Как сохранить двигатель с EGR и DPF чистым?

Частые короткие поездки по городу не позволяют DPF самоочищаться, из-за чего двигатель незаметно обречён на засорение.
Частые короткие поездки по городу не позволяют DPF самоочищаться, из-за чего двигатель незаметно обречён на засорение.

Поделиться этой страницей

Системы EGR и DPF/GPF - это две взаимодополняющие технологии снижения выбросов, помогающие двигателю оставаться чистым: EGR возвращает часть отработавших газов обратно в цилиндр, снижая температуру сгорания и изначально предотвращая образование оксидов азота (NOx); DPF, а в бензиновых двигателях GPF, улавливает образующиеся частицы сажи в выхлопной системе и сжигает их путем периодической регенерации. Обе системы спроектированы для очистки, однако, особенно при частых коротких городских поездках, они не успевают завершить циклы самоочистки и со временем засоряются.

Основные моменты

  • В бензиновых двигателях EGR обычно возвращает 5–15% отработавших газов; в дизельных двигателях при определенных условиях этот показатель 50% может достигать.
  • NOx образуется при соединении азота с кислородом при высокой температуре; EGR, снижая эту температуру, изначально уменьшает его образование.
  • Для сжигания сажи в DPF требуется температура в выхлопной системе около 600 °C .
  • В поездках короче 15–20 км двигатель редко достигает температуры, необходимой для пассивной регенерации.
  • GPF в бензиновых двигателях имеет керамическую сотистую структуру со стеночным потоком и устанавливается рядом с каталитическим нейтрализатором или интегрированно с ним.

Почему EGR возвращает отработавшие газы в цилиндр?

На первый взгляд это кажется противоречивой идеей: зачем возвращать в двигатель уже сгоревший газ вместо свежего воздуха? Ответ кроется в химии. NOx образуется при соединении азота и кислорода при высокой температуре в камере сгорания. Чем выше температура, тем больше образование. Система EGR, подмешивая часть отработавших газов во впускной тракт, разрежает количество кислорода в цилиндре; при уменьшении кислорода уменьшается и количество сгорающего топлива, а пиковая температура в цилиндре снижается. При снижении температуры образование NOx изначально предотвращается.

Кроме того, водяной пар и CO2 в отработавших газах имеют иную теплоемкость по сравнению с воздухом, что еще больше снижает адиабатическую температуру пламени. В современных дизельных двигателях возвращаемый газ обычно проходит через охладитель EGR, то есть теплообменник. Благодаря охлаждению можно использовать более высокий коэффициент EGR, а температура заряда, поступающего в цилиндр, остается низкой.

В бензиновых двигателях баланс критически важен: типичный коэффициент EGR 5–15% находится в диапазоне. Если поднять его больше необходимого, нарушается непрерывность фронта пламени; начинаются пропуски зажигания и неполное сгорание. Поэтому EGR задействован не во всех режимах: он отключается при высокой нагрузке, так как снижает пиковую мощность, и на холостом ходу, так как делает сгорание нестабильным. В дизельных двигателях в режимах с избытком воздуха, таких как холостой ход, коэффициент может подниматься до гораздо более высоких уровней. У EGR на бензине есть и побочные преимущества: более открытое положение дроссельной заслонки снижает потери на дросселировании; уменьшаются тепловые потери и химическое разложение.

Почему клапан EGR со временем засоряется?

EGR supabını tıkaran yalnızca kurum değil; sıcak egzoz gazı, yağ buharı ve taze hava manifolddaki katran benzeri tortunun ana malzemesidir.

EGR возвращает отработавшие газы обратно без фильтрации. Абразивные частицы углерода в газе оседают на клапане; со временем клапан загрязняется, ограничивает поток и может полностью заклинить. Заблокированный клапан препятствует снижению NOx и может привести к провалу автомобиля при тесте на выбросы. Накопление углерода происходит не только из-за сажи из выхлопа: смешивание горячего отработавшего газа с парами масла из картера также питает отложения. Когда на дизельных и бензиновых двигателях EGR объединяется с вентиляцией картера (PCV), смесь отработавших газов, свежего воздуха и паров масла может превратиться во впускном коллекторе в липкие смолистые отложения.

Практический вывод отсюда очевиден: избегание факторов, усиливающих образование отложений, и особенно использование качественного топлива, продлевает срок службы клапана. Тепловые проблемы также играют роль в неисправностях EGR; система подвергается постоянным циклам высоких температур.

Как DPF улавливает сажу: как работает регенерация?

У EGR есть своя цена: возврат отработавших газов в цилиндр на дизелях увеличивает выбросы твёрдых частиц, то есть сажи. Именно поэтому DPF размещён в выпускной линии дизельного двигателя, ниже по потоку от него. Фильтр улавливает сажу; однако накопившаяся сажа создаёт обратное давление в выхлопе, и это давление со временем снижает топливную экономичность. Чтобы фильтр мог защитить себя, он должен сжечь уловленную сажу - этот процесс называется регенерацией. Система работает за счёт динамического равновесия между уловленной и окисляемой сажей.

Разница между пассивной и активной регенерацией

Пассивная регенерация происходит без дополнительного вмешательства: при достаточно высоких температурах компонент NO2 из NOx окисляет сажу в фильтре при обычных рабочих температурах. Однако этот процесс лишь частично эффективен и ещё больше ослабевает при высоких коэффициентах EGR. Активная же регенерация - это процесс сжигания, в который вмешивается ECU: в окислительный катализатор впрыскивается дополнительное топливо (срабатывает дополнительный впрыск после впрыска топлива, то есть post injection), температура выхлопа повышается и частицы сжигаются оставшимся в выхлопе кислородом. Сажа превращается в золу и CO2.

