1. KEZDŐOLDAL
  2. TANUL
  3. CASTROL FASTCAN
  4. DÍZELMOTOROK KIPUFOGÓGÁZ-KIBOCSÁTÁSÁNAK CSÖKKENTÉSÉRE SZOLGÁLÓ RENDSZEREK

DÍZELMOTOROK KIPUFOGÓGÁZ-KIBOCSÁTÁSÁNAK CSÖKKENTÉSÉRE SZOLGÁLÓ RENDSZEREK

1. Bevezetés

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. Hogyan működik az EGR-rendszer?

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.

1. ábra A nagynyomású kipufogógáz-visszavezetés elve, 1- motor, 2 szívócsatorna, 3- légcsappantyú, 4- EGR hűtő bypass, 5- EGR-hűtő, 6- EGR-hűtő bypass szelep, 7- EGR-szelep, 8- léghűtő, 9- turbófeltöltő, 10 légáramlásmérő, 11 - oxidációs katalizátor [1].
1. ábra A nagynyomású kipufogógáz-visszavezetés elve, 1- motor, 2 szívócsatorna, 3- légcsappantyú, 4- EGR hűtő bypass, 5- EGR-hűtő, 6- EGR-hűtő bypass szelep, 7- EGR-szelep, 8- léghűtő, 9- turbófeltöltő, 10 légáramlásmérő, 11 - oxidációs katalizátor [1].

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).

2. ábra. Az alacsony nyomású kipufogógáz-visszavezetés működési elve, 1 motor, 2 szívócsonk, 3- léghűtő, 4- turbófeltöltő, 5 légáramlásmérő, 6 oxidációs katalizátor, 7- kipufogógáz-fojtószelep, 8- alacsony nyomású EGR-szelep, 9- kipufogógáz-hűtő, [1].
2. ábra. Az alacsony nyomású kipufogógáz-visszavezetés működési elve, 1 motor, 2 szívócsonk, 3- léghűtő, 4- turbófeltöltő, 5 légáramlásmérő, 6 oxidációs katalizátor, 7- kipufogógáz-fojtószelep, 8- alacsony nyomású EGR-szelep, 9- kipufogógáz-hűtő, [1].
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.
3. A kipufogógáz-visszavezető rendszer diagnosztikája
 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.
P0400 Kipufogógáz-visszavezető rendszer – Áramlási sebesség meghibásodása  (EOBD)
P0401 Kipufogógáz-visszavezető rendszer – Elégtelen áramlási sebesség észlelése (EOBD)
P0402 Kipufogógáz-visszavezető rendszer – Túlzott áramlási sebesség észlelése  (EOBD)
P0403 Kipufogógáz-visszavezető rendszer – Áramkör meghibásodása  (EOBD)
P0404 Kipufogógáz-visszavezető rendszer – Vezérlő áramkörtartomány teljesítményhiba  (EOBD)
P0405 Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep helyzetérzékelő „A” - Alacsony bemeneti feszültség  (EOBD)
P0406 Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep helyzetérzékelő „A” - Túl magas bemeneti feszültség  (EOBD)
P0407 Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep helyzetérzékelő „B” - Alacsony bemeneti feszültség  (EOBD)
P0408 Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep helyzetérzékelő „B” - Túl magas bemeneti feszültség  (EOBD)
P0409 Kipufogógáz-visszavezető rendszer érzékelő „A” - Áramkör hiba  (EOBD)
P045A Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep „B” - Hiba az áramkörben  (EOBD)
P045B Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep „B” - Áramkörtartomány teljesítményhiba  (EOBD)
P045C Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep működtető „B” - Túl alacsony áramköri jel  (EOBD)
P045D Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep működtető „B” - Túl magas áramköri jel  (EOBD)
P045E Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep működtető „B” - A működtető nyitva maradt (EOBD)
P045F Kipufogógáz-visszavezető rendszer szelep „B” - A szelep zárva maradt (EOBD)

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).

  (Injection quantity, engine speed) Desired Air Mas, mg/cycl.
mg/cycl. 0.0   4.0   8.0   12.0   20.0   30.0   40.0   50.0  
RPM 1/min   2.0   6.0   10.0   15.0   25.0   35.0   45.0   55.0
980 250 250 250 250 250 275 350 400 550 560 560 600 650 680 700 800
1000 250 250 250 250 250 300 400 425 550 560 560 600 650 680 700 800
1250 250 250 275 275 300 363 425 463 550 590 620 630 650 700 800 900
1500 275 275 325 325 350 400 450 475 575 640 690 700 720 750 760 800
1750 300 300 350 350 363 438 475 500 588 663 700 750 780 840 890 900
2000 325 325 375 375 375 475 500 525 600 675 750 775 850 930 1000 1000
2250 375 375 388 388 413 475 508 538 613 688 763 800 880 940 1000 1000
2500 400 400 400 400 450 475 515 550 625 700 775 825 900 960 1000 1000
2750 400 400 400 400 475 500 527 555 638 700 775 830 900 960 1000 1000
3000 400 400 400 400 500 520 540 560 650 700 775 830 900 950 1000 1000
3250 430 430 430 430 510 540 560 590 640 725 785 820 890 940 1000 1000
3500 440 440 440 440 490 525 550 590 625 725 825 900 925 950 1000 1000
3750 450 450 450 450 480 510 540 590 615 725 825 900 925 950 950 970
4000 460 460 460 460 470 500 540 600 640 700 825 900 925 950 950 950
4250 470 470 470 465 460 480 530 590 630 690 783 875 900 925 925 925
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.

 

5. ábra. Csökkent, eltömődött kipufogógáz-áramlási szakasz az EGR hűtőn, ami többek között a következő hibákat okozza: P0400 és P0401
5. ábra. Csökkent, eltömődött kipufogógáz-áramlási szakasz az EGR hűtőn, ami többek között a következő hibákat okozza: P0400 és P0401

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.