Jednym z takich urządzeń jest zawór recyrkulacji spalin EGR. Większość z urządzeń mających za zadanie umożliwić jednostkom napędowym spełnianie wyśrubowanych norm emisji spalin negatywnie wpływają na moc silnika. Na szczęście zawór EGR nie powoduje dodatkowych strat w mocy.
Szkodliwe
składniki spalin: węglowodory CH i tlenki azotu NOx są obok tlenków węgla
jednymi z najbardziej trujących związków znajdujących się w spalinach. Mają one
właściwości kancerogenne, więc mogą powodować raka i są bardzo niebezpieczne
dla ludzi. Wysoka zawartość CH i NOx zależna jest od tego, jaka mieszanka
paliwowo-powietrzna spalana jest w silniku. Podczas spalania mieszanki bogatej
(za dużo paliwa, za mało tlenu), odnotowujemy podwyższoną zawartość węglowodorów
dlatego, że paliwo to nic innego jak łańcuch węgla i wodoru. Innymi słowy
mówić, nie całe paliwo zostaje spalone i wraz ze spalinami dostaje się do
atmosfery.
Podczas spalania mieszanki ubogiej (za dużo powietrza, za mało paliwa), kiedy w
komorze spalania silnika dochodzi do wzrostu temperatury i również gdy proces
spalania jest bardzo szybki, np. na skutek wymuszania wysokich prędkości
obrotowych silnika mamy do czynienia ze wzrostem NOx w spalinach.
Zasada
działania zaworu recyrkulacji spalin EGR (ang. Exhaust Gas Recirculation)
polega na wprowadzeniu pewnej części spalin powstałych w poprzednich cyklach pracy z powrotem do
komory spalania. Dzięki temu dochodzi do zaistnienia kilku procesów, dzięki
którym obniżana jest zawartość CH i NOx w spalinach.
Dzięki ponownemu wykorzystaniu spalin w komorze spalania paliwo podane do
silnika może łatwiej odparować dzięki wzrostowi temperatury, co
niezaprzeczalnie poprawia przygotowanie mieszanki przed jej zapłonem. W
przypadku mieszanki ubogiej obniża temperaturę procesu, ponieważ spaliny
zastępują część tlenu, którego dla mieszanki ubogiej byłoby za dużo, a w
konsekwencji prowadziło by to to podwyższenia temperatur w komorze spalania.
Jak wiadomo powietrze, którym oddychamy składa się z: azotu (78%), tlenu (21%)
i innych składników (1%) Dzięki
doprowadzenia do komory spalania części spalin z poprzednich cykli pracy
silnika i zastąpieniu części powietrza spalinami (przy spalaniu mieszanek
ubogich) redukujemy zawartość tlenków azotu NOx w spalinach, które powstawały,
ponieważ w powietrzu dostarczanym do silnika znajdowało się aż 78% azotu, który
po utlenieniu zamieniał się w tlenki azotu (NOx). Teraz, po zastąpieniu
nadmiaru powietrza podczas spalania mieszanek ubogich zastępowany on jest
częścią salin. Specjalny zawór w zaworze recyrkulacji spalin sterowany
specjalną mapą w zależności m.in od prędkości obrotowej i obciążenia silnika
otwiera się mniej lub bardziej w zależności od warunków pracy silnika i tym
samym umożliwia dostanie się świeżego ładunku mieszanki paliwowo – powietrznej
spalin z poprzednich cykli pracy zastępując tym samym nadmiar niepotrzebnego
powietrza, które ma negatywny wpływ na temperatury panujące w komorze spalania
oraz na emisję szkodliwych składników zawartych w spalinach.
Recyrkulacja
następuje zwykle w sytuacji zubożenia mieszanki paliwowo – powietrznej.
Jeśli chodzi o wartości liczbowe, to w silnikach z zapłonem iskrowym (ZI)
wprowadza się ponownie około 15-25% objętości spalin o temperaturze około 650
st.C, natomiast w silnikach o zapłonie samoczynnym (ZS) wprowadza się około
35-50% objętości spalin, których temperaturę ogranicza się do 400-450 st.C,
przez co niezbędne jest zastosowanie zazwyczaj zintegrowanej z układem
recyrkulacji spalin chłodnicy gazów wylotowych.
Układy
recyrkulacji spalin możemy podzielić na dwa zasadnicze: wewnętrzny i
zewnętrzny.
Wewnętrzny układ recyrkulacji spalin opiera się na zastosowaniu zaawansowanych
rozwiązań w układzie rozrządu. Może to być tzw. przekrycie zaworów. Po suwie
wydechu, kiedy zaczyna otwierać się zawór dolotowy w celu doprowadzenia do
komory spalania świeżego ładunku powietrza, zawór wydechowy przez pewnien
moment pozostaje otwarty i spaliny pochodzące z poprzedniego cyklu spalania
zostają zassane przez podciśnienie panujące podczas suwu ssania w z powrotem do
komory spalania. Takie rozwiązanie konstrukcyjne stosowane jest zazwyczaj w
jednostkach wysilonych (tzn. możliwie jak największa moc z jak najmniejszej
pojemności skokowej silnika) oraz w jednostkach wysokoobrotowych. Układ
wewnętrznej recyrkulacji spalin nie jest jednak tak wydajny jak układ
zewnętrznej recyrkulacji.
U układach zewnętrznych, jak wyżej wspomniano stosowany jest specjalny zawór umieszczony najczęściej w pobliżu kolektora wydechowego silnika.
Nie można
zapomnieć sławnym przysłowiu mówiącym, że gdy czegoś nie ma, to się nie
zepsuje. Mimo prostoty, nawet zawory EGR podatne są na usterki. Najczęstszą z
usterek trapiącą układy EGR jest zapiekanie się i zapychanie zaworu
nagromadzonym nagarem powstałym w procesie spalania zachodzącym w silniku.
Usterki układu recyrkulacji spalin EGR najczęściej objawiają się zakłóceniami w
pracy silnika co przekłada się na nieprawidłową reakcję na naciskanie pedału
przyspieszenia (gazu), nierówną pracę jednostki napędowej, jej przegrzewanie
się i większe zużycie paliwa. W niektórych przypadkach może wystąpić spalanie
stukowe.
Mimo swoich wad, zawory recyrkulacji spalin EGR wśród setek innych zmyślnych urządzeń mających poprawić emisję silnika są tym mniejszym złem niż inne skomplikowane rozwiązania konstrukcyjne.