EGR

Onderwerpen:

Algemeen
Doel van het EGR-systeem
Werking
Hoge en lage druk EGR
Nadelen en mogelijke storingen
EGR-koeler

Algemeen:
Een EGR (Exhaust Gas Recirculation), bij sommige merken ook in het Nederlands “UGR” genoemd (Uitlaat Gas Recirculatie) heeft als taak om een gedeelte van de uitlaatgassen terug te voeren naar de motor. De EGR-klep wordt op zowel benzinemotoren als dieselmotoren toegepast. De EGR zit gemonteerd aan de uitlaatzijde van het motorblok.

Vanaf het uitlaatspruitstuk loopt er een dikke metalen leiding naar de EGR-koeler. Deze koelt de warme uitlaatgassen af (effect van een warmtewisselaar). Vanaf de EGR-koeler gaat het uitlaatgas naar de EGR-klep, die de uitlaatgassen met de toegevoerde lucht vermengd. EGR kan uitgevoerd worden als een hoge druk (korte route) of een lage druk (lange route). Beide systemen hebben hun eigen voor- en nadelen. Dit wordt in het hoofdstuk Hoge en lage druk EGR (verderop op deze pagina) beschreven.

De EGR-klep en de leidingen kunnen op verschillende plaatsen gemonteerd zitten, maar het uitlaatgas wordt altijd zo dicht mogelijk bij het uitlaatspruitstuk afgetapt. In de onderstaande afbeelding zijn de plaatsen waar de componenten van de EGR op het motorblok gemonteerd zitten te zien.

Omdat de EGR-klep in meerdere standen geopend of geheel gesloten dient te worden, wordt er gebruik gemaakt van een stappenmotor om de klep te bedienen.

Doel van het EGR-systeem:
Door het toevoegen van kleine hoeveelheden uitlaatgas aan de verse lucht in het inlaattraject van de motor, wordt het zuurstofgehalte voor de verbranding minder. Door een lagere zuurstofverhouding ontstaat er een ‘minder goede’ verbranding. Daarbij nemen de verbrandingssnelheid en de verbrandingstemperatuur af. De lagere temperatuur van de verbrandingsgassen zorgt voor de verlaging van de stikstofoxidengehalte (NOx). De uitlaatgassen worden daarmee schoner, wat ten goede komt aan de milieu-eisen.

Bij oudere motoren is de EGR-klep bij een koude motor gesloten. Bij de nieuwe motoren is de klep ook bij koude motor geopend, zodat de warme uitlaatgassen de motor helpen opwarmen. Bij accelereren, decelereren en stationair draaien is de EGR wel buiten werking. Bij deellast wordt de werking volledig benut.

Werking:
De computer regelt de hoeveelheid uitlaatgassen dat teruggevoerd mag worden naar de motor aan de hand van de volgende gegevens:

De motorbelasting (de EGR werkt alleen bij deellast; bij vollast is de klep gesloten).
Het motortoerental (bij een te laag of te hoog toerental is de klep gesloten).
De inlaatluchttemperatuur.

Met die gegevens stuurt de computer de magneetklep met een bepaalde duty-cycle aan. Als het verschil minimaal is, wordt de vacuümomvormer zodanig gestuurd dat de EGR-klep niet geactiveerd wordt. De magneetklep geeft in deze ruststand de buitenluchtdruk door aan de EGR-klep. Als de hoeveelheid aangezogen lucht echter groter is dan de benodigde hoeveelheid lucht, wordt de magneetklep zodanig aangestuurd dat ook het vacuüm van de vacuümpomp op de EGR-klep komt te staan. Met behulp van de magneetklep wordt zo het vacuüm van de vacuümpomp naar de EGR-klep geregeld. De EGR-klep wordt hierdoor zover open gestuurd dat het verschil tussen de benodigde en aangezogen lucht steeds minimaal is.

Hoge en lage druk EGR:
Het uitlaatgas recirculatiesysteem kan in twee systemen worden onderscheiden, namelijk de hoge druk EGR en de lage druk EGR. Het verschil is de plaats waar de uitlaatgassen uit de uitlaat worden afgetakt. Hieronder worden de werking, de voordelen en de nadelen van beide systemen beschreven.

Hoge druk EGR (korte route):
De uitlaatgassen worden vóór de turbo al teruggevoerd naar de motor. Tussen het uitlaatspruitstuk en de turbo zit een EGR-leiding. Vaak zit er op deze leiding een koeler om de uitlaatgastemperatuur omlaag te brengen. De EGR-klep zit aan het einde van deze leiding. Wanneer de EGR-klep opent, mengen de uitlaatgassen in de leiding zich met de inlaatlucht dat vanaf de intercooler naar de inlaat van de motor wordt gevoerd.

Voordelen van de hoge druk EGR:

EGR is zeer snel te aan te passen aan de dynamische motortoestand.
Bij een koude start zal de EGR helpen om de temperatuur in de verbrandingskamer zo snel mogelijk omhoog te brengen (standaard bij dieselmotoren van de EURO III generatie en later).

