Системы, соответствующие экологическим нормам “Евро-2” и “Евро-3”
Системы, соответствующие экологическим нормам “Евро-2” и “Евро-3”
Датчик неровной дорогиДатчик неровной дороги (ДНД, рис. 1) является единственным датчиком в системе, который не оказывает прямого влияния на процесс управления двигателем. Он выполняет чисто защитную функцию: по сигналу этого датчика контроллер может на время прерывать распознавание пропусков воспламенения.
Дело в следующем. Согласно законодательству бортовая диагностика автомобиля в комплектации “Евро-3” должна распознавать пропуски воспламенения (о причинах, вызывающих пропуски воспламенения, мы поговорим позже), которые могут привести к превышению допустимого уровня вредных выбросов в атмосферу. Такое превышение возникнет, если в среднем на сто рабочих циклов двигателя будет приходиться три-четыре случая невоспламенения рабочей смеси. Из этого следует, что бортовая диагностика должна быть очень чувствительной, чтобы обнаруживать каждый пропуск воспламенения. В вазовских системах управления определение пропусков воспламенения основано на расчете неравномерности вращения коленвала по сигналу ДПКВ. При отсутствии сгорания в цилиндре время движения поршня от ВМТ к НМТ увеличивается (по сравнению с предыдущим полуоборотом коленвала). Если контроллер определяет значительное замедление поршня в одном из цилиндров, он классифицирует это как пропуск воспламенения. Так как коленвал через трансмиссию жестко связан с колесом, то все биения колеса (замедление — ускорение вращения) при движении по кочкам передаются на коленвал. Из-за этого на неровной дороге резко повышается вероятность ложного распознавания пропусков воспламенения.
ДНД представляет собой акселерометр, принцип его работы основан на пьезоэффекте и аналогичен принципу работы датчика детонации. Датчик устанавливается в подкапотном пространстве на кузове автомобиля и регистрирует колебания кузова в вертикальной плоскости. По амплитуде сигнала ДНД контроллер определяет моменты, когда автомобиль движется по неровной дороге, и на это время запрещает распознавание пропусков воспламенения.Система улавливания паров бензина
Рис. 2. Канистра адсорбера (комплектация "Евро-3)
Рис. 3. Канистра адсорбера (комплектация "Евро-2)Необходимость этой системы на автомобиле обусловлена требованиями законодательства. Начиная с введения норм токсичности “Евро-1” автопроизводители были обязаны не только снижать содержание вредных компонентов в отработавших газах, но и контролировать уровень испарения паров бензина (углеводородов) из систем автомобиля. Основным источником испарения является бензобак. С ростом температуры топлива давление паров бензина в баке повышается и, как следствие, часть паров покидает автомобиль через неплотно закрытую горловину бензобака или через негерметичные соединения трубопроводов. Температура топлива в бензобаке может повышаться по двум причинам:
— высокая температура окружающего воздуха;
— в топливной рампе происходит разогрев поступающего туда топлива. Избыток горячего топлива из рампы возвращается в бензобак по сливной магистрали.
Рис. 4. Клапан продувки адсорбера (комплектация "Евро-3")
Основным элементом системы улавливания паров бензина является угольный адсорбер (рис. 2). Канистра адсорбера имеет три штуцера. Первый штуцер (TANK) соединен трубопроводом с бензобаком. При повышенном давлении в бензобаке пары бензина поступают в адсорбер, где удерживаются активированным углем. Через второй патрубок адсорбер соединен шлангом с дроссельным патрубком, установленным на двигателе. В разрыв шланга между адсорбером и двигателем подключен клапан продувки адсорбера (рис. 4). Когда продувка разрешена, контроллер подает управляющий сигнал на клапан, клапан открывается. Под действием разрежения в задроссельном пространстве двигателя воздух из атмосферы через третий патрубок (AIR) засасывается в адсорбер, смешивается там с парами бензина, далее эта смесь попадает в двигатель, где и дожигается. Чтобы уменьшить влияние продувки адсорбера на результирующий состав топливовоздушной смеси, контроллер управляет воздушным потоком из адсорбера с помощью клапана продувки в зависимости от режима работы двигателя.
