EGR

Aiheet:

Yleinen
EGR-järjestelmän tarkoitus
toiminta
Korkea- ja matalapaineinen EGR
Haitat ja mahdolliset toimintahäiriöt
EGR-jäähdytin

yleinen:
EGR (Exhaust Gas Recirculation), jota kutsutaan myös "UGR" (Exhaust Gas Recirculation) joissakin merkeissä, on tehtävä palauttaa osa pakokaasuista moottoriin. EGR-venttiiliä käytetään sekä bensiini- että dieselmoottoreissa. EGR on asennettu moottorilohkon pakoputken puolelle.

Paksu metalliputki kulkee pakosarjasta EGR-jäähdyttimeen. Tämä jäähdyttää lämpimät pakokaasut (lämmönvaihtimen vaikutus). EGR-jäähdyttimestä pakokaasut menevät EGR-venttiiliin, joka sekoittaa pakokaasut syötettyyn ilmaan. EGR voidaan suorittaa korkeapaineisena (lyhyt reitti) tai matalapaineisena (pitkä reitti). Molemmilla järjestelmillä on omat etunsa ja haittansa. Tämä on kuvattu luvussa High and Low Pressure EGR (myöhemmin tällä sivulla).

EGR-venttiili ja putket voidaan asentaa eri paikkoihin, mutta pakokaasut lasketaan aina mahdollisimman lähelle pakosarjaa. Alla oleva kuva näyttää paikat, joihin EGR-komponentit on asennettu moottorilohkoon.

Koska EGR-venttiili on avattava tai kokonaan suljettava useissa asennoissa, käytetään yhtä askelmoottori venttiilin käyttämiseen.

EGR-järjestelmän tarkoitus:
Lisäämällä pieniä määriä pakokaasua raittiiseen ilmaan moottorin imukanavassa, palamisen happipitoisuus pienenee. Alhaisempi happisuhde johtaa "vähemmän hyvään" palamiseen. Palamisnopeus ja palamislämpötila laskevat. Palamiskaasujen alhaisempi lämpötila alentaa typen oksidipitoisuutta (NOx). Tämä tekee pakokaasuista puhtaampia, mikä hyödyttää ympäristövaatimuksia.

Vanhemmissa moottoreissa EGR-venttiili on kiinni, kun moottori on kylmä. Uusissa moottoreissa venttiili on auki myös moottorin ollessa kylmä, jolloin lämpimät pakokaasut auttavat lämmittämään moottoria. EGR ei toimi kiihdytettäessä, hidastaessa ja joutokäynnissä. Osakuormalla toiminta on täysin käytössä.

Operaatio:
Tietokone ohjaa pakokaasujen määrää, joka voidaan palauttaa moottoriin seuraavien tietojen perusteella:

Moottorin kuormitus (EGR toimii vain osakuormalla; täydellä kuormituksella venttiili on kiinni).
Moottorin nopeus (jos nopeus on liian pieni tai liian suuri, venttiili on kiinni).
Tuloilman lämpötila.

Tietokone käyttää näitä tietoja ohjaamaan magneettiventtiiliä tietyllä käyttöjaksolla. Jos ero on minimaalinen, alipainemuuntajaa ohjataan siten, että EGR-venttiili ei aktivoidu. Tässä lepoasennossa solenoidiventtiili välittää ulkoilman paineen EGR-venttiilille. Jos kuitenkin imetty ilmamäärä on suurempi kuin vaadittu ilmamäärä, ohjataan magneettiventtiiliä siten, että tyhjiöpumpun alipaine johdetaan myös EGR-venttiiliin. Solenoidiventtiili säätelee tyhjiötä alipainepumpusta EGR-venttiiliin. Tämä saa EGR-venttiilin avautumaan niin pitkälle, että ero tarvittavan ja imetyn ilman välillä on aina minimaalinen.

Korkea- ja matalapaineinen EGR:
Pakokaasujen kierrätysjärjestelmä voidaan jakaa kahteen järjestelmään, jotka ovat korkeapaineinen EGR ja matalapaineinen EGR. Erona on se, missä pakokaasut haarautuvat pakokaasusta. Molempien järjestelmien toiminta, edut ja haitat on kuvattu alla.

Korkeapaineinen EGR (lyhyt reitti):
Pakokaasut palautetaan jo ennen turboa moottoriin. Pakosarjan ja turbon välissä on EGR-putki. Tässä putkessa on usein jäähdytin pakokaasun lämpötilan alentamiseksi. EGR-venttiili on tämän putken päässä. Kun EGR-venttiili avautuu, linjassa olevat pakokaasut sekoittuvat välijäähdyttimestä moottorin imuaukkoon syötetyn imuilman kanssa.

Korkeapaineisen EGR:n edut:

EGR voidaan mukauttaa erittäin nopeasti moottorin dynaamiseen tilaan.
Kylmäkäynnistyksen aikana EGR auttaa nostamaan polttokammion lämpötilaa mahdollisimman nopeasti (standardi EURO III -sukupolven ja uudempien dieselmoottoreiden osalta).

miinukset:

Saastuminen imukanavassa noen muodostumisen vuoksi.
Pakokaasua on jäähdytettävä enemmän kuin käytettäessä matalapaineista EGR:ää.
Pakokaasuvirtausta ei hyödynnetä täysin turbon turbiinin käyttämiseen; osa kaasusta lasketaan jo ennen turboa.

