Система рециркуляции отработавших газов (EGR) – система, обеспечивающая сокращение выбросов оксида азота (NOx) в двигателях внутреннего сгорания. Она используется как в бензиновых, так и дизельных двигателях. EGR работает путем рециркуляции части выхлопных газов обратно в цилиндры двигателя. В бензиновом двигателе часть выхлопных газов вытесняют некоторое количество горючего вещества в цилиндре. В дизельном двигателе выхлопные газы вытесняют избыточный кислород в камере сгорания. Поскольку NOx образуется в первую очередь, когда смесь азота и кислорода подвергается воздействию высоких температур, низкая температура камеры сгорания вызвана рециркуляцией отработавших газов, в результате снижается количество NOx в выхлопных газах. Большинство современных двигателей в настоящее время требуют рециркуляции выхлопных газов для удовлетворения норм выбросов таких, как стандарт ЕВРО и калифорнийский закон о выбросах (в США).

История

Первые системы EGR были грубыми, а некоторые были настолько простыми, что имели всего лишь отверстия между впускным и выпускным  коллектором, по которым выхлопные газы попадали во впускной коллектор при работающем двигателе. Первые сложности заключались в тяжелом старте, грубом холостом ходе и в снижении производительности и экономии топлива. К 1973 году клапан рециркуляции отработавших газов управлялся вакуумным клапаном, который открывался или закрывался для впуска части отработанных выхлопных газов во впускной коллектор только при определенных условиях. Системы управления становилась все более сложными, как производители автомобилей накапливали все больше и больше опыта. Крайслеровская система "Coolant Controlled Exhaust Gas Recirculation" с 1973 года является примером эволюции EGR: вакуумный клапан EGR получает данные с датчика температуры охлаждающей жидкости и открывается только тогда, когда двигатель достигает рабочей температуры. Это связано с тем, что NOx, как правило, не присутствует в холодном двигателе. Кроме того, клапан EGR находился под контролем карбюратора, что позволяло более точно ограничивать поток EGR только при тех нагрузках на двигатель, при которых NOx присутствует в выхлопных газах. Позже клапану EGR было добавлено противодавление с контролем клапана рециркуляции отработавших газов для дальнейшей настройки потока EGR к условиям нагрузки на двигатель. Большинство современных двигателей теперь нуждаются в рециркуляции выхлопных газов для удовлетворения норм выбросов. Тем не менее, последние нововведения привели к разработке двигателей, которые не нуждаются в них. Двигатель 3,6 Chrysler Pentastar является одним из примеров, которые не требуют рециркуляции отработавших газов.

Рециркуляции отработавших газов в двигателях с искровым зажиганием

Выхлопные газы, добавленные в топливо-воздушную смесь, кислород и продукты сгорания увеличивают удельную теплоемкость в цилиндре, которая понижает температуру адиабатического пламени. В обычном автомобильной двигателе с искровым зажиганием(SI) от 5 до 15 процентов выхлопных газов направляется обратно во впускной коллектор, при помощи клапана EGR. Максимальное количество ограничено требованием горючей смеси для поддержания непрерывного фронта пламени при сгорании; чрезмерное количество отработанных газов может привести к пропускам зажигания и частичному воспламенению в цилиндре. Хотя система EGR способствует заметному замедлению сгорания воздушно-топливной смеси, это может в значительной степени быть компенсировано за счет настройки момента зажигания. Влияние рециркуляции отработавших газов на эффективность работы двигателя во многом зависит от конкретной конструкции двигателя, а иногда приводит к компромиссу между эффективностью двигателя и количеству выбросов оксидов азота. Теоретически, при нормальной работе система EGR может повысить эффективность бензиновых двигателей с помощью нескольких механизмов:

Уменьшение дросселирование потерь. Кроме того инертные выхлопные газы во впускной системе означают, что для данной мощности, дроссельная заслонка должна быть сильнее открыта, в результате чего повышается давление впускного коллектора и снижается регулирование убытков.

Снижение отвода тепла. Снижение пиковой температуры сгорания не только снижает образование NOx, оно также уменьшает потери тепловой энергии в камере сгорания, оставляя более доступными для преобразования в механическую работу при увеличении диаметра цилиндра.

Снижение химической диссоциации. Снижение пиковых температур приводит к выделению большей энергии оставаясь разумным вблизи ВМТ, а не связаны (в начале такта расширения) при диссоциации продуктов сгорания. Этот эффект является незначительным по сравнению с первыми двумя. Она также снижает эффективность бензиновых двигателей через еще один механизм:

Снижение показателя адиабаты. Богатая топливо-воздушная смесь имеет более высокую теплоемкость, чем смесь EGR. Снижение удельного соотношения тепла уменьшает количество энергии, которое может быть извлечено при помощи поршня.

Система EGR, как правило, не работает при высоких нагрузках, потому что это приведет к уменьшению пиковой выходной мощности. Потому что происходит снижение плотности заряда в цилиндре. Система EGR также выключена на холостом ходу (низкая скорость, нулевая нагрузка), так как это может вызвать неустойчивое горение, в результате неустойчивая работа двигателя на холостом ходу. Кроме того клапан EGR способствует охлаждению выпускных клапанов, чем увеличивает их ресурс, что достаточно немаловажно.

Так как через систему EGR проходит часть выхлопных газов, то со временем клапан может обрасти нагаром, что будет мешает ему работать правильно. В некоторых случаях может помочь чистка клапана системы EGR, либо замена, если клапан неисправен.

Реализация системы EGR

Как правило, система EGR рециркуляции выхлопных газов реализована путем передачи отработанных газов от выпускного коллектора во впускной коллектор. Эта конструкция называется внешним EGR. Регулирующий клапан в цепи регулирует момент потока газа. Некоторые двигатели включают в себя распределительный вал с относительно большим перекрытием, в ходе которого впускной клапан и выпускной клапан открыт, таким образом, захват выхлопных газов в цилиндр не в полной мере попадают во время такта выпуска. Форма внутренней рециркуляции отработавших газов используется в двигателях работающих по циклу Аткинсона. Еще система EGR может быть реализована при помощи переменной геометрией турбокомпрессора (VGT), который использует переменный входной направляющий аппарат производящий достаточное противодавление в выпускном коллекторе. Современные системы, использующие электронные системы управления двигателем, с несколькими входами управления и сервоприводом клапана EGR призваны улучшить производительность и эффективность и не влияют на управляемость. В большинстве современных двигателей, если неисправен или отключен клапан системы EGR, то компьютер подаст сигнал неисправности и загорится CHECK ENGINE.

Видео по теме:

Ремонт клапана EGR на Lexus

Чистка клапана EGR на Toyota RAV 4 3S-FE

Самые крутые обои на рабочий стол