Автомобиль / Силовая установка / Двигатель внутреннего сгорания / Экологические системы двигателя

Экологические системы двигателя

Экологические системы двигателя - это комплекс узлов, датчиков и алгоритмов управления, предназначенных для уменьшения количества вредных веществ в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания. Английский термин - Engine Emission Control Systems.

В современном автомобиле это не одна отдельная деталь. Система может одновременно включать рециркуляцию отработавших газов, каталитическую очистку, фильтрацию твердых частиц, подачу AdBlue, датчики кислорода, NOx и температуры, а также программные алгоритмы блока управления двигателем.

Экологическая система может нормально работать только при исправном двигателе. Неисправные форсунки, пропуски зажигания, повышенный расход масла, проблемы наддува или неправильное сгорание топлива способны быстро перегрузить катализатор, EGR или сажевый фильтр.

Что входит в экологические системы двигателя

По генеральной структуре TESMA основными подсистемами этого раздела являются:

С ними работают датчики и исполнительные элементы, включая лямбда-зонды, датчики NOx, датчики температуры выхлопных газов, модули дозирования AdBlue и электронные блоки управления.

Для чего нужны экологические системы

После сгорания топлива в выхлопных газах могут содержаться:

оксиды азота NOx;
монооксид углерода CO;
несгоревшие углеводороды HC;
твердые частицы и сажа;
другие продукты неполного сгорания.

Разные системы работают с разными видами загрязнения. Одни уменьшают образование вредных компонентов во время работы двигателя, другие очищают выхлоп уже после выхода газов из цилиндров.

Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор расположен в выпускном тракте и способствует химическому преобразованию вредных компонентов выхлопа в менее вредные вещества.

В повседневной речи этот узел чаще называют катализатором.

Для нормальной работы катализатора важны:

правильный состав топливовоздушной смеси;
отсутствие длительных пропусков зажигания;
достаточная рабочая температура;
исправность датчиков кислорода;
отсутствие повышенного попадания масла или охлаждающей жидкости в выхлоп;
герметичность выпускного тракта.

Катализатор не является причиной любой ошибки эффективности системы. Перед его заменой нужна проверка эффективности катализатора и оценка связанных систем.

Что повреждает катализатор

Наиболее опасные режимы связаны не столько с пробегом, сколько с ненормальным составом и температурой выхлопных газов.

К ускоренному повреждению могут приводить:

длительные пропуски зажигания;
чрезмерно богатая смесь;
попадание моторного масла в камеры сгорания;
попадание охлаждающей жидкости в цилиндры;
механический удар;
перегрев;
разрушение внутреннего блока.

Отдельная страница базы знаний - Разрушение катализатора.

Сажевый фильтр

Сажевый фильтр задерживает твердые частицы, образующиеся при работе двигателя. Наиболее известное обозначение - DPF, Diesel Particulate Filter.

Внутри фильтра накапливается сажа. Периодически система должна повышать температуру выхлопа и проводить регенерацию, во время которой значительная часть сажи окисляется.

Сажа и зольный остаток - не одно и то же. Сажа может сгорать при регенерации, а минеральная зола постепенно накапливается в течение ресурса фильтра.

Пассивная и активная регенерация

При благоприятных условиях часть сажи окисляется при достаточно высокой температуре выхлопа во время движения.

Если этого недостаточно, блок управления может запустить активную регенерацию.

При этом в зависимости от конструкции изменяется режим работы двигателя, чтобы повысить температуру выпускной системы.

На отдельных конструкциях используется блок впрыска для регенерации сажевого фильтра.

Почему сажевый фильтр засоряется

Причина не обязательно связана только с большим пробегом.

постоянные короткие поездки;
незавершенные регенерации;
неисправность EGR;
проблемы форсунок;
неисправность турбины;
повышенный расход моторного масла;
неправильный температурный режим двигателя;
неисправные датчики температуры или дифференциального давления;
большое количество зольного остатка.

Поэтому засорение сажевого фильтра нужно рассматривать как результат определенного процесса, а не только как дефект самого фильтра.

Система EGR

Система EGR возвращает часть отработавших газов во впуск при определенных режимах работы двигателя.

Это помогает уменьшить пиковую температуру сгорания и образование оксидов азота.

