معرفی سیستم  EGR 

همه ما در این سال‌ها شاهد روزافزون آلودگی هوای کلان شهرها هستیم، سال‌هاست که مسئولین در تلاشند که این مشکل را حل کنند و از طرفی مردم نیز از این وضعیت به ستوه آمده‌اند. این مشکل در تمام شهرهای بزرگ دنیا وجود دارد و هر دولتی در تلاش است که بهترین روش را برای کاهش این آلودگی به کار بندد. یکی از روش‌هایی که برای این امر در نظر گرفته شده است EGR یا سیستم گردش مجدد گازهای اگزوز می‌باشد. با موتوتل همراه باشید تا به معرفی این سیستم بپردازیم. 

گازی که معمولا از اگزوز خودروها خارج می‌شود به عنوان آلاینده شناخته می‌شود که خود از چند گاز دیگر تشکیل شده، مضرترین این گازها اکسید نیتروژن است که با علائم اختصاری NOX نشان داده می‌شود. هر ساله میلیون‌ها تن از این گاز به طور مستقیم و بر اثر فعالیت‌های انسانی چون مصرف سوخت‌های فسیلی وارد جو می‌شود. ترکیب این گاز با هوای مرطوب باعث تولید اسید نیتریک می‌شود که عامل اصلی پوسیدگی شدید فلزات به شمار می‌رود. دیگر ویژگی این گاز این است که در غلظت‌های بالا باعث ایجاد مه می‌گردد و میدان دید را به شدت کاهش می‌دهد؛ علاوه بر این‌ها اثری بسیار مخرب بر روی رشد گیاهان نیز دارد. با ایجاد چنین شرایطی و بارش باران، باران‌های اسیدی را نیز در پی خواهیم داشت. همین مسائل باعث شده است که خودروسازان راه‌های مختلفی را برای جلوگیری از تولید این گازها بیازمایند که برای موتورهای دیزل، یکی از اصلی‌ترین راه‌حل‌ها استفاده از سیستم Exhaust Gas Recirculation یا به طور مخفف EGR است که می‌توان آن را سیستم گردش مجدد گازهای اگزوز ترجمه کرد.

