Tag Archives: система

«Экологические» системы двигателя

Некоторые системы современного двигателя созданы лишь из соображений экологии. Они никак не улучшают его работу, а предназначены только для уменьшения выброса вредных веществ. К ним относятся система вентиляции картера и система улавливания паров бензина.

Система вентиляции картера

При работе двигателя часть отработанных газов, прорываясь через зазоры между поршневыми кольцами и стенками цилиндра, попадает в картер. В результате этого в картере повышается давление, что приводит к ускоренному окислению масла и выдавливанию его через сальники. Особенно характерна такая ситуация для изношенных моторов. Поэтому газы необходимо выводить. Но так как они токсичны, то их не просто выбрасывают в атмосферу, а смешав с воздухом, дожигают в цилиндрах. Для этого служит система принудительной вентиляции картера.

Основной ее частью является клапан. Воздух из впускного тракта через шланг системы вентиляции поступает в картер, где смешивается с картерными газами, а затем через клапан снова направляется во впускной коллектор. Производительность системы зависит от нагрузки двигателя. При малых оборотах разряжение на впуске высокое, плунжер клапана системы вентиляции открыт немного, поэтому и количество пропускаемых картерных газов невелико. С ростом оборотов разряжение падает, и клапан открывается на большую величину – соответственно и увеличивается объем пропускаемых картерных газов.

Для того, чтобы вместе с картерными газами в систему впуска не попадали частицы моторного масла, в системах вентиляции картера современных двигателей применяется маслоотделитель. Все маслоотделители, вне зависимости от конфигурации, по своей конструкции являются лабиринтными, т.е. газы, проходящие через это устройство, меняют направление своего движения, и частицы масла, как более тяжелые, оседают на стенках лабиринта, откуда стекают в поддон картера по специальным каналам.

Система улавливания паров бензина

Пары бензина токсичны не меньше выхлопных газов, и поэтому экологические нормы категорически запрещают их попадание в атмосферу. Для выполнения этого требования предназначена система улавливания паров бензина.

Основные ее части – адсорбер и электромагнитный клапан. Адсорбер представляет собой фильтр из активированного угля. Электромагнитный клапан имеет два положения: «включен» и «выключен». Он срабатывает по команде блока управления двигателем. Пары бензина из топливного бака через шланг попадают в адсорбер и задерживаются им. При работе двигателя контроллер периодически открывает электромагнитный клапан продувки. В результате пары топлива, накопленные в адсорбере, попадают во впускной коллектор и далее сжигаются в цилиндрах двигателя.

На холодном двигателе или при работе на холостом ходу адсорбер не продувается, чтобы не обогащать смесь и не вызывать тем самым нестабильную работу мотора и повышение уровня токсичных выбросов.

    

Система EGR

Exhaust Gas Recirculation – система рециркуляции выхлопных газов, предназначенная для снижения выбросов окислов азота. Она устанавливается и на бензиновые (кроме турбированных), и на дизельные двигатели. В первых при этом снижаются насосные потери и риск детонации, а работа вторых становится более «мягкой». Кроме того, снижается расход топлива.

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.

Принцип работы EGR

Идея состоит в подмешивании части выхлопных газов к воздуху во впускном коллекторе. Повышенное содержание окислов азота в ОГ вызывается высокой температурой в камере сгорания. Катализатором реакции горения, как известно, является кислород. Выхлопные же газы, смешанные с воздухом, уменьшают содержание в нем кислорода. В результате температура сгорания смеси и, соответственно, токсичность ОГ понижаются.

Устройство системы EGR

Основная деталь системы – клапан EGR. Именно с его помощью регулируется количество отработанных газов, подаваемых обратно на впуск. Если принцип работы во всех автомобилях одинаков, то конструктивное исполнение системы может отличаться в зависимости от того, как управляется клапан. В первом типе систем открытие клапана регулируется электрическим способом на основании показаний датчика положения, который передает сигнал контроллеру двигателя. Второй способ управления – электропневматический. Управляющий сигнал формируется на основании показаний датчиков массового расхода воздуха, давления во впускном коллекторе или датчика температуры воздуха на впуске.

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.

Как работает система EGR

Это зависит от типа двигателя. В дизелях клапан открывается на холостом ходу и обеспечивает до 50% 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 холостом ходу и на оборотах максимального крутящего момента. При низкой и средней нагрузке система обеспечивает 5-10% подаваемого на впуск воздуха.

Неисправности системы EGR

Неполадки в работе системы EGR чаще всего возникают из-за отложений нагара на пластине или гнезде клапана. Нагар возникает из-за некачественного топлива, нарушений в работе системы питания и системы вентиляции картера, износа цилиндропоршневой группы, неисправности турбокомпрессора, неисправностей датчиков, от которых зависит управление клапаном.

Засорение клапана приводит либо к его заклиниванию, либо к замедленному срабатыванию. Заклинивание может происходить как при открытии, так и при закрытии клапана. В первом случае результатом будет неустойчивая работа бензинового двигателя на холостом ходу, снижение мощности дизеля. Во втором у бензинового мотора вырастет расход топлива, а дизель будет работать более «жестко». Замедление открытия клапана не приводит к ярко выраженным последствиям и в основном отражается на работе двигателя на холостом ходу.

Система бортовой самодиагностики

Система EOBD проверяет следующие элементы.

Каталитический нейтрализатор. Блок управления двигателя сравнивает значения напряжения на датчиках кислорода, установленных на входе и выходе нейтрализатора, и вычисляет соотношение, по которому оценивается его эффективность работы. Если это соотношение выходит за пределы заданного диапазона, система управления двигателя определяет наличие неисправности каталитического нейтрализатора, а в памяти неисправностей регистрируется соответствующий код. Кроме того, о неисправности сообщается водителю посредством сигнальной лампы токсичности отработавших газов.

Лямбда-зонды. Системой EOBD проводится: диагностика нагревателя лямбда-зонда, проверка времени реакции датчика на входе в каталитический нейтрализатор, проверка предела регулирования датчика на выходе из каталитического нейтрализатора, проверка датчика на выходе из каталитического нейтрализатора в режимах ускорения и замедления.

Система вентиляции топливного бака. Если большое количество топлива связывается в фильтре с активированным углём, топливовоздушная смесь обогащается путем подмешивания этого связанного фильтром топлива к впускаемому воздуху. В обратном случае смесь обедняется. Это изменение регистрируется датчиком на входе в каталитический нейтрализатор и служит подтверждением правильной работы системы вентиляции топливного бака.

Обнаружение пропуска воспламенения для каждого цилиндра может проводиться двумя методами:

Метод обнаружения неравномерности в работе двигателя. Датчики частоты вращения коленчатого вала отслеживают неравномерности вращения, вызванные пропуском воспламенения. По этим данным, используемым совместно с сигналом от датчика положения распределительного вала, блок управления двигателя определяет, какой цилиндр является источником проблемы, регистрирует неисправность в памяти и включает сигнальную лампу токсичности отработавших газов.

Метод мгновенного анализа. Этот метод предполагает сравнение неравномерной частоты вращения коленчатого вала, возникающей из-за пропуска воспламенения, с заданными расчётными входными величинами в блоке управления двигателя на основе данных от датчика частоты вращения коленчатого вала и датчика положения распределительного вала.

Если существует опасность повреждения каталитического нейтрализатора в случае пропуска воспламенения, а кривая скорости находится в диапазоне опасной нагрузки на двигатель, сигнальная лампа токсичности отработавших газов начинает мигать. Подача топлива в соответствующий цилиндр отключается.

Рециркуляция отработавших газов. В момент подачи отработавших газов во впускной коллектор датчик давления во впускном коллекторе определяет увеличение давления (т.е. уменьшение разрежения). Блок управления двигателя сравнивает значение изменения давления с объемом поданных отработавших газов и выводит из этого значения величину, обеспечиваемую системой рециркуляции отработавших газов.

Система подачи вторичного воздуха. Датчик на входе в каталитический нейтрализатор (широкополосный датчик) используется для проверки работы системы впуска вторичного воздуха.

Диагностика предельного давления наддува. Датчик давления наддува передает данные в блок управления двигателя, который определяет неисправность. Но регистрации информации в памяти в этом случае может оказаться недостаточно. Необходимо также отключить турбонагнетатель для предотвращения повреждения двигателя. Для этой цели выпускной клапан турбонагнетателя открывается, и отработавшие газы направляются в обход турбонагнетателя.

Электронная система регулирования мощности. Проверяются датчик положения педали акселератора и датчик угла открытия дроссельной заслонки. О наличии неисправностей сообщает сигнальная лампа электронной системы регулирования мощности (EPC). Если неисправность остаётся и в последующих циклах работы двигателя, система EOBD также включает сигнальную лампу токсичности отработавших газов.

Шина данных CAN. Каждый блок управления двигателя получает информацию о других блоках управления, которые обмениваются информацией по шине данных CAN. Если минимально допустимое количество сообщений не было получено, регистрируется неисправность.

Самодиагностика. Для обеспечения нормальной работы электрических устройств, влияющих на состав отработавших газов, система EOBD непрерывно проверяет их состояние. Кроме того, во время движения производится регулярная диагностика всех систем, влияющих на состав отработавших газов. Результаты диагностики отражаются в коде готовности. Код готовности используется в качестве подтверждения того, что диагностика была выполнена до конца и без ошибок. Этот код не предоставляет информации о том, какие неисправности были обнаружены в системе. Для генерирования и считывания кода готовности можно воспользоваться тестером автомобильных систем, прибором для считывания кодов несправностей, информационно-измерительной системой диагностики.

