EGR چیست و انواع EGR

EGR چیست و انواع EGR

چکیده ای از سیستم EGR 

خودروها يكي از منابع مهم آلوده ساز محيط زيست به ويژه هوا محسوب ميشوند. اگر مقادير آلايندگي آنها كنترل نشوند سلامتي انسان و كليه موجودات زنده را با خطر جدي مواجه خواهند ساخت. بازخوراني گازهاي اگزوز (EGR) يكي از روشهاي متداول بوده كه جهت كاهش آلاينده اكسيدهاي ازت  (NOX) به كار ميرود.  در اين مقاله به منظور كاهش بيشتر آلاينده NO و كم كردن اثرات منفي آن بر روي عملكرد موتور EGR  در يك موتوربنزيني خودرو مورد بررسي قرار میگیرد.

اما، EGR چیست؟

هوای محیط که عمدتاً ترکیبی از اکسیژن و نیتروژن است، با سوخت ترکیب می شود و در داخل محفظه احتراق مشتعل می شود، دمای محفظه احتراق افزایش می یابد )بالای 1350 درجه) و  الاینده Nox تولید می کند.

سیستم EGR با بازگرداندن بخش کوچکی از گاز خروجی به محفظه های احتراق موتور از طریق منیفولد ورودی کار می کند، دمای احتراق را کاهش می دهد و در نتیجه میزان NOx منتشر شده را  به حد میانگین 8 درصد کاهش می دهد.

EGR چیست و انواع EGR:

EGR مخفف کلمات لاتین زیر می باشد :

Exhaust Gas Recirculation و به معنای بازگشت یا چرخش مجدد گازهای خروجی اگزوز می باشد. در حقیقت سیستمی است که سبب بازگشت مقداری از گازهای اگزوز٬ به داخل موتور و محفظه سیلندر می شود.

همان طور که می دانید با روشن شدن موتور و شروع به کار اتومبیل٬ از خروجی موتور یا همان اگزوز گازهای آلاینده ای وارد اتمسفر می شوند و هر چقدر هم که موتور با شرایط ایده آل کار کند باز هم حجم زیادی از این گازها وارد محیط اطراف می شوند٬ که شامل دی اکسید کربن(CO2)مونو اکسید کربن(CO)و اکسیدهای نیتروژن(NOx) هستند.

در این بین اکسیدهای نیتروژن از خطرناک ترین گازهای آلوده کننده محیط زیست به شمار می آیند و البته فقط در دماهای بسیار بالا قابلیت تولید دارند و مرز حرارتی تولید این اکسیدها حدود ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد می باشد .

مسلم است که با گذشت زمان و کار کردن موتور دمای اتاقک احتراق بالا و بالاتر رفته و خصوصا در شرایط تحت بار٬ از مرز ۲۵۰۰ درجه نیز می گذرد و سبب تولید حجم قابل توجهی از اکسیدهای نیتروژن می شود که به راحتی وارد فضای اطراف می شوند. سیستم egr با وارد کردن درصدی(حدود ۵ تا ۱۰ درصد) از گاز خروجی موتور-که شامل حجم زیادی دی اکسید کربن می باشد-به منیفولد ورودی و از آن جا به داخل محفظه انفجار٬ سبب کاهش دمای آن شده و آن را زیر ۲۵۰۰ درجه نگاه می دارد.

پس با این روش به راحتی تولید اکسیدهای خطرناک نیتروژن را کنترل نموده و به عدم آلودگی محیط زیست کمک شایانی می نماید.

 EGR چه سودی دارد :

اما این کاهش دما چگونه صورت می گیرد : همان طور که می دانید هر چقدر حجم مخلوط سوخت و هوا در سیلندر٬ یا به عبارت دیگر حجم محفظه احتراق بیش تر باشد انفجار بزرگ تری صورت گرفته و گازهای بیش تری تولید شده و دما بالاتر می رود.  پس اگر بتوان حجم محفظه احتراق را به روشی کوچک کرد  دما کمتر بالا می رود این کار در سیستم EGR با وارد کردن مقداری گاز سوخته موتور که بیش تر شامل CO2 است٬ انجام می شود و حجم موثر محفظه را اندکی کاهش داده و سبب کنترل دما می شود. در ضمن اندکی CO ورودی نیز امکان ترکیب مجدد تبدیل شدن به CO2 را می یابند.

