и двигателя в среде EGR.

Анализ масла стал важнее, чем когда-либо. Эти изменения в конструкции дизельного двигателя, включая системы рециркуляции отработавших газов, повышают требования к характеристикам смазочного масла для дизельных двигателей.Испытания становятся критически важными для контроля способности масла работать должным образом, а также для оценки состояния двигателя. Предыдущие пределы содержания сажи в 1,5 процента были нормальными для большинства дизельных двигателей большой мощности. В настоящее время общепринятым является предел содержания сажи в три процента, а в будущем ожидается более высокий уровень.

Помимо стресса, который вызывает повышенная температура моторного масла, смесь с выхлопными газами может действовать как катализатор окисления и нитрования (форма окисления) в масле.Обычный анализ масла может начать показывать неприемлемое увеличение вязкости, когда все остальные параметры и время на масле кажутся нормальными. Неправильно работающая система рециркуляции отработавших газов может серьезно усугубить эту проблему.

Компоненты заслонки для отходов в системе рециркуляции отработавших газов могут быть особенно восприимчивы к повреждению поверхности от истирания. Если система рециркуляции выхлопных газов не работает должным образом, смазочное масло может быстро испортиться. Иногда доходит до того, что масло превращается в окисленный кислый осадок.

Параметры тестирования отработанного дизельного моторного масла могут быть больше ориентированы на инфракрасный анализ (FTIR) на окисление, нитрование и сульфатирование, чем в прошлом. Раньше у дизельных двигателей без системы рециркуляции отработавших газов не было чрезмерных проблем с окислением и нитрованием, если не было серьезных механических проблем или плохого обслуживания.

Катализирующее действие загрязняющих веществ, попадающих в двигатель и его смазку, делает масло более склонным к окислению, нитрованию и сульфатации.Это означает, что применение FTIR-анализа станет более актуальным и полезным инструментом для измерения срока службы и пригодности отработанного масла для дизельных двигателей.

Благодаря новой технологии двигателей, включающей системы рециркуляции отработавших газов, интервалы замены масла могут пострадать даже с появлением состава PC-9. Интервалы замены масла в зависимости от состояния, основанные на стандартном лабораторном анализе, могут быть изначально сокращены из-за увеличения количества окисляющих примесей и сажи. Интервалы замены масла будут подтверждены способностью смазочного материала справляться с дополнительными нагрузками за счет поддержания приемлемого уровня резерва щелочности (щелочного числа), надлежащих пределов вязкости за счет диспергируемости, антиоксидантов и контроля износа.

И снова анализ масла будет важным определяющим фактором при установлении интервалов замены масла в зависимости от состояния с учетом новых разработок в конструкции двигателя и рецептуре масла. Без получения новых данных испытаний в стандартных условиях анализа масла трудно предсказать, какие ограничения мы, вероятно, увидим в будущем. Некоторые металлы износа гильзы, кольца и клапанного механизма, например хром, могут увеличиваться.

Определенно ожидается, что уровни сажи значительно превысят номинально принятый уровень в три процента.Другие параметры испытаний, такие как BN, AN, вязкость, окисление и нитрование, останутся в тех же пределах; вопрос просто в том, насколько быстрее будут достигнуты эти пределы.

Одним из инструментов, который может быть включен в систему смазочного масла двигателя для достижения желаемых увеличенных интервалов замены масла, является использование байпасной фильтрации. Стандартная фильтрация моторного масла встроена непосредственно в систему циркуляции масла. Эти системы являются полнопоточными, потому что они должны участвовать в способности циркуляционной системы смазывать двигатель.

Из-за скорости потока и конструкции фильтра заводские полнопоточные системы фильтрации не могут фильтровать частицы размером менее 15 микрон. Масло должно контролировать загрязняющие частицы и сажу. Обводная фильтрация не должна напрямую участвовать в смазке двигателя; ему просто нужно очистить масло.

Следовательно, масло фильтруется с гораздо меньшей скоростью потока через более плотную среду. Затем твердые загрязнители удаляются в большем количестве в меньшем диапазоне размеров.Возможность удаления более высокого уровня загрязняющих веществ с помощью байпасной фильтрации может увеличить срок службы масла.

Некоторые производители двигателей в настоящее время разрабатывают новое поколение систем рециркуляции отработавших газов, которые помогут уменьшить некоторые недостатки в работе и обслуживании. Все это происходит тогда, когда владельцы тяжелых грузовиков пытаются увеличить интервалы замены масла до пределов, о которых не слышали десять лет назад.

В настоящее время целью новой классификации API является сохранение интервалов замены масла на нынешнем увеличенном уровне.Учитывая текущие требования к конструкции дизельного двигателя и выбросам, анализ масла станет важной частью головоломки в раскрытии того, что эти изменения будут означать в отношении срока службы масел для дизельных двигателей для владельцев парка грузовых автомобилей и операций по техническому обслуживанию в будущем.

Как работает система рециркуляции отработавших газов?


Охладители рециркуляции выхлопных газов (охладители рециркуляции отработавших газов) - это устройства, которые способствуют снижению выбросов оксидов азота (NOx) для двигателей внутреннего сгорания.Рециркуляция выбросов оксидов азота может существенно способствовать снижению температуры и давления в двигателе. В целом он обеспечивает отличное сокращение выбросов, и большинство современных двигателей должны использовать систему рециркуляции, чтобы соответствовать текущим стандартам выбросов, установленным Агентством по охране окружающей среды США.

Общий процесс очень прост. Системы рециркуляции выхлопных газов обычно работают, забирая часть выхлопных газов, образующихся в результате недавнего сгорания в двигателе, пропуская их через фильтры для удаления сажи / частиц, а затем возвращая газ в цикл сгорания.Количество газа может варьироваться в зависимости от системы рециркуляции отработавших газов, а в некоторых более сложных системах количество газа зависит от нагрузки двигателя. Во всех методах газ, выходящий из выхлопа, всегда настроен на смешивание с некоторым количеством воздуха перед подачей обратно в камеру сгорания, чтобы обеспечить устойчивый пожар.

В дизельных двигателях системы охлаждения рециркуляции ОГ работают по тому же принципу: они отбирают меньший объем выхлопных газов и направляют их обратно во впускное отверстие двигателя. Фактически это приносит в жертву мощности и экономичности ради более высокого качества выбросов и снижения температуры двигателя.В дизельных двигателях используются фильтры твердых частиц, разработанные специально для удаления сажи, золы и другого мусора из выхлопных газов двигателя, а в усовершенствованных реализациях охладителей ERG эти фильтры удаляют эти частицы перед тем, как возвращать выхлопные газы в систему сгорания. Известно, что в менее продвинутых системах без фильтров это вызывает некоторое накопление лишнего вещества внутри областей двигателя, по которым направляется газ. Со временем это может вызвать различные проблемы в двигателе, такие как пропуски зажигания, колебания и помпаж.

Хотя этот процесс действительно вызывает потерю мощности в двигателе, современные методы охлаждения рециркуляции отработавших газов позволяют существенно уменьшить эту потерю, что приводит как к лучшему качеству выбросов, так и при незначительном снижении эффективности и мощности двигателя.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *