Silniki wysokoprężne a ochrona środowiskaRecyrkulacja spalin, w skrócie EGR (Exhaust Gas Recirculation), jest jedną z "przybudówek" ponawieszanych na silniki spalinowe w ostatnich 20 latach, na podobieństwo jakichś glonów na żywej materii. Należy do grona tzw. ulepszaczy spalin i razem z plejadą najrozmaitszych filtrów sadzy, katalizatorów, sond lambda, itp. tworzy pakiet obecnie priorytetowych i obligatoryjnych wynalazków lobby ochrony środowiska. Bez tego zestawu żadne auto z silnikiem diesla lub benzynowym nie może opuścić hali fabrycznej, dopóki nie spełni norm EOBD IV/V, czyli ograniczenia emisji spalin z coraz bardziej rozszerzanym spectrum tlenków, wodorotlenków, azotków oraz sadzy (tu się dopiero dzieją cyrki!), itd. Krótko mówiąc już nic nie wolno wydzielać pojazdom z silnikami spalinowymi.Te drakońskie ograniczenia dotkliwie uderzyły bezpośrednio w silniki z zapłonem samoczynnym, gdyż straciły - przez wsadzenie czegoś, co je w sposób oczywisty ogranicza - całą przewagę nad benzyniakami, wypracowaną pracowicie przez ostatnie dziesięciolecia: przyspieszenie, żywiołowość, niskie zużycie paliwa i kultura pracy (patrz 3 do 5-ciu wtrysków paliwa w jednej fazie - silniki Common Rail).Dlatego w USA silniki wysokoprężne nie zrobiły takiej kariery jak w Europie. Surowe normy OBD (On Board Diagnostic), z których większość żywcem przywleczono na grunt europejski i dodano jedynie słówko E (European) - utrudniały wprowadzenie oleju napędowego do amerykańskich samochodów osobowych. Doszła do tego jeszcze niska cena benzyny oraz boom na auta hybrydowe i to stanowiło silną konkurencję dla silników z samozapłonem.Ciekawostką mało znaną nawet w środowisku znawców przedmiotu jest m. in. odpowiedź na pytanie, dlaczego tak nagle (2007 r.) koncern VW/Audi zrezygnował z ambitnego programu rozwijania i promowania swoich silników z tzw. pompo - wtryskiwaczami. W tym czasie były one skuteczną alternatywą dla rozwijającej się technologii Common Rail (CR) (1997, Fiat) ze względu choćby na znacznie lepszą sprawność hydrauliczną, wyższe ciśnienie wtrysku do 2000 bar w porównaniu z 1350 bar w CR oraz wyższą moc i moment obrotowy przy porównywalnych dawkach paliwa, itp. Otóż trick polega na niespełnieniu norm EOBD przez silniki wysokoprężne "klasyczne" i z pompowtryskiwaczami wskutek braku możliwości płynnego sterowania fazami wtrysku paliwa. Silniki te nie są w stanie, mimo swej technologicznej doskonałości, zrealizować idealnego lub zbliżonego do niego punktu zapłonu. Dlatego, że opierają swoje elementy sterujące na mechanizmach krzywkowych i sprężynowych, a ponadto nie sterują osobno wtryskiwaczami paliwa. Natomiast CR posiada unikatową zdolność indywidualnego, sekwencyjnego, niezależnego od żadnych krzywek czy rozrządu sterowania wtryskiwaczami. Zadanie to powierzono komputerowi wtryskowemu, inaczej ECU (Electrinic Control Unit), który w odróżnieniu od dwóch pozostałych systemów wtryskowych, posiada możliwość całkowitego sterowania wtryskiwaczami. Wystarczy w tym celu zmienić, zmodyfikować program i uzyskać np. ekstremalnie późny wtrysk paliwa, który podwyższa temperaturę spalin i służy do dalszej "obróbki" filtrów sadzy (cząstek stałych) oraz katalizatorów zasobnikowych. Dla osiągnięcia tego samego lub przynajmniej choć trochę zbliżonego efektu "klasyki" i pompowtryski musiałyby przeżyć serię tortur