Система рециркуляции EGR. Принцип работы. Обслуживание

Назначение и принцип действия

Как известно, наиболее токсичными составляющими выхлопных газов автомобилей являются углеводороды, оксиды углерода (особенно СО) и различные оксиды азота. С первыми двумя довольно эффективно справляется каталитический нейтрализатор (катализатор) и система обратной связи (широкополосные лямбда зонды), оксиды же азота «отсеиваются» ими 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 (напротив, показания момента и мощности от этой системы ухудшаются), а устанавливается исключительно из экологических соображений.

Идея заключается в том, чтобы на определенных режимах работы двигателя подавать некоторую часть отработанных газов из выпускного коллектора во впускной. Повышенное содержание окислов азота в выбросах ДВС вызывается излишне 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 существенно уменьшится. В результате температура сгорания смеси и, соответственно, токсичность выхлопных газов снижаются.

EGR устанавливается и на бензиновые (без турбонаддува), и на дизельные двигатели. За счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота, т.к. количество кислорода всегда избыточно. 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 1-3%. Работа при пониженной температуре в бензиновых двигателях снижает риск возникновения детонации (особенно на малых оборотах), а работа дизельных моторов становится более мягкой. Выброс сажи у дизелей с системой EGR уменьшается на 5-10%.

Алгоритм работы EGR зависит от типа двигателя. В дизелях клапан открывается на холостом ходу и подает до 50% объема выхлопа на впуск. С ростом оборотов клапан пропорционально закрывается вплоть 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 5-25% подаваемого на впуск выхлопа.

Стоит отметить, что EGR зачастую превращается в головную боль для автомобилистов с ростом пробега. Система довольно капризна, при ее работе (особенно на высококачественном отечественном топливе с повышенным содержданием примесей, при неполном сгорании которых образуются сажа и смолы) клапан EGR, впускной коллектор и находящиеся в нем датчики, а зачастую впускные каналы головки блока, впускные клапана покрываются толстым нагаром, что приводит к нестабильной работе двигателя, падению мощности и момента. В особо запущенных случаях нагар может привести к полному закупориванию каналов либо клину впускных клапанов. Клапан EGR – деталь дорогостоящая, поэтому многие автовладельцы вместо его замены прибегают к глушению или удалению всей системы.

Почему EGR практически не устанавливается на бензиновые турбодвигатели? На атмосферных двигателях система работает практически только на средних оборотах. А на моторах с турбонаддувом рабочий диапазон еще меньше — и выходит, что цель не оправдывает средства. Поэтому производители применяют другие способы снижения выбросов NOx: жидкостное охлаждение наддувочного воздуха (что снижает температуру в камере сгорания) и бесступенчатую систему изменения фаз газораспределения (обеспечивающую внутреннюю рециркуляцию отработавших газов). При внутренней рециркуляции часть выхлопных газов попадает обратно в цилиндр в моменты перекрытия клапанов, когда одновременно открыты и впускной и выпускной клапаны. Технически перекрытие можно организовать и с помощью подбора формы кулачков распредвала, но в этом случае рециркуляция будет осуществляться на всех режимах работы двигателя. В системах же бесступенчатого регулирования перекрытие клапанов по команде блока управления происходит только в необходимых режимах.

Типы конструкций

Хотя принцип работы всех систем одинаков, их конструктивное исполнение отличается большим разнообразием. В любой системе EGR главной деталью является клапан. Отличия состоят в способе управления его работой и, соответственно, составе элементов. Впервые EGR появились на американских автомобилях еще в начале 70-х годов прошлого века. Они были пневмомеханическими, то есть управлялись только разряжением впускного коллектора. Как и любая механическая система, она не отличалась высокой точностью работы. С внедрением электронных систем управления двигателем EGR стали электропневматическими (ЕВРО-2/3), а в дальнейшем появились полностью электронные (ЕВРО-4/5/6 и выше).

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.

