Система выпуска отработанных газов дизельных двигателей

Принцип работы егр на дизеле

Система EGR. Принцип работы

Пишет android-jzx90 в своём блоге.

Как известно, наиболее токсичными составляющими выхлопных газов автомобилей являются углеводороды, оксиды углерода и оксиды азота.

С первыми двумя довольно эффективно справляется каталитический нейтрализатор, оксиды же азота «отсеиваются» им недостаточно.

Для уменьшения вредных выбросов оксидов азота и была создана EGR (Exhaust Gas Recirculation) – система рециркуляции выхлопных газов. Она не предназначена для улучшения технических характеристик мотора, а устанавливается исключительно из экологических соображений.

Идея заключается в том, чтобы на определенных режимах работы двигателя подавать некоторую часть отработанных газов из выпускного коллектора во впускной.

Как работает ЕГР на турбодизеле

Главная функция системы EGR – это частичный возврат отработанного газа во впускной коллектор с целью дожигания. На дизельном двигателе такое решение позволяет добиться более мягкой и плавной работы двигателя, что улучшает его эксплуатационные качества и уменьшает расход горючего, а выхлоп снижает свою токсичность. Появление отработанных газов во впуске не меняет соотношения основных компонентов горючей смеси, мощность на разных режимах работы не теряется, и экономится топливо.

Принцип действия клапана ЕГР на дизелях – это соединение части отработанных газов с поступающим через впускной коллектор воздухом.

В выхлопе двигателя содержатся окислы азота из-за повышенного нагрева газов в камере сгорания.

При задействовании системы EGR, сгорание происходит при более низкой температуре, а уровень содержания вредных веществ в выхлопе становится меньше.

На дизелях клапан открывается автоматически на холостых оборотах, а при нагрузке и максимальных мощностях закрывается.

Для чего глушат клапан ЕГР

При длительной эксплуатации дизеля, оснащенного системой EGR, автовладельцы часто ощущают снижение мощности и появление дымления выхлопа. Любители тюнинга двигателя утверждают, что рециркуляция газов «душит» силовой агрегат, не позволяя ему проявить весь потенциал мощности. Основываясь на подобных доводах, многие водители решают заглушить систему ЕГР. Подобная процедура представляет собой отключение системы рециркуляции, что теоретически должно прибавить мощности.

Необходимость отключения ЕГР появляется при пробеге 80-120 тыс. км, так как при определеном изное двигателя выхлопные газы имеют высокую степень загрязнения. Их смешивание с картерными газами даёт толстый слой смолистых отложений в коллекторе впуска, клапане ЕГР и клапанах головки двигателя.

Как правильно заглушить клапан ЕГР на дизеле

Правильное отключение EGR на дизеле предполагает:

1. Механический способ глушения клапана.
2. Отключение при помощи блока управления.

На первом этапе устанавливают механическую заглушку клапана, после чего систему отключают на электронном оборудовании. После осуществления механического блокирования клапана требуется его программное отключение в ЭБУ, иначе на панели приборов будет гореть лампа «check» по причине ошибки системы рециркуляции, а двигатель задействует аварийный режим, при котором ограничивается отдаваемая мощность.

Самый простой вариант заглушки клапана:

1. Клапан, который чаще всего располагают возле впускного коллектора, снимают, открутив несколько болтов.
2. Если необходимо, демонтируют впускной коллектор и чистят его каналы от загрязнений.
3. Извлекают прокладку, расположенную на месте крепления клапана.
4. Снятая прокладка используется в роли шаблона, по которой вырезают из стального листа прокладку-заглушку, и проделывают в ней отверстия под болты. Нередко заглушку под некоторые модели автомобилей можно встретить в продаже.
5. Обратная установка клапана с применением прокладки и заглушки. Затяжка болтов производится с особой осторожностью из-за их хрупкости.
6. Отключают вакуумные шланги, так как они в системе открытия клапанов больше не задействуются.
7. Внесение изменения в прошивку ЭБУ, чтобы избавиться от ошибки EGR.

Неисправность клапана EGR

— При разгоне автомобиль набирает скорость рывками

— Колебания на холостом ходу

— Потеря мощности двигателя

— Появление на приборной панели значка «Check Engine» (Чек двигателя – аварийная программа работы двигателя)

— В выхлопных газах повышается уровень оксида азота

— Черный дым из выхлопной трубы

— Повышенный расход топлива

Можно ли эксплуатировать авто с неисправным клапаном EGR?

Кратковременные признаки неисправности системы рециркуляции выхлопных газов не грозят масштабными последствиями, однако игнорировать их не стоит. Обратитесь в сервисный центр за консультацией, если наблюдаете симптомы, указанные выше.