regulacyjnych w swoich w pompach wtryskowych rozdzielaczowych lub na wałkach rozrządów ("napęd" pompowtryskiwaczy), a także sterownikach. A i tak nie osiągnęłyby zadowalających rezultatów. Mają wszakże komputery wtryskowe równie "wypasione" co CR lecz, niestety, niezdolne do indywidualnego sterowania wtryskiwaczami. Można powiedzieć, że te dwa rodzaje systemów wtryskowych "położyła" ochrona środowiska.Dlatego obecnie cały świat dosłownie przeszedł na Common Rail. Nigdzie nie produkuje się samochodów osobowych z "klasycznymi" silnikami wysokoprężnymi, a także turbodiesli z pompowtryskiwaczmi. Wyjątek stanowią pojazdy użytkowe i ciężkie silniki np. okrętowe, czołgowe, lokomotywy, itp. O co chodzi z recyrkulacją spalin (EGR)Najkrócej ujmując recyrkulacja spalin to "dodawanie trochę spalin do powietrza" (5-15%). Właściwie należałoby używać w języku polskim drugiej nazwy, gdyż jest po prostu mniej tajemnicza i zrozumiała dla każdego.Polega na - wg najprostszego możliwego wyjaśnienia - wstawieniu kawałka nierdzewnej rury pomiędzy kolektor wydechowy (spaliny), a kolektor dolotowy (powietrze). Wskutek tego spaliny po części "skręcają", niektórzy mówią "zawracają", do układu powietrza. Oczywiście, następstwa operacji niekontrolowanego wdzierania się spalin do obwodu powietrza byłyby katastrofalne dla pracy silnika, począwszy od utrudnionego lub niemożliwego rozruchu, poprzez nierównomierne obroty biegu jałowego, "szarpanie", a nawet zatrzymanie, gdyż spaliny po prostu "wypychałyby" świeże powietrze z kolektora dolotowego. Dlatego konieczne jest sterowanie dawki spalin możliwie jak najprecyzyjniej, tak, aby np. w momencie zapłonu w ogóle ich nie było w powietrzu, a jedynie na biegu jałowym i do obrotów ok. 2500 obr/min. Podczas długotrwałego utrzymywania silnika na biegu jałowym (np. ogrzewanie taxi na postoju) oraz niskich obrotach wydziela się nadmierna ilość azotków (NOx) wskutek wysokiej temperatury spalania. Dodatek spalin do powietrza w tym momencie obniża temperaturę zapłonu oraz redukuje ilość tlenu w spalinach. Natomiast gdy silnik wchodzi na wysokie obroty nie może otrzymywać dodatkowej porcji spalin, gdyż w sposób oczywisty "zduszałoby" to silnik. W związku z tym wstawiono coś w rodzaju "kranika" w rurę obejściową, a jest nim zwykły zawór pneumatyczny, "grzybkowy", jako element wykonawczy dawki spalin wpuszczanych do powietrza (więcej spalin/mniej spalin). Jest uruchamiany, w zależności od pomysłowości konstruktorów, albo podciśnieniem z osobnej pompki podciśnieniowej, alboelektrycznie (cewka elektromagnetyczna). Można powiedzieć zatem, że przyjęły się dwa rozwiązania w sterowaniu, ogólnie nazywane "recyrkulacją zewnętrzną" ("recyrkulacja wewnętrzna" dotyczy benzyniaków):1) Sterowanie za pośrednictwem podciśnienia, wytworzonego za pomocą osobnej pompy podciśnieniowej, mechanicznej, napędzanej wałkiem rozrządu lub elektrycznej. Podciśnienie z pompki podawane jest giętkimi przewodami (10) do zaworu pneumatycznego, inaczej siłownika (1 - fotka poniżej) z mechanizmem grzybkowo-sprężynowo-membranowym. Działanie siłownika pneumatycznego: "ssanie" podciśnienia powoduje uginanie się elastycznej, metalowej membrany (5 - rysunek w lewym górnym rogu), która przekazuje ruch na cięgło (10) z grzybkiem (9). W pozycji "bezczynnej", "neutralnej", "zamkniętej" grzybek zasłania otwór (2) z przestrzeni spalin do rury (3) łączącej z kolektorem dolotowym powietrza (4). W pozycji "aktywnej" grzybek (9), uniesiony ruchem cięgła (10) pod wpływem podciśnienia, odsłania otwór (2), dając wolną drogę dla spalin w kierunku powietrza. Ruchowi całego mechanizmu przeciwstawia się sprężyna (8), która ma tendencję do zamykania zaworu i odcinania spalin. Zatem z chwilą ustania podciśnienia sprężyna automatycznie powinna zamknąć dolot spalin. Jak wynika z niezliczonej ilości skarg i narzekań na forum - element wykonawczy recyrkulacji spalin, jakim jest ten prosty zawór (niekiedy nazywany przetwornikiem pneumatycznym), ulega często awariom wskutek intensywnego znagarowania (zakoksowania) w agresywnym środowisku spalin, tudzież różnym, mechanicznym usterkom, np. pęknięcie sprężyny, membrany, itp. Gdy siłownik "zatnie się" w położeniu "zamknięty", to jeszcze pół biedy, gdyż dla silnika oraz bezwzględnie dla użytkownika to jest "cacy", ponieważ do cylindrów wchodzi zero spalin. Silnik zwykle jest ciut "żwawszy" na niższych obrotach, nie mówiąc o całej drodze dolotowej, pozbawionej cuchnącego nagaru. Natomiast prawdziwy horror zaczyna się, gdy siłownik pozostaje cały czas "otwarty", albo porusza się bardzo wolno, z oporami, przyprawiając o ból głowy kierowców, a zwłaszcza pasażerów, emocjonalnie uzależnionych od humorów silnika oraz trzymającego kierownicę... Skutki przedostawania się spalin w czasie jazdy pełną prędkością są następujące:- duży udział spalin w ładunku zmniejsza masę świeżego powietrza;- przy zmniejszonej masie powietrza sterownik wykrywa to masowym przepływomierzem powietrza (mpp) i traktuje jako zakłócenie spalania typu "za mało powietrza" w stosunku do chwilowego "nadmiaru paliwa" - nie zgadzają mu się po prostu "słupki w mapach wtryskowych";- sterownik podejmuje decyzję o zmniejszeniu dawki wtrysku paliwa - jest to obligatoryjna procedura EOBD zapobiegania nadmiernemu dymieniu za wszelką cenę - NIE LICZY SIĘ ANI BEZPIECZEŃSTWO SILNIKA ANI LUDZI - skutkiem czego spada drastycznie moc i przyspieszenie. Po prostu sterownik "za kierowcę zdejmuje nogę z gazu";- jeżeli stan "za mało powietrza" utrzymuje się przez dłuższy czas, zwłaszcza gdy kierowca próbuje "na siłę" gazować silnikiem i jest wściekły, że mu rzekomo pompa paliwa wysiadła albo wtryskiwacze (bo tak czuję jakby silnik pracował na trzy cylindry) - na kokpicie wyskakuje kilka komunikatów (ikonki), w zależności od wersji i generacji silnika - im nowsza wersja i bardziej "wypasiony" komputer wtryskowy, tym więcej szczegółów. Z reguły najbardziej rozpoznawalna przez kierowców jest ikonka check engine / sprawdź silnik (popularny "helikopterek") oraz antipollution fault / problem z czystością spalin. Są to oczywiście bardzo ogólne ostrzeżenia, mające na celu zasygnalizowanie kierowcy, że jest niedomaganie silnika na tle czystości spalin. W tym samym czasie sterownik rejestruje i zapamiętuje tę samą niedogodność w swojej pamięci masowej z możliwie dokładnym opisem miejsca, przyczyny i objawów. Sterownik nie podaje obszernych info na kokpicie po pierwsze, z powodu zbyt małego ekraniku, po drugie, w trosce o zdrowie i życie kierowcy i pasażerów, którzy usiłowaliby przeczytać, co się stało, podczas gdy auto pędzi na oślep. Aby zawór pneumatyczny spełniał funkcję dozownika spalin musi zawierać element sterujący podciśnieniem. W