С момента появления двигателя внутреннего сгорания, использующегося в качестве источника движущей силы для автомобиля, практически непрерывно ведутся работы по усовершенствованию конструкции данного типа силового агрегата и повышению эффективности его функционирования. Вместе с тем значительная часть усилий разработчиков тратится на уменьшение количества вредных выбросов, неизбежно образующихся и попадающих в атмосферу в результате сгорания в цилиндрах топливовоздушной смеси. Одним из путей снижения токсичности выхлопа моторов в настоящее время является так называемая рециркуляция отработавших газов, заключающаяся в повторном использовании этих самых газов путем их частичного перепуска из выпускного коллектора во впускной. Система получила название Exhaust Gas Recirculation, или сокращенно EGR. Ниже мы попробуем разобраться в том, каким образом она воздействует на состав продуктов сгорания топлива и почему владельцы машин зачастую стремятся ее отключить.
Назначение системы EGR
Ни для кого не секрет, что отработавшие газы, вырывающиеся из выхлопной трубы автомобиля, содержат целый букет вредных для окружающей среды и здоровья человека веществ. В число наиболее опасных соединений входят окислы азота в форматах NO (оксид азота) и NO2 (диоксид азота). При определенной концентрации они способны негативно воздействовать на дыхательную систему, провоцируя возникновение ряда сердечных и легочных заболеваний.
Какова же природа появления NOx в выхлопных газах? Дело в том, что воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя происходит при большой температуре (более 1300 °С) и высоком давлении. Это как раз те условия, при которых азот и кислород способны соединиться, образуя оксид. Отрицательным моментом такой реакции является то, что изрядная доля кислорода, необходимого для сжигания топлива, не участвует в самом процессе горения. В результате снижается мощность двигателя и увеличивается расход горючего. Конечно, существуют способы воздействовать на температурный режим и давление в камерах сгорания путем обогащения топливовоздушной смеси или уменьшения степени сжатия, однако оба этих варианта не столь эффективны и к тому же приводят к росту содержания в выхлопе токсичного сероводорода (H2S) и чрезвычайно опасного угарного газа (CO).
Выступающая в качестве альтернативы система рециркуляции, основным компонентом которой является клапан EGR, добавляет порцию отработавших газов к поступающему во впускной коллектор свежему воздуху. В результате доля кислорода в смеси уменьшается при том, что само соотношение воздух/топливо не изменяется. Обедненная кислородом смесь сгорает при более низкой температуре, исключающей образование большого количества оксидов азота. Подобный механизм разбавления не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик двигателя и даже, напротив, способствует определенному улучшению показателей. Помимо сокращения доли NOx система ЕГР уменьшает детонацию в бензиновых двигателях, а также снижает «жесткость» работы дизелей.
Конструкция и принцип работы клапана EGR
Функция EGR на автомобилях разных производителей может быть реализована по-разному. Современные модели, как правило, оснащаются системами с электронным управлением, в которых количество перепускаемых выхлопных газов и режим их подачи контролируются ЭБУ, ориентирующимся на показания нескольких датчиков. Число и состав этих датчиков могут отличаться. Наиболее часто система EGR опирается на информацию с датчика положения дроссельной заслонки (TPS), датчика абсолютного давления (MAP-сенсор), расходомера воздуха (MAF-сенсор), датчика температуры охлаждающей жидкости (THW), датчика температуры воздуха во впускном коллекторе (THA), собственных датчиков (например, датчика положения клапана EGR).
Системы рециркуляции выхлопных газов, контролируемые ЭБУ, можно условно разделить на электропневматические (использующие пневмоклапан) и цифровые (которые не используют вакуумный сигнал). Первый вариант нашел довольно широкое применение, обеспечивая простую и надежную схему работы EGR. В ее основе лежат два клапана: пневматический (отвечает непосредственно за открытие/закрытие канала для перепуска газов) и электромагнитный (управляет разряжением, подаваемым на пневмоклапан). Как только ЭБУ посчитает нужным отправить часть отработавших газов во впускной коллектор, он подает сигнал на электромагнитный клапан, который при открытии создает условия для создания разрежения в пневмоклапане. Сам пневматический клапан EGR обычно представляет собой подпружиненную диафрагму, воздействующую на шток запорного устройства. При возникновении над диафрагмой разрежения она преодолевает усилие пружины и открывает канал для прохода газов. Описанный алгоритм лишь в общих чертах демонстрирует работу одной из схем рециркуляции выхлопных газов. В каждом конкретном случае она может быть усложнена дополнительными компонентами.
