Olemme edenneet EGR-juttusarjassamme jo neljänteen osaan, ja tällä kertaa vuorossa on EGR-jäähdytys. Jotta tiukentuneet päästörajoitukset olisivat saavutettavissa, tarvitaan EGR-venttiilin lisäksi myös järjestelmän jäähdytystä.
Tavarantoimittajamme MS Motorservicen edustama Pierburg on perinteisesti ollut yksi autoteollisuuden lähimmistä kumppaneista ja tukenut auton polttoaineensyötön kehitystä aina auton keksimisen alkutaipaleilta alkaen. Nykyään Pierburg on autoteollisuuden johtava asiantuntija polttomoottorin päästöjen hallinnan, imujärjestelmän osien ja erilaisten pumppujen teknologiaan liittyen.
Mihin tarvitaan EGR-jäähdytystä?
Päästövaatimusten kiristyminen on edellyttänyt valmistajia jatkuvasti parantamaan polttomoottorien päästöjä pienentäviä laitteistoja ja järjestelmiä. Kuten aiemmissakin juttusarjan osissa on käyty läpi, dieselmoottoreissa tämä koskee erityisesti typen oksidien (NOx) vähentämistä.
Pelkän EGR-venttiilin avulla NOx-päästöjä ei ole juurikaan pystytty alentamaan kevyen kaluston ajoneuvoissa enää Euro 2 -tason jälkeen. Tämän vuoksi EGR-jäähdytys on yleistynyt henkilöautoissa, ja ollut lähestulkoon standardiratkaisu dieselajoneuvoissa aina Euro 4 -tasosta ja 2000-luvun alun autoista lähtien. Raskaassa kalustossa EGR-jäähdyttimiä on käytetty huomattavasti pidempään.
Miten EGR-jäähdytys toimii?
EGR-jäähdyttimessä on tyypillisesti jäähdytysnestekierto, johon kierrätettävä pakokaasu luovuttaa lämpöään. Jäähdytetyn EGR-järjestelmän toimintaperiaate ja keskeisimmät komponentit on esitetty seuraavassa kuvassa:
Pakokaasujen takaisinkierrätyksen pääperiaate on syrjäyttää sylinterissä olevaa hapen määrää pakokaasulla. Pakokaasu on inerttiä, eli se ei osallistu palamistapahtumaan. Kun palamiseen on käytettävissä vähemmän happea, on seurauksena alhaisempi palamislämpötila ja sitä kautta pienemmät NOx-päästöt.
Kun takaisinkierrätettävä pakokaasu vielä jäähdytetään ennen sylinteriin johdattamista, palamislämpötila ja NOx-päästöt alenevat entisestään. Tätä edesauttaa se, että pakokaasulla on ilmaa korkeampi ominaislämpökapasiteetti. Vaikka pakokaasu ei osallistukaan itse palamistapahtumaan, pystyy se jäähdytettynä sitomaan itseensä palamisen lämpöenergiaa. Sylinteristä pakotahdin aikana ulos johdettava pakokaasu on siis kuumempaa, minkä ansiosta hukkalämpö vähenee. Tämä tarkoittaa parempaa moottorin hyötysuhdetta. EGR-jäähdytyksen etuja ovat myös pienempi nakutusherkkyys ja pienempi imukanaviin kohdistuva lämpörasitus.
Kierrätettäviä pakokaasuja ei kuitenkaan haluta jäähdyttää kaikissa tilanteissa. Monissa nykypäivän EGR-jäähdyttimissä on sähköisesti tai pneumaattisesti ohjattu ohitusläppä, joka mahdollistaa pakokaasujen ohjaamisen EGR-jäähdyttimen ohi. Ohitusta käytetään lämmitysvaiheessa, jotta moottori, katalysaattori(t) ja dieselhiukkassuodatin (DPF) saavuttavat käyttölämpötilansa nopeammin. Lisäetuna on melunmuodostuksen, ns. ”dieselnakutuksen”, sekä raakahiilivetypäästöjen väheneminen lämmitysvaiheen aikana. Ohitusta käytetään myös silloin, kun tarvitaan korkeaa pakokaasun lämpötilaa, esimerkiksi DPF-regeneroinnin yhteydessä.
Jäähdytetty EGR-järjestelmä hyödyttää myös bensiiniajoneuvoja
EGR-jäähdytyksestä hyötyvät dieselajoneuvojen lisäksi myös bensiinimoottorit. Pienissä turboahdetuissa bensiinimoottoreissa jäähdytettyä EGR-järjestelmää voidaan käyttää lisäämään moottorin hyötysuhdetta – siis alentamaan kulutusta ja parantamaan suorituskykyä useammallakin eri tavalla. Hyödyt perustuvat pienempiin moottorin pumppaushäviöihin: kaasuläppää voidaan käyttää tavallista suuremmalla aukeamalla, kun ilma-polttoaineseoksen happipitoisuutta lasketaan EGR-järjestelmän avulla.
