Dízelmotorok kipufogógáz-kibocsátásának csökkentésére szolgáló rendszerek

A kipufogógáz-visszavezetés (EGR) a dízelmotor vezérlőrendszerének szerves része, mivel nagy hatékonysága továbbra is nagyon pozitív hatással van a nitrogén-oxidok (NOx) koncentrációjának csökkentésére. Ez abból áll, hogy a kipufogógázokat a motor szívó rendszerébe vezetik be az oxigén mennyiségének és az égési hőmérsékletnek a csökkentése érdekében. Inert gázként a kipufogógáz nagy mennyiségű vízgőzt tartalmaz, ami segít csökkenteni a felmelegedett motor hőmérsékletét, míg amikor a motor hideg, a kipufogógáz-visszavezetés hatékonyan növeli annak hőmérsékletét a működés első perceiben. 

 

A kipufogógáz-visszavezető rendszereknek (recirkulációs rendszerek) két alapvető típusa van: 

• nagynyomású recirkulációs rendszer, amely abból áll, hogy kipufogógázokat von el a kipufogócsonkból, és bevezeti azokat a szívócsatornába,
• alacsony nyomású recirkulációs rendszer, amely abból áll, hogy a kipufogógázokat a részecskeszűrő mögül, a turbófeltöltő előtt vezetik be.
  

2.1. Nagynyomású recirkulációs rendszer

 

A nagynyomású recirkuláció egy klasszikus rendszer, amely hosszú utat járt be és sokat fejlődött az autóiparban. A mai visszavezető rendszerek bonyolultak; az EGR-szelep mellett gyakran van egy kipufogógáz-hűtő és egy kapcsolórendszer is, amellyel kikapcsolhatók. A légcsappantyú, vagy fojtószelep szintén fontos elem, amelynek segítségével a motorvezérlő a kipufogógázok nagyobb mértékű bevonását eredményezheti a recirkulációs folyamatba. Gyakorlatilag minden modern dízelmotoros autóban van kipufogógáz-visszavezető szelep, mivel ez már a motor üzemelésének szakaszában nagyon nagy hatékonysággal csökkenti a nitrogén-oxidokat.

A kipufogócsonkból származó forró kipufogógázt az EGR-szelepen (7) keresztül vezetik az EGR hűtőhöz (5) vagy a kiegészítő szelephez (6). Ha a 6-os szelep zárva van, a kipufogógázt a hűtőn keresztül vezetik; amikor a 6-os szelep nyitva van, a kipufogógáz megkerüli a hűtőt. A motor hőmérséklet kb. 30°C-ig terjedő tartományában előnyös megkerülni a kipufogógáz-hűtőt, hogy gyorsabban felmelegedjen az égéstér. A kezelési algoritmus a rendszertől függően változhat, mivel a kipufogógáz-hűtőt sokszor használják az utastér fűtőberendezésére irányított hűtőfolyadék melegítésére. Magas üzemi hőmérséklet és nagy motorterhelés esetén a hűtő működtetése szükséges, mivel ez csökkenti a keringtetett kipufogógáz hőmérsékletét, ezáltal csökkentve annak térfogatát. Ez a folyamat nagyon előnyös az alacsony nitrogén-oxid-kibocsátás esetén, ugyanakkor pozitív hatással van az égési folyamatra, a motor sokkal csendesebb és működése „lágyabb”. A szívócsatornába bevezetett kipufogógázok csökkentik a motor szívórendszerén keresztül beszívott levegő térfogatát. A motorvezérlő az áramlásmérő (10) segítségével elemzi a levegő térfogatváltozását és beszabályozza a szelep működését. Ha a kipufogógáz térfogata nem elegendő, a motorvezérlő bezárja a légcsappantyút, és további kipufogógáz-áramlást kényszerít ki. Amikor a motor terhelés alatt van, a kipufogógáz-visszavezetést ki kell kapcsolni, mert ez zavarná a turbófeltöltőt, valamint a motor maximális levegőmennyiségét. Amikor a motor terhelés alatt van, a nitrogén-oxidok kibocsátása meredeken emelkedik.

