Система рециркуляции отработавших газов. Что нужно знать о EGR.
EGR или Exhaust Gas Recirculation — система рециркуляции отработавших газов — пожалуй, самая противоречивая составляющая современного двигателя. Когда она только появилась, речь шла исключительно о повышении экологичности мотора. Правда, позже заговорили о дополнительных достоинствах. В частности, о том, что EGR исключает детонацию у бензиновых двигателей, а работу дизелей делает менее жесткой. При этом снижает расход топлива и повышает мощность. Но почему тогда услуга по отключению системы рециркуляции газов стала настолько популярной? И не нарушает ли глушение клапана процессы, протекающие в камере сгорания? Не вредит ли двигателю? Наконец, как правильно это осуществить? А может, просто обслуживать/менять?
Появление и его предпосылки
Первые системы рециркуляции отработавших газов начали использовать еще в 70-х годах прошлого столетия. Тогда на фоне появления в мегаполисах такого непривычного явления, как смог, в США, Европе и Японии взялись за повышение экологичности транспортных средств. То есть стали законодательно регламентировать процентное содержание в выхлопе углеводородов (CH), окиси углерода (CO) и окислов азота (NOx). Автопроизводители принялись вводить катализаторы.
Нефтепромышленники отказались от октаноповышающих присадок на основе выводящего их из строя тетраэтилсвинца. А инженеры вдобавок к нейтрализаторам стали разрабатывать разные «помогающие» системы — управляемые электрикой карбюраторы, транзисторное зажигание, рециркуляцию газов. Тем не менее полноценно на рынок EGR вышел только во второй половине 90-х. Причем в первую очередь на дизелях для грузовиков, борьба с чистотой выхлопа которых стояла особенно остро. В начале века были представлены сажевые фильтры — DPF, Diesel Particulate Filter — призванные накапливать несожженные углероды, обратившиеся в твердые частицы, то есть в сажу.
В 2003-м Toyota предложила иной способ избавления от сажи — дожиг ее с помощью дополнительной форсунки и кислорода, выделяемого из окислов азота. Таким образом избавлялись сразу от двух негативных составляющих выхлопа. Чуть позже — в середине 2000-х — на вооружение взяли мочевинную нейтрализацию, или AdBlue. В ней жидкость на основе аммиака реагирует с NOx, вследствие чего на выходе получается азот и водяной пар.
К чему мы все это рассказываем? Да к тому, что оксид азота в составе выхлопа — самое опасное вещество. Как само по себе, так и при учете следующих трансформаций. Дело в том, что в дыхательных путях человека он превращается в азотную и азотистую кислоты. Излишне говорить, что эти соединения делают с легкими. Рождается NOx, как следует из его формулы, из кислорода и азота — под давлением и при высоких температурах. Камеры сгорания двигателя — идеальная для этого среда. Особенно в дизеле, который всегда работает с избытком воздуха. И вроде бы есть катализатор, да только, по мнению конструкторов, он не на 100% справляется с нейтрализацией окислов азота. Оптимальнее создать такие условия, при которых NOx не появлялся бы вовсе. Либо делал это в значительно меньших количествах.
Поэтому уже в нынешнем десятилетии ради соответствия нормам Евро-5 и Евро-6 разработчики грузовых дизелей начали объединять EGR и AdBlue. Хотя на момент появления эти системы друг друга взаимоисключали. Позже такую практику приняли на вооружение и американские производители «траков» — пикапов, а также крупных внедорожников. Естественно, дизельных.
Что же касается европейских и японских джипов и легковушек, то они систему рециркуляции начали получать в период действия эконорм от Евро-2 до Евро-4. Как водится, сначала EGR оснастили премиальные марки/модели с объемными моторами. Затем она пришла в массовый сектор, на малолитражки. В результате сейчас нет дизеля, который бы не имел рециркуляцию выхлопных газов. Для бензиновых же моторов ее наличие далеко не аксиома. Впрочем, у многих моторов она все же есть.
Принцип работы: все просто, но индивидуально
Так каким же выдающимся образом система рециркуляции предотвращает синтез NOx, что она получила практически повсеместное распространение. Вот видео, просто объясняющее принцип действия EGR:
Кому лень смотреть, объясняем «на пальцах». Оксид азота, повторимся, появляется из кислорода и азота воздуха в условиях высокого давления и температуры. Чем выше то и другое, тем больше концентрация NOx. С давлением в камере сгорания сделать по большому счету ничего нельзя. А вот снизить температуру можно. Достаточно разбавить воздух негорючим газом, который есть под боком — в выхлопном тракте. Это, кстати, не только понизит температуру горения, но и снизит концентрацию кислорода, из которого образуется оксид азота.
Первые клапаны EGR были полностью пневматическими.
Однако быстро начали обрастать управляющей электроникой. И сейчас они полностью включены в систему управления двигателем. Считается, что на дизелях клапан рециркуляции открывается на холостом ходу и малых оборотах. На бензиновых моторах — на средних режимах. Хотя на современных двигателях в расчет наверняка принимается куда больше факторов, чем одно лишь положение стрелки тахометра. Скажем, нагрузка на двигатель, забортная температура, смена режимов движения. Кроме того, большинство систем рециркуляции сейчас оснащены охладителями выхлопных газов. Они дополнительно позволяют снизить температуру в камере сгорания. Если через них проведен контур системы охлаждения двигателя, то эти радиаторы делятся теплом с антифризом. Актуально для современных дизелей, чей высокий КПД на холостых оборотах оставляет салоны холодными — отопители в таких условиях работают крайне неэффективно. Наконец, возможность перекрытия кулера EGR позволяет дополнительно регулировать температуру в камерах сгорания.
В общем-то, неплохо для относительно несложной системы. Но, как говорилось выше, рециркуляции в какой-то момент начали приписывать другие чудодейственные свойства. И детонацию она исключает, и работу дизеля делает мягче, и мощность увеличивает, и расход топлива уменьшает. Вот мнение от известного блогера, который подтверждает как минимум последнее: И из этого же видео мы узнаем об основной беде, которую несут EGR. Впрочем, и на эту тему существуют разные мнения. В ролике худшими последствиями назван обрыв клапанов и прогар поршней. А его причиной (смотреть с 18:00) — нагар на впускных клапанах, который формируется из сажи в отработавших газах, что больше характерно для дизеля. И паров масла, прорывающихся через маслосъемные колпачки.
Другое мнение гласит, что обрыв и прогар на дизеле, конечно, возможен. Однако провоцируется это (как минимум последнее) проблемами в топливной системе. А EGR приводит к иным последствиям — к износу цилиндропоршневой группы, о чем ниже.
Тем не менее все специалисты сходятся в одном. Каким бы экологически чистым система рециркуляции ни делала двигатель, сколько бы «лошадей» ни добавляла, а литров топлива ни сохраняла — она неизбежно загрязняется сажей. Более того, всю эту черноту гонит дальше — во впускной коллектор, в каналы головки блока. По худшему варианту она попадает в цилиндры. Но здесь также существуют разные точки зрения.
Иными словами, не все сходятся во мнении о том, как именно EGR приводит к износу ЦПГ. Точнее, какие условия для этого должны быть соблюдены. И тем более нет единства точек зрения насчет того, что нужно делать с системой рециркуляции — обслуживать, менять клапан или глушить весь контур.