یکی از مهم‌ترین مسائل امروزه آلودگی هوا است. آلودگی هوا اثرات بسیار مخربی بر اکوسیستم و انسان می‌گذارد. در نتیجه کشورها در حال وضع قوانین جدید زیست محیطی هستند و شرکت‌های خودرو سازی هم در تلاش برای بهره گرفتن از سیستم‌های جدید جهت کاهش میزان آلاینده‌های خودروها هستند. راهکارها و سیستم‌های مختلفی برای کاهش میزان آلایندگی خودروها ایجاد شده است که یکی از آنها سیستم EGR است. در این مطلب می‌خواهیم به این بپردازیم که سیستم EGR چیست و چه ویژگی‌هایی دارد.
آلاینده‌های موجود در اگزوز خودرو
گازهای مختلفی از اگزوز خودروها خارج می‌شود اما اکسیدهای نیتروژن از خطرناک‌ترین آنها هستند. اکسیدهای نیتروژن باعث ایجاد مه دود و بارش باران‌های اسیدی می‌شوند در نتیجه اثرات ذکر شده توجه زیادی به آلاینده‌های اکسید نیتروژن می‌شود. شرکت‌های خودرو سازی راهکارهای مختلفی را برای حل این مشکل موتورهای دیزلی امتحان کرده‌اند که یکی از اصلی‌ترین این روش‌ها بهره‌گیری از سیستم Exhaust Gas Recirculation است که به صورت مخفف EGR نامیده می‌شود. این عبارت به معنی سیستم گردش مجدد گاز اگزوز اتومبیل است. وظیفه سیستم ERG کاهش سطح اکسیدهای نیتروژن خارج شده از اگزوز خودروهاست.
نحوه تشکیل اکسیدهای نیتروژن
همان‌طور که ذکر شده یکی از مهم‌ترین آلاینده‌های موتورهای دیزلی اکسیدهای نیتروژن است. به علت اثرات بسیار مخرب اکسیدهای نیتروژن تاکید بسیاری بر آنها شده است. همان‌طور که از اسم این ترکیبات شیمیایی نیز مشخص است از ترکیب نیتروژن و اکسیژن به وجود می‌آیند. در دمای عادی مانند دمای اتاق، گازهای اکسیژن و نیتروژن با یکدیگر واکنش نمی‌دهند و ترکیب نمی‌شوند. اما هنگامی که در مجاورت دمای بسیار بالا قرار گیرند، انرژی مورد نیاز جهت ترکیب شدن را به دست آورده و اکسیدهای نیتروژن را به وجود می‌آورند. ایجاد ترکیب اکسید نیتروژن به دو دلیل اتفاق می‌افتد. اولین علت وجود گازهای نیتروژن و اکسیژن در هوای اطراف است که ورود آنها به محفظه احتراق خودرو امری اجتناب‌ناپذیر است. از طرفی موتور خودرو دمای مورد نیاز این واکنش را نیز تامین می‌کند.
نحوه کارکرد سیستم EGR
حال که نحوه ایجاد اکسیدهای نیتروژن را متوجه شدیم بهتر می‌توانیم به دنبال راهی جهت کاهش آلاینده‌ها باشیم. همان‌طور که ذکر کردیم ورود گازهای نیتروژن و اکسیژن به محفظه احتراق موتور خودرو، امری اجتناب ناپذیر است. پس راه حلی که باقی می‌ماند کاهش دمای محفظه است.
اولین بار ERG در اوایل دهه 70 مورد استفاده قرار گرفت. در این دهه قوانین آلایندگی موتورها و به خصوص موتورهای دیزلی سخت‌تر می‌شد و شرکت‌های خودرو سازی به دنبال راهکاری جهت کاهش آلاینده‌های تولید شده توسط خودروها بودند. سیستم EGR در دهه 80 محبوب‌تر شد و به طور گسترده تری مورد استفاده قرار گرفت.
نحوه کارکرد سیستم EGR به این صورت است که مقداری از گازهای خروجی اگزوز به محفظه احتراق باز می‌گردند. با این کار دمای محفظه احتراق کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه میزان اکسیدهای نیتروژن تولید شده نیز کاهش میابد. به عبارتی میزان گاز اکسیژن موجود در محفظه کمتر می‌شود. این عمل بدون تاثیر بر توان خودرو اتفاق می‌افتد زیرا میزان اکسیژن کاهش یافته در حالت عادی با سوخت ترکیب نمی‌شده بلکه با نیتروژن وارد واکنش شده و اکسید نیتروژن را تولید می‌کرد. پس اکسیژن کافی جهت ادامه کار خودرو در اختیار موتور قرار دارد. از طرف دیگر ورود مجدد گازهای اگزوز باعث کاهش سرعت واکنش‌ها می‌شود و همین امر سبب کمتر شدن میزان اکسیدهای نیتروژن تولیدی می‌شود. همان‌طور که ذکر شد EGR به معنی بازگشت مجدد گازهای اگزوز است.