2.2. Alacsony nyomású recirkulációs rendszer

 

Az Euro 6-kompatibilis járművekben a nagynyomású recirkuláción kívül alacsony nyomású visszavezető rendszert is alkalmaznak, azaz a kipufogórendszerből visszavezetett kipufogógázt a turbófeltöltő előtt a motor szívórendszerébe vezetik (2. ábra).

A kipufogógázt a turbófeltöltő kompressziós kereke elé vezetik be, ami megköveteli, hogy nagyon tiszta legyen, ezért az ilyen típusú EGR-hez további szűrőre van szükség. Ezt a szerepet a már használt részecskeszűrő (6) veszi át. Ez a rendszer kipufogógáz-hűtőt is használ (9), de anélkül, hogy leválasztaná (megkerülné) azt, állandóra fel van szerelve. Az EGR-szelep egy kipufogógáz-fojtószelep formájában jelenik meg. (8). A kipufogócső és a kompresszor bemeneti nyílása közötti enyhe nyomáskülönbség miatt úgynevezett kipufogógáz-gyűjtő csappantyút használnak a kipufogógáz megfelelő áramlásának kikényszerítésére. Amikor a motor terhelés alatt jár (a turbófeltöltő üzemel), a kipufogógáz-csappantyú kikapcsol. A kipufogógáz-áramlás szabályozását a légtömeg-mérő végzi. A vegyes üzemmódú rendszerekben (LP EGR + HP EGR) van egy további „nyomáskülönbség-érzékelő az alacsony nyomású recirkulációhoz”, amely a részecskeszűrő kimenete és a kompresszor bemenete közé van szerelve.

 A DTC hibakódtól függően lehet áramlási hiba, mechanikus elzáródás, helytelen jelzés a pozícióérzékelőből, a kimeneti feszültség túl alacsony vagy túl magas volta, és még sok egyéb. Az alábbiakban felsoroljuk a kipufogógáz-visszavezető rendszerhez kapcsolódó DTC hibakódokat.

3.1. A DTC P0400 - P0402 hibakódok értelmezése

 

A P0400-tól a P0402-ig terjedő hibakódok (DTC-k) rendellenes áramlásra utalnak. Ezeknek a hibáknak a diagnosztizálása elsősorban a levegő tömegáram-mérő működésén alapul. A motorvezérlő összehasonlítja a mért levegő tömeget az EGR-szelep vezérlési térképéből származó referencia/sablon tömeggel (4. ábra). Az EGR-szeleptérkép 2 bemenettel és egy kimenettel rendelkezik - a bemenetek a következők: motor fordulatszáma és üzemanyag-adagolása mg/ciklusban, míg a kimenet a szükséges levegő tömeg mg/ciklusban is megadva. A motorvezérlő kinyitja az EGR-szelepet, hogy kiegyenlítse ezeket a tömegeket, és ha van olyan hiba, amely hozzájárul az áramlás megszakításához (koromlerakódás, eltömődött hűtő, hibás EGR-fojtószelep), akkor az ECU rögzíti a megfelelő hibakódot (DTC).

4. ábra Példa a kipufogógáz-visszavezető szelep vezérlő térképére (EDC16 vezérlő). Minél nagyobb az üzemanyag adagolás, annál nagyobb a szükséges tömeg. A motor fordulatszámának növekedése növeli a friss levegő iránti igényt is.

3.2. DTC P0403 - P0404 hibakódok értelmezése

 

A (DTC-k) P0403 és P0404 hibakódok EGR szelep működtető mechanikájához kapcsolódnak. Polaritás-változó PWM elektromos jel (a szelepmechanizmust mozgató egyenáramú motor) meghajtása után az ECU-n belüli DC-meghajtó modul elemzi a motor áramfogyasztását és meghatározza annak helyzetét egy beépített potenciométer (helyzetérzékelő) segítségével. Ha az EGR szelepmechanizmust hajtó villanymotor áramfelvétele túl alacsony vagy túl magas, az ECU P0403 hibát észlel. Ezt nemcsak az EGR-szelep hibája okozhatja, hanem az is, ha meghibásodás van az elektromos rendszerben. A P0404 hiba akkor fordul elő, ha a végállásvizsgálat során nem érik el a szelepállás-érzékelőtől származó előírt feszültségértékeket. A működtető végállásának vizsgálata nagyon gyakran történik például a motor és a gyújtáskapcsoló kikapcsolása után.

