EGR e dintorni, funzionamento dei dispositivi anti inquinamento

[tzanig]

ciao

ci sono alcune cose che non capisco relativamente all'EGR e al suo funzionamento.

Con riferimento questo disegno:

mi chiedo cosa sia il tubo giallo: ci arrivano dei tubi dal radiatore per cui è uno scambiatore di calore, ma mi chiedo perché raffreddare i gas di scarico che poi vanno all'egr, visto che lo scopo è appunto averli caldi. O forse sarebbero troppo caldi? Ha ulteriori scopi quel tubo oltre che portare i gas di scarico all'egr? Stavo pensando di mettere una flangia tappata anche al posto della guarnizione verde, al posto di quella rossa l'ho già messa.

Inoltre all'EGR arriva appunto un condotto dal basso che è quello che proviene dai gas di scarico, poi c'è un condotto che va verso il corpo farfallato del motore ed è quello che ho tappato con la flangia rossa. Ma c'è un terzo tubo che arriva alla valvola EGR dal lato opposto, guardando la macchina da davanti arriva da sinistra. Cos'è?

Sui 16V lo schema è piuttosto diverso:

non ho mai visto dal vivo questo motore: di solito chi tappa l'egr lo fa con la flangia al posto della guarnizione rossa: volendo tappare dopo la valvola e non prima, è smontabile la guarnizione azzurra? Non capisco come sia fissata, se le viti che la tengono sono quelle viola la vedo dura perché sono dietro..

 

[tzanig]

Inoltre all'EGR arriva appunto un condotto dal basso che è quello che proviene dai gas di scarico, poi c'è un condotto che va verso il corpo farfallato del motore ed è quello che ho tappato con la flangia rossa. Ma c'è un terzo tubo che arriva alla valvola EGR dal lato opposto, guardando la macchina da davanti arriva da sinistra. Cos'è?

Mi rispondo da solo: potrebbe essere il condotto che riporta i gas di scarico allo scarico? In questo caso con l'EGR sempre chiusa ho un flusso continuo di gas di scarico per quel groviglio di tubi, se invece mettessi una flangia tappata al posto della guarnizione verde eliminerei questo giro. Ci sono altre conseguenze?

 

[306 Maxi]

ma mi chiedo perché raffreddare i gas di scarico che poi vanno all'egr, visto che lo scopo è appunto averli caldi.

no, lo scopo dell'egr è quello di mandare gas FREDDI in camera di combustione, in modo da ridurre i picchi di temperatura in camera che sono fonte della produzione di NOx. Chiaramente il termine "freddi" è relativo, nel senso che i gas di scarico ormai usciti dalla turbina sono a temperature molto più basse delle temperature presenti in camera durante la combustione; raffreddando ulteriormente i gas ricircolati si migliora questo effetto riducendo ulteriormente le emissioni di NOx.

 

[tzanig]

ma mi chiedo perché raffreddare i gas di scarico che poi vanno all'egr, visto che lo scopo è appunto averli caldi.

no, lo scopo dell'egr è quello di mandare gas FREDDI in camera di combustione, in modo da ridurre i picchi di temperatura in camera che sono fonte della produzione di NOx. Chiaramente il termine "freddi" è relativo, nel senso che i gas di scarico ormai usciti dalla turbina sono a temperature molto più basse delle temperature presenti in camera durante la combustione; raffreddando ulteriormente i gas ricircolati si migliora questo effetto riducendo ulteriormente le emissioni di NOx.

Ok chiaro, quindi quel tubo servirebbe solo come scambiatore di calore, escludendolo si migliorerebbe l'efficienza del raffreddamento del motore, poiché non andrei araffreddare il gas di scarico che poi tanto verrebbe eliminato. Proverò a mettere una flangia nella posizione della guarnizione verde e vediamo cosa succede... Vi do tempo fino a sabato per dissuadermi se è una cosa pericolosa per il motore :lol21)

Quindi si reimmettono nel condotto di aspirazione gas di scarico freddi. La differenza rispetto a prendere aria ambiente è la mancanza di ossigeno. Con EGR attiva in camera di scoppio mi ritrovo una miscela di aria impoverita di ossigeno (aria pura t ambiente, gas di scarico raffreddato) e gasolio (e un po' di porcheria). Questo causa una formazione minore di ossidi di azoto. Però con meno ossigeno brucia meno il gasolio quindi in definitiva l'effetto è simile ad avere un motore di cilindrata minore. In poche parole è come se ai bassi regimi si avesse un motore di cilindrata minore, giusto?