Основным исполнительным элементом является клапан EGR.

В зависимости от конструкции система может также включать:

охладитель EGR;
радиатор EGR;
комплект прокладок системы EGR;
каналы подачи выхлопных газов;
привод клапана;
датчики положения или потока в зависимости от конструкции.

Почему EGR загрязняется

Через систему проходят отработавшие газы с продуктами сгорания. В сочетании с масляным туманом во впуске они могут образовывать плотные отложения.

Накопление нагара способно:

ограничить ход клапана;
уменьшить проходное сечение каналов;
не дать клапану полностью закрыться;
вызвать расхождение фактического и расчетного потока;
влиять на стабильность работы двигателя.

Подробнее - Засорение клапана EGR.

Система SCR

Система SCR - Selective Catalytic Reduction - применяется для снижения выбросов оксидов азота.

В выпускной тракт дозированно подается AdBlue. В соответствующих температурных условиях система обеспечивает процессы, благодаря которым NOx преобразуются преимущественно в азот и воду.

SCR - это не только бак с жидкостью.

В систему могут входить:

Почему AdBlue может создавать проблемы

Раствор имеет определенный состав и не должен разбавляться водой или смешиваться со случайными жидкостями.

При высыхании остатков AdBlue могут образовываться кристаллические отложения.

Они способны накапливаться:

возле дозирующего модуля;
в зоне форсунки;
на соединениях;
в поврежденных или негерметичных узлах.

Для этого в базе знаний предусмотрена отдельная страница Кристаллизация AdBlue.

Лямбда-зонд

Лямбда-зонд оценивает содержание кислорода в выхлопных газах.

На бензиновом двигателе его сигнал является одним из ключевых для коррекции подачи топлива и контроля работы катализатора.

В системе может быть несколько датчиков:

до катализатора;
после катализатора;
широкополосные датчики состава смеси;
дополнительные датчики в зависимости от архитектуры двигателя.

Код ошибки лямбда-зонда не всегда означает, что сам датчик нужно немедленно заменить.

На его показания могут влиять:

подсос воздуха;
негерметичность выпуска;
неправильное давление топлива;
форсунки;
пропуски зажигания;
расход масла;
проводка и питание датчика.

Правильное направление - диагностика лямбда-зонда, а не автоматическая замена по одному DTC.

Датчики NOx

Датчики NOx применяются для оценки концентрации оксидов азота в выхлопе и контроля эффективности системы SCR.

Неисправность может быть связана не только с самим сенсором.

Проверяют:

электропитание;
проводку;
разъемы;
обмен данными;
состояние выпускной системы;
работу дозирования AdBlue;
реальную эффективность SCR.

Для этого предусмотрены страницы Проверка датчика NOx и Неисправность датчика NOx.

Датчики температуры выхлопных газов

Температура выхлопа критична для катализатора, регенерации DPF и работы SCR.

Если датчик передает неправильное значение, блок управления может:

не запускать необходимую регенерацию;
прерывать ее;
неправильно оценивать тепловое состояние системы;
записывать DTC;
ограничивать мощность двигателя.

Отдельная неисправность - Повреждение датчика температуры выхлопных газов.

Как экологические системы работают вместе

Неисправность одного узла способна изменить работу других.

Например:

неисправный EGR изменяет состав и температуру выхлопа;
неправильное сгорание увеличивает нагрузку на DPF;
пропуски зажигания могут перегреть катализатор;
неисправный температурный датчик может препятствовать регенерации;
ошибка NOx-сенсора нарушает контроль SCR;
негерметичность выпуска может искажать показания датчиков.

Поэтому экологические системы нельзя диагностировать по принципу «код ошибки - новая деталь».

Почему неисправность двигателя часто является первопричиной

Катализатор, DPF и SCR работают с тем выхлопом, который создал двигатель.

Если двигатель производит слишком много сажи, несгоревшего топлива или масляного дыма, система очистки вынуждена работать за пределами нормальной нагрузки.

Перед дорогостоящей заменой узлов следует проверить:

топливную систему;
форсунки;
систему впуска;
наддув;
компрессию при необходимости;
пропуски зажигания;
расход моторного масла;
температурный режим двигателя.