На автомобилях в комплектации “Евро-2” клапан продувки установлен непосредственно на канистре адсорбера (рис. 3).Состав отработавших газовНа такте выпуска из камеры сгорания выводятся отработавшие газы. Основными комплектами отработавших газов являются азот (N2), углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Азот, являясь основной частью воздуха, не участвует в процессе горения и составляет приблизительно 71% отработанного газа. Но в незначительном количестве азот реагирует с кислородом, образуя окислы азота NOx. Содержащийся в топливе химически связанный углерод образует при полном сгорании углекислый газ СО2, который составляет примерно 14% отработавших газов. Содержащийся в топливе водород образует при полном сгорании водяной пар Н2О, который большей частью конденсируется при остывании. Все вышеперечисленные компоненты (кроме NOx) являются безвредными для человека и окружающей среды.
Теперь о вредных примесях. Они составляют около 1% отработавших газов. К ним относятся угарный газ СО, углеводороды и частично окисленные углеводороды СН (все эти компоненты являются следствием неполного сгорания топлива), а также окислы азота NOx (они являются результатом побочных реакций с воздухом при любом процессе горения).Каталитический нейтрализаторРанее мы неоднократно упоминали о каталитическом нейтрализаторе и о той функции, которую он выполняет в системе управления двигателем. Пришло время познакомиться с ним поближе.
Рис. 5. Система выпуска автомобиля ВАЗ-21102:
1 — управляющий датчик кислорода; 2 — керамический элемент нейтрализатора; 3 — нейтрализатор; 4 — диагностический датчик кислорода; 5 — дополнительный глушитель
На токсичность отработавших газов можно воздействовать в трех направлениях:
— подготовка топливовоздушной смеси (перед двигателем);
— оптимизация процессов горения (в двигателе);
— последующая доработка отработавших газов на выпуске двигателя.
Рис. 6. Содержание вредных веществ в отработавших газах автомобиля ВАЗ-21102:
а — без каталитической доработки; б — с каталитической доработкой; оптимальный диапазон регулировки состава смеси — 0,99–1,0
В последнем случае речь идет о дожигании не полностью сгоревшего топлива. Дожигание производится с помощью катализатора. Он способствует последующему догоранию (окислению) окиси углерода СО и углеводородов СН, преобразуя их в безвредные углекислый газ СО2 и воду Н2О, а также снижает концентрацию окислов азота NOx, преобразуя их в нейтральный азот N2 (восстановление азота). При помощи катализатора свыше 90% вредных веществ можно преобразовать в безвредные. Нейтрализаторы (рис. 5), устанавливаемые на автомобилях ВАЗ, являются трехкомпонентными, то есть производят одновременную доработку всех трех вредных веществ (СО, СН, NOx). Они оснащены трубчатым каркасом из керамики, которая покрыта слоем благородных металлов (платина и родий). Окислительным катализатором является платина, восстановительным катализатором — родий. Повышенное содержание кислорода в отработавших газах (при сгорании бедных смесей) затрудняет восстановление азота. Пониженное содержание кислорода в отработавших газах (при сгорании богатых смесей) затрудняет окисление окиси углерода и углеводородов. Наиболее полное сгорание и максимальная эффективность нейтрализации вредных компонентов достигается при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси (a=1, см. рис. 6). Вот почему наличие нейтрализатора в выпускной системе двигателя требует введения в систему управления датчика кислорода.
Применение нейтрализатора влечет за собой определенные требования к условиям эксплуатации автомобилей:
— автомобили с нейтрализатором должны заправляться только неэтилированным бензином;
— двигатели автомобилей должны работать без перебоев в воспламенении топливовоздушной смеси, так как несгоревшая топливовоздушная смесь попадает в нейтрализатор, где воспламеняется. Происходит перегрев нейтрализатора и его разрушение.