 

[sbenga]

Praticamente il ragionamento è quello.
Nel forum siamo in tanti ad aver "tappato".

 

[306 Maxi]

Quindi si reimmettono nel condotto di aspirazione gas di scarico freddi. La differenza rispetto a prendere aria ambiente è la mancanza di ossigeno. Con EGR attiva in camera di scoppio mi ritrovo una miscela di aria impoverita di ossigeno (aria pura t ambiente, gas di scarico raffreddato) e gasolio (e un po' di porcheria). Questo causa una formazione minore di ossidi di azoto. Però con meno ossigeno brucia meno il gasolio quindi in definitiva l'effetto è simile ad avere un motore di cilindrata minore. In poche parole è come se ai bassi regimi si avesse un motore di cilindrata minore, giusto?

Non è proprio così.
L'EGR funziona solo ai carichi parziali (quasi indipendentemente dal regime di rotazione), mentre a pieno carico viene disattivata. Ai carichi parziali il diesel lavora con dosature molto alte (a differenza del benzina che può lavorare solo molto vicino alla dosatura stechiometrica), ovvero in forte eccesso d'aria rispetto al carburante, per cui pur ricircolando gas combusti riesco a bruciare ugualmente la quantità di gasolio che brucerei senza EGR, visto che di ossigeno ce n'è in abbondanza. I gas di scarico fungono da diluente, asportando quindi un pò di calore prodotto dalla combustione; in questo modo, come detto, si evitano picchi di temperatura troppo elevati, ed è questo che fa diminuire la formazione di NOx (non perchè si bruci meno gasolio).

Man mano che il carico aumenta e quindi si inietta più gasolio (per cui la dosatura diminuisce, visto che la portata d'aria aspirata dal motore diesel è sempre la stessa indipendentemente dal carico), la portata di EGR dev'essere opportunamente calibrata, perchè se si esagera allora si che può non esserci ossigeno a sufficienza: la combustione non sarà ottimale, provocando la formazione di CO e particolato (oltre che, chiaramente, penalizzare la fluidità di erogazione).
Come anticipato, a pieno carico l'EGR è totalmente chiusa, quindi tappare l'EGR non porta assolutamente ad alcun miglioramente prestazionale; al massimo si può riscontrarare una miglior fluidità ai carichi intermedi, e chiaramente si evita l'imbrattamento dei collettori d'aspirazione.

Il trattamento dei gas di scarico è un argomento molto complesso, che richiede la ricerca di un compromesso ottimale: infatti, le condizioni che riducono la fomrazione di un inquinante, allo stesso tempo ne aumentano quella di un altro...


Ciao!

 

[tzanig]

Grazie per l'ottima spiegazione :bravo)

la dosatura diminuisce, visto che la portata d'aria aspirata dal motore diesel è sempre la stessa indipendentemente dal carico

ma qui non capisco: se la portata d'aria è costante perché c'è una valvola a farfalla nel mio motore? L'ho sentita con le dita quando le ho infilate nel condotto per pulirlo, inoltre i diagrammi dell'ePER lo confermano.

Inoltre correggo una bestialità scritta prima, non so cosa avevo bevuto... Non c'è nessun terzo tubo collegato all'EGR, sono solo quello di entrata e quello di uscita. Chissà perché ero convinto di averne visto un terzo... :ubriachi)

Ciao

d.

 

[tzanig]

(ora vado a rispolverare il libro di motori dell'università...)

 

[306 Maxi]

La valvola che senti, del tutto simile alla farfalla presente nei benzina, serve solamente a facilitare lo spegnimento del diesel: quando giri la chiave (x spegnere) essa si chiude facendo spegnere il motore in modo più rapido e senza "strattoni". A motore acceso è completamente aperta, insomma non interviene nel funzionamento del motore vero e proprio.

Per tornare a quanto setto prima, nel diesel la quantità di aria aspirata è sempre la stessa, indipendentemente dal carico: la regolazione avviene solo iniettando più o meno gasolio, che tanto riesce a bruciare bene anche con forte eccesso d'aria; soltanto per carichi alti si scende vicino alla dosatura stechiometrica (in realtà c'è una dosatura limite del fumo oltre cui non si può scendere per evitare fumate nere cioè formazione di particolato e idrocarburi incombusti).

Viceversa il motore benzina deve per forza funzionare con dosature molto vicine a quella stechiometrica, per cui se voglio iniettare meno benzina dovrò far arrivare al motore anche una minor massa d'aria, ed ecco che qui allora la farfalla è fondamentale (e allo stesso tempo è il "punto debole" dei motori benzina, visto che questo modo di regolazione provoca cadute di rendimento notevoli rispetto al diesel ai carichi parziali).