Основные симптомы неисправностей

горит Check Engine;
двигатель переходит в аварийный режим;
снижается тяга;
увеличивается расход топлива;
часто запускается регенерация DPF;
появляется черный или необычный дым;
чувствуется запах выхлопных газов;
появляется предупреждение AdBlue или SCR;
двигатель работает нестабильно;
после прогрева поведение меняется;
автомобиль ограничивает мощность или возможность дальнейшего запуска в соответствии с логикой конкретной системы.

Ни один из этих признаков отдельно не определяет неисправную деталь.

Check Engine

Лампа Check Engine сообщает о зафиксированном отклонении, но не является названием детали для замены.

При ошибках экологических систем нужно считать:

DTC;
статус ошибки;
freeze frame;
текущие параметры;
условия повторного появления кода.

Снизилась мощность двигателя

Снижение мощности двигателя может сопровождать засоренный DPF, проблему EGR, неисправность наддува, топливной системы и многие другие дефекты.

Если блок управления видит риск для двигателя или системы очистки выхлопа, он может ограничивать крутящий момент.

Автомобиль перешел в аварийный режим

Аварийный режим - защитная реакция системы управления, а не отдельная неисправность.

Его могут вызывать:

чрезмерное противодавление DPF;
критические ошибки EGR;
неисправности наддува;
ошибки датчиков;
проблемы SCR;
другие неисправности двигателя.

Увеличился расход топлива

Увеличение расхода топлива может быть связано с частыми регенерациями DPF, неправильными топливными коррекциями, неисправностью лямбда-зонда или проблемами самого двигателя.

Черный дым

Черный дым обычно связан с повышенным количеством сажи в выхлопе.

Причинами могут быть:

избыток топлива;
недостаток воздуха;
неисправность наддува;
форсунки;
загрязнение впуска;
неправильная работа EGR;
повреждение или отсутствие эффективной фильтрации твердых частиц.

Часто запускается регенерация сажевого фильтра

Частая регенерация сажевого фильтра означает, что нужно найти причину быстрого накопления сажи или неправильного расчета ее количества.

Проверяют:

фактический перепад давления;
датчики температуры;
рабочую температуру двигателя;
форсунки;
EGR;
наддув;
пробег после последней успешной регенерации;
расчетную массу сажи и золы.

Предупреждение AdBlue или SCR

Такое сообщение не всегда означает, что достаточно долить жидкость.

Причины могут быть в:

низком уровне AdBlue;
качестве жидкости;
насосе;
подогреве;
форсунке дозирования;
кристаллизации;
датчике NOx;
проводке;
эффективности SCR.

Правильная процедура - диагностика системы AdBlue.

Основные неисправности экологических систем

Почему нельзя менять DPF только по коду ошибки

Высокая расчетная загрузка сажей или код противодавления еще не доказывают механическое повреждение фильтра.

Нужно различать:

реальное засорение;
ошибку датчика дифференциального давления;
поврежденные трубки датчика;
неправильные температурные показания;
невозможность завершить регенерацию из-за другой неисправности двигателя;
повышенное образование сажи.

Почему нельзя менять EGR только из-за нагара

Загрязнение не всегда означает разрушение электропривода или механизма клапана.

Сначала оценивают:

фактическое положение;
командное положение;
подвижность механизма;
состояние каналов;
электрическую часть;
наличие утечек;
причину повышенного образования отложений.

В части случаев выполняется очистка клапана EGR, а при механическом или электрическом дефекте - замена клапана EGR.

Почему нельзя менять катализатор без проверки двигателя

Если старый катализатор был поврежден из-за богатой смеси, пропусков зажигания или попадания масла, новая деталь окажется в тех же условиях.

Замена следствия без устранения причины может дать только кратковременный результат.

Удаление экологической системы не является диагностикой

Механическое удаление катализатора, DPF или отключение EGR либо SCR не объясняет, почему система вышла из строя.

Такое вмешательство может:

изменить алгоритмы управления двигателем;
создать новые DTC;
ухудшить контроль смеси;
изменить дымность и состав выхлопа;
затруднить дальнейшую диагностику;
противоречить требованиям к выбросам, действующим для конкретного автомобиля и юрисдикции.

