Układy recyrkulacji spalin EGR

Wytężona praca ekologów prowadzi do wprowadzania coraz bardziej zaostrzonych norm dotyczących czystości spalin. Dzięki nim zostały wprowadzone filtry cząstek stałych czy też konwertery katalityczne. System recyrkulacji spalin zwany w skrócie EGR jest akurat najmniej „szkodliwym” dla silnika w naszym samochodzie.

Napisałem najmniej szkodliwym, bo niestety większość z patentów mających na celu zmniejszenie toksyczności spalin, wpływa niekorzystnie na osiągi jednostki napędowej. EGR na szczęście ich nie pogarsza, ale nie oznacza to, że nie jest przyczyną usterek silnika. W końcu najprostsze rozwiązania są zazwyczaj najlepsze, a każdy kolejny element komplikujący pracę silnika, zawsze może być przyczyną jego awarii. Ale o tym na końcu artykułu.

Węglowodory (CH) oraz tlenki azotu (NOx) są obok tlenków węgla (CO) jednymi z najważniejszych trujących związków znajdujących się w spalinach. Obie grupy tych związków są rakotwórcze i bardzo niebezpieczne dla ludzkiego organizmu. Wysoka zawartość jednych i drugich uzależniona jest od tego, jaka mieszanka paliwowo-powietrzna jest spalana w komorach silnika. Przy spalaniu mieszanki bogatej (za dużo paliwa, za mało tlenu), zwiększa się zawartość węglowodorów. Podczas niepełnego spalania długie łańcuchy CH ulegają „porwaniu”, a część z nich nie zostaje utleniona.

Przy spalaniu mieszanki ubogiej (za dużo tlenu, za mało paliwa), kiedy w komorze spalania podnosi się temperatura, lub gdy proces spalania jest bardzo szybki np. na skutek wymuszania wysokich obrotów silnika, rośnie stężenie tlenków azotu w spalinach.

Skrót EGR pochodzi od angielskiego wyrażenia Exhaust Gas Recirculation. Jego działanie polega na wprowadzaniu do komory spalania pewnej ilości spalin. Taki zabieg powoduje powstanie kilku procesów, dzięki którym obniża się zawartość węglowodorów i tlenków azotu w spalinach.

Ponowne wykorzystanie spalin w komorze spalania przyspiesza odparowanie paliwa (przez podgrzanie go), co poprawia przygotowanie mieszanki przed zapłonem. W przypadku spalania mieszanki ubogiej, obniża temperaturę procesu. Spaliny po prostu zastępują część tlenu, który normalnie występowałby w nadmiarze. Dzięki temu ograniczona jest emisja tlenków azotu. Spaliny powodują także utlenianie pozostałych, wcześniej jedynie „poprzerywanych” łańcuchów węglowodorowych.

Oczywiście ilość spalin, która ponownie trafia do komory spalania jest ściśle określona i zależna od obciążenia silnika. Recyrkulacja zwykle następuje w sytuacji zubożenia mieszanki. W silnikach o zapłonie iskrowym wprowadza się ponownie ok. 15-25% objętości spalin o temperaturze ok. 650[sup]o[/sup]C. W silnikach o zapłonie samoczynnym wprowadza się ok. 35-50% objętości spalin, których temperaturę ogranicza się do 450-400[sup]o[/sup]C, przez co niezbędne jest czasem zastosowanie dodatkowego chłodzenia gazów wylotowych.

Istnieją dwa zasadnicze typy układu recyrkulacji spalin – wewnętrzny i zewnętrzny. Pierwszy z nich opiera się na zastosowaniu zaawansowanych rozwiązań w układzie rozrządu. Spaliny wprowadzane są do komory spalania podczas suwu ssania. Opóźnia się zamknięcie zaworów wylotowych przy jednoczesnym otwarciu zaworów dolotowych. W ten sposób w komorze pozostaje część spalin. Taki układ stosuje się w jednostkach wysilonych i wysokoobrotowych, gdzie ważne jest utrzymanie wysokich parametrów zewnętrznych. Nie jest on jednak tak wydajny jak zewnętrzny układ recyrkulacji spalin.

W układach zewnętrznych stosuje się specjalny zawór, który umieszczony jest na kolektorze wydechowym silnika, skąd część spalin trafia do układu ssącego. Zawór sterowany jest przez ten sam komputer, który odpowiedzialny jest za szereg innych parametrów pracy silnika. Korzysta on z sygnałów sond lambda, współpracuje z układem wtryskowym oraz układem zapłonowym. Budowę samego zaworu EGR opiszę w osobnym artykule.

Awarie systemu EGR spowodowane są zazwyczaj zapychaniem się zaworu nagromadzonym nagarem, nieszczelnością przewodów doprowadzających spaliny lub przewodów podciśnieniowych, które są wykorzystywane w działaniu niektórych zaworach EGR. Usterki układ recyrkulacji spalin objawiają się zakłóceniami w pracy silnika, co z kolei przekłada się na nadmierne dymienie z układu wydechowego, nieprawidłową reakcję na naciskanie pedału gazu, nierównomierną pracę jednostki napędowej, jej przegrzewanie się czy większy apetyt na paliwo. W ekstremalnych przypadkach może dojść nawet do spalania stukowego.

Zobacz także:

Źródło: Autotechnika Motoryzacyjna