Fot. Delphi

Elektromagnetyczny zawór EGR

System EGR (exhaust gas recirculation) odprowadza specjalnym zaworem część spalin do przewodu dolotowego silnika, co poprawia przebieg spalania, ale bywa też źródłem technicznych problemów.

Główną korzyścią wynikającą z recyrkulacji spalin jest obniżenie zawartości tlenu w mieszance paliwowo-powietrznej spalanej w cylindrach. Tlen jest w niej oczywiście niezbędny, gdyż spalanie jest przecież w sensie chemicznym utlenianiem węglowodorów dostarczanych w paliwie, ale nadmierna jego ilość powoduje wzrost temperatury gazów uczestniczących w tym procesie.

W tych warunkach z tlenem łączy się nie tylko węgiel i wodór, lecz także azot obecny w zasysanym powietrzu, dzięki czemu powstają i odprowadzane są do atmosfery bardzo szkodliwe tlenki azotu NOX. Im wyższa temperatura spalania, tym tlenków tych tworzy się więcej, a tym samym – coraz mniej tlenu reaguje ze składnikami paliwa. W ten paradoksalny sposób nadmiar tlenu staje się przyczyną jego niedoboru, czyli niecałkowitego wykorzystywania energii chemicznej dostępnej w benzynie lub oleju napędowym. W dodatku produktami tego niepełnego spalania są emitowane do atmosfery takie toksyczne substancje, jak węglowodory (niedopalone) i tlenek węgla CO.

Zalety systemu EGR

Rozwiązanie to umożliwia powrót części gazów spalinowych, w których zawartość tlenu jest nieznaczna, do kolektora dolotowego i ich wymieszanie ze świeżo zassanym powietrzem. W ten sposób temperatura spalania ulega obniżeniu, mniej tlenu wchodzi w reakcję z azotem, a więcej łączy się z węglem i wodorem. Poza tym niższa temperatura zapobiega tzw. spalaniu stukowemu (detonacjom), co w silnikach z zapłonem iskrowym pozwala zwiększać uzyskiwany moment obrotowy poprzez fazowe przyspieszenie pojawiania się iskry między elektrodami świecy, a w silnikach z zapłonem samoczynnym redukuje stukanie na biegu jałowym, ponieważ wraz z temperaturą obniża się ciśnienie spalania.

Schemat systemu EGR

Dodatkową korzyścią wynikającą z zastosowania systemu EGR jest w przypadku silników benzynowych zmniejszenie różnicy ciśnień panujących po obu stronach przepustnicy, co wpływa korzystnie na precyzję dozowania wtryskiwanego paliwa.

Działanie EGR w silnikach ZI i ZS

W silnikach benzynowych zawór EGR jest zamknięty podczas ich pracy na biegu jałowym oraz przy pełnym otwarciu przepustnicy. Przy niskich i średnich obciążeniach dozuje on do układu dolotowego spaliny w proporcji od 5 do 10 procent objętości zasysanego powietrza.

W silnikach wysokoprężnych zawór EGR jest otwarty na biegu jałowym i może wówczas dostarczać spaliny w ilościach sięgających nawet 50% objętości zasysanego powietrza. W miarę wzrostu obciążenia silnika domieszka spalin jest sukcesywnie zmniejszana aż do całkowitego zamknięcia zaworu. Recyrkulacja jest również wyłączana podczas nagrzewania silnika i jego pracy przy bardzo niskich ciśnieniach atmosferycznych (np. w trakcie jazdy w wysokich górach).

Do sterowania systemów EGR wykorzystuje się z reguły układy zamknięte (typu closed loop), czyli pracujące w oparciu o różnego rodzaju informacje zwrotne. Nowsze konstrukcje mogą być sterowane elektronicznie i wyposażone w czujniki położenia zaworów, przekazujące sygnały do elektronicznych sterowników albo elektropneumatycznie. W tym drugim przypadku informacje zwrotne są uzyskiwane poprzez monitorowanie: masy przepływającego powietrza; bezwzględnego ciśnienia w kolektorze dolotowym; temperatury powietrza wlotowego.