اما مسلما ما همواره به دنبال افزایش قدرت و توان تولیدی موتور هستیم و واضح است که قدرت تولیدی با حجم موتور رابطه مستقیم دارد پس چه باید کرد؟

خوب دقیقا به همین دلیل است که سیستم EGR در زمانی که به ماکزیمم قدرت موتور نیاز دارید یا در حالت تمام بار (یا تمام گاز) که دریچه گاز تا انتها باز می شود٬ از مدار خارج شده و خاموش است.

همینطور در هنگام کارکرد موتور در دور آرام (slow) که بسیار به مخلوط سوخت و هوا وابسته است، این سیستم سبب بد کار کردن موتور می شود و به نظر می رسد موتور ریپ می زند پس در دور آرام نیز از مدار خارج می شود و عموما در کاربردهای عادی و مسافرت های طولانی با سرعت های ثابت و کلا جایی که موتور به قدرت کامل خود نیاز ندارد به کار می رود.

 انواع EGR :

EGR چیست و انواع EGR

سیستم EGR دو گونه متفاوت دارد یکی داخلی و دیگری خارجی . سیستم داخلی از یک مجرا استفاده می کند که مستقیما از منیفولد خروجی به سوپاپ ورودی رفته و هیچ قسمت اضافی بیرون موتور ندارد و در داخل خود سرسیلندر تعبیه شده است.

اگرچه انواع مختلفی از دریچه EGR وجود دارد. سیستم های قبلی از دریچه های خلاء استفاده می کنند، در حالی که وسایل نقلیه جدیدتر به صورت الکترونیکی کنترل می شوند.

اما سیستم خارجی از مکش منیفولد ورودی استفاده کرده و از خروجی اگزوز به وسیله مدار جانبی به منیفولد ورودی متصل می شود. نمونه خارجی که در دهه ۷۰ فراگیر شد از یک سوپاپ یا شیر کنترل به نام egr valve  استفاده می کرد و فقط دوحالت فعال یا غیر فعال داشت ولی نمونه های جدیدتر (دهه ۸۰ و۹۰) از یک سوپاپ با تنظیم متغیر بهره می بردند و نمونه های جدیدتر نیز که با ECU و مدارات الکترونیکی پیشرفته کنترل می شوند.

درکل EGR  سه نوع کلی دارد :

1-نمونه خلائی که فقط یک سوپاپ یکطرفه دارد که با خلا ورودی موتور کار میکند.

2-نمونه ترکیبی از خلائی الکترونیکی که هم سوپاپ یکطرفه خلائی دارد و هم یک موتور پله ایی قابل کنترل توسط ECU  دارد.

3-نمونه تمام الکترونیکی که با موتور مکنده الکترونیکی یا موتور پله ایی الکترونیکی که توسط ECU قابل کنترل است.

انواع EGR  در خودروهای توربو :

بسته به اینکه گاز خروجی قبل یا بعد از توربوشارژر چرخش مجدد می یابد،دو نوع سیستم EGR وجود دارد:

1-EGR فشار بالا

2-EGR فشار پایین

 EGR فشار بالا:

EGR فشار بالا، در مقایسه با یک سیستم EGR فشار پایین، به عنوان معماری EGR “کلاسیک” شناخته می شود. این معماری گسترده ترین است و در موتورهای دیزلی با محدودیت انتشار آلاینده یورو 2 استفاده شده است.

در یک سیستم EGR فشار بالا، گاز خروجی قبل از توربین گرفته می‌شود و پس از کمپرسور دوباره به منیفولد ورودی وارد می‌شود، بنابراین در ناحیه فشار بالا هر دو منیفولد خروجی و ورودی.

EGR فشار پایین:

استاندارد یورو 6 محدودیت انتشار NOx را به تنها 80 میلی گرم در کیلومتر در چرخه NEDC در مقایسه با 180 میلی گرم در کیلومتر برای یورو 5 کاهش داد.

این کاهش قابل توجه باعث افزایش نرخ EGR و معرفی سیستم های EGR فشار پایین شده است. در یک سیستم EGR فشار پایین، گاز خروجی پس از توربین گرفته می‌شود و دوباره به منیفولد ورودی قبل از کمپرسور وارد می‌شود، بنابراین در ناحیه فشار پایین هر دو منیفولد اگزوز و ورودی.

اولین کاربرد خودروهای سواری با سیستم EGR فشار پایین بر روی فولکس‌واگن جتا با موتور 2.0 لیتری TDI، مطابق با محدودیت‌های انتشار Tier 2 Bin 5 برای بازار ایالات متحده (پایان سال 2008) به بازار عرضه شد.