przeciwnym razie niekontrolowane podciśnienie np. w trakcie coraz większych obrotów silnika, wałka rozrządu oraz pompki podciśnienia na jego przedłużeniu - utrzymywałoby, jak wspomniano, siłownik (1) stale otwarty, nie zamknięty. Wstawiono więc drugi zawór pomiędzy pompę podciśnienia a siłownik pneumatyczny, tym razem elektro-pneumatyczny, nazywany nastawnikiem recyrkulacji spalin, albo zamiennie elektrozaworem (5 - Recyrkulacja spalin, Peugeot 406 2,0 HDI 110 KM). Ponieważ nastawnik zawiera element elektryczny więc łatwo się domyślić, że chodzi jak zwykle o cewkę elektromagnetyczną, którą konstrukcyjnie można przystosować do sterowania m. in. podciśnieniem. Funkcję nadzoru podciśnienia przejmuje w tym momencie sterownik ze swoimi mapami charakterystyk wtryskowych, który bezpośrednio impulsuje elektrozawór tzw. prądem taktującym. Jeżeli sterownik poda większy prąd na cewkę nastawnika (5), to popłynie większe podciśnienie na zawór pneumatyczny wykonawczy (1) i w rezultacie więcej spalin dostanie się do powietrza. I odwrotnie, jeżeli sterownik odetnie zasilanie elektryczne, nastawnik powinien również odciąć dopływ podciśnienia do zaworu pneumatycznego. Siłownik (1) nie może więc przepuścić ani grama spalin do powietrza. W praktyce często się zdarza, że przez ten skomplikowany układ podciśnieniowo-pneumatyczno-elektryczny "przecieka" dużo niekontrolowanych spalin do powietrza, powodując niezliczone kłopoty przede wszystkim w spadku mocy silnika, problemach rozruchu, nierównych obrotach, a nawet gaśnięciu. Recyrkulacja spalin sterowana podciśnieniowo posiada aż 4-stopnie, jakby elementy współdziałające, ściśle od siebie uzależnione i dające "efekt domina" w chwili zakłócenia:- Prąd elektryczny taktujący, podawany przez sterownik na cewkę elektromagnetyczną;- Podciśnienie wytwarzane przez pompę mechaniczną łopatkową lub elektryczną;- Przewody giętkie łączące pompę podciśnienia z 2-ma zaworami;- Spaliny dozowane bezpośrednio przez siłownik pneumatyczny.Każdy z tych "mediów", z chwilą jakichś wahań, potrafi skutecznie zakłócić pozostałe. Jeżeli na kablach elektrycznych powstanie "styk chwiejny", to w sposób oczywisty przenosi się to na cewkę elektromagnetyczną, która zamiast np. zamykać dopływ podciśnienia, otwiera je. Podciśnienie zamiast zamykać zawór pneumatyczny, otwiera, itd. Rozwiązanie ze sterowaniem podciśnieniowym dotyczy aut starszych z silnikami I-ej i początkowo II-ej generacji HDI, m. in. cytowanym 2,0 HDI 90/110 KM z systemem wtryskowym Bosch i Siemens. Modyfikacje polegają m. in. na zastąpieniu pompy podciśnienia mechanicznej - elektryczną. Po prostu zamiast wałka rozrządu pompką kręci silnik elektryczny. Inną ciekawostką jest wbudowanie chłodnicy na rurę EGR (4 - Recyrkulacja spalin (EGR), 407 1,6 HDI FAP). Odtąd spaliny są schładzane tak jak powietrze doładowania - lecz nie intercoolerem typu "powietrze-powietrze" ale cieczą chłodzącą z ogólnej instalacji chłodzenia silnika.1) Sterowanie elektryczne recyrkulacją spalin znakomicie upraszcza konstrukcję, gdyż spośród plątaniny przewodów giętkich, począwszy od pompy podciśnienia poprzez nastawnik recyrkulacji spalin, a na siłowniku pneumatycznym skończywszy, pozostaje jedynie zawór pneumatyczny, do którego przyczepiona jest cewka elektromagnetyczna. Całość stanowi zwartą budowę, łączącą cechy zaworu pneumatycznego (z grzybkiem