Система рециркуляции выхлопных газов

С повышением требований экологических стандартов в современный автомобиль постепенно добавляются дополнительные системы, которые изменяют режимы работы ДВС, корректируют состав воздушно-топливной смеси, нейтрализуют углеводородные соединения, содержащиеся в выхлопе и т.д.

К таким устройствам относится каталитический нейтрализатор, адсорбер, AdBlue и другие системы. О них мы уже подробно говорили. Сейчас сосредоточимся на еще одной системе, за исправностью которой обязан следить каждый автомобилист. Это рециркуляция выхлопных газов. Рассмотрим, как выглядит чертеж системы, как она работает, какие бывают разновидности, а также какие у нее достоинства.

Что такое система рециркуляции газов автомобиля

В технической литературе и в описании к автомобилю данная система называется EGR. Расшифровка этой аббревиатуры с английского дословно обозначает «рециркуляцию выхлопных газов». Если не вдаваться в подробности разных модификаций систем, по сути, это рециркуляционный клапан, который устанавливается на патрубке, соединяющем впускной и выпускной коллектор.

Данная система устанавливается на все современные двигатели, оснащенные электронным блоком управления. Электроника позволяет более точно подстраивать разные механизмы и процессы в силовом агрегате, а также в системах, работа которых тесно связана с функционированием ДВС.

Заслонка ЕГР в определенный момент приоткрывается, благодаря чему выхлоп частично поступает во впускную систему двигателя (дополнительно об устройстве и принципе ее работы читайте в другом обзоре). В результате поток свежего потока воздуха частично смешивается с ОГ. В этой связи возникает вопрос: зачем во впускной системе нужны отработанные газы, если для эффективной работы мотора нужно достаточное количество кислорода? Если в выхлопных газах имеется некоторое количество несгоревшего кислорода, это сможет показать лямбда-зонд (о нем подробно рассказывается здесь). Попробуем разобраться с этим кажущимся противоречием.

Назначение системы рециркуляции выхлопных газов

Ни для кого не является секретом, что при сгорании сжатого в цилиндре топлива и воздуха выделяется не только приличная энергия. Данный процесс сопровождается выделением большого количества токсичных веществ. Самыми опасными из них являются азотистые оксиды. Частично с ними борется каталитический нейтрализатор, который установлен в выхлопной системе авто (из каких элементов состоит данная система, и как она функционирует, читайте отдельно).

Еще одна возможность снизить содержание таких веществ в выхлопе, это изменить состав воздушно-топливной смеси. Например, электронный блок управления увеличивает или уменьшает количество впрыскиваемого в свежую порцию воздуха топлива. Это называется обеднение/обогащение ВТС.

С другой стороны, чем больше в цилиндр будет поступать кислорода, тем выше температура сгорания смеси воздуха и топлива. Во время этого процесса при совокупности термического распада бензина или солярки и высокой температуры выделяется азот. Этот химический элемент вступает в окислительную реакцию с кислородом, который не успел сгореть. Причем скорость образования этих оксидов напрямую связана с температурой рабочей среды.

Как раз и предназначение системы рециркуляции в том, чтобы снизить количество кислорода в свежей порции воздуха. Благодаря наличию небольшого количества ОГ в составе ВТС обеспечивается небольшое охлаждение процесса горения в цилиндрах. При этом энергия самого процесса не меняется, так как в цилиндр продолжает поступать прежний объем, в котором находится то количество кислорода, необходимое для воспламенения топлива.

Газовый поток условно считается инертным, так как является продуктом сгорания ВТС. По этой причине сам по себе он уже не способен гореть. Если некоторое количество отработанных газов подмешать в свежую порцию воздушно-топливной смеси, немного снизится температура горения. За счет этого процесс окисления азота будет происходить не так активно. Правда, рециркуляция немного снижает мощность силового агрегата, но машина сохраняет свою динамичность. Этот недостаток настолько незначителен, что в обычном транспорте разницу практически невозможно заметить. Причина в том, что данный процесс не происходит на мощностных режимах ДВС, когда его обороты повышаются. Он работает только на низких и средних об/мин (в бензиновых агрегатах) или холостых и низких оборотах (в случае с дизелями).

Итак, назначение системы EGR в том, чтобы снизить токсичность выхлопа. Благодаря этому авто имеет больше шансов вписаться в рамки экологических стандартов. Она применяется на любом современном двигателе внутреннего сгорания, независимо бензиновый он или дизельный. Единственный нюанс – система не совместима с некоторыми агрегатами, которые оснащены турбокомпрессорами.

Общие принципы работы системы рециркуляции отработанных газов

Хотя сегодня существует несколько разновидностей систем, в которых реализуется подключение выпускного коллектора к впускному через пневмоклапан, они имеют общий принцип работы.