Базовый алгоритм диагностики

Уточнить жалобу водителя и условия появления симптомов.
Считать все DTC, а не только первый код.
Сохранить freeze frame.
Проверить текущие параметры на холодном и прогретом двигателе.
Проверить герметичность впуска и выпуска.
Оценить топливные коррекции и стабильность сгорания.
Проверить EGR по командным и фактическим параметрам.
Оценить дифференциальное давление DPF.
Проверить температурные датчики.
Оценить работу лямбда-зондов.
Проверить датчики NOx и систему SCR.
Проверить подачу AdBlue.
Определить, является ли найденная неисправность причиной или следствием другой проблемы двигателя.
Только после этого принимать решение об очистке, регенерации, ремонте или замене.

Для системного подхода предусмотрена страница Диагностика - Экологические системы двигателя.

Измерение противодавления сажевого фильтра

Один из ключевых параметров DPF - сопротивление потоку выхлопных газов.

Однако значение оценивают с учетом:

оборотов двигателя;
нагрузки;
температуры;
конструкции конкретного автомобиля;
исправности датчика и его трубок.

Подробнее - Измерение противодавления сажевого фильтра.

Проверка катализатора

Оценка эффективности может включать:

DTC;
анализ сигналов датчиков до и после катализатора;
проверку состава смеси;
контроль пропусков зажигания;
герметичность выпуска;
температурный режим;
механическое состояние узла.

Ошибка эффективности не должна трактоваться как автоматическая команда купить новый катализатор.

Диагностика SCR

В системе SCR важно видеть всю цепочку:

качество и уровень AdBlue;
подачу жидкости;
давление;
подогрев;
дозирование;
температуру выхлопа;
значения NOx до и после системы, если это предусмотрено конструкцией;
эффективность катализатора SCR.

Что проверить перед заменой дорогой детали

соответствует ли DTC реальным параметрам;
исправны ли питание и масса;
нет ли повреждения проводки;
нет ли утечки выхлопных газов;
исправен ли двигатель;
нормальны ли топливные коррекции;
нет ли пропусков зажигания;
исправна ли система наддува;
нет ли повышенного расхода масла;
не установлена ли ранее неправильная деталь;
выполнены ли необходимые сервисные процедуры после предыдущего ремонта.

Обслуживание экологических систем

Большинство таких узлов не имеет простого универсального интервала «заменить каждые N километров».

Ресурс зависит от:

состояния двигателя;
режима эксплуатации;
качества обслуживания;
качества топлива;
правильного моторного масла;
температурного режима;
успешности регенераций;
своевременного устранения сопутствующих неисправностей.

Основные работы собраны на странице Обслуживание - Экологические системы двигателя.

Короткие поездки и DPF

Когда автомобиль постоянно проезжает несколько километров и глушится до полного прогрева, условия для завершения регенерации могут возникать реже.

Если регенерация регулярно прерывается, загрузка сажевого фильтра увеличивается.

Но не следует пытаться «лечить» любой DPF только длительной поездкой. При критическом заполнении или неисправности датчиков сначала нужна диагностика.

Принудительная регенерация

Принудительная регенерация сажевого фильтра выполняется только тогда, когда ее допускают состояние системы и сервисная процедура.

Перед ней необходимо убедиться, что нет неисправностей, делающих повышение температуры опасным или бесполезным.

Очистка сажевого фильтра

Очистка сажевого фильтра может быть актуальна, если его структура механически исправна, но загрязнение уже не устраняется штатной регенерацией.

Перед очисткой необходимо установить причину заполнения фильтра.

Правильное моторное масло

На двигателях с системами доочистки выхлопа необходимо соблюдать спецификацию моторного масла, предусмотренную производителем.

Неподходящее масло может увеличивать количество зольного остатка и сокращать полезный ресурс DPF.

Масло подбирают по допуску, а не только по вязкости.

Обслуживание AdBlue

Для системы SCR используют только подходящую жидкость необходимого качества.

Не следует:

разбавлять AdBlue водой;
доливать посторонние жидкости;
переливать раствор в грязную тару;
игнорировать кристаллические отложения возле соединений;
заливать неизвестную жидкость только из-за похожего цвета.

Регламентная операция вынесена отдельно - Заправка AdBlue.

Проверка герметичности выпускной системы

Негерметичность до или возле датчиков может влиять на результаты измерений и создавать ошибочное направление диагностики.