Ciao!

 

[tzanig]

La valvola che senti, del tutto simile alla farfalla presente nei benzina, serve solamente a facilitare lo spegnimento del diesel: quando giri la chiave (x spegnere) essa si chiude facendo spegnere il motore in modo più rapido e senza "strattoni".

Chiaro. Questo spiega anche perché mettendo la flangia diminuisce lo squotimento allo spegnimento del motore: evidentemente quando si chiude la valvola viene aspirata l'aria dal condotto che esce dall'egr, mettendo la flangia questo non avviene più.

 

[tzanig]

Questa sera ho messo la flangia tappata al posto della guarnizione verde. Be' se svitare le viti vicino al condotto di aspirazione è stato difficile... Per queste è stato quasi impossibile! Oltre che a essere strette alla morte sono anche in una posizione scomodissima. Scomoda al punto che dopo aver finito di svitarle e posizionato la flangia mi sono quasi pentito visto che mi toccava riavvitarle, impresa ardua anche quella e... obbligatoria! Non potevo mica mollare il condotto di scarico con un foro libero nel cofano. Comunque alla fine tutto a posto, non si notano miglioramenti ma non me ne aspettavo, se non altro non mi esce fumo dal cofano : ) Il miglioramento c'è nel flusso dei gas di scarico che non creano più la turbolenza entrando nello scambiatore di calore e nel raffreddamento che dovrebbe migliorare in efficienza in quanto non si raffredda più il gas inutilmente. (anche se lo scambiatore si scalda comunque per via del contatto con il corpo motore).

 

[cat147]

Tenete presente che in caso di anomalia di funzionamento dell'egr (non infrequente quando è ben imbrattata di gas e olio) la chiusura risulta incompleta anche a pieno carico.
La soluzione ottimale sarebbe quella di tappare direttamente l'attacco sul collettore di scarico in maniera da evitare che la presenza di un condotto risonante vada ad alterare il flusso di gas diretto alla turbina. In tal caso però il tappo deve essere bello spesso e concepito per non deformarsi neppure a temperature elevatissime (i gas di scarico che ne lambirebbero la superficie interna sono nell'oridine dei 700° a pieno carico motore).

 

[tzanig]

La soluzione ottimale sarebbe quella di tappare direttamente l'attacco sul collettore di scarico in maniera da evitare che la presenza di un condotto risonante vada ad alterare il flusso di gas diretto alla turbina. In tal caso però il tappo deve essere bello spesso e concepito per non deformarsi neppure a temperature elevatissime (i gas di scarico che ne lambirebbero la superficie interna sono nell'oridine dei 700° a pieno carico motore).

E' dove ho tappato io (posizione verde nel primo messaggio di questo thread). Fra qualche giorno riapro e guardo le condizioni della flangia, il 304 che ho usato non è propriamente adatto a lavorare a quelle temperature. Da wikipedia:

Il 304, se portato ad alta temperatura (400°C-840°C, ad esempio durante la saldatura), si sensibilizza alla corrosione intergranulare a causa della precipitazione dei carburi di Cromo (M23C6) sui bordi di grano della struttura metallica. La precipitazione di questi carburi causa una notevole diminuzione del tenore di cromo nelle zone circostanti ai bordi di grano e, se si scende al di sotto del 12%, il film di passività dell'acciaio non è più sufficiente a proteggere il materiale sottostante. Si rischia quindi di avere rotture per corrosione selettiva lungo il perimetro dei bordi di grano.


per questa applicazione sarebbe meglio l'AISI 430 che è più povero di Carbonio, lunedì guardo di che spessore ne ho e faccio altra flangia ; )

 

[Dk-Wamp]

Ma sta ERG è anche sulle 156? sarebbe meglio la blcocassi pure io per caso?

 

[BLADOW]

Scusate la mia ingnoranza in materia visto che sapete di piu' ,allora vale la pena di tapparla o no? e quale solo quella di scarico ?

 

[306 Maxi]

Come detto, non porta vantaggi prestazionali, ma può migliorare l'erogazione ai carichi intermedi (se l'EGR è tarata perfettamente, in teoria non cambia nulla nemmeno da questo punto di vista), ma soprattutto evita l'imbrattamento dei condotti di aspirazione.
Si pensa per il futuro di utilizzare una "EGR long route" a bassa pressione, che consiste nel prelevare i gas da ricircolare a valle della turbina -anzichè a monte come ora- e immetterli all'aspirazione prima del compressore -anzichè dopo come ora- per cui in futuro anche il compressore verrà investito da tutta la porcheria....