В электропневматических системах работой клапана управляет контроллер двигателя на основании показаний датчиков. В зависимости от того, какой датчик является основным, различают четыре типа систем:

с датчиком противодавления выхлопных газов;
с датчиком температуры выхлопных газов;
с датчиком положения клапана EGR;
с датчиком давления на впуске МАР (либо датчиком массового расхода воздуха МАF) вместе с датчиком кислорода (лямбда — зондом).

Кроме того, используются и другие датчики системы управления двигателем, например: датчик положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и др. На разных двигателях состав датчиков может меняться. EGR 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, однако приводит к повышенному скоплению нагара на клапане.

Неисправности и обслуживание

Со временем детали системы EGR даже в исправном двигателе покрываются нагаром. Больше подвержены этому явлению дизеля из-за содержащейся в их «выхлопе» сажи. Частые поездки на короткие расстояния ускоряют процесс загрязнения. А в неисправном двигателе он усиливается многократно. Причинами могут быть применение некачественного топлива, нарушения в работе системы питания, общий износ двигателя, повышенное содержание масла во впускном тракте. Излишек масла появляется при неисправностях системы вентиляции картера, изношенных маслосъемных колпачках или направляющих клапанов, неисправностях турбокомпрессора (износ подшипников, забитая маслосливная магистраль), завышенном уровне масла или применении масла, несоответствующего двигателю.

От отложений нагара в первую очередь страдает клапан EGR. Нагар мешает клапану плотно закрываться, нарушает подвижность штока. В конечном итоге клапан в каком-то положении заклинивает, что приводит к нарушениям в работе двигателя. Проявляются эти нарушения по-разному, в зависимости от того, в каком положении «завис» клапан. Кроме того, последствия заклинивания клапана разнятся в зависимости от типа двигателя и особенностей конструкции самой системы EGR. Чаще всего неисправности системы EGR приводят к неравномерному холостому ходу (плаванье оборотов, заниженные или завышенные обороты) и двигатель часто банально глохнет на холостых оборотах. 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 «очень жесткой». На турбодизельных моторах незакрывающийся клапан EGR существенно снижает производительность турбины. На некоторых автомобилях блок управления при нарушениях в работе системы EGR переводит двигатель в аварийный режим с ограничением мощности и оборотов.

Иногда клапан EGR под воздействием высоких температур прогорает (особенно после «чип-тюнинга»), что равносильно его заклиниванию в открытом состоянии. Причинами прогара могут быть неправильная работа системы управления клапаном, высокое противодавление выхлопных газов, неисправный перепускной клапан турбокомпрессора, чрезмерно обогащенная или наоборот обедненная топливная смесь. Чаще всего к таким последствиям приводит тюнинг двигателя с целью поднятия давления наддува либо правки топливных карт.

Необходимо отметить, что все вышеописанные неприятности характерны для пневмоклапанов, управляемых разряжением. Электрические же клапана гораздо меньше подвержены закоксовыванию. Парадоксально, но их ресурс существенно ниже, чем у пневмоклапанов из-за механического износа подвижных деталей. Увеличившиеся зазоры забиваются сажей, причем очистке клапан не поддается, необходима только замена.

Однако не во всех проблемах, связанных с пневмо — EGR, повинен клапан. Иногда виноваты детали вакуумной системы или управляющие элементы. Поэтому не стоит торопиться демонтировать клапан, вначале нужно проверить, подается ли на него разряжение. На большинстве автомобилей вакуумом управляются не только клапан EGR, но и, например, клапан регулирования давления турбокомпрессора, заслонки во впускном коллекторе, заслонки климатической установки, усилитель тормозов и т.д. (все зависит от конкретной модели). Повреждение любой вакуумной трубки или заедание клапана, подсос воздуха во впускном коллекторе скажется на работе EGR. К нарушениям может приводить и неисправный управляющий электроклапан, подающий разрежение на пневмоклапан, и неисправный датчик, входящий в систему управления EGR.

