При высокой температуре в камере сгорания, азот, находящийся в воздухе, начинает вступать в химическую реакцию с кислородом, образуя токсичные соединения оксиды азота. Для снижения содержания окиси азота в выхлопных газах начиная с 1972 года на автомобилях стала использоваться система рециркуляции отработавших газов EGR exhaust gas recirculation.
Так как окись азота возникает при слишком высокой температуре в камере сгорания то, ее необходимо снизить. Снизить температуру решили путем использования отработавших выхлопных газов, подавая их во впускной коллектор, а затем в камеру сгорания вместе с топливной смесью. Содержание отработавших газов в заряде топливной смеси, слегка ухудшает процесс горения, тем самым предотвращая пиковые температуры. Для предотвращения появления окиси азота требуется не большое количество отработавших газов, поэтому состав топливовоздушной смеси остался практически неизменным. Что бы сделать выхлоп менее токсичным пришлось пожертвовать небольшой потерей мощности двигателя, но эта потеря так же,не существенна.
Впервые рециркуляция отработавших газов была применена на автомобилях Chrysler в 1972 году. Первый опыт применения данной системы оказался неудачным из-за не совершенства конструкции и не получил дальнейшего развития. В данной системе через впускную трубу находящуюся ниже карбюратора подводились выхлопные газы, поступающие в топливовоздушную смесь через калиброванное отверстие. Не совершенство данной конструкции проявлялось в том, что выхлопные газы поступали в цилиндры на всех режимах работы двигателя, тем самым замедляя прогрев холодного двигателя, к постоянной потере мощности при нагрузке, когда она так необходима и к неустойчивой работе на холостых оборотах.
В том же 1972 году только теперь уже на автомобиле Buick была применена другая пневмомеханическая система рециркуляции отработавших газов. Данная система по сравнению с первой оказалась более удачной, применение данной системы можно встретить на некоторых автомобилях и по сей день.
В системе используется пневматический клапан EGR, располагается он между выпускным и впускным коллектором за дроссельной заслонкой. Клапан устроен следующим образом:
В спокойном состоянии клапан под действием пружины находится в закрытом состоянии. Когда в камере появляется вакуумное разряжение, то диафрагма устремляется вверх, преодолевая усилие пружины и тем самым открывая клапан. Когда разряжение в камере уменьшается, то под действием пружины клапан вновь возвращается в закрытое положение. Таким образом, положение клапана зависит от степени разряжения в вакуумной полости.
Рис 1 - Клапан EGR с пневматическим управлением.
1- Пружина. 2 – Вакуумная камера. 3 – Вакуумный шланг. 4 – Диафрагма. 5 – Клапан. 6 – Выход к впускному коллектору. 7 – Вход от выпускного коллектора.
Теперь рассмотрим подробнее работу клапана EGR на разных режимах двигателя. Мы уже узнали, что клапан EGR находится между выпускным и впускным коллектором после дроссельной заслонки. Вакуумная камера клапана соединена с впускным коллектором перед дроссельной заслонкой.
Рис 2 – Подключение клапана EGR.
1 – Дроссельная заслонка. 2 – Вакуумная трубка. 3 – Вакуумная камера. 4 – Клапан. 5 – Вход от выпускного коллектора.
На холостом ходу, дроссельная заслонка закрыта и перед ней практически отсутствует разряжение. Получается что на холостом ходу, когда появление оксидов азота в выхлопных газах не существенное клапан EGR у нас не в работе, тем самым у нас стабильные холостые обороты.
При средних нагрузках на двигатель, дроссельная заслонка у нас находится в приоткрытом состоянии. В таком положении за дроссельной заслонкой образуется разряжение, которое воздействует на диафрагму и открывает клапан. Таким образом, в режиме средних нагрузок, когда у нас возникает основная масса окиси азота, клапан EGR находится в рабочем состоянии.
В режиме полной нагрузки дроссельная заслонка находится в открытом положении, вследствие этого разряжение снижается, и клапан у нас закрывается, дав возможность двигателю выдать максимальную мощность.
В результате клапан данной системы рециркуляции отработавших газов работает как положено в момент средних нагрузок на двигатель, но остался один минус. Работа клапана EGR стартует сразу после того как мы завели двигатель, даже когда он еще не прогрет, тем самым увеличивая время прогрева и ухудшая работу холодного двигателя. Решением данной проблемы стало использование дополнительного термоклапана установленного в разрез вакуумной трубки. Этот клапан может устанавливаться на радиаторе или на трубке охлаждения.
Рис 3 - Термоклапан.
1 — Запирающий клапан. 2 — Патрубок к впускному коллектору. 3 — Клапан открыт. 4 — Патрубок к клапану EGR. 5 — Термочувствительный элемент. 6 — Охлаждающая жидкость.
Суть термоклапана заключается в том, что пока двигатель холодный вакуумный канал у нас перекрыт, и клапан EGR находится в закрытом состоянии. При прогреве двигателя шток термоклапана перемещается вверх, открывая вакуумный канал и вводя в работу клапан EGR.
Таким образом, получается, что при использовании в системе термоклапана у нас исключается работа клапана EGR на холодном двигателе.
Пневматические системы рециркуляции отработавших газов работают достаточно надежно, но их точность в зависимости от нагрузки оставляет желать лучшего, поэтому на смену данной системы пришли системы EGR с электронным управлением.
Рис 4 – Система рециркуляции отработавших газов с электронным управлением.
1 – Поступление свежего воздуха. 2 – Дроссельная заслонка. 3 – Отвод выхлопных газов из выпускного коллектора. 4 – Блок управления двигателем. 5 – Клапан EGR. 6 – Выпускной коллектор.
В системе рециркуляции отработавших газов с электронным управлением всем процессом управляет электронный блок управления двигателя, который на основании сигналов с датчика температуры двигателя, положения дроссельной заслонки, датчика давления во впускном коллекторе и т.д.на разных системах используются сигналы с разных датчиков, управляет клапаном EGR, подбирая необходимое пропускное сечение клапана необходимое при данном режиме нагрузки.
В данной статье рассмотрено основное классическое устройство и работа клапана рециркуляции отработавших газов. На разных автомобилях могут использоваться различные модифицированные системы EGR, но во всех заложен общий принцип работы.