Открываться клапан будет не всегда. Когда холодный мотор запускается, работает на холостых оборотах, а также когда выходит на максимальную частоту вращения коленчатого вала, заслонка должна оставаться закрытой. В остальных режимах система будет срабатывать, и камера сгорания каждой цилиндропоршневой группы будет получать небольшое количество продуктов сгорания топлива.

Если устройство будет работать на холостых оборотах мотора или в процессе выхода его на рабочую температуру (о том, какой она должна быть, читайте здесь), агрегат начнет функционировать нестабильно. Максимальная эффективность клапана ЕГР достигается, только когда двигатель работает на оборотах, приближенных к средним. В остальных режимах концентрация оксидов азота намного меньше.

Во время прогрева двигателя температура сгорания в камерах не настолько высокая, чтобы образовывалось большое количество азотистых окислов, и возврат небольшого количества выхлопа в цилиндры не нужен. То же происходит на малых оборотах. Когда двигатель выходит на максималку, он должен развить максимальную мощность. Если клапан будет срабатывать, это будет только мешать, поэтому на данном режиме система будет находиться в неактивном состоянии.

Независимо от типа систем, ключевым элементом в них является заслонка, перекрывающая доступ выхлопных газов во впускную систему. Так как высокая температура газового потока занимает больше объема, чем охлажденный аналог, ОГ нуждаются в охлаждении, чтобы не снижалась эффективность сгорания ВТС. Для этого существует дополнительный охладитель или интеркулер, связанный с системой охлаждения двигателя. Схема в каждой модели автомобиля может быть разной, но она будет иметь радиатор, стабилизирующий процесс поддержания оптимальной температуры для устройства.

Что касается дизельных моторов, то в них клапан находится в открытом состоянии на ХХ. Разрежение во впускной системе обеспечивает всасывание ОГ в цилиндры. На этом режиме в двигатель поступает около 50 процентов выхлопных газов (в соотношении со свежим воздухом). По мере повышения оборотов привод заслонки постепенно переводит ее в закрытое положение. Так в основном работает дизель.

Если говорить о бензиновом агрегате, то большая концентрация ОГ во впускном тракте чревата плохой работой ДВС. Поэтому в данном случае работа системы немного отличается. Клапан открывается при достижении двигателем средних оборотов. Причем содержание выхлопа в свежей порции ВТС не должно превышать 10 процентов.

О некорректной регенерации водитель узнает по сигналу Check Engine на приборной панели. Вот основные поломки, которые может иметь такая система:

• Сломался датчик открытия заслонки. Обычно кроме некорректной дозировки и загоревшейся на приборке лампочке ничего критичного не происходит.
• Поломка клапана или его датчика. Основная причина такой неисправности – постоянный контакт с раскаленными газами, выходящими из мотора. В зависимости от типа системы поломка этого элемента может сопровождаться обеднением или наоборот обогащением ВТС. Если в моторах используется комбинированная система, оснащенная датчиками типа MAF и MAP, то при холостых оборотах смесь становится чрезмерно обогащенной, а при большой частоте вращения коленвала ВТС резко обедняется.

Когда выходит из строя система, бензин или дизель некачественно сгорает, из-за чего происходят сопутствующие неисправности, например, резко снижается рабочий ресурс катализатора. Вот как на практике выглядит поведение мотора при неисправном механизме возврата ОГ.

Чтобы стабилизировать холостой ход, блок управления корректирует работу топливной системы и зажигания (если это бензиновый агрегат). Однако с этой задачей на переходном режиме он не может справиться, так как открытие дросселя сильно увеличивает разрежение, а давление выхлопа резко возрастает, из-за чего через открытую заслонку поступает больше ОГ.

В результате мотор не получает того количества кислорода, которое необходимо для полного сгорания топлива. В зависимости от степени поломки машина может дергаться, могут наблюдаться пропуски зажигания, нестабильность или полное отсутствие ХХ, ДВС может плохо заводиться и т.д.

Во впускном коллекторе агрегата находится смазка в виде тумана. При ее постоянном контакте с раскаленными выхлопными газами внутренние поверхности коллектора, клапаны, наружная поверхность форсунок и свечи зажигания быстро покроются нагаром. В некоторых случаях воспламенение топлива может происходить прежде, чем ВТС попадет в цилиндр (если резко нажать педаль газа).

Что касается нестабильного холостого хода, то в случае выхода из строя клапана егр он может либо полностью исчезнуть, а может повыситься до критических пределов. Если машина оснащена автоматической трансмиссией, то автомобилисту во втором случае скоро придется потратиться на ремонт АКПП.  Так как каждый производитель по-своему реализует процесс рециркуляции выхлопных газов, неисправность данной системы несет индивидуальный характер. Также на последствия этого имеет непосредственное влияние техническое состояние силового агрегата, системы зажигания, топливной системы.