Удаление ЕГР-системы и возможные последствия

Время эксплуатации ЕГР-системы ограничено её сроком службы. Необходимость замены клапана является основной причиной отказа многих водителей от его использования.

Среди других причин удаления клапана EGR:

• дорогостоящие ремонт и обслуживание узла;
• сложность технического обслуживания;
• риск поломки ещё более дорогих деталей двигателя при неправильной работе (поломке) рециркуляционной системы;
• на работу мотора удаление ЕГР-клапана никак не влияет.

Плюсы от удаления:

• не загрязняется впускной коллектор;
• снижается дымность выхлопа;
• увеличивается мощность на средних оборотах;
• пропадает необходимость обслуживания и замены дорогостоящих комплектующих;
• появляется возможность снятия ограничения мощности двигателя.

• возрастает температура воспламенения горючего;
• увеличивается содержание оксида азота в выхлопных газах.

Последствия отказа от EGR-клапана:

• появляется детонация на определённых скоростях;
• повышается расход масла;
• есть риск образования микроповреждений в головке блока цилиндров.

Как устроена рециркуляция выхлопных газов EGR

Работа клапана EGR контролируется компьютером двигателя.

Типичное, простое устройство включает в себя:

• Металлическая труба, соединяющая выпускной коллектор (впуск перед катализатором и лямбда-датчик) с впускным коллектором (впуск за расходомером воздуха) и его соединителями и прокладками.
• клапан
• Клапан привода — пневматический или электрический. Контроллер клапана подключен электрическим проводом к ЭБУ, который контролирует степень открытия и закрытия.
• Датчик положения клапана, также подключенный к ЭБУ.
• Охладитель выхлопных газов — заполнен выхлопными трубами, охлажденными стандартным хладагентом.

В более сложных системах используются несколько клапанов, электродвигатели, дополнительные датчики и т. д. В зависимости от типа двигателя (бензин, дизель) и мощности двигателя используются клапаны с различной пропускной способностью.

Чтобы правильно выбрать степень открытия клапана рециркуляции отработавших газов, компьютер двигателя получает информацию от

• Расходомер воздуха
• Датчик скорости
• Датчик температуры охлаждающей жидкости

Отказ любого из трех датчиков, упомянутых выше, вызывает проблемы с правильной работой EGR.

Частые проблемы клапана EGR

• Запирание клапана в закрытом положении. Причина — загрязнение клапана. Решение — снять и очистить клапан или заменить на новый.

• Блокировка клапана в открытом положении — вызывает возврат части выхлопного газа в систему впуска в течение всей работы двигателя. Признаки — проблемы с запуском двигателя, значительную потерю мощности, не ровную работу двигателя на холостом ходу. Решение — как и прежде — чистка или замена на новый.
• Отказ контроллера клапана — также вызывает блокировку клапана. Требуертся замена всей системы.
• Неправильная работа клапана EGR из-за повреждения расходомера воздуха (неисправность, загрязнение датчика или обрыв провода) — почистите расходомер или замените его новым.
• Отказ охладителя рециркуляции отработавших газов — из-за потери герметичности отработавшие газы, проходящие через него, попадают в охлаждающую жидкость. Признаки этого сбоя можно спутать с повреждением прокладки под головкой. Причина — некачественное топливо (с большим количеством серы), старой охлаждающей жидкости, которая утратила свои антикоррозионные свойства, или воды в системе охлаждения.

Рециркуляция выхлопных газов EGR — виды ремонта и затраты

В случае отказа клапана EGR водитель может выбрать один из следующих способов ремонта (в зависимости от повреждения):

• Покупка полного клапана EGR
• Покупка отдельных элементов, если возможна их замена (труба, радиатор, клапан)
• Очистка заблокированных клапанов очистителями
• Покупка восстановленного клапана
• Покупка клапана с разборки

Возможность самостоятельного ремонта зависит от степени доступности к клапану.

Источник статьи: http://principraboty.ru/princip-raboty-egr-na-dizele/

Система выпуска отработанных газов дизельных двигателей

Нейтрализация отработавших газов дизельных двигателей

При очистке отработавших газов дизелей особое внимание уделяется сокращению содержания двух компонентов:

· твердых частиц, которые возникают из-за неоднородного распределения смеси в камере сгорания;

· оксидов азота ( NO _х ), которые образуются при высоких температурах сгорания топливовоздушной смеси в дизеле.

В последние годы, благодаря совершенствованию систем впрыска топлива дизельных двигателей, уровень эмиссии этих компонентов отработавших газов значительно снизился.