System EGR ze sterowaniem pneumatycznym

Niedomagania zaworów EGR

Najczęściej spotykanym problemem jest odkładanie się osadów na grzybku lub gnieździe zaworu. Zwykle jest ono skutkiem:

• niedrożnej wentylacji skrzyni korbowej;
• zużycia cylindrów, tłoków i pierścieni tłokowych;
• wadliwego działania turbosprężarki (zwłaszcza przy konstrukcjach ze zmiennym ustawieniem łopatek);
• zbyt wysokiego poziomu oleju w silniku;
• usterek systemu zapłonowego lub wtryskowego.

Zanieczyszczony zawór EGR może blokować się w pozycji otwartej lub zamkniętej albo reagować z opóźnieniem na zmieniające się parametry pracy silnika. Zablokowanie się w pozycji otwartej powoduje w silnikach benzynowych nieprawidłową pracę na biegu jałowym, a w silnikach Diesla – ogólne obniżenie mocy oraz ewentualnie zwiększone zadymienie spalin (w starszych konstrukcjach pozbawionych przepływomierzy powietrza). Zablokowanie w pozycji zamkniętej jest przyczyną spalania stukowego silników ZS pracujących na biegu jałowym oraz wzrostu zużycia paliwa w silnikach ZI. Przy opóźnionym reagowaniu zaworu pojawiają się rozmaite problemy, trudniejsze do jednoznacznego zidentyfikowania.

Oprócz zanieczyszczenia zaworu przyczyną niesprawności całego systemu EGR mogą być usterki przepływomierza powietrza, a przy konstrukcjach elektropneumatycznych – także niedomagania pompy podciśnieniowej oraz przewodów powietrznych lub elektrycznych.

Diagnostyka i naprawa

W niektórych przypadkach niesprawności EGR lampka sygnalizująca na tablicy przyrządów awarie systemów mruga, informując (błędnie) o uszkodzeniu katalizatora. Dopiero podłączenie do gniazda diagnostycznego urządzenia skanującego (diagnoskopu) pozwoli na uzyskanie odpowiednich odczytów DTC i przeprowadzenie testów włączenia/wyłączenia zaworu EGR oraz uzyskanie danych o jego pracy w czasie rzeczywistym. Z kolei monitowanie zmian ciśnienia w kolektorze dolotowym wykaże opóźnienia w działaniu zaworu, a także jego ewentualne zablokowanie się w pozycji otwartej lub zamkniętej. Czasami jednak do ostatecznego zweryfikowania tych ustaleń konieczne bywa przeprowadzenie testu drogowego.

Dwa rodzaje zaworów EGR. Z lewej: elektromagnetyczny,  z prawej: elektropneumatyczny

Po stwierdzeniu nieprawidłowego działania zaworu sterowanego elektrycznie należy zawsze sprawdzić wizualnie stan przewodów i ich połączeń. W przypadku innych komponentów układu potrzebne jest sprawdzenie za pomocą woltomierza i oscyloskopu, czy mają one prawidłową oporność.

Do próbnego uruchomiania sterowanych pneumatycznie zaworów EGR należy używać pomocniczej pompy podciśnieniowej (np. minivac).

Jeśli niesprawny zawór EGR wymaga wymiany, należy przed jej dokonaniem wyczyścić dokładnie wszystkie dochodzące do niego przewody i złączki, ponieważ są one zwykle pokryte nalotem sadzy. Niedopełnienie tego obowiązku może być przyczyną utraty gwarancji udzielonej na nową część zamienną.

Tweet

Marcin Dryzek
Manager rozwoju sprzedaży narzędzi i diagnostyki dla Polski i Ukrainy Delphi Polska