(EGR), Citroen C5, Instrukcje naprawy
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Silniki wysokoprężne a ochrona środowiska
Recyrkulacja spalin, w skrócie EGR (Exhaust Gas Recirculation), jest jedną z "przybudówek" ponawieszanych na silniki spalinowe w ostatnich 20 latach, na podobieństwo jakichś glonów na żywej materii. Należy do grona tzw. ulepszaczy spalin i razem z plejadą najrozmaitszych filtrów sadzy, katalizatorów, sond lambda, itp. tworzy pakiet obecnie priorytetowych i obligatoryjnych wynalazków lobby ochrony środowiska. Bez tego zestawu żadne auto z silnikiem diesla lub benzynowym nie może opuścić hali fabrycznej, dopóki nie spełni norm EOBD IV/V, czyli ograniczenia emisji spalin z coraz bardziej rozszerzanym spectrum tlenków, wodorotlenków, azotków oraz sadzy (tu się dopiero dzieją cyrki!), itd. Krótko mówiąc już nic nie wolno wydzielać pojazdom z silnikami spalinowymi.
Te drakońskie ograniczenia dotkliwie uderzyły bezpośrednio w silniki z zapłonem samoczynnym, gdyż straciły - przez wsadzenie czegoś, co je w sposób oczywisty ogranicza - całą przewagę nad benzyniakami, wypracowaną pracowicie przez ostatnie dziesięciolecia: przyspieszenie, żywiołowość, niskie zużycie paliwa i kultura pracy (patrz 3 do 5-ciu wtrysków paliwa w jednej fazie - silniki Common Rail).
Dlatego w USA silniki wysokoprężne nie zrobiły takiej kariery jak w Europie. Surowe normy OBD (On Board Diagnostic), z których większość żywcem przywleczono na grunt europejski i dodano jedynie słówko E (European) - utrudniały wprowadzenie oleju napędowego do amerykańskich samochodów osobowych. Doszła do tego jeszcze niska cena benzyny oraz boom na auta hybrydowe i to stanowiło silną konkurencję dla silników z samozapłonem.
Ciekawostką mało znaną nawet w środowisku znawców przedmiotu jest m. in. odpowiedź na pytanie, dlaczego tak nagle (2007 r.) koncern VW/Audi zrezygnował z ambitnego programu rozwijania i promowania swoich silników z tzw. pompo - wtryskiwaczami. W tym czasie były one skuteczną alternatywą dla rozwijającej się technologii Common Rail (CR) (1997, Fiat) ze względu choćby na znacznie lepszą sprawność hydrauliczną, wyższe ciśnienie wtrysku do 2000 bar w porównaniu z 1350 bar w CR oraz wyższą moc i moment obrotowy przy porównywalnych dawkach paliwa, itp. Otóż trick polega na niespełnieniu norm EOBD przez silniki wysokoprężne "klasyczne" i z pompowtryskiwaczami wskutek braku możliwości płynnego sterowania fazami wtrysku paliwa. Silniki te nie są w stanie, mimo swej technologicznej doskonałości, zrealizować idealnego lub zbliżonego do niego punktu zapłonu. Dlatego, że opierają swoje elementy sterujące na mechanizmach krzywkowych i sprężynowych, a ponadto nie sterują osobno wtryskiwaczami paliwa. Natomiast CR posiada unikatową zdolność indywidualnego, sekwencyjnego, niezależnego od żadnych krzywek czy rozrządu sterowania wtryskiwaczami. Zadanie to powierzono komputerowi wtryskowemu, inaczej ECU (Electrinic Control Unit), który w odróżnieniu od dwóch pozostałych systemów wtryskowych, posiada możliwość całkowitego sterowania wtryskiwaczami. Wystarczy w tym celu zmienić, zmodyfikować program i uzyskać np. ekstremalnie późny wtrysk paliwa, który podwyższa temperaturę spalin i służy do dalszej "obróbki" filtrów sadzy (cząstek stałych) oraz katalizatorów zasobnikowych. Dla osiągnięcia tego samego lub przynajmniej choć trochę zbliżonego efektu "klasyki" i pompowtryski musiałyby przeżyć serię tortur regulacyjnych w swoich w pompach wtryskowych rozdzielaczowych lub na wałkach rozrządów ("napęd" pompowtryskiwaczy), a także sterownikach. A i tak nie osiągnęłyby zadowalających rezultatów. Mają wszakże komputery wtryskowe równie "wypasione" co CR lecz, niestety, niezdolne do indywidualnego sterowania wtryskiwaczami. Można powiedzieć, że te dwa rodzaje systemów wtryskowych "położyła" ochrona środowiska.