Occhio che, soprattutto sulle euro 4 da cosa ho capito, il BC segnala avaria dopo la modifica.

 

[Dk-Wamp]

allora sulla mia posso farla tappare senza problemi....boh ne palro al mio meccanico e vedo che mi dice

 

[cat147]

Come detto, non porta vantaggi prestazionali, ma può migliorare l'erogazione ai carichi intermedi (se l'EGR è tarata perfettamente, in teoria non cambia nulla nemmeno da questo punto di vista), ma soprattutto evita l'imbrattamento dei condotti di aspirazione.
Si pensa per il futuro di utilizzare una "EGR long route" a bassa pressione, che consiste nel prelevare i gas da ricircolare a valle della turbina -anzichè a monte come ora- e immetterli all'aspirazione prima del compressore -anzichè dopo come ora- per cui in futuro anche il compressore verrà investito da tutta la porcheria....

Occhio che, soprattutto sulle euro 4 da cosa ho capito, il BC segnala avaria dopo la modifica.

Il prelievo dei gas di scarico a valle della turbina sarebbe sicuramente utile anche sotto il profilo dell'abbattimento della temperatura dei gas di scarico. Infatti la trasformazione dell'energia termica in energia cinetica che avviene a livello della turbina comporta un brusco calo della temperatura, anche di 200°, per cui i gas rimessi in ricircolo sarebbero più freddi e quindi più efficienti nella riduzione degli ossidi di azoto pur a fronte di una loro minore immissione a minor pressione.
L'immissione a monte del compressore è soluzione ancora da verificare nella sue concreta fattibilità perché comunque sottoporrebbe la girante (normalmente in lega d'alluminio) del compressore a uno stress termico molto maggiore e del resto potrebbe non avere molto senso comprimere anche la percentuale di gas di scarico. Altro sarebbe se si riuscisse a concepire l'immissione in maniera da generare una precompressione dell'aria da immettere nei cilindri, un po' come avviene nei compressori Rotex (praticamente scomparsi dal mercato).

 

[tzanig]

La soluzione ottimale sarebbe quella di tappare direttamente l'attacco sul collettore di scarico in maniera da evitare che la presenza di un condotto risonante vada ad alterare il flusso di gas diretto alla turbina. In tal caso però il tappo deve essere bello spesso e concepito per non deformarsi neppure a temperature elevatissime (i gas di scarico che ne lambirebbero la superficie interna sono nell'oridine dei 700° a pieno carico motore).

E' dove ho tappato io (posizione verde nel primo messaggio di questo thread). Fra qualche giorno riapro e guardo le condizioni della flangia, il 304 che ho usato non è propriamente adatto a lavorare a quelle temperature. Da wikipedia:

Il 304, se portato ad alta temperatura (400°C-840°C, ad esempio durante la saldatura), si sensibilizza alla corrosione intergranulare a causa della precipitazione dei carburi di Cromo (M23C6) sui bordi di grano della struttura metallica. La precipitazione di questi carburi causa una notevole diminuzione del tenore di cromo nelle zone circostanti ai bordi di grano e, se si scende al di sotto del 12%, il film di passività dell'acciaio non è più sufficiente a proteggere il materiale sottostante. Si rischia quindi di avere rotture per corrosione selettiva lungo il perimetro dei bordi di grano.


per questa applicazione sarebbe meglio l'AISI 430 che è più povero di Carbonio, lunedì guardo di che spessore ne ho e faccio altra flangia ; )

Ho verificato dopo una settimana la flangia in aisi 304 (0,8mm) montata appena dopo lo scarico. La flangia era ovviamente sporca ma senza segni di corrosione né danneggiamenti, pertanto l'ho rimontata tale e quale. Prossima ispezione tra un mese (anche perché per svitare quelle brugole c'è da smadonnare parecchio...). Nel frattempo mi arriverà anche il 430 in vari spessori così potrò fare altri tentativi.

I vantaggi teorici nel bloccare allo scarico sono:
1. alla turbina arriva un flusso di gas di scarico migliore
2. il sistema di raffreddamento non deve raffreddare senza motivo i gas presenti nello scambiatore.

Tali vantaggi - se l'EGR è già tappata vicino all'aspirazione - non sono rilevabili "a orecchio".

Però è bello sapere che il motore funziona meglio ; )

 

[5036angelo]

ragà, quale sarebbe l'erg?