سیستم EGRبرای برگرداندن گازهای خروجی به اگزوز از یک مدار فرعی استفاده می‌شود که مقداری از گازهای خروجی را از مسیر اصلی خارج می‌کند. نکته حائز اهمیت این است که دمای این گاز باید تحت کنترل باشد زیرا این گازها باید دمای محفظه احتراق را کاهش دهند. اگر با همان دمای اولیه به محفظه احتراق برگردند نه تنها دما را کاهش نمی‌دهد بلکه موجب افزایش دمای محفظه احتراق نیز می‌شوند. جهت حل این مشکل یک دستگاه با ساختاری شبیه به رادیاتور در مسیر گاز برگشتی تعبیه می‌شود تا این جریان گاز خنک شود. این عمل باعث می‌شود تا گازهای اگزوز قبل از ورود به محفظه دچار کاهش دما و حجم شوند. در جریان مسیر این گازها نیز یک سوپاپ تعبیه شده است تا در صورت لزوم هوا به منیفولد جریان پیدا کند. علاوه بر این سوپاپ، یک سوپاپ دیگر نیز در مسیر قرار گرفته است که نقش کنترل جریان این گازها را دارد و به آن سوپاپ EGR گفته می‌شود.
انواع مختلف EGR
به صورت کلی دو سیستم EGR وجود دارد که شامل EGR سرد خارجی و EGR گرم داخلی است.
سیستم EGR سرد خارجی
در این سیستم مقداری از گازهایی که به خارج از سیلندر و به درون سیلندر هدایت شده‌اند به یک مسیر فرعی بازمی‌گردند و سپس با استفاده از یک سوپاپ مکش با هوای تازه ترکیب شده و سپس وارد سیلندر می‌شود.
یک شیر برقی در راه اگزوز تعبیه شده است که میزان جریان گازهایی که به سیلندر بازمی‌گردند را کنترل می‌کند. این شیر برقی به شکل اتومات از ECU دستور می‌گیرد. تا موقعی که موتور نیاز به هوای تازه داشته باشد این شیر برقی در حالت بسته قرار دارد. این حالت باعث می‌شود تا تمام گازها از طریق اگزوز خارج شوند و هیچ مقداری به سیلندر باز نمی‌گردد.
با توجه به موقعیت و بر اساس نیاز موتور، شیر برقی باز می‌شود. درصد EGR نشان دهنده مقدار هوای ورودی به سیلندر از طریق سوپاپ مکش است. به‌عنوان‌مثال EGR 50 درصد به معنی وارد شدن نیمی از هوای ورودی به داخل سیلندر و خروج نیمی دیگر از اگزوز است. حجم گازهای بازگردانده شده در ابتدا وارد EGR cooler می‌شود. پس از سرد شدن توسط این سیستم با هوای تازه مخلوط می‌شود و دوباره وارد سیلندر می‌شود. این نوع سیستم شروع احتراق را به تعویق می‌اندازد.
سیستم EGR گرم خارجی
پایه و اساس این سیستم بر مبنای زمان بندی باز شدن سوپاپ‌ها است. در شرایط عادی سوپاپ تخلیه باز است. این سوپاپ تا زمانی که پیستون به نقطه TDC برسد، باز باقی می‌ماند و گازها از این سوپاپ خارج می‌شود. با حرکت پیستون به سمت پایین سوپاپ مرحله مکش شروع می‌شود و در نتیجه سوپاپ تخلیه بسته می‌شود. سپس سوپاپ مکش باز می‌شود که باعث وارد شدن هوای تازه به درون سیلندر می‌شود.
زمان باز و بسته شدن سوپاپ‌های مکش و تخلیه در EGR داخلی متغیر است. همان‌طور که ذکر شد بعد از بالا آمدن پیستون به نقطه TDC در مرحله تخلیه پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند.
سیستم EGR سپس سوپاپ مکش باز شده و یک خلأ نسبی ایجاد می‌شود که موجب وارد شدن هوای تازه از سوپاپ مکش به داخل سیلندر می‌شود. از طرفی این خلأ نسبی ایجاد شده باعث ورود مقداری از گازهای احتراق از سوپاپ تخلیه به سیلندر می‌شود.
با توجه به موارد گفته شده نتیجه می‌گیریم که مدت زمانی که نیاز است تا سوپاپ باز یا بسته باشند کاملاً به مقادیر گازهای برگشتی بستگی دارد. هر چقدر به میزان بیشتری از گازهای برگشتی مورد نیاز باشد، سوپاپ تخلیه باید به مدت بیشتری باز باقی بماند.
جمع بندی
در این مطلب به توضیح سیستم EGR پرداختیم. در گازهای خارج شده از اگزوز خودروها مقداری آلاینده موجود است که از مهم‌ترین آنها می‌توان به اکسیدهای نیتروژن اشاره کرد. اکسیدهای نیتروژن در دمای بالا و از ترکیب دو گاز موجود در هوا یعنی اکسیژن و نیتروژن ایجاد می‌شود. جهت کاهش میزان آلاینده‌های تولید شده می‌توان دمای محفظه احتراق را کاهش داد. جهت کاهش دمای محفظه احتراق از سیستمی به نام EGR استفاده می‌کند. این سیستم مقداری از گازهای اگزوز را دوباره به محفظه احتراق باز می‌گرداند که باعث کاهش دمای محفظه و در نتیجه کاهش میزان آلاینده‌های تولید شده می‌شود. این سیستم به طور کلی به دو نوع گرم خارجی و سرد داخلی تقسیم می‌شود که به توضیح کامل هر یک از آنها پرداختیم.