Чтобы быстрее достигнуть рабочей температуры, окислительный нейтрализатор 9 (рис. 1) должен располагаться в системе выпуска как можно ближе к двигателю. Он уменьшает уровень эмиссии углеводородов (СН), оксида углерода (СО) и летучих составляющих твердых частиц, превращая все это в воду (Н₂О) и диоксид углерода (СО₂).

Рисунок 1 – Система выпуска отработавших газов с окислительным нейтрализатором, фильтром твердых частиц и системой добавления присадок:

1 – блок управления добавлением жидкой каталитической присадки; 2 – блок управления работой двигателя; 3 – насос для добавления жидкой каталитической присадки; 4 – датчик уровня жидкой каталитической присадки; 5 – бак с жидкой каталитической присадкой; 6 – клапан дозирования жидкой каталитической присадки; 7 – топливный бак; 8 – двигатель; 9 — окислительный нейтрализатор; 10 – фильтр твердых частиц; 11 – датчик температуры; 12 — дифференциальный датчик давления; 13 – сажевый датчик

Окислительные нейтрализаторы уже выпускаются серийно. Особыми версиями (т. н. «трехкомпонентными») можно одновременно сократить уровни эмиссии оксидов азота ( NO_x ), CH и СО, причем содержание NO_x снижается на 5. 10%.

2.Фильтр твердых частиц

В фильтре 10 (рис. 1) собираются содержащиеся в ОГ твердые частицы. Падение давления за фильтром твердых частиц — это возможный индикатор его загрязнения сажей, и в этом случае фильтр нуждается в очистке и регенерации. Необходимая для дожигания этой сажи температура (свыше 600°С) при нормальных режимах работы дизеля не возникает. С помощью некоторых регулировок аппаратуры подачи топлива и воздуха, например, установкой позднего момента начала впрыскивания и дросселированием воздуха на впуске, можно повысить температуру ОГ.

К настоящему времени разработаны специальные фильтры из пористой керамики, которые уже применяются серийно на легковых автомобилях.

Добавлением в топливный бак каталитических присадок обеспечивается снижение температуры дожигания твердых частиц в фильтре на 100°С. Разумеется, противодавление ОГ будет постепенно увеличиваться во время работы дизеля, так как негорючие отложения (пепел каталитических присадок) задерживаются фильтром. Это повышает расход топлива и ограничивает срок службы фильтра.

Система регенерации фильтра

При наличии системы регенерации фильтр твердых частиц подсоединяется к окислительному нейтрализатору, который окисляет содержащийся в ОГ оксид азота NO в диоксид азота NO ₂ . В этом случае собранная в фильтре сажа непрерывно сжигается при подаче сюда N О₂ уже при температуре 250°С, что значительно ниже температуры сгорания твердых частиц в обычных фильтрах, где происходит сгорание с подачей обычного кислорода О₂.

Датчики температуры, дифференциальный датчик давления и датчик сажи за фильтром твердых частиц контролируют функционирование системы регенерации фильтра. Для длительной работы окислительных нейтрализаторов, из-за их чувствительности к сере, требуется топливо с низким ее содержанием.

Окислительный нейтрализатор и фильтр твердых частиц могут быть интегрированы в один конструктивный элемент с каталитическим покрытием фильтра. Этот фильтр сокращенно именуется CSF ( Catalyzed Soot Filter , т. е. фильтр с каталитическим покрытием) или CDPF ( Catalyzed Diesel Particulate Filter , т. е. каталитический дизельный фильтр твердых частиц).

3.Накопительный нейтрализатор NO_x

Дизель всегда работает с избытком воздуха (бедная смесь), поэтому трехкомпонентный нейтрализатор, применяемый на бензиновых двигателях со впрыском топлива во впускной трубопровод, не может использоваться для снижения количества оксидов азота ( NO_x ). При избытке воздуха СО и СН реагируют с остаточным кислородом ОГ до образования СО₂ и Н₂О и, таким образом, не могут быть использованы для превращения NO_x в азот ( N ₂ ).Для снижения концентрации оксидов азота в ОГ дизелей легковых автомобилей разработан накопительный нейтрализатор NO_x , который уменьшает содержание оксидов азота другим способом: собирает их, а затем конвертирует. Этот процесс протекает в два этапа:

· накопление NO_x из ОГ при работе дизеля на бедной смеси ( a > 1; от 30 секунд до нескольких минут);

· выделение NO_x и восстановление (конверсия) в ОГ при работе дизеля на богатой смеси ( a

Оксиды азота при избытке кислорода в ОГ превращаются с помощью металлических окислительных нейтрализаторов на поверхности накопительного нейтрализатора NO_x в нитраты. При этом к накопительному нейтрализатору добавлен окислительный нейтрализатор 3 (рис. 2), который окисляет NО в N О₂.