EGR-järjestelmä parantaa moottorin hyötysuhdetta myös suurella kuormituksella ajettaessa. Käyttämällä isompaa puristussuhdetta ja myöhäisempää sytytystä, ollaan lähellä nakutusrajaa. Kun ajoneuvossa on käytössä pakokaasun takaisinkierrätys, vältetään nakutus. Jos EGR-järjestelemää ei olisi, seosta pitäisi muuten rikastaa – tämä merkitsisi polttoaineenkulutuksen kasvua.
Tarkkana tuotevalinnassa, vianetsinnässä ja asennuksessa!
Kuten muutkin EGR-järjestelmän osat, myös EGR-jäähdyttimet altistuvat jatkuvasti korkeille lämpötiloille ja paineille (jopa 700 °C ja 3 bar). Jäähdyttimien tulee lisäksi kestää pakokaasujen kemiallinen rasitus. Tämän vuoksi EGR-jäähdyttimet on valmistettava korkeita lämpötiloja ja korroosiota kestävistä, laadukkaista materiaaleista – yleensä ruostumattomasta teräksestä tai alumiinista.
Epäsuotuisissa olosuhteissa tai ulkoisen syyn seurauksena myös laadukkaat materiaalit voivat joutua koville. Suomen vaihtelevat sääolosuhteet ja kovat pakkaset eivät varsinaisesti helpota EGR-järjestelmien toimintaa. Juttusarjan aiemmissa osissa käsiteltyjen tilanteiden lisäksi ulkoinen syy voi olla esimerkiksi ajaminen huonolaatuisella (korkean rikkipitoisuuden) polttoaineella tai sopimattomien lisäaineiden käyttö polttoaineen joukossa. Pierburgilla on tiedossa tilanteita, joissa huonolaatuinen polttoaine on saanut aikaan kemialliselta koostumukseltaan aggressiivista pakokaasua, joka ajan myötä syövyttää EGR-jäähdyttimen materiaalia sisältäpäin. Syöpymisestä voi seurata pieni sisäinen vuoto, tyypillisesti jäähdyttimen pakokaasupuolelta jäähdytysjärjestelmän suuntaan.
Tällaisen vuodon paikallistaminen voi olla haastavaa, sillä moottorin ollessa käynnissä EGR-järjestelmässä on suurempi paine kuin jäähdytysjärjestelmässä. Näissä tilanteissa jäähdytysneste voi pikkuhiljaa vuotaa EGR-järjestelmän puolelle moottorin ollessa sammutettuna. Jos EGR-jäähdytin on sijoitettu moottoritilassa korkeammalle kuin imu- ja pakoventtiilit, tämä voi saada jäähdytysnesteen kertymään yhteen tai useampaan sylinteriin, moottoria vakavasti vaurioittavin seurauksin.
Harvinaisempi vuototilanne voi syntyä pistekorroosion kautta jäähdytysjärjestelmän puolelta. Pistekorroosiossa anodisena reaktiona tapahtuu metallin liukenemista ja katodisena reaktiona pelkistyy happea. Huonolaatuinen tai sopimaton jäähdytysneste voi aiheuttaa myös korroosio- tai kavitaatiovaurioita. Jäähdytysnesteen tulee siis olla ehdottoman laadukasta, puhdasta ja autonvalmistajan määrittämien luokituksien mukaista.
EGR-jäähdyttimen vaihdon yhteydessä on syytä kiinnittää jäähdytysnesteen laadun lisäksi jäähdytysjärjestelmän ilmaukseen. Puutteellinen tai huonosti suoritettu ilmaus voi aiheuttaa peruuttamatonta vahinkoa uudelle EGR-jäähdyttimelle.
Jos epäilet vaikeasti diagnosoitavan jäähdytysnestevuodon syyksi esimerkiksi sylinterikannen, kannentiivisteen, märkien sylinteriputkien tiivisteiden vuotoa tai muuta vastaavaa vauriota, tarkista aina myös EGR-jäähdyttimen tiiveys ennen moottorin purkamista!
Luota EGR-järjestelmien asiantuntijaan – valitse Pierburg-varaosa
Pierburg on polttomoottorin päästöjen hallinnan asiantuntija, jolla on vuosien kokemus EGR-järjestelmien kehittämisestä ja valmistuksesta. Voitkin olla varma, että Pierburgin EGR-jäähdyttimet ja -moduulit jäähdyttävät pakokaasut luotettavasti.
Kun valitset Pierburg-varaosan Kahan valikoimasta, voit luottaa tuotteiden olevan laadukkaita, ensiasennusvalmistajan hyväksymiä osia – 3 vuoden varaosatakuulla! Mallikohtaisesti sopivat tuotteet löydät Autoluettelon rekisterinumerohaun avulla.
