Recyrkulacja spalin (EGR)

Recyrkulacja spalin, powszechnie oznaczana skrótem EGR, to technika ograniczania emisji, która kieruje odmierzoną część spalin silnika z powrotem do dolotu, by zostały ponownie zassane do cylindrów wraz ze świeżym powietrzem. Jej jedynym celem jest tłumienie powstawania tlenków azotu (NOx), grupy zanieczyszczeń tworzących się zawsze, gdy temperatura spalania wzrasta na tyle, że atmosferyczny azot reaguje z tlenem. Dzięki zwalczaniu NOx u źródła, zamiast oczyszczania spalin po fakcie, EGR od dziesięcioleci stanowi filar strategii ograniczania emisji.

Leżąca u podstaw zasada ma charakter termodynamiczny. Zawracane spaliny są w dużej mierze obojętne — zostały już spalone — więc gdy wypierają część świeżego, bogatego w tlen ładunku, dostępnego tlenu jest mniej, a większa masa gazu pochłania ciepło. Skutkiem jest niższa szczytowa temperatura spalania. Ponieważ produkcja NOx gwałtownie rośnie powyżej około 1600°C, nawet umiarkowane obniżenie temperatury płomienia znacząco ogranicza powstawanie NOx. Ceną jest to, że rozcieńczenie ładunku może nieznacznie obniżyć moc i sprawność, dlatego układ musi być starannie dawkowany.

Od strony sprzętowej układ EGR składa się z zaworu EGR, który otwiera się i zamyka, regulując ilość zawracanych spalin, kanałów łączących kolektor wydechowy z dolotowym oraz, w większości nowoczesnych silników, chłodnicy EGR dodatkowo obniżającej temperaturę gazów dla zwiększenia skuteczności. Jednostka sterująca silnika nieprzerwanie reguluje zawór, otwierając go podczas jazdy z częściowym obciążeniem, gdy kontrola NOx ma największe znaczenie, i zamykając na biegu jałowym oraz pełnym obciążeniu, gdzie zawracane spaliny zakłócałyby pracę silnika lub szkodziły osiągom.

EGR stosuje się zarówno w silnikach wysokoprężnych, jak i benzynowych, choć z różnym naciskiem. Diesle, pracujące z nadmiarem powietrza i wysokim stopniem sprężania, wytwarzają znaczne ilości NOx i w dużym stopniu polegały na EGR, często z współpracującymi pętlami wysoko- i niskociśnieniową. Silniki benzynowe historycznie wykorzystywały ją oszczędniej, lecz chłodzona recyrkulacja spalin zyskała uznanie w nowoczesnych jednostkach turbodoładowanych, ponieważ tłumi również spalanie stukowe i poprawia sprawność, a nie tylko ogranicza emisję.

Technika ta ma dobrze znane wady praktyczne. Zawracane spaliny silnika Diesla niosą sadzę, która z biegiem kilometrów łączy się z oparami oleju z odpowietrzenia skrzyni korbowej i pokrywa zawór EGR oraz przewody dolotowe grubym, węglowym nagarem. Zatkany lub zacinający się zawór może wywołać zapalenie kontrolek, nierówną pracę i spadek osiągów, a jego czyszczenie lub wymiana to częsta pozycja serwisowa w dieslach o wyższych przebiegach.

EGR jest częścią wielowarstwowej architektury ograniczania emisji i rzadko działa samodzielnie. Redukuje NOx, zanim powstanie, uzupełniając selektywną redukcję katalityczną, która usuwa już powstałe NOx, podczas gdy filtr cząstek stałych radzi sobie z sadzą. Wspólnie układy te pozwalają nowoczesnym silnikom spełniać wymagające limity normy Euro 6.