Если «отключить» систему, то это сделает работу дизеля более жестким на холостых оборотах. В бензиновом моторе будет наблюдаться неэффективный расход топлива. В отдельных случаях катализатор быстрее засоряется из-за большого количества сажи, которая появляется в результате использования некорректного состава воздушно-топливной смеси. Причина заключается в том, что электроника современного автомобиля рассчитана на наличие данной системы. Чтобы блок управления не делал поправку на выполнение рециркуляции, нужно выполнить его перепрошивку, как при чип-тюнинге (о данной процедуре читайте здесь).

Типы систем рециркуляции

В современном автомобиле на силовой агрегат может устанавливаться один из трех типов систем EGR:

1. В соответствии с экостандартом Евро4. Это система с высоким давлением. Заслонка находится непосредственно между впускным и выпускным коллекторами. На выходе из мотора механизм стоит перед турбиной. В данном случае используется электропневматический клапан (раньше использовался пневмомеханический аналог). Действие такой схемы следующее. Дроссельная заслонка закрыта – мотор работает на холостых оборотах. Вакуум во впускном тракте небольшой, поэтому заслонка закрыта. При нажатии на акселератор разрежение в полости увеличивается. В результате во впускной системе создается противодавление, из-за которого клапан полностью открывается. В цилиндры возвращается определенное количество ОГ. Турбина в таком случае не будет работать, так как давление выхлопных газов невелико, и они не могут раскрутить ее крыльчатку. Пневмомеханические клапаны после открытия не закрываются до тех пор, пока обороты мотора не упадут до соответствующего значения. В более современных системах конструкция рециркуляции включает дополнительные клапаны и датчики, которые корректируют процесс в соответствии с режимами мотора.
2. В соответствии с экостандартом Евро5. Данная система с низким давлением. В этом случае конструкция немного изменена. Заслонка стоит на участке за сажевым фильтром (о том, зачем он нужен, и как работает, читайте здесь) в выхлопной системе, а во впускной – перед турбонагнетателем. Достоинство такой модификации в том, что выхлопные газы успевают немного охладиться, а благодаря прохождению через фильтр они очищаются от сажи и других компонентов, из-за которых устройство в предыдущей системе имеет меньший рабочий ресурс. Такая компоновка обеспечивает возврат ОГ также в режиме турбонаддува, так как выхлоп полностью проходит через крыльчатку турбины, и раскручивает ее. Благодаря такому устройству система не снижает мощность мотора (как говорят некоторые автомобилисты, она не «душит» двигатель). Во многих современных моделях авто происходит регенерация сажевого фильтра и катализатора. Благодаря тому, что клапан и его датчик стоят дальше от термически нагруженного узла автомобиля, они не так часто выходят из строя после проведения нескольких таких процедур. В процессе выполнения регенерации клапан будет закрыт, так как мотору требуется дополнительное топливо и больше кислорода, чтобы временно повысить температуру в сажевом фильтре и сжечь сажу, которая в нем находится.
3. В соответствии с экостандартом Евро6. Это комбинированная система. Ее конструкция состоит из элементов, которые входят в состав устройств, описанных выше. Так как каждая из упомянутых систем срабатывает только в своем режиме, то и впускная с выпускной системы ДВС оснащены клапанами от обоих видов рециркуляционных механизмов. Когда давление во впускном коллекторе низкое, срабатывает ступень, характерная для показателя Евро5 (низкое давление), а при повышении нагрузки в работу включается ступень, которая применяется в машинах, соответствующих экостандарту Евро4 (высокое давление).

Так работают системы, которые относятся к типу наружной рециркуляции (процесс протекает за пределами силового агрегата). Кроме нее существует вид, обеспечивающий внутреннюю подачу отработанных газов. Она способна отработать часть выхлопа, как если бы он поступал во впускной коллектор. Только этот процесс обеспечивается путем незначительного проворачивания распределительных валов. Для этого в газораспределительном механизме дополнительно устанавливается фазовращатель. Этот элемент на определенном режиме работы ДВС немного изменяет фазы газораспределения (о том, что это такое, и какое значение для мотора они имеют, рассказывается отдельно).

В этом случае в определенный момент открываются оба клапана цилиндра. Концентрация ОГ в свежей порции ВТС зависит от того, как долго будут открыты эти клапаны. Во время выполнения такой процедуры впускное отверстие открывается раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки, а выпускной канал закрывается непосредственно перед ВМТ поршня. Благодаря этому незначительному периоду небольшое количество выхлопа перетекает во впускную систему, а затем всасывается в цилиндр при движении поршня к НМТ.

Преимуществом такой модификации является более равномерное распределение ОГ по цилиндрам, а также скорость работы системы намного выше, чем в случае с внешней рециркуляции.