i cięgłem), jednak napędem nie jest podciśnienie lecz wspomniana cewka z wtyczką elektryczną. Przyjmuje też zwyczajową nazwę zawór elektro-pneumatyczny(nie pneumatyczny i nie podciśnieniowy), albo po prostu elektrozawór recyrkulacji spalin EGR, sterowany "stopniem otwarcia" bezpośrednio przez komputer wtryskowy. Jako element pomiarowy pojawia się też tzw. czujnik skoku zaworu, zainstalowany na nim. Jest to istotne novum, jako że w sterowaniu podciśnieniem nie ma możliwości kontroli pracy aż 2-ch zaworów (nastawnik i siłownik pneumatyczny) przy występowaniu jednocześnie aż trzech "mediów": elektryki, podciśnienia i spalin. Mówimy, że w systemie podciśnieniowym sterownik kontroluje pracę tej pajęczyny przewodów i podzespołów jedynie w sposób pośredni - poprzez pomiar masy powietrza (mpp), ciśnienie doładowania powietrza (czujnik ciśnienia doładowania powietrza) i ilości tlenu w spalinach (sonda lambda). Jest to duża wada, gdyż dla mało kumatego mechesa stanowi nie lada wyzwanie umysłowe, często przerastające jego percepcję: czy odchyłki mpp, czujnika ciśnienia doładowania i sondy lambda to usterka powietrza, paliwa albo spalin, czy tylko spalin EGR?Przy czujniku skoku zaworu EGR dylemat powinien łatwo się rozstrzygnąć, gdyż pod kontrolą sterownika metodą bezpośrednią wiadomo, że przy braku sygnału z czujnika lub jakichś jego wahaniach, chodzi o zakłócenie pracyelektrozaworu EGR, a nie turbosprężarki czy wtryskiwaczy.Na obrazku u dołu przedstawiony jest typowy obecnie i oferowany m. in. na allegro zestaw EGR z rurą, chłodnicą spalin i elektrozaworem, który również występuje jako osobna część. Poprzez analogię z układem na obrazku wyżej Recyrkulacja spalin (EGR), silnik 1,6 HDI FAP można łatwo skojarzyć podobieństwa i różnice. Zarówno podciśnieniowy jak i elektryczny system sterowania recyrkulacji zjednał sobie śmiertelnych wrogów wśród literalnie wszystkich użytkowników pługów i nie tylko, ponieważ wprowadza niesłychany zamęt w dotychczasowej prostej fizjologii procesu spalania w dieslu: zapłon i obroty = powietrze + paliwo. Dodatek spalin wywraca do góry nogami cały układ, gdyż komplikuje metody wykrywania przyczyn spadku mocy silnika, gaśnięcia, nierównomiernych obrotów, itp. na podstawie typowych objawów. Wielu wytrawnych nawet znawców diesli myli się często sromotnie - a cóż dopiero mówić o zwykłych użytkownikach - kwalifikując niejednokrotnie sprawne turbosprężarki do wymiany z powodu banalnego, niekontrolowanego przedmuchu spalin EGR do powietrza. Wyciągane są też katasrofalne wnioski, że skoro silnik gaśnie i "trzęsie", to winien jest układ wtryskowy paliwa. Można przywołać z forum mnóstwo przykładów omyłkowego wyrywania całkowicie sprawnych wtryskiwaczy Common Rail lub pomp wysokiego ciśnienia. Bo spadła drastycznie moc silnika, gaśnie, kopci i nie chce jechać. Powstał mętlik w głowach bowiem legł w gruzach dotychczasowy stereotyp prostej zależności w silniku spalinowym: spada moc i kopci na czarno - "za mało powietrza", albo "za dużo paliwa". Winna albo turbosprężarka albo wtryski. Tymczasem nawet niewielki dodatek spalin z "przeciekającej" instalacji EGR na pełnym obciążeniu powoduje identyczne objawy jakby był "niedomiar powietrza" lub "nadmiar paliwa". Jeżeli jeszcze do tego silnik ciężko się uruchamia na zimno, następnie gaśnie nieoczekiwanie po krótkiej pra...
waski339