Dlatego obecnie cały świat dosłownie przeszedł na Common Rail. Nigdzie nie produkuje się samochodów osobowych z "klasycznymi" silnikami wysokoprężnymi, a także turbodiesli z pompowtryskiwaczmi. Wyjątek stanowią pojazdy użytkowe i ciężkie silniki np. okrętowe, czołgowe, lokomotywy, itp.
O co chodzi z recyrkulacją spalin (EGR)
Najkrócej ujmując recyrkulacja spalin to "dodawanie trochę spalin do powietrza" (5-15%). Właściwie należałoby używać w języku polskim drugiej nazwy, gdyż jest po prostu mniej tajemnicza i zrozumiała dla każdego.
Polega na - wg najprostszego możliwego wyjaśnienia - wstawieniu kawałka nierdzewnej rury pomiędzy kolektor wydechowy (spaliny), a kolektor dolotowy (powietrze). Wskutek tego spaliny po części "skręcają", niektórzy mówią "zawracają", do układu powietrza. Oczywiście, następstwa operacji niekontrolowanego wdzierania się spalin do obwodu powietrza byłyby katastrofalne dla pracy silnika, począwszy od utrudnionego lub niemożliwego rozruchu, poprzez nierównomierne obroty biegu jałowego, "szarpanie", a nawet zatrzymanie, gdyż spaliny po prostu "wypychałyby" świeże powietrze z kolektora dolotowego. Dlatego konieczne jest sterowanie dawki spalin możliwie jak najprecyzyjniej, tak, aby np. w momencie zapłonu w ogóle ich nie było w powietrzu, a jedynie na biegu jałowym i do obrotów ok. 2500 obr/min. Podczas długotrwałego utrzymywania silnika na biegu jałowym (np. ogrzewanie taxi na postoju) oraz niskich obrotach wydziela się nadmierna ilość azotków (NOx) wskutek wysokiej temperatury spalania. Dodatek spalin do powietrza w tym momencie obniża temperaturę zapłonu oraz redukuje ilość tlenu w spalinach. Natomiast gdy silnik wchodzi na wysokie obroty nie może otrzymywać dodatkowej porcji spalin, gdyż w sposób oczywisty "zduszałoby" to silnik.
W związku z tym wstawiono coś w rodzaju "kranika" w rurę obejściową, a jest nim zwykły zawór pneumatyczny, "grzybkowy", jako element wykonawczy dawki spalin wpuszczanych do powietrza (więcej spalin/mniej spalin). Jest uruchamiany, w zależności od pomysłowości konstruktorów, albo podciśnieniem z osobnej pompki podciśnieniowej, albo elektrycznie (cewka elektromagnetyczna).
Można powiedzieć zatem, że przyjęły się dwa rozwiązania w sterowaniu, ogólnie nazywane "recyrkulacją zewnętrzną" ("recyrkulacja wewnętrzna" dotyczy benzyniaków):
1) Sterowanie za pośrednictwem podciśnienia, wytworzonego za pomocą osobnej pompy podciśnieniowej, mechanicznej, napędzanej wałkiem rozrządu lub elektrycznej. Podciśnienie z pompki podawane jest giętkimi przewodami (10) do zaworu pneumatycznego, inaczej siłownika (1 - fotka poniżej) z mechanizmem grzybkowo-sprężynowo-membranowym.