Полезная процедура - Проверка герметичности выпускной системы.

Ремонт экологических систем

Ремонт зависит от конкретного дефекта.

Он может включать:

замену катализатора;
замену клапана EGR;
замену лямбда-зонда;
замену сажевого фильтра;
ремонт системы AdBlue;
ремонт проводки и разъемов;
устранение неисправностей двигателя, ставших первопричиной.

Полный кластер - Ремонт - Экологические системы двигателя.

Практические случаи

Сажевый фильтр регенерировал слишком часто

Водитель предполагал, что DPF уже выработал ресурс. По параметрам фильтр действительно быстро набирал расчетную массу сажи. Проверка показала, что двигатель долго не выходил на нормальный температурный режим. После устранения причины частота регенераций нормализовалась. Замена DPF не потребовалась.

Код EGR не исчез после очистки

Клапан очистили от нагара, но ошибка вернулась. При сравнении командного и фактического положения выяснилось, что электропривод не отрабатывает полный диапазон. Очистка устраняла загрязнение, но не электромеханический дефект.

Катализатор хотели заменить из-за ошибки эффективности

Перед заменой проверили выпуск и обнаружили негерметичность перед датчиком. После ремонта соединения и повторной проверки сигналы датчиков нормализовались. Катализатор оставили.

Ошибку SCR приняли за низкий уровень AdBlue

Жидкость долили, но предупреждение осталось. Диагностика показала нарушение дозирования и кристаллические отложения в зоне форсунки. Простое пополнение уровня не могло устранить такую неисправность.

Новый сажевый фильтр быстро засорился снова

Предыдущий ремонт ограничили заменой DPF. Позже выяснилось, что двигатель имел повышенную дымность из-за проблемы топливоподачи. Новый фильтр работал в тех же ненормальных условиях и снова быстро накопил сажу.

Типичные ошибки

менять деталь только по тексту DTC;
удалять DPF вместо поиска причины засорения;
менять катализатор без проверки смеси и пропусков зажигания;
игнорировать расход моторного масла;
считать любой черный дым неисправностью DPF;
считать любую потерю мощности забитым катализатором;
не проверять герметичность выпуска;
не сохранять freeze frame;
стирать ошибки до диагностики;
смотреть только один параметр датчика;
не сравнивать командное и фактическое положение EGR;
не проверять трубки датчика дифференциального давления;
запускать принудительную регенерацию без проверки условий;
многократно запускать регенерацию вместо поиска причины;
путать сажу с золой;
использовать неподходящее моторное масло;
разбавлять AdBlue водой;
заливать неизвестную жидкость в бак SCR;
игнорировать кристаллизацию AdBlue;
менять датчик NOx без проверки системы SCR;
менять лямбда-зонд без проверки смеси и проводки;
не проверять питание нагревателя датчика;
не искать неисправность двигателя, перегружающую DPF;
игнорировать проблемы турбины и форсунок;
считать, что очистка EGR всегда заменяет ремонт;
считать, что промывка восстановит механически разрушенный DPF;
подбирать дорогие компоненты только по модели автомобиля;
сбрасывать адаптации и сервисные счетчики без понимания процедуры;
после замены узла не проверять устранение первопричины.

Товарные группы TESMA

Двигатель и выхлоп

EGR и датчики

SCR и AdBlue

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще почитать по этой теме

Частые вопросы

Что такое экологические системы двигателя?

Это комплекс систем и деталей, контролирующих состав выхлопа и уменьшающих выбросы вредных веществ.

Что входит в экологические системы?

В структуре TESMA основными подсистемами являются каталитический нейтрализатор, сажевый фильтр, EGR и SCR.

Одинаковые ли эти системы на бензиновых и дизельных двигателях?

Нет. Конкретный набор зависит от двигателя, поколения системы управления и экологического исполнения автомобиля.

Для чего нужен катализатор?

Для химического преобразования части вредных компонентов выхлопа в менее вредные вещества.

Для чего нужен DPF?

Для задержания твердых частиц и сажи в выхлопных газах.

Что такое регенерация DPF?

Процесс повышения температуры и окисления накопленной в фильтре сажи.

Вся ли зола сгорает при регенерации?