Несгораемые металлические и минеральные примеси в топливе и моторном масле не могут быть сожжены при регенерации; они остаются в фильтре в виде золы. После повторных регенераций DPF необходимо снять и очистить специальной внешней процедурой либо заменить. Регенерация управляет сажей, но не управляет золой.

GPF на бензиновых двигателях: чем он отличается от дизельного?

Сажевый фильтр не является эксклюзивом дизелей. GPF - также известный как OPF или PPF - улавливает мелкую сажу и частицы из выхлопа бензиновых двигателей, обеспечивая соответствие стандартам выбросов. По конструкции это керамический сотовый (honeycomb) фильтр, который обычно работает по принципу стеночного потока (wall-flow): когда отработавшие газы проходят через фильтр, частицы задерживаются на стенках ячеек. Расположение при установке имеет значение: GPF размещается рядом с каталитическим нейтрализатором либо интегрируется с ним в единый корпус. Благодаря этому расположению выпускная линия быстро прогревается, что положительно сказывается на очистке фильтра.

Почему городская эксплуатация перегружает эти системы?

Предпосылка регенерации - температура. Чтобы DPF мог сжечь накопившуюся сажу, в выхлопе нужна температура около 600 °C Езда по городу со скоростью ниже 40 миль/ч не даёт достичь этой температуры; пассивная регенерация прекращается, накопление сажи в фильтре ускоряется. 15–20 км В поездках короче мотор редко достигает рабочей температуры, необходимой для пассивной регенерации. В коротких поездках регенерация либо вообще не начинается, либо отменяется до её окончания. Повторяющиеся короткие поездки усугубляют проблемы DPF из-за того, что двигатель не достигает полной температуры выхлопа или не может завершить регенерацию.

Это реальность, о которой часто говорят владельцы дизельных автомобилей: двигатель под капотом может быть в полном порядке, но выхлопная система регулярно нуждается в прогреве. Дизель, используемый только на короткие расстояния, может оказаться неспособным самостоятельно очищать свой фильтр. У читателя возникает соблазн полностью отключить систему: в спорах об удалении EGR, несмотря на заявления о росте мощности, удаление системы повышает температуру сгорания и может усилить износ двигателя и нагрузку на турбину; выбросы NOx при этом серьёзно возрастают. Кроме того, если EGR не удалён вместе с DPF, сажевая нагрузка на DPF и температуры регенерации становятся ещё выше - две системы нельзя рассматривать независимо друг от друга.

Как работают каталитический нейтрализатор и вся выхлопная система?

Чтобы завершить картину, нужно взглянуть на первое звено цепи. Каталитический нейтрализатор - это устройство контроля выбросов, преобразующее ядовитые газы и загрязнители, выходящие из двигателя, в менее токсичные вещества: он снижает содержание оксида углерода, углеводородов и оксидов азота. Как бензиновые, так и дизельные двигатели используют эти устройства для удаления основных загрязнителей. У большинства современных дизельных автомобилей DPF и каталитический нейтрализатор работают совместно для соблюдения строгих норм по выбросам.

Если посмотреть на всю цепь, разделение труда очевидно:

  • EGR - заранее снижает образование NOx внутри цилиндра.
  • Каталитический нейтрализатор / DOC - преобразует компоненты оксида углерода, углеводородов и NOx в выхлопе.
  • DPF - улавливает сажу и очищает себя посредством регенерации.
  • SCR - с помощью добавляемого раствора мочевины преобразует NOx, идущий в выхлопную трубу, в безвредные азот и воду.

Неработающее звено перегружает остальные. Если EGR работает неправильно, контроль NOx переносится за пределы цилиндра; если регенерация не завершается, обратное давление душит двигатель. Двигатель остаётся чистым благодаря тому, что вся эта цепь работает как единое целое.

Сокращает ли EGR срок службы двигателя или продлевает его?

Ответ на этот вопрос неоднозначен. С одной стороны, возврат отработавших газов без фильтрации в дизелях может привести к попаданию сажи в цилиндр, износу поршневых колец и загрязнению масла; с этой точки зрения EGR сокращает срок службы двигателя. С другой стороны, поскольку EGR снижает температуру в цилиндрах, он может защищать двигатель - особенно с точки зрения срока службы выпускного клапана. Эти два эффекта действуют противоположно; то, какой из них перевесит, зависит от условий эксплуатации и от того, насколько чисто поддерживается система. В вопросе эффективности картина тоже запутанная: в дизелях EGR может снижать термодинамический КПД и увеличивать выбросы частиц; в некоторых бензиновых двигателях он может повышать эффективность. Системы охлаждаемого EGR связывают со снижением эффективности примерно на 3% Всеми этими причинами обусловлено то, что некоторые современные двигатели предпочитают достигать целей по выбросам вообще без использования EGR - эта технология не единственно обязательный путь, а средство достижения баланса.

Вывод: чистый двигатель - регулярно прогреваемый двигатель

EGR и DPF/GPF - не альтернативы, а дополнения друг к другу: один подавляет образование NOx внутри цилиндра, другой сжигает оставшуюся сажу в выпуске. Главный враг у обоих один и тот же: короткие и медленные поездки, при которых температура выпуска никогда не достигается. Регулярное преодоление достаточных расстояний на дизельном автомобиле, использование качественного топлива и избегание условий, питающих углеродистые отложения, - вот главные необходимые и достаточные условия для того, чтобы эти системы работали так, как задумано. Когда система забивается, решение чаще всего заключается не в разовой очистке, а в пересмотре привычек эксплуатации.

Источники