Ponieważ nastawnik zawiera element elektryczny więc łatwo się domyślić, że chodzi jak zwykle o cewkę elektromagnetyczną, którą konstrukcyjnie można przystosować do sterowania m. in. podciśnieniem. Funkcję nadzoru podciśnienia przejmuje w tym momencie sterownik ze swoimi mapami charakterystyk wtryskowych, który bezpośrednio impulsuje elektrozawór tzw. prądem taktującym. Jeżeli sterownik poda większy prąd na cewkę nastawnika (5), to popłynie większe podciśnienie na zawór pneumatyczny wykonawczy (1) i w rezultacie więcej spalin dostanie się do powietrza. I odwrotnie, jeżeli sterownik odetnie zasilanie elektryczne, nastawnik powinien również odciąć dopływ podciśnienia do zaworu pneumatycznego. Siłownik (1) nie może więc przepuścić ani grama spalin do powietrza. W praktyce często się zdarza, że przez ten skomplikowany układ podciśnieniowo-pneumatyczno-elektryczny "przecieka" dużo niekontrolowanych spalin do powietrza, powodując niezliczone kłopoty przede wszystkim w spadku mocy silnika, problemach rozruchu, nierównych obrotach, a nawet gaśnięciu. Recyrkulacja spalin sterowana podciśnieniowo posiada aż 4-stopnie, jakby elementy współdziałające, ściśle od siebie uzależnione i dające "efekt domina" w chwili zakłócenia:
- Prąd elektryczny taktujący, podawany przez sterownik na cewkę elektromagnetyczną;
- Podciśnienie wytwarzane przez pompę mechaniczną łopatkową lub elektryczną;
- Przewody giętkie łączące pompę podciśnienia z 2-ma zaworami;
- Spaliny dozowane bezpośrednio przez siłownik pneumatyczny.
Każdy z tych "mediów", z chwilą jakichś wahań, potrafi skutecznie zakłócić pozostałe. Jeżeli na kablach elektrycznych powstanie "styk chwiejny", to w sposób oczywisty przenosi się to na cewkę elektromagnetyczną, która zamiast np. zamykać dopływ podciśnienia, otwiera je. Podciśnienie zamiast zamykać zawór pneumatyczny, otwiera, itd.
Rozwiązanie ze sterowaniem podciśnieniowym dotyczy aut starszych z silnikami I-ej i początkowo II-ej generacji HDI, m. in. cytowanym 2,0 HDI 90/110 KM z systemem wtryskowym Bosch i Siemens. Modyfikacje polegają m. in. na zastąpieniu pompy podciśnienia mechanicznej - elektryczną. Po prostu zamiast wałka rozrządu pompką kręci silnik elektryczny. Inną ciekawostką jest wbudowanie chłodnicy na rurę EGR (4 - Recyrkulacja spalin (EGR), 407 1,6 HDI FAP). Odtąd spaliny są schładzane tak jak powietrze doładowania - lecz nie intercoolerem typu "powietrze-powietrze" ale cieczą chłodzącą z ogólnej instalacji chłodzenia silnika.
Jak widać na oscylogramie, podczas otwierania i zamykania siłownika EGR masa zasysanego powietrza musi się odpowiednio zmniejszać lub zwiększać. Jeżeli tak się nie dzieje, oznacza 3-punktową opcję rozwiązania problemu j/w.
b) Sterowanie elektryczne
Najskuteczniejszym i najszybszym sposobem jest badanie z użyciem skanera diagnostycznego, gdzie jedną z funkcji pozostaje sprawdzanie nastawników. Natomiast występujący tutaj dodatkowo czujnik skoku zaworu bada się woltomierzem, a najlepiej oscyloskopem. Ponieważ czujnik jest całkowicie miarodajnym narzędziem kontroli zaworu wykonawczego, dlatego pomiar jego napięcia sygnału woltomierzem daje wiarygodny obraz, czy zawór uruchamia się prawidłowo, czy nie. Przebieg sygnału powinien więc narastać szybko i równomiernie, gdy zawór otwiera się i odwrotnie, maleć, gdy zamyka. Jeżeli sterowanie zaworem nie przebiega prawidłowo i nie otwiera się w ogóle lub porusza z dużym opóźnieniem, należy dokładnie sprawdzić, czy usterka tkwi w elektryce, czy w mechanice. W tym wypadku pomocnym jest znów diagnoskop, przy pomocy którego możemy śledzić wartości współczynnika trwania impulsu zaworu i jednocześnie skok zaworu na czujniku. Duża wartość współczynnika trwania impulsu (np. powyżej 60%) oznacza, że zawór EGR powinien być otwarty, a jego ruch potwierdzony czujnikiem skoku zaworu. Rozbieżności między nimi są weryfikowane z danymi nominalnymi, które przy markowym diagnoskopie dają stan faktyczny układu. Jeżeli brak jest solidnego skanera, pozostaje żmudne "dziubanie" przy kabelkach i stykach za pomocą omomierza, woltomierza, itd.
Pokrewne tematy i przydatne linki:
Intercars" budowa i działanie EGR
Sprawdzanie i zaślepianie zaworu EGR
[ Pobierz całość w formacie PDF ]