В схему современных систем рециркуляции входит дополнительный радиатор, теплообменник которого позволяет быстро охладить ОГ, прежде чем они поступят во впускной тракт. Невозможно указать точную комплектацию такой системы, так как автопроизводители реализуют данный процесс по разным схемам, и в устройстве могут находиться дополнительные управляющие элементы.

Клапаны рециркуляции газов

Отдельно следует упомянуть разновидности клапанов ЕГР. Они отличаются друг от друга тем, какое у них управление. По этой классификации все механизмы делятся на:

• Пневмомеханические клапаны. Такой тип устройств уже используются редко. Они имеют вакуумный принцип работы. Заслонка открывается за счет разрежения, которое создается во впускном тракте.
• Электропневматические. К пневмоклапану в такой системе подключается управляемый ЭБУ электроклапан. Электроника бортовой системы анализирует режимы мотора, и в соответствии с этим подстраивает работу заслонки. Электронный блок управления получает сигналы от датчиков температуры и давления воздуха, температуры ОЖ и т.д. и в зависимости от полученных данных активирует электропривод устройства. Особенность таких клапанов заключается в том, что заслонка в них либо открыта, либо закрыта. Разрежение в системе впуска может создавать дополнительный вакуумный насос.
• Электронные. Это самая последняя разработка механизмов. Электроклапаны работают непосредственно от сигналов, поступающих с ЭБУ. Преимущество такой модификации в их плавной работе. Она обеспечивается благодаря трем положения заслонки. Это позволяет системе автоматически изменять дозу ОГ в соответствии с режимом ДВС. Для управления клапаном система не задействует разрежение во впускном тракте.

Преимущества системы рециркуляции

Вопреки распространенному мнению, что система, повышающая экологичность транспортного средства, не идет на пользу силовому агрегату, рециркуляция ОГ имеет некоторые достоинства. Кому-то может быть непонятно, зачем устанавливать систему, которая снижает мощность ДВС, если можно использовать дополнительные нейтрализаторы (но в этом случае выхлопная система будет в буквальном смысле «золотой», так как для нейтрализации токсичных веществ используются драгоценные металлы). По этой причине владельцы таких машин иногда задаются целью отключить систему. Несмотря на кажущиеся недостатки, рециркуляция ОГ в чем-то даже идет на пользу силовому агрегату.

Вот некоторые доводы в пользу данного процесса:

1. В бензиновом двигателе из-за низкого октанового числа (о том, что это такое, и какую роль данный параметр влияет на ДВС, читайте отдельно) топлива нередко возникает детонация. На наличие этой неисправности будет указывать одноименный датчик, о котором подробно рассказывается здесь. Наличие системы рециркуляции устраняет этот негативный эффект. Несмотря на кажущееся противоречие, наличие клапана egr даже наоборот позволяет повысить мощность агрегата, например, если выставить другой угол опережения зажигания на более раннее воспламенение.
2. Следующий плюс тоже касается бензиновых моторов. В дросселе таких ДВС часто наблюдается большой перепад давления, из-за чего происходит небольшая потеря мощности. Работа рециркуляции позволяет снизить и этот эффект.
3. Что касается дизельных двигателей, то в режиме ХХ система обеспечивает более мягкую работу ДВС.
4. Если машина проходит экологический контроль (например, при пересечении границы со странами Евросоюза, эта процедура обязательна), то наличие рециркуляции повышает шансы пройти данную проверку и получить пропуск.

В большинстве моделях авто систему рециркуляции не так просто отключить, а чтобы мотор работал без нее стабильно, нужно будет провести дополнительные настройки электронного блока управления. Установка другого программного обеспечения позволит ЭБУ не реагировать на отсутствие сигналов от датчиков EGR. Но таких заводских программ нет, поэтому меняя настройки электроники, автовладелец действует на свой страх и риск.

В завершение предлагаем небольшое анимационное видео о том, как работает рециркуляция в моторе:

Простое объяснение рециркуляции отработанных газов (EGR)

Вопросы и ответы:

Как проверить клапан рециркуляции выхлопных газов? Подается питание на контакты клапана. При этом должен раздаться щелчок. Другие процедуры зависят от места установки. В основном требуется на работающем двигателе немного прижать мембрану вакуума.

Для чего нужен клапан рециркуляции выхлопных газов? Это элемент, необходимый для снижения содержания вредных веществ в выхлопе (часть газов направляется во впускной коллектор) и повышения производительности агрегата.

Где находится клапан рециркуляции отработанных газов? Это зависит от конструкции мотора. Его нужно искать в районе впускного коллектора (на самом коллекторе или на трубопроводе, которым соединяется впуск с мотором).

Как работает клапан выхлопных газов? Когда дроссель сильнее открывается, за счет разницы давления во впускном и выпускном коллекторах часть выхлопных газов всасывается во впускную систему ДВС через клапан EGR.