Не вдаваясь в нюансы устройства и функционирования всех видов систем EGR, отметим распространенные особенности их работы. Так, рециркуляция не используется во время прогрева двигателя (при температуре < 60 °С), потому что в этот момент он нуждается в более высокой температуре сгорания рабочей смеси. В бензиновых моторах клапан EGR также закрыт при холостых оборотах и больших нагрузках. В последнем случае подмешивание выхлопных газов привело бы к явному снижению пиковой мощности. Таким образом, ЕГР наиболее активно используется при низких и средних нагрузках, соответствующих скоростному режиму 50-120 км/ч. При этом доля отработавших газов в общем количестве подаваемого на впуск воздуха не превышает 5-10%. В дизельных двигателях рециркуляция начинает работать на холостых оборотах, а содержание выхлопа в воздухе рабочей смеси может достигать 50%. По мере увеличения нагрузки клапан ЕГР постепенно закрывается, уменьшая пропускную способность канала подачи отработавших газов вплоть до полного перекрытия магистрали.
Неисправности EGR и их диагностика
Наиболее слабым местом в системе рециркуляции в большинстве случаев является сам клапан EGR. Его детали находятся в постоянном контакте с раскаленными газами, несущими различные несгоревшие частицы. В результате происходит засорение или отложение нагара на гнезде, что приводит к заклиниванию клапана в открытом или закрытом положении. Частными случаями являются подклинивание, несвоевременное срабатывание. Особенно быстро клапан ЕГР выходит из строя при нарушениях в работе системы питания, приводящих к неполному сгоранию смеси, а также при использовании некачественного топлива.
Симптомами, указывающими на незакрывающийся клапан EGR, являются:
нестабильная работа двигателя на холостом ходу;
снижение мощности дизеля;
рывки при движении автомобиля (особенно в режиме ускорения);
При постоянно закрытом клапане рециркуляции бензиновый двигатель начинает расходовать больше топлива, а дизельный работает более «жестко». Промежуточные варианты вроде медленного срабатывания клапана из-за подклинивания приводят к неочевидным последствиям, но, как правило, в итоге все равно страдает холостой ход.
Если клапан ЕГР отказывается работать, то можно его снять и попробовать почистить. Необходимо обеспечить плотное прилегание клапана к седлу и свободное перемещение штока. Если почистить клапан не удалось, то придется покупать новый, что является удовольствием не из дешевых. Поэтому оптимальным вариантом выглядит периодическое обслуживание системы EGR с проверкой работоспособности всех компонентов и чисткой отдельных, склонных к загрязнению, деталей.
В системе рециркуляции могут возникать и другие неисправности, не связанные с основным клапаном. Нередко из строя выходят управляющие разрежением термоклапаны и соленоиды, а также вакуумные усилители. В ряде случаев может быть нарушена герметичность подводящих трубок или забит канал подачи выхлопных газов. В каждой конкретной ситуации должна производиться диагностика с использованием соответствующих приборов.
Диагностический сканер, подключаемый к ЭБУ, позволяет считать коды ошибок, относящиеся к неправильному функционированию EGR. Для проверки соленоидов и датчиков применяются вольтметр, омметр, осциллограф и другие приборы. Основным пособием при устранении поломок в системе ЕГР должна стать техническая документация к автомобилю, описывающая процедуры проверки элементов. Без подобного руководства трудно вычислить алгоритм работы и определить, при каких условиях тот или иной компонент должен сработать. Из-за этого могут быть сделаны ошибочные выводы.
Отключение клапана EGR
Многие автовладельцы при возникновении проблем с клапаном ЕГР вместо ремонта предпочитают его заглушить. Сложность данной процедуры будет отличаться в зависимости от модели автомобиля. Иногда достаточно вырезать из жести прокладку той же формы, что и штатная прокладка клапана, но только сплошную, без отверстий для прохода газов. Поставив такую прокладку, вы исключите возможность попадания выхлопа во впускную систему двигателя. Правда, в ряде случаев этим все не ограничится, так как ЭБУ на основе информации с датчиков может зажечь CHECK ENGINE. В данной ситуации придется глушить ЕГР программно, прибегнув к помощи специалистов, или ездить с горящей лампочкой.
Преимущества глушения клапана EGR:
Во впускной коллектор не попадает сажа и другие продукты горения;
Увеличивается срок службы моторного масла;
В будущем не возникнет необходимости менять EGR.
Недостатки отключения ЕГР:
Увеличиваются выбросы NOx;
Возможна детонация в бензиновом двигателе;
Может быстрее выйти из строя катализатор.
Все перечисленные плюсы и минусы достаточно условны, так как на разных моделях система рециркуляции взаимодействует с другими системами автомобиля по-разному. Т.е. каждый из списков может дополниться еще какими-нибудь пунктами или потерять часть из них. При отсутствии вопросов к EGR разумным решением будет не вмешиваться в ее работу. Если же клапан начнет давать сбои, то тут в зависимости от своего видения ситуации можно прибегнуть к любому из вариантов устранения проблемы.