 

3.3. Az EGR-rendszer további diagnosztikai problémái 

 

Ha az elvégzett diagnosztika a kipufogógáz-visszavezető szelep olyan hibáját mutatta ki, amely miatt azt ki kell cserélni, nem szabad elfelejteni, hogy a motorvezérlő a teljes EGR- rendszer hatékonyságát diagnosztizálja, amely egyéb alkatrészekből is áll, amelyeket szintén ellenőrizni kell. Az EGR-rendszer diagnosztikai folyamatában feltétlenül figyelni kell az olyan alkatrészekre, mint többek között: rugalmas tömlők, kipufogógáz-csatornák, kipufogógáz-hűtő, légcsappantyú és légtömegáram-mérő. A vegyes recirkulációval rendelkező autók esetében ez a lista további alkatrészekkel bővül, mint például: kipufogógáz-csappantyú, töltőlevegő-hűtő, részecskeszűrő kipufogógáznyomás-érzékelővel, nyomáskülönbség-érzékelő az alacsony nyomású recirkulációhoz, és maga az alacsony nyomású EGR-szelep. Mindezek az összetevők számos hibakódot generálhatnak, ezért ügyelni kell arra, hogy megfelelően működjenek.

 

Az EGR-szelep cseréje után diagnosztikai teszterrel kell elvégezni egy adaptációt, hogy a motorvezérlő újra megtanulja a beépített alkatrész működési tartományát. A rendszer adaptálásának elmulasztása ismét gyors károsodást okozhat az EGR-szelepben. 

Hogyan ellenőrizhető, hogy a kipufogógáz-visszavezető rendszer megfelelően működik-e? 

 

Miután megismertük a recirkulációs rendszer felépítését és működési elvét, összpontosíthatunk annak működésének elemzésére. Ehhez szükség van egy diagnosztikai teszterre, amely képes sok, lehetőleg minden lehetséges mért értékek úgynevezett valós idejű paraméter olvasására (tényleges értékek). Az elemzés álló helyzetben és vezetés közben is elvégezhető. A diagnosztikai eszközben olyan paramétereket kell keresnie, mint például:

 

• légtömeg szükséges értéke - légtömeg mért értéke (az áramlásmérőtől)
• Szívócsonk nyomása (nyomásfokozó)
• A nyomásfokozó szükséges értéke
• HP EGR szelep nyitási helyzete (nagynyomású)
• LP EGR szelep nyitási helyzete (alacsony nyomású)
• Kipufogógáz-csappantyú helyzete (alacsony nyomású EGR-hez)
• Üzemanyag-befecskendezési mennyiség
• Lambda arány (szélessávú lambda szonda)
• NOx-koncentráció (NOx-szonda esetén)
• Kötelező kipufogógáz-áram nagynyomású recirkulációhoz (meghatározott típusokban fordul elő)
• Kötelező kipufogógáz-áram alacsony nyomású recirkulációhoz (meghatározott típusokban fordul elő)
• Tényleges kipufogógáz-áram nagynyomású recirkulációhoz (meghatározott típusokban fordul elő)
• Aktuális kipufogógáz-áram alacsony nyomású recirkulációhoz (meghatározott típusokban fordul elő)
• Henger töltése (az alacsony nyomású recirkuláció szempontjából releváns)

Ezen elemek mellett sok más is van, amelyeket közvetetten érint a kipufogógáz-visszavezetés. A HP EGR, LP EGR és vegyes rendszerekre osztott részletes paraméterek helyességének elemzését a kipufogógáz-utókezelő rendszerekről szóló sorozat későbbi cikkeiben mutatjuk be.

 

Referenciák:

^[1] Konrad Reif.: Dízelmotor-kezelő rendszerek és alkatrészek, Bosch Professional Automotive Information, Springer Fachmedien Wiesbaden 2014.