Нет. Зольный остаток постепенно накапливается.

Для чего нужен EGR?

Для возврата части отработавших газов во впуск в определенных режимах и уменьшения образования NOx.

Почему клапан EGR покрывается нагаром?

Из-за контакта с продуктами сгорания и масляным туманом во впускном тракте.

Всегда ли загрязненный EGR нужно менять?

Нет. Сначала оценивают загрязнение, подвижность механизма и исправность электрической части.

Что такое SCR?

Система селективного каталитического восстановления, применяемая для уменьшения выбросов оксидов азота.

Для чего нужен AdBlue?

Он используется системой SCR как реагент в процессе снижения NOx.

Можно ли разбавлять AdBlue водой?

Нет. Нужно использовать подходящую жидкость необходимого качества.

Что такое кристаллизация AdBlue?

Образование твердых отложений там, где раствор высыхает или работа системы нарушена.

Для чего нужен датчик NOx?

Для оценки концентрации оксидов азота и контроля работы SCR.

Для чего нужен лямбда-зонд?

Для оценки содержания кислорода в выхлопе и работы системы управления смесью и катализатором.

Означает ли код лямбда-зонда, что датчик сломан?

Не обязательно. Причиной могут быть состав смеси, негерметичность, проводка или другие неисправности.

Почему горит Check Engine при неисправности экологической системы?

Блок управления видит отклонение параметров или эффективности системы и записывает соответствующий DTC.

Может ли неисправность DPF уменьшить мощность?

Да, например при высоком противодавлении или переходе системы управления в защитный режим.

Почему DPF часто запускает регенерацию?

Из-за быстрого накопления сажи, коротких поездок, неправильного температурного режима, проблем двигателя или ошибочных показаний датчиков.

Можно ли принудительно регенерировать любой забитый DPF?

Нет. Сначала проверяют допустимость процедуры и отсутствие неисправностей, делающих ее опасной.

Можно ли очистить сажевый фильтр вместо замены?

В части случаев да, если структура фильтра не повреждена и причина загрязнения установлена.

Почему новый DPF может быстро засориться?

Если не устранена первопричина - например, повышенное образование сажи, проблема форсунок, турбины или расход масла.

Может ли неисправный двигатель повредить катализатор?

Да. Особенно опасны длительные пропуски зажигания, чрезмерно богатая смесь и попадание масла в выхлоп.

Можно ли определить забитый катализатор только по потере тяги?

Нет. У потери мощности много возможных причин.

Нужно ли проверять выпуск на герметичность?

Да. Утечки способны влиять на показания датчиков и результаты диагностики.

Можно ли отключить EGR и считать проблему решенной?

Нет. Это не определяет первопричину и изменяет штатную конфигурацию системы контроля выбросов.

Какое масло использовать с DPF?

Масло, соответствующее допуску и спецификации производителя конкретного двигателя.

Достаточно ли только считать ошибки сканером?

Нет. Нужны live data, проверка датчиков, механического состояния, герметичности и работы двигателя.

Что проверять перед дорогой заменой катализатора, DPF или SCR?

Состояние двигателя, смесь, форсунки, наддув, расход масла, датчики, проводку, герметичность выпуска и фактические параметры неисправного узла.

Можно ли ремонтировать экологические системы последовательной заменой деталей?

Это дорогой и ненадежный способ. Сначала нужно локализовать причину.

Вывод

Экологические системы двигателя - это взаимосвязанный комплекс EGR, катализатора, сажевого фильтра, SCR, AdBlue и датчиков, работающий вместе с системой управления двигателем.

Их неисправности нередко являются не изолированной поломкой одной детали, а следствием проблем топливоподачи, впуска, наддува, температурного режима, сгорания или повышенного расхода моторного масла.

Поэтому при Check Engine, потере тяги, частых регенерациях DPF или ошибках SCR правильный порядок один: считать DTC и параметры, проверить двигатель и связанные системы, подтвердить дефект конкретного узла и только затем выполнять очистку, регенерацию, ремонт или замену.

Главная сервисная ошибка в этом разделе - ремонтировать следствие, не устранив причину. Новый катализатор, EGR или сажевый фильтр не сможет долго работать нормально, если двигатель продолжает формировать ненормальный выхлоп.