Nadelen:

Vervuiling in het inlaattraject door roetvorming.
Uitlaatgas moet meer gekoeld worden dan wanneer er een lage druk EGR wordt toegepast.
Uitlaatgasstroom wordt niet volledig benut om de turbine van de turbo aan te sturen; een deel van het gas wordt vóór de turbo al afgetapt.

Lage druk EGR (lange route):
De uitlaatgassen worden pas na het roetfilter teruggevoerd naar de inlaat van de motor. Meestal wordt de uitlaat van de EGR-klep verbonden met de ingang van de compressor (zoals in de afbeelding), maar soms wordt deze aangesloten tussen de intercooler en het inlaatspruitstuk. Het nadeel is dat het teruggevoerde uitlaatgas een te lage druk en snelheid heeft. Om dat op te lossen wordt er een extra klep in de uitlaat aangebracht (na de EGR aftakking). Op het moment dat deze extra klep sluit wordt de druk tussen de turbo en de klep hoger. De uitlaatgassen zullen door de verhoogde druk door de aftakking naar de EGR-klep worden gevoerd.

Voordelen van de lage druk EGR:

Al het uitlaatgas is al benut in de turbine van de turbo
Uitlaatgastemperatuur is laag (zonder gebruik van een EGR koeler) m.b.t. de hoge druk EGR.
EGR gas is schoner door dat o.a. het roetfilter al de uitlaatgasnabehandeling heeft uitgevoerd, dus minder motorvervuiling door roetvorming.

Nadelen:

Het toevoegen van uitlaatgas aan de inlaatlucht (naar behoeve van de dynamische motortoestand) gebeurt trager, omdat de EGR een langere weg af moet leggen.
De EGR-klep is verder van de inlaatkleppen verwijderd.

Nadelen en mogelijke storingen:
De EGR-klep komt niet de prestaties van de motor ten goede. Door het gebruik van de EGR-klep kunnen de prestaties omlaag gaan en het verbruik stijgen. Ook zal de inwendige vervuiling sterk toenemen (zie afbeelding). Het vuil koekt overal aan vast en vervuild op deze manier ook het inlaatspruitstuk en de inlaatkleppen van de motor. Zeker met een rustige rijstijl blijven deze vuiligheden in de motor achter.

Het enige voordeel van de EGR is dat de uitlaatgassen schoner zijn; de uitstoot van NOx neemt af. Bij de oudere dieselmotoren konden de EGR-kleppen makkelijk d.m.v. een afsluitplaatje afgesloten worden. De fabrikanten van de nieuwe auto’s zorgen d.m.v. sensoren en andere methoden dat het niet meer mogelijk is de EGR af te sluiten of te misleiden is, doordat er op diverse plaatsen in de leiding de drukken gemeten worden. Daarom zal er bij nieuwere auto’s ook een softwarematige aanpassing verricht moeten worden in het motormanagementsysteem. Dit is vaak een onderdeel van de nieuwe software bij chiptuning.

Het kan voorkomen dat de EGR-klep onbedoeld open blijft staan, terwijl hij niet wordt aangestuurd. Er worden dan teveel uitlaatgassen naar de motor gevoerd. Met een uitleesapparaat kunnen we dit herkennen aan:

een te (blijvend) hoge inlaatluchttemperatuur als gevolg van de uitlaatgassen (zie de pagina over de temperatuursensoren);
een te lage waarde van de luchtmassameter: een groot percentage van de de binnenstromende lucht bestaat uit lucht die afkomstig is van de EGR, in plaats van uit het luchtfilter.

EGR-koeler:
De temperatuur van de uitlaatgassen bedraagt in deellast (bij constante temperatuur op de snelweg) ongeveer 300 graden en bij vollast wel meer dan 700 graden. Echter, hoe kouder de toegevoerde lucht naar de inlaat, hoe beter de motor presteert. In koude lucht zit meer zuurstof. Warme lucht is meer uitgezet en bevat daarom minder zuurstof. Toch worden er warme uitlaatgassen terug de motor in gevoerd.
Er zit tussen de EGR-klep en de inlaat van de motor vaak nog een EGR-koeler. Deze werkt als een warmtewisselaar. Door de EGR-koeler stroomt koelvloeistof (in vaste kanalen, dus dat komt niet in directe aanraking met de uitlaatgassen). De koelvloeistof neemt de warmte van de uitlaatgassen op. De koelvloeistof wordt daar bij warmer en de uitlaatgassen koelen dan af. De EGR koeler verlaagt de temperatuur zo ver mogelijk, het liefst tegen de 100 graden.

Meer informatie over deze warmtewissel-techniek is te vinden in het hoofdstuk warmtewisselaar.

Behalve de EGR, wordt bij benzinemotoren ook een secundaire luchtpomp gebruikt om de uitlaatgassen na te behandelen en wordt bij dieselmotoren de SCR (Selective Catalytic Reduction) katalysator met AdBlue-doseersysteem toegepast.