چگونگی تشکیل اکسیدهای نیتروزن

همانطور که پیداست این گازها از نیتروژن و اکسیژن به وجود می‌آیند. اکسیژن و نیتروژن در حالت عادی با یکدیگر ترکیب نمی‌شوند و تنها شرط ترکیب آن‌ها دمای بالاست. از این رو محفظه احتراق موتور بهترین فضا برای ترکیب این دو گاز است. این گازها به طور طبیعی در اطراف ما وجود دارند و بر اساس بررسی‌ها ۷۸ درصد این هوا را نیتروژن و ۲۱ درصد آن را اکسیژن تشکیل می‌دهد. هنگامی که موتور در مرحله مکش قرار می‌گیرد حجم زیادی از اکسیژن و نیتروژن وارد موتور می‌شود و به دلیل دمای بالای موجود در موتور ترکیب این دو گاز را در ادامه خواهیم داشت. هیچ راهی برای جلوگیری از ورود هوا به محفظه موتور وجود ندارد و این اتفاق به ناچار خواهد افتاد اما تنها کاری که می‌توان انجام داد تا ترکیبی صورت نگیرد کاهش دمای محفظه موتور است. ابراز این حرف بسیار آسان است، در عمل باید دید که این کار شدنی است یا خیر. باید روشی غیر از کاهش دمای فضای موتور پیدا کرد و آن روش در گازهای خروجی اگزوز خلاصه می‌شود. روش پیشنهادی به این صورت است که گازهای خروجی اگزوز را به همراه هوای موجود در اطراف به درون موتور بازگردانیم، این عمل باعث کاهش دمای احتراق می‌گردد و در نتیجه تولید NOX محدود می‌شود. شاید بیاندیشید که انجام این روش توان موتور را نیز کاهش می‌دهد اما این چنین نیست، چرا که اکسیژنی که در اینجا از محفظه کم می‌شود اکسیژنی است که در یک پروسه عادی با سوخت ترکیب نمی‌شده تا منجر به تولید نیرو شود بلکه قرار بوده با نیتروژن ترکیب شود و به همین دلیل موتور می‌تواند همچنان میزان مناسبی از اکسیژن را که برای ادامه کار خود نیاز دارد دریافت کند. از سوی دیگر ورود گازهای خروجی موتور به درون محفظه احتراق باعث کند شدن سرعت واکنش‌ها در سیلندر می‌شود که این مسأله نیز خود به کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن کمک بزرگی می‌کند. همین جریان باعث شده است که اسم گردش مجدد گازهای اگزوز برای آن انتخاب شود. بدین ترتیب انتشار گازهایی که برای سلامتی مضر هستند کاهش می‌یابند. میزان گاز خروجی که به محفظه احتراق هدایت می‌شود با اکسیژن جایگزین می شود، و احتراق سردتری را ایجاد می‌کند.
در حال حاضر روغن موتورهای دیزلی در معرض آلودگی‌های بیشتری قرار دارند که می‌توانند روغن را تجزیه کرده و به قطعات موتور آسیب برسانند. البته یک نگرانی وجود دارد که بازگرداندن گاز خروجی می‌تواند اثراتی سوء بر دوام موتور و روغن موتور داشته باشد. روغن‌هایی که در معرض محیط EGR قرار می‌گیرند در میزان دوده، عدد اسیدی و ویسکوزیته از خود افزایش نشان می‌دهند در حالیکه موتور و روغن هر دو در معرض گازهای خورنده یا اسیدی و تجمع ذرات هستند. بازگردش گاز خروجی سرد شده موقعی اتفاق می‌افتد که خنک کننده موتور، حرارت گاز خروجی را قبل از اینکه وارد محفظه احتراق شود، جذب کند. چون خنک کننده موتور حرارت گازهای خروجی را می‌گیرد، سیستم خنک کاری موتور در شرایط داغ تری کار می‌کند بنابراین روغن داغ‌تر می‌شود. تولیدکنندگان موتور و روغن تلاش می‌کنند تا با شرایط ناملایم ایجاد شده توسط استفاده از سیستم EGR، تطبیق یابند. تولیدکنندگان روغن موتور، فرمول روغن را به‌گونه‌ای اصلاح کرده‌اند که بتوانند به‌مقابله با اثرات مخرب EGR بپردازند. تولید اسید سولفوریک در اثر گوگرد موجود در سوخت موتورهای دیزلی و اسید نیتریک در اثر ترکیبات NOX که توسط فرایند EGR به موتور باز می‌گردد، مستلزم روغن‌های روان‌کاری با عدد بازی بالاتر و زدایندگی بهتر به منظور مقابله با اثرات مخرب این آلودگی‌های اسیدی می‌باشد. این روغن‌ها دارای عدد قلیایی و میزان پاک‌کنندگی بالاتری نسبت به گذشته می‌باشند. سازندگان موتور در حال اجرای تست‌هایی هستند که اثر تکنولوژی EGR را ارزیابی می‌کند و در حال تولید موادی هستند که قادر به مقاومت در برابر سایش فزاینده و خورنده ناشی از این سیستم باشند. یکی از این تست‌ها، تست بازگردش گاز خروجی کامینز M11 می‌باشد. این تست به منظور ارزیابی سایش موتور، تشکیل رسوب و عملکرد روغن بر روی موتورهای دیزلی سنگین مجهز به سیستم های EGR در حین شرایط عملیات ایجاد گردید.
علاوه بر تنشی که دماهای بالاتر به روغن موتور تحمیل می‌کند، مخلوط شدن با گازهای خروجی می‌تواند به‌عنوان کاتالیزوری برای اکسید شدن و نیتراسیون (نوعی اکسیداسیون) در روغن عمل کند. یک آنالیز روغن ممکن است افزایش غیرقابل قبولی در ویسکوزیته را نشان دهد در حالیکه تمامی دیگر عنصرها و زمان برای روغن به‌نظر طبیعی است. یک سیستم EGR که به‌درستی کار نکند می‌تواند به‌شدت این مشکل را وخیم‌تر کند. قطعات دریچه خروجی گاز در یک سیستم EGR می‌توانند مستعد ایجاد سایش سطح باشند. اگر یک سیستم بازگردش گاز خروجی به‌درستی کار نکند، روغن روان‌کاری می‌تواند به‌سرعت تجزیه و تخریب شود. تا جاییکه در بعضی اوقات منجر به تبدیل روغن به یک رسوب شده و اسیدی می‌گردد. یکی از ابزارهایی که می‌توان در سیستم روانکاری موتور به منظور حفظ زمان‌های طولانی‌تر تخلیه روغن به‌کار برد، استفاده از فیلتر و تصفیه جانبی است. سیستم‌های استاندارد تصفیه روغن موتور به‌گونه‌ای ساخته می‌شوند که این فیلترها مستقیما در سیستم گردشی روغن تعبیه می‌شوند. این سیستم‌ها، چرخه کاملی دارند چون باید در یک سیستم گردشی حضور داشته باشند تا موتور را روان‌کاری کنند. به‌دلیل میزان جریان و طراحی فیلتر، سیستم‌های تصفیه ممکن است ذرات کوچک‌تر از 15 میکرون را تصفیه و فیلتر نکنند. این جزو وظایف روغن است که بتواند ذرات آلودگی و دوده را کنترل کند. تصفیه کمکی نباید مستقیما در روانکاری موتور شرکت داشته باشد، این سیستم فقط به منظور تمیز کردن روغن مورد نیاز است. بنابراین، روغن در میزان جریان بسیار پایین‌تری در داخل یک بستر متراکم، تصفیه و فیلتر می‌شود. در نتیجه ذرات آلاینده به میزان بیشتری و در محدوده اندازه کوچک‌تری جداسازی می‌شوند. قابلیت جداسازی میزان بالاتری از آلودگی‌ها از طریق تصفیه جانبی می‌تواند عمر روغن را افزایش دهد. برخی تولیدکنندگان موتور در حال طراحی نسل جدیدی از سیستم‌های EGR هستند که به کاهش اثرات مخرب و موانع موجود در عملکرد و نگهداری از آنها کمک می‌کند. مالکین کامیون‌های سنگین تلاش می‌کنند بازه‌های زمانی تعویض روغن را به محدوده‌هایی افزایش دهند، که تا ده سال پیش بی‌سابقه بوده است.