Рисунок 2 – Схема системы выпуска отработавших газов с накопительным нейтрализатором NO_X :

1 – двигатель; 2 – система электрического подогрева отработавших газов; 3 – окислительный нейтрализатор; 4 – датчик температуры; 5 – широкополосный лямбда-зонд; 6 – накопительный нейтрализатор NO_X ; 7 – датчик NO_X или лямбда-зонд; 8 – блок управления работой двигателя

С возрастанием количества накопленных оксидов азота уменьшается способность нейтрализатора их связывать.

Имеются две возможности узнать, когда нейтрализатор нагружен так, что фазу накопления необходимо завершить:

· количество накопленных оксидов азота рассчитывается смоделированным процессом с учетом температуры нейтрализатора;

· датчик N О _X за накопительным нейтрализатором измеряет концентрацию оксидов азота в ОГ.

Начиная с определенной степени загрузки, накопительный нейтрализатор NO_x должен регенерироваться, т. е. накопленные оксиды азота должны снова высвобождаться и преобразовываться в азот и кислород. Для этого двигатель кратковременно переключается на режим работы с недостатком воздуха ( a = 0,95). При двухступенчатой регенерации (рис. 2) возникают диоксид углерода (СО₂) и азот ( N ₂ ).

Существуют два различных способа определить конец фазы восстановления:

· смоделированный процесс рассчитывает количество оставшихся на нейтрализаторе оксидов азота;

· лямбда-зонд 7 (рис. 2), установленный за нейтрализатором, измеряет концентрацию кислорода в ОГ, и изменение напряжения с состава ОГ с недостатком воздуха ( a a > 1) указывает на то, что процесс восстановления закончен (отсутствие СО).

Чтобы и при холодном пуске достичь значительного сокращения уровня содержания NO_x , можно применить систему 2 электрического подогрева ОГ.

В процессе очистки ОГ по принципу SCR ( Selective Catalytic Reduction , т. е. селективное каталитическое восстановление) в ОГ очень точно добавляется восстановитель, например, раствор мочевины с концентрацией 32,5% по массе. В гидролизном нейтрализаторе из раствора мочевины добывается аммиак (рис. 3).

Рисунок 3 – Система выпуска отработавших газов с селективным каталитическим восстановлением:

1 – двигатель; 2 – датчик температуры; 3 – окислительный нейтрализатор; 4 – форсунка для впрыскивания восстановителя; 5 – датчик NO_X ; 6 – гидролизный нейтрализатор; 7 — нейтрализатор SCR ; 8 – заграждающий нейтрализатор NH ₃ ; 9 – датчик NH ₃ ; 10 – блок управления работой двигателя; 11 – насос восстановителя; 12 – бак для восстановителя; 13 – датчик уровня восстановителя

Аммиак реагирует в нейтрализаторе SCR с NO_x , в результате чего образуются азот и вода. Современные нейтрализаторы SCR могут исполнять функции гидролизного нейтрализатора так, что последний становится не нужен.

Окислительный нейтрализатор перед добавлением восстановителя увеличивает эффективность системы. Окислительный нейтрализатор (заграждающий нейтрализатор NH ₃ ),установленный за нейтрализатором SCR , предотвращает возможный выброс NH ₃ .

Благодаря высокой степени снижения NO_x возможна регулировка двигателя, оптимальная по расходу топлива. Таким образом, с этой системой можно сэкономить до 10% топлива.

Для соблюдения будущих норм состава ОГ для многих дизельных автомобилей необходимо будет наличие систем очистки ОГ, которые делают возможным как фильтрацию твердых частиц, так и максимально эффективное снижение уровня эмиссии NO_x . Такие системы называются четырехкомпонентными, поскольку наряду с NO_x и твердыми частицами они снижают также содержание СН и СО.

Комбинация систем требует эффективного управления работой дизеля. К настоящему времени разработаны комбинации накопительного нейтрализатора NO_x и фильтра твердых частиц, а также нейтрализатора SCR и фильтра твердых частиц.

Пример комбинированной системы

Сажа непрерывно окисляется фильтром с каталитическим покрытием ( CDPF ), установленная далее система SCR снижает уровень эмиссии NO_x . Добавка восстановителя осуществляется в зависимости от режима и температуры или от концентрации NО_х в ОГ перед нейтрализатором. За функционированием комплексной системы наблюдают газовые датчики ( NO _х и/или NH ₃ ) и датчики температуры.

Источник статьи: http://www.dvfokin.narod.ru/auto_ych/diesel/diesel_abgas.htm