Zpřísňování emisních norem nutí automobilky do stále rafinovanějších řešení. S tím souvisí i koncept recirkulace výfukových plynů.
Dvojitý systém EGR: Symbióza vysokotlakého a nízkotlakého okruhu
Články na téma jak fungují motory:
- Zážehový spalovací motor - jak funguje?
- Dvoutaktní motor - princip fungování
- Vznětový motor - jak funguje?
- Výkon motoru na etanol
- Vrtání a zdvih motoru – který parametr je rozhodující?
- Výhody motoru podélně vs. napříč
- Proč je tříválec účinnější než čtyřválec?
- Střední pístová rychlost – co to je?
- Olejová vana – kdy je lepší oddělené mazání?
- Písty bývají dole širší než nahoře. Víte, proč to tak je?
- Vířivé klapky u spalovacího motoru
- Offset klikové hřídele vůči válci
- Offset klikovky vůči válci: Má to i nevýhody, bohužel
- V motoru palivo nevybuchuje. Dělat to nesmí
- Detonační spalování a jeho problémy (2. díl)
- Spalovací motor a jeho účinnost: Kde se nám nejvíc ztrácí?
- Vstřikování vody dává smysl jen u některých motorů
- EGR a diesel: Proč už nestačí jeden okruh? - právě čtete
- Tepelná roztažnost kovů má zásadní vliv na konstrukci motoru
- Vyvažovací hřídel hraje u čtyřválce větší roli než u tříválce
- Squish efekt: Co dělá tvar dna pístu se spalováním
- Honování válců: Proč se to dělá?
EGR systémy jsou už dva
Dříve dostačoval jednoduchý vysokotlaký okruh, v současné době jsou nasazovány okruhy dva. Není to ovšem úplně jednoduché, svoji roli hraje termodynamika, efektivita spalování, odezva turba a čistota sání. Základem je stále i u duálních systémů okruh vysokotlaký. Odebírá plyny ještě před turbem a pouští je do sání za škrticí klapku.
Zásadní výhodou je bezprostřední reakce na změnu zatížení. Plyny jdou jenom krátkou dráhou, takže regulace složení směsi ve válci je opravdu velmi rychlá. Důležité to je při studených startech, případně v režimech nízké zátěže, kdy je potřeba okamžitě zvýšit teplotu ve spalovací komoře pro optimální funkci katalyzátoru.
Má však i své stinné stránky. Plyny jsou plné sazí a nespálených uhlovodíků, což vede k postupné karbonizaci sání a ventilového mechanismu. Navíc odběr plynů před turbínou logicky snižuje energii dostupnou pro pohon dmychadla, což limituje plnicí tlak.
Zde vstupuje do hry nízkotlaký okruh (LP-EGR), označovaný někdy jako long-route (dlouhocestý) systém. U tohoto uspořádání se výfukové plyny odebírají až za filtrem pevných částic (DPF), procházejí dedikovaným chladičem a jsou zaváděny před kompresor turbodmychadla.
Tento proces je z hlediska životnosti motoru mnohem čistší, neboť recirkulované médium je zbaveno pevných částic. Klíčovým přínosem je však zachování celkového hmotnostního průtoku plynů turbínou. Protože plyn neodebíráme před turbem, může turbo efektivněji pracovat i při vysoké míře recirkulace. Směs vzduchu a plynů v LP-EGR je navíc díky delší dráze a účinnějšímu chlazení homogennější a chladnější, což přímo vede k potlačení tvorby NOx.
Termodynamický management a strategie řízení
Proč tedy nepoužívat pouze nízkotlaký okruh? Odpověď leží v transportním zpoždění a kondenzaci. Vzhledem k délce potrubí trvá několik pracovních cyklů, než se změna v regulaci LP-EGR projeví ve válci. To je při dynamických přechodech, jako je prudká akcelerace, nepřípustné. Právě v těchto momentech přebírá iniciativu vysokotlaká větev, která vykryje okamžitý požadavek na snížení teploty hoření, zatímco nízkotlaký okruh se postupně stabilizuje.
- Nízké zatížení: Dominuje HP-EGR pro rychlé ohřátí motoru a stabilizaci hoření.
- Střední a vysoké zatížení: Hlavní slovo má LP-EGR, který umožňuje pracovat s vysokým plnicím tlakem při současném drastickém snížení NOx.
- Regenerace DPF: Specifický režim, kdy řídicí jednotka precizně balancuje oba okruhy, aby udržela potřebnou teplotu ve výfukovém traktu.
Součinnost obou systémů vyžaduje extrémně přesnou senzoriku. Nejde jen o měření tlaku a teploty, ale o prediktivní modely v ECU, které počítají s parciálními tlaky a hustotou plynů. Aby LP-EGR správně fungoval, je často nutné v nízkých otáčkách přivřít výfukovou klapku za filtrem pevných částic, čímž se vytvoří potřebný tlakový spád pro nasátí plynů zpět do sání. Tento proces však zvyšuje čerpací ztráty motoru, a proto musí být algoritmus řízení neustále optimalizován na aktuální provozní podmínky.
Dvojitý EGR systém je ve výsledku fascinujícím příkladem inženýrského kompromisu. Umožňuje moderním dieselům splnit drakonické limity, aniž by došlo k degradaci jízdní dynamiky nebo neúměrnému nárůstu spotřeby. Pro servisní praxi to sice znamená vyšší komplexitu a více potenciálních míst poruchy, z hlediska termodynamické účinnosti a ekologie provozu však v současnosti neexistuje pro dieselové motory lepší cesta.
Zdroj info: SAE International, MTZ, BorgWarner / Garrett.
Zdroj médií: Depositphotos.
Zdroj médií: Depositphotos.