Ресурс различных систем EGR в среднем составляет от 30 до 100т.км. (в отечественных условиях и при городском пробеге не более 30-50т.км.). После этого ее компоненты подлежат замене и обслуживанию. Это в идеале. Однако желающих платить немалые деньги находится немного. Несложное и своевременное обслуживание системы поможет в разы продлить ей жизнь. В пневмоклапане EGR необходимо периодически (планово, например ежегодно) 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 тоже необходимо очищать. Во многих двигателях на впуске установлена плита EGR как с охлаждением от основной системы, так и без. Эта плита состоит из тонких каналов, идущих от системы EGR непосредственно во впускные каналы. Она тоже требует периодической очистки от сажи и нагаров.

Когда EGR начинает давать сбои, многие автовладельцы предпочитают тупо заглушить ее одним из способов. Как правило, это делается с помощью вырезанной из тонкой жести прокладки, устанавливаемой под клапан. Мнения о глушении системы расходятся. Одни считают его совершенно безвредным, а некоторые даже полезным, т.к. в некоторых случаях даже удается получить прирост мощности и момента вплоть до 10% без вмешательства в двигатель, правда с некоторым увеличением расхода топлива. Вторые же полагают, что в результате повышается температура в камере сгорания, а это увеличивает риск появления трещин между гильзами блока, в головке блока цилиндров, прогара выпускных клапанов, оплавления свечей накаливания либо зажигания. Все зависит от конструкции двигателя, лучше смотреть на ресурс и работу двигателя у тех, кто эту операцию уже когда-то сделал.

Простое механическое глушение клапана и банальное удаление вихревых заслонок (там, где они есть) не всегда приводит к желаемым результатам. Вихревые заслонки — еще одна головная боль, пришедшая с системой EGR. На турбодизелях возможны проблемы с регулированием давления наддува и повышенным износом турбины. На современных двигателях клапан EGR необходимо «удалять» только программно – перепрошивкой блока управления (ЭБУ). В противном случае контроллер будет постоянно выдавать ошибки системы EGR или даже переводить двигатель в аварийный режим с ограничением мощности и оборотов двигателя.

Для бензиновых двигателей, оснащенных системами VVT, VVTi, CVVT, VANOS, VTC, VCP (фазовращателем) на впускном валу использование системы EGR абсолютно бессмысленно
и даже вредно (как минимум снижением ресурса и добавлением еще одной ненадежной системы), можно смело глушить или удалять. Все дело в том, что система с фазовращателем сама умеет открывать впускные клапана заранее, на этапе такта выпуска (в этом и был основной смысл городить фазовращатель на впуске), подмешивая часть выхлопного воздуха во впускные клапана и коллектор, т.о. уменьшая содержание кислорода во впускном тракте в некоторых режимах, что приводит кроме снижения расхода топлива к уменьшению вредных выбросов в выхлопе. Но благодаря тому, что впускные клапана и каналы головки блока омываются бензином, засорению нагаром и сажей такая система практически не подвержена вплоть до капремонта двигателя. Вообще говоря мне непонятно, зачем было городить еще одну (причем крайне ненадежную) систему подмешивания выхлопных газов во впуск, добавлять клапана, дополнительные патрубки, систему управления, датчики… Т.е. получается в двигателе целых две системы, занимающиеся одним и тем же (подмесом выхлопных газов во впуск), но немного разным путем. Вероятно самый современный сертификат ЕВРО (судя по последним скандалом эти сертификаты — филькина грамота) просто нельзя получить без системы EGR, просто кто-то с этого получает неплохую "зарплату". Изначально двигатели Toyota с VVTi не имели системы EGR. Прикрутили они ее потом, при локализации на европейский рынок. А затем начали ставить везде где нужно и не нужно…

В первую очередь это очередная система существенного снижения надежности работы ДВС, а потом уже все остальное. Если не производит обслуживание EGR (довольно дорогостоящее в большинстве случаев, особенно при замене клапанов и датчиков), то ресурс исправной работы двигателя до вмешательства не превысит 100-150т.км., он банально встанет, "задыхаясь" собственным выхлопом. В результате те мизерные % экономия топлива на холостом ходу (часто у вас такой режим работы двигателя?) выльются огромными затратами на обслуживание и ремонт.

Написано 15 января 2019 года