Системы нейтрализации выхлопных газов

При современном уровне развития техники наиболее эффективным способом снижения токсичности выхлопа является нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливают специальный термический реактор (каталитический нейтрализатор). Постоянное повышение экологических требований к выбросам вредных веществ заставляет автопроизводителей совершенствовать системы нейтрализации.

Системы нейтрализации бензиновых двигателей

Еще при введении норм Евро-3 в методику испытаний добавили режим холодного пуска: измерения производятся сразу же после запуска двигателя при температуре -7 градусов. При отрицательных температурах смесь нужно сильно обогащать – количество СО и СН при этом в выхлопных газах резко возрастает. А не успевший прогреться до рабочей температуры каталитический нейтрализатор практически бездействует.

Для решения этой проблемы было найдено несколько способов. Первый, сравнительно простой – расположить нейтрализатор не под днищем автомобиля, а поближе к выпускному коллектору. Так появились катколлекторы, в которых два узла объединены в один. Для более быстрого прогрева их изготавливают не из чугуна, а из тонкой стали. Чтобы уменьшить потери тепла предусматривается теплоизоляция.

Ускорить прогрев нейтрализатора можно и другим способом – добавить в выхлопные газы воздуха с одновременным обогащением топлива. Таким образом «лишняя» горючая смесь, догорая вне цилиндра, повышает температуру отработанных газов, а они, в свою очередь, быстрее нагревают нейтрализатор. В двигателях с непосредственным впрыском того же эффекта добиваются подачей дополнительной порции бензина во время рабочего хода. Есть и третий способ – разогрев нейтрализатора электрическим термоэлементом.

Повысить точность работы системы нейтрализации удалось добавлением второго датчика кислорода. Первый предназначен для контроля качества смеси – богатая она или бедная. А по показаниям второго контроллер более точно корректирует работу системы топливоподачи. Еще более совершенными являются широкополосные датчики – они способны определять, насколько соотношение воздуха и бензина отличается от стехиометрического.

Произошли изменения и в материале изготовления сот нейтрализатора. Мы привыкли к тому, что их изготавливают из керамики. Но она имеет ряд недостатков – в силу своей хрупкости не переносит тряски и ударов, быстро разрушается некачественным топливом или в случае нарушений в работе ЭСУД. В настоящее время все больше применяются соты из металлической проволоки. Они медленнее прогреваются и имеют меньшую рабочую поверхность, зато легко переносят механические воздействия и высокие температуры. Очень важно также то, что металлические соты создают намного меньшее сопротивление потоку выхлопных газов.

Еще одну проблему пришлось решать для современных двигателей с непосредственным впрыском, которые способны работать на бедных смесях. При этом достигается заметная экономия топлива, однако количество оксидов азота в выхлопных газов также значительно возрастает. Обычный нейтрализатор не в состоянии с ними справиться. Поэтому в выпускную систему дополнительно вводится NO-накопитель. Конструктивно он практически не отличается от обычного нейтрализатора, за исключением веществ, которыми покрываются его соты. Оксиды калия, стронция, циркония, кальция, лантана, бария задерживают оксиды азота. Периодически рабочая смесь обогащается, и накопленные вредные вещества выжигаются, разлагаясь при этом на азот и углекислый газ. Располагается накопитель после нейтрализатора, так как для его работы нужна более низкая температура (около 400 градусов).

Системы нейтрализации дизельных двигателей

Другой подход нужен к дизелям. Здесь приходится бороться с углеводородами, оксидами азота и сажей (твердыми частицами). Сажевые фильтры придуманы давно. В первых конструкциях накопившуюся сажу периодически выжигали при температуре около 600 градусов, кратковременно обогащая смесь. Но при этом увеличивался выброс других вредных веществ. Поэтому в современных конструкциях сажевый фильтр объединили с окислительным нейтрализатором. Одно устройство и оксиды азота разлагает, и сажу сжигает, причем при более низкой температуре (около 250 градусов).

Для очистки выхлопа грузовиков дополнительно применяется технология SCR (Selective Catalitic Reduction). Ее суть – периодический впрыск в нейтрализатор раствора мочевины (AdBlue). Там она превращается в аммиак и вступает в реакцию с оксидами азота. В результате образуются безвредные азот и вода.

Однако возможности ученых и изобретателей не безграничны. Нормы Евро-6, по всей видимости, — предел, достижимый современными ДВС. А дальше придется искать другие экологически чистые источники энергии.