Метка «выхлопных газов»

21 сентября

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.

4 августа

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.

21 июля

Идущий впереди «Приус»!

Это слово уже стало практически нарицательным, а автомобиль, носящий это имя – почти легендой. В далеком 1997 году «Тойота» первой в мире представила гибридный автомобиль. Название “Prius” было выбрано не случайно – в переводе с латыни оно означает «идущий впереди». С тех пор машина разошлась по миру в более чем миллионе экземпляров. В настоящее время выпускается уже третье поколение.

Конструктивно Prius представляет собой последовательно-параллельный гибрид, то есть его ДВС может использоваться как для подзарядки батареи, так и совместно с электромотором вращать колеса. В последней модели Prius установлены, кроме ДВС, два мотор-генератора. Они представляют собой обратимые электрические машины – могут работать и как электродвигатели, и как генераторы. ДВС работает не по циклу Отто, как в обычных автомобилях, а по циклу Аткинсона. Его суть в том, чтобы эффективнее использовать энергию выхлопных газов. Для этого повышается степень сжатия, что приводит к детонации. А чтобы она не возникала, в цикле Аткинсона увеличивается такт впуска. Поршень уже идет вверх, сжимая смесь, но впускной клапан еще остается открытым. В результате часть смеси выталкивается назад, во впускной трубопровод. Это приводит к снижению насосных потерь и температуры выхлопных газов. Оборотная сторона этих преимуществ – неустойчивая работа на малых оборотах. Но дело в том, что в гибриде при старте и разгоне используется электродвигатель, а ДВС работает только на устоявшихся режимах в оптимальном с точки зрения КПД диапазоне оборотов. Поэтому расход топлива (а значит и выброс токсичных веществ) невелик. Электромоторы и ДВС соединены между собой через планетарную передачу. Управляет работой силовой установки бортовой компьютер. Вся конструкция получила название Hybrid Synergy Drive. Источник питания – никель-металлгидридная батарея напряжением 200 В.

В автомобиле все направлено на экономию и экологичность. Кузов имеет коэффициент лобового сопротивления всего 0,25. При торможении система рекуперации преобразует его энергию в электричество и запасает в батарее. В городском режиме при остановках силовая установка отключается. А как только водитель нажмет на акселератор, электромоторы обеспечат энергичный разгон.

Максимальная скорость автомобиля – 180 км/ч, на электротяге – 70 км/ч. Время разгона до 100 км/ч 9,9 секунды. Снаряженная масса машины 1310 кг. Суммарная мощность силовой установки 136 л.с. Высоковольтная батарея имеет емкость 6,5 А*ч при весе 45 кг. Гарантия на ее безотказную работу – 8 лет. Выброс углекислого газа – 90 г/км. Усредненный расход топлива 5,1 л /100 км.

Но Prius, к сожалению, обладает и рядом недостатков. Прежде всего это высокая стоимость, хотя в ряде стран она частично компенсируется льготами. При длительном бездействии высоковольтная батарея разряжается. Снижается эффективность гибридного привода при низких температурах. Не решена проблема утилизации отработавших батарей.