Matalapaineinen EGR (pitkä reitti):
Pakokaasut palautetaan moottorin imuaukkoon vasta hiukkassuodattimen jälkeen. Yleensä EGR-venttiilin ulostulo on kytketty kompressorin sisääntuloon (kuten kuvassa), mutta joskus se on kytketty välijäähdyttimen ja imusarjan väliin. Haittapuolena on, että palautettavan pakokaasun paine ja nopeus on liian alhainen. Tämän ratkaisemiseksi pakoputkeen asennetaan ylimääräinen venttiili (EGR-haaran jälkeen). Kun tämä lisäventtiili sulkeutuu, turbon ja venttiilin välinen paine kasvaa. Pakokaasut johdetaan haaran kautta EGR-venttiiliin kohonneen paineen vuoksi.

Matalapaineisen EGR:n edut:

Kaikki pakokaasut on jo käytetty turbon turbiinissa
Pakokaasun lämpötila on alhainen (ilman EGR-jäähdytintä) korkeapaineisen EGR:n vuoksi.
EGR-kaasu on puhtaampaa, koska mm. hiukkassuodatin on jo suorittanut pakokaasujen jälkikäsittelyn, joten moottorin saastuminen noenmuodostuksen vuoksi on pienempi.

miinukset:

Pakokaasun lisääminen imuilmaan (moottorin dynaamisen kunnon mukaan) on hitaampaa, koska EGR:n täytyy kulkea pidemmän matkan.
EGR-venttiili on kauempana imuventtiileistä.

Haitat ja mahdolliset toimintahäiriöt:
EGR-venttiili ei paranna moottorin suorituskykyä. EGR-venttiilin käyttö voi vähentää suorituskykyä ja lisätä kulutusta. Myös sisäinen kontaminaatio lisääntyy jyrkästi (katso kuva). Lika tarttuu kaikkeen ja saastuttaa siten myös imusarjan ja moottorin imuventtiilit. Etenkin rauhallisella ajotyylillä nämä epäpuhtaudet jäävät moottoriin.

EGR:n ainoa etu on, että pakokaasut ovat puhtaampia; NOx-päästöt vähenevät. Vanhemmissa dieselmoottoreissa EGR-venttiilit oli helppo sulkea sulkulevyllä. Uusien autojen valmistajat varmistavat antureilla ja muilla menetelmillä, että EGR:n sulkeminen tai harhaanjohtaminen ei enää ole mahdollista, koska paineita mitataan putken eri kohdista. Siksi uudemmissa autoissa on myös tehtävä ohjelmistosäätö moottorinhallintajärjestelmään. Tämä on usein osa uutta siruvirityksen ohjelmistoa.

Saattaa käydä niin, että EGR-venttiili jää tahattomasti auki, kun sitä ei ohjata. Tällöin moottoriin syötetään liikaa pakokaasuja. Lukulaitteella voimme tunnistaa tämän seuraavista:

(pysyvästi) korkea imuilman lämpötila pakokaasujen takia (katso sivua lämpötila-anturit);
liian alhainen ilmamassamittarin arvo: suuri osa sisään tulevasta ilmasta on ilmaa, joka tulee EGR:stä ilmansuodattimen sijaan.

EGR-jäähdytin:
Pakokaasujen lämpötila on noin 300 astetta osakuormituksella (vakiolämpötilassa maantiellä) ja yli 700 astetta täydellä kuormituksella. Kuitenkin mitä kylmempää ilmaa syötetään imuaukkoon, sitä paremmin moottori toimii. Kylmä ilma sisältää enemmän happea. Lämmin ilma laajenee enemmän ja sisältää siksi vähemmän happea. Silti lämpimät pakokaasut syötetään takaisin moottoriin.
EGR-venttiilin ja moottorin imuaukon välissä on usein EGR-jäähdytin. Tämä toimii lämmönvaihtimena. Jäähdytysneste virtaa EGR-jäähdyttimen läpi (kiinteissä kanavissa, joten se ei joudu suoraan kosketukseen pakokaasujen kanssa). Jäähdytysneste imee lämpöä pakokaasuista. Jäähdytysneste lämpenee ja pakokaasut jäähtyvät. EGR-jäähdytin alentaa lämpötilaa niin paljon kuin mahdollista, mielellään noin 100 astetta.

Lisätietoja tästä lämmönvaihtotekniikasta löytyy luvusta lämmönvaihdin.

EGR:n lisäksi bensiinimoottoreissa on myös EGR toissijainen ilmapumppu käytetään pakokaasujen jälkikäsittelyyn ja dieselmoottoreissa SCR (selektiivinen katalyyttinen pelkistys) katalyytti kanssa AdBlueannostelujärjestelmää sovelletaan.