Jednou z možností, jak snížit u motorů emise oxidů dusíku, je dopravovat do válců spolu s čerstvým vzduchem (zápalnou směsí) současně i spaliny z výfuku. Recirkulace spalin se obecně označuje anglickou zkratkou EGR (Exhaust Gas Recirculation). Smyslem recirkulace spalin a tedy opětovného nasátí zbytkových plynů do válce je snižovat množství emisí oxidů dusíku. Evropská emisní legislativa jeho produkci coby samostatné sloučeniny omezuje až od normy Euro 3, a to u zážehových i vznětových motorů. Do té doby se množství NOx ve výfukových plynech sledovalo pouze ve spojení s uhlovodíky. Pokud norma Euro 3 dovolovala u dieselů a kategorie vozidel M1 (osobních aut s hmotností do 3,5 tuny) maximálně 0,50 g/km a u zážehových motorů 0,15 g/km, současná norma Euro 6 snížila hodnoty NOx na pouhých 0,080 (diesel) respektive 0,060 (zážehový motor).
Jak EGR snižuje NOx a jaké jsou limity této technologie
Zvyšování podílu spalin na úkor čerstvého vzduchu ve válci má obecně pozitivní vliv na spotřebu paliva díky energetické přeměně. Je-li podíl spalin větší, má to za následek snížení maximální hodnoty teploty při spalování. Právě tímto způsobem se snižují emise oxidů dusíku. Platí to však jen do určité míry. Pokud se podíl spalin zvýší více, dochází k nedokonalému spalování, což vede ke zvyšování emisí uhlovodíků, spotřeby paliva a snížení kultivovanosti chodu motoru.
Pohled na příslušný graf závislosti emisí na podílu recirkulovaných výfukových plynů ukazuje, že do přibližně 35 až 40 procent množství NOx klesá, zatímco podíl uhlovodíků zůstává téměř nezměněný. Po překročení zmíněného podílu NOx dále klesá, ale uhlovodíky stoupají rychleji.
Vnitřní a vnější recirkulace spalin
Jednodušším a spolehlivějším, avšak méně účinným způsobem, jak spaliny vracet zpět do válců, je proměnné časování rozvodu - tzv. vnitřní EGR. Princip spočívá v dřívějším otevírání sacích ventilů ve fázi výfuku. Díky tomu se část spalin dostane zpět do sacího potrubí a nasaje se spolu s čerstvým vzduchem. Problémem zůstává limit množství, které lze zpět nasat, takže metoda je silně závislá na provozním stavu motoru a jeho konstrukci.
Účinnější, avšak složitější, je systém s vnější recirkulací spalin. Smyslem je vracet výfukové plyny zpět do sání přes aktivně řízený EGR ventil. Toto řešení je hojně využíváno u moderních vznětových motorů, ale také u zážehových agregátů s přímým i nepřímým vstřikováním benzínu. U dieselů plnících Euro 6 se často kombinuje vysokotlaký a nízkotlaký okruh recirkulace spalin.
Různé okruhy EGR
- Vysokotlaký okruh: spaliny odebírají ještě před turbem, mezi turbínou a hlavou válců. Často bývá modul EGR připojen přímo na hlavu válců; chlazený okruh zvyšuje účinnost. Do sacího traktu se spaliny vracejí za dieselovou škrticí klapkou. Příklady: VW 1.6 TDI CR a 2.0 TDI CR EA189.
- Nízkotlaký okruh: spaliny odebírány až za turbodmychadlem, za katalyzátorem a filtrem pevných částic. Do sacího traktujdou dmychadlem. Turbo tedy stlačuje vzduch spolu se spalinami. Algoritmy řídicí elektroniky motoru upravují délku otevření šoupátka EGR a nastavení lopatek turbodmychadla.
- Chladič EGR: ochlazuje recirkulované spaliny za účelem zvýšení množství recirkulovaných plynů a zlepšení účinnosti napříč otáčkami a zatížením.
Ovládání EGR a jeho poruchy
Šoupátko EGR bývalo dříve ovládáno podtlakovým členem s řízením solenoidem, nyní se stále častěji používá elektromotorické ovládání. Při startu motoru by měl být režim recirkulace spalin vždy vypnut. Pokud dojde k zatuhnutí šoupátka v otevřené poloze, motor se nespustí a při jízdě hrozí zhášení a bílý dým z výfuku. Plynové problémy se projevují zejména u elektropneumaticky ovládaných systémů.
U vyspělějších systémů s elektromotorickým ovládáním bývá implementována technologie nuceného pohybu šoupátka při zhasínání motoru, aby se zabránilo zatuhnutí. I tak se mohou vyskytnout poruchy: například u VW 1.6 TDI CR a 2.0 TDI CR selhání ovládání šoupátka, plastová rohatka se může zlomit; chladič EGR může být porézní, což je problém některých motorů VW 2.0 TDI-PD.
Praktické zkušenosti ukazují, že špatná instalace těsnění EGR nebo falešný vzduch mohou způsobit, že motor nejde nastartovat a z výfuku jde bílé dýmění. Správná údržba, kvalitní díly a pravidelné kontroly jsou klíčové pro zachování dlouhé životnosti a nízkých emisí.
Průmyslové a praktické souvislosti
Pro správné fungování EGR ventilu je důležité dodržovat pokyny výrobce a provádět pravidelné kontroly. EGR chladič je důležitou součástí pro ochlazování spalin a snižování NOx; zajišťuje bezpečný a spolehlivý chod motoru. Příslušný EGR ventil s klapkou reguluje množství výfukových plynů recirkulovaných zpět do spalovacího prostoru a minimalizuje dopad na životní prostředí.
V praxi se často setkáváme s kombinací různých komponent a postupů, které vedou ke snížení emisí NOx, ale vyžadují pečlivé nastavení a údržbu, včetně kontrol klapek, chladičů a spínání EGR ventilů. Správná konfigurace může zahrnovat i diagnostiku pomocí výrobních nástrojů a servisních knih.
Jak zaslepit EGR ventil? Proč jo a proč bys to neměl dělat?
U konkrétních motorů lze narazit na specifické problémy: např. poškozená klapka EGR, netěsnosti těsnění vedou k falešnému nasávání vzduchu, a tím k nestabilnímu chodu nebo zhoršené spotřebě. Řešení bývá vyměnit klapku, zkontrolovat chladič EGR a případně nastavit nebo seřídit spodní rohatku a servomotor u moderních systémů.
Praktický rámec údržby a doporučení
- Pravidelně kontrolovat stav EGR ventilu, šoupátka a chladiče; včasná výměna selhávajících dílů minimalizuje škody.
- Ověřit správné utažení spojů a těsnění, zabránit úniku falešného vzduchu.
- Provádět diagnostiku pomocí specializovaného software a dodržovat parametry uvedené výrobcem motoru.
- V případě problémů s startováním či výkonem vyhledat kvalifikovaný servis, který má zkušenosti s konkrétním typem EGR a okruhu (vysokotlaký/nízkotlaký).
- Při údržbě dbát na bezpečnost a práce provádět při odstaveném a vychladlém motoru.