Istoricul recirculării gazelor de eșapament

8 februarie 2024, 10:17

A existat o perioadă în timpul erei motoarelor cu ardere internă când nu s-a luat în considerare poluarea implicată în operarea vehiculelor. Când s-a încheiat, inginerii au încercat să o reducă prin orice mod posibil și ușor de fezabil pentru a îndeplini limitele de emisie stabilite de autorități. Aproximativ, se poate spune că, odată cu apariția tuturor standardelor euro, cantitatea de substanțe nocive emise s-a redus la jumătate și din această cauză s-a ajuns la punctul în care producătorii au fost nevoiți să crească eficiența de ardere a combustibilului cu diverse dispozitive auxiliare.
În acest articol, recircularea gazelor de eșapament în motor este prezentată într-un mod general.

Fie că este vorba de benzină, motorină, GNC sau orice combinație de hidrocarburi arse într-un motor cu ardere internă, în mod ideal, rezultatul final va fi dioxid de carbon și apă. În realitate, împreună cu oxigenul din aer, azotul intră și în camera de ardere și nu puțin - și acesta devine un fel de oxid de azot, în funcție de calitatea arderii. Desigur, această ultimă caracteristică afectează și proporția de dioxid de carbon și monoxid de carbon din cărbunele ars din hidrocarburi.
Gazele de eșapament conțin și multe alte substanțe (funingine, oxizi de sulf, hidrocarburi nearse) - niciuna dintre ele nu este neapărat de dorit în mediu. Arderea incompletă a oxizilor de carbon și azot este deosebit de periculoasă. Aceste gaze nu sunt doar periculoase, dar au un efect extrem de toxic asupra unei părți semnificative a lumii, inclusiv asupra oamenilor. În consecință, s-a luat decizia de a menține aceste elemente departe de mediu.

În aceste cazuri, arderea imperfectă poate fi făcută perfectă dacă se asigură din nou condițiile de ardere. Acest lucru se realizează prin recircularea gazelor de eșapament înapoi în camera de ardere, iar partea care nu a fost încă complet oxidată să ardă din nou. Desigur, nici procesul nu este perfect dar o parte semnificativă a particulelor incomplet arse este neutralizată în acest fel.

Supapa EGR Volkswagen (Sursă: www.wikipedia.org)

Cu toate acestea, sistemul are și dezavantaje. Pe lângă complexitatea suplimentară și funcționalitatea mai costisitoare, inginerii au trebuit să realizeze și că nu merită operarea supapei EGR în toate condițiile de funcționare. De exemplu, până când motorul ajunge la temperatura de funcționare, nu există aproape nicio combustie imperfectă din cauza raportului de amestec complet diferit, așa că aici am împiedica doar procesul de încălzire.
Prin urmare, în 1973, concernul Volkswagen-Audi a venit cu o supapă EGR ai cărei senzori monitorizează temperatura lichidului de răcire și când acesta atinge temperatura de funcționare, sistemul pornește. Aceasta a fost numită recircularea gazelor de eșapament controlată de lichidul de răcire.

O altă problemă similară este cazul încărcării complete. Recircularea gazelor de eșapament înlocuiește oxigenul proaspăt din spațiu proporțional cu volumul său, deoarece are o temperatură mai mare, densitatea sa este și mai mică, astfel încât mai puțin combustibil poate fi ars în timpul unei anumite secvențe de curse. Ca urmare, puterea livrată va fi mai mică, ceea ce afectează foarte mult caracteristicile de conducere ale mașinii la accelerație maximă. La sarcină parțială, acest lucru nu are, în mod evident, o importanță reală, dar din această cauză, sistemul se oprește și în apropierea puterii maxime.
Pentru ca acest lucru să funcționeze, au început să folosească traductoare de contrapresiune pentru a controla supapa EGR și astfel au putut adapta cu ușurință funcționarea la condițiile de sarcină ale motorului.

Funcționarea
Recircularea gazelor de eșapament ridică și alte probleme dincolo de pierderea performanței. La motoarele Otto, cantitatea maximă de gaze de eșapament care poate fi returnată în camera de ardere nu este mai mare de 15%. Motivul principal pentru aceasta este că amestecul trebuie să mențină un front continuu de flacără în timpul arderii, altfel motorul se poate aprinde greșit.
O problemă practică semnificativă este că supapa EGR, deoarece recirculează gazele de eșapament se poate înfunda cu ușurință. În sistemul său de conducte se  poate înfunda cu cocs și acest lucru afectează foarte mult eficiența funcționării sale. Supapele înfundate pot fi curățate din fericire, dar se întâmplă adesea ca contaminarea să ducă la o defecțiune care poate fi remediată doar prin înlocuirea piesei.
Gazele de eșapament prea fierbinți și prea scăzute ca densitate, înrăutățesc semnificativ eficiența volumetrică. Pentru a compensa parțial acest lucru, unele sisteme includ și un răcitor pentru a crește densitatea gazului.
Pe de altă parte, efectul pozitiv este că pierderea de căldură a suprafețelor camerei de ardere este redusă în timpul funcționării EGR și pierderea supapei de accelerație este mai mică, deoarece trebuie deschisă mai mult pentru a atinge valoarea de perfomanță dată.

Saab 90 cu supapa EGR din 1987 (Sursă www.wikipedia.org)

Deși poate fi găsit la o mulțime de unități de putere, de fapt, nu ar trebui să ne gândim că nu există un motor modern fără supapă EGR. Multe inovații au ieșit la iveală recent, unde această soluție poate fi eliberată și astăzi (vezi: Chrysler Pentastar 3.6).

Motoare diesel
Deși supapa EGR poate fi folosită și în blocurile alimentate cu motorină, problema a trebuit abordată diferit în anumite privințe.
Atunci când se arde motorină, proiectanții încearcă să atingă cea mai ridicată temperatură de ardere posibilă, deoarece aici are loc cea mai perfectă ardere. Dezavantajul este că, cu cât căldura de ardere este mai mare, cu atât tendința de a se forma oxizi de azot este mai mare.
În cazul motoarelor diesel, aproape toate sistemele EGR sunt răcite – versiunile nerăcite sunt de obicei numite recirculare a gazului cald (HGR).
Avantajul motoarelor diesel este că nu sunt limitate de un front de flacără continuu și funcționează deja cu un exces de aer constant, astfel încât până la 50% din gazele de eșapament pot fi returnate în camera de ardere. Este important ca acest raport să poată fi realizat în practică doar la ralanti, sistemul producând valori mai mici în alte condiții de funcționare.
Avantajele semnificative vin cu dezavantaje semnificative: probabil cea mai semnificativă dintre acestea este reducerea duratei de viață a motorului. Supapa EGR returnează gazele de eșapament ale motorului diesel către motor fără filtrare care conține particule mari de funingine, și anume într-o cantitate semnificativă. Acestea provoacă uzură abrazivă pe peretele cilindrului și dacă trec prin segmentul pistonului, pot cauza chiar uzura întregului motor.
Prin urmare, nu este o coincidență faptul că acest dispozitiv – deși contribuie la îndeplinirea standardelor de protecție a mediului – face dezbinare între șoferi și profesioniștii mecanici.

Comentarii

Comentariul trebuie sa conțină mai mult de 5 caractere!

Vă rugăm să acceptați regulamentele!

Nu există comentarii. Fii primul!