Ritorno dei gas di scarico

Tecnica Pierburg collaudata per la riduzione delle sostanze nocive

Ritorno dei gas di scarico: un metodo indispensabile per la riduzione delle sostanze nocive

Il ritorno dei gas di scarico (EGR) rappresenta non solo per i motori a benzina un metodo collaudato per la riduzione delle sostanze nocive – praticamente tutti i moderni motori diesel devono essere equipaggiati con questo sistema per poter rispettare le norme sempre più severe sui gas di scarico. Solo ricorrendo al metodo del ritorno dei gas di scarico raffreddato sarà possibile poter rispettare valori limite ancora più severi.

Pierburg ha contribuito in misura decisiva allo stato odierno della tecnica e, in qualità di fornitore di sistemi, è in grado di offrire un sistema compatto ed efficiente per la riduzione delle sostanze nocive per auto e per veicoli commerciali.

Per un buon motivo, Pierburg è presente come fornitore di primo equipaggiamento in numerosi veicoli moderni con le sue valvole EGR e i suoi radiatori EGR. I materiali resistenti alla corrosione e alle temperature dei prodotti Pierburg garantiscono una lunga durata di funzionamento in condizioni proibitive come ad es. condensa dei gas di scarico aggressiva, temperature fino a 700 °C e pressioni fino a 3 bar.

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Componenti del ritorno dei gas di scarico

Durante il ritorno dei gas di scarico, una determinata quantità di gas di scarico viene recuperata miscelandola con l’aria di aspirazione. Per questo giunge meno ossigeno nel cilindro. Ciò comporta una temperatura di combustione inferiore. La quantità di ossidi di azoto nei gas di scarico può quindi essere ridotta fino al 50 %. Nei motori a benzina è inoltre possibile ridurre anche le emissioni di anidride carbonica e i consumi.

Si distinguono diverse posizioni nel prelievo dei gas di scarico:

EGR “INTERNO” O EGR “INTERNO AL MOTORE”

Tramite la sovrapposizione valvole una parte residua dei gas di scarico viene trattenuta nella camera di combustione oppure viene risucchiata nel cilindro dal condotto di scarico.
La modifica della fasatura delle valvole di aspirazione e scarico avviene tramite camme regolabili.

EGR ESTERNO O “ESTERNO AL MOTORE”

I gas di scarico sono prelevati fuori dalla testata sul lato di scarico e reimmessi nell’aria di aspirazione attraverso condotte o canali da una valvola esterna.
Questo offre la possibilità di raffreddare ulteriormente i gas di scarico mediante un radiatore opzionale con / senza farfalla di bypass.

Le valvole EGR esterne si dividono in:

EGR AD ALTA PRESSIONE

I gas di scarico vengono

prelevati direttamente all’uscita dei cilindri a monte della turbina del turbocompressore e
reimmessi nell’aria di aspirazione a valle della valvola a farfalla.

EGR A BASSA PRESSIONE

I gas di scarico vengono

prelevati a valle della turbina del turbocompressore ovvero dei sistemi di post-trattamento dei gas di scarico e
reimmessi a monte del compressore del turbocompressore.

Una farfalla gas di scarico fornisce la contropressione allo scarico necessaria quando la differenza di pressione non è sufficiente per i flussi di massa richiesti dall’EGR. I gas di scarico vengono inoltre raffreddati da uno speciale radiatore EGR a bassa pressione.

Ritorno dei gas di scarico (rappresentazione schematica)

01 Farfalla gas di scarico
02 Valvola EGR a bassa pressione
03 Radiatore EGR a bassa pressione
04 Turbocompressore (compressore)
05 Turbocompressore (turbina)
06 Filtro antiparticolato
07 Intercooler
08 Valvola a farfalla/ farfalla di regolazione
09 Valvola EGR ad alta pressione
10 Radiatori EGR ad alta pressione
11 Farfalla di bypass

blu = Circuito ad alta pressione
verde = Circuito a bassa pressione

Radiatore EGR

Il radiatore EGR è un componente piccolo ma fondamentale dei veicoli. Il radiatore EGR viene utilizzato per il raffreddamento mirato dei gas di scarico di ritorno e, insieme alla valvola EGR, è uno degli elementi principali del sistema di ricircolo dei gas di scarico. È integrato nel circuito dell’acqua di raffreddamento del motore e utilizza l’acqua di raffreddamento per ridurre la temperatura dei gas di scarico. I raffreddatori EGR di Pierburg sono prodotti in conformità agli standard OE e agli standard di gestione della qualità del settore automobilistico. Tutti i componenti principali soddisfano i requisiti di qualità per i prodotti di primo montaggio.

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Valvole EGR

Il componente centrale del sistema di ritorno dei gas di scarico è la valvola EGR che provvede al dosaggio della quantità di gas di scarico di ritorno. Le valvole EGR esistono in molte versioni e forme costruttive: a comando elettrico o pneumatico, per applicazioni in motori a benzina o diesel o con raccordo al circuito del liquido di raffreddamento. Al giorno d’oggi vengono impiegate in prevalenza valvole EGR elettriche, in quanto non necessitano di depressione e di valvola elettromagnetica per il comando. Le valvole EGR per l’applicazione in motori diesel dispongono di sezioni di apertura più grandi a causa dei tassi di riflusso superiori. Per le applicazioni in motori a benzina le sezioni sono notevolmente inferiori.

Ritorno dei gas di scarico raffreddato per emissioni di sostanze nocive ancora più ridotte

In qualità di specialista di lunga esperienza nella riduzione delle sostanze nocive, Pierburg è un affidabile fornitore OE di sistemi di ritorno dei gas di scarico. Motorservice porta ora questa tecnologia nell’Aftermarket.

A causa delle norme sempre più severe sui gas di scarico, i metodi impiegati nell’ambito della riduzione delle sostanze nocive devono essere costantemente migliorati. Per i motori diesel ciò vale in particolare per l’ulteriore riduzione degli ossidi d’azoto (NOx). Qui entra in gioco il ritorno dei gas di scarico raffreddato, che abbassa le temperature della camera di combustione e riduce in questo modo la formazione degli ossidi d’azoto.

Potendosi avvalere della competenza pluriennale acquisita nella progettazione e produzione di sistemi EGR, Pierburg ha sviluppato una serie di moduli di radiatore EGR che consentono il raffreddamento mirato dei gas di scarico. Si tratta di una tecnologia sofisticata in uno spazio ridottissimo.

Cosa c’è di speciale nei radiatori EGR Pierburg?

La soluzione lamellare sviluppata da Pierburg riduce il rischio che il radiatore si ricopra di fuliggine.
lo speciale rivestimento della superficie del radiatore EGR impediscono l’adesione della fuliggine
crescente integrazione: moduli radiatore EGR compatti in alluminio, con valvola EGR, farfalla di bypass e altre parti annesse integrate come radiatori e filtri dell’olio

FARFALLA DI BYPASS NEL RADIATORE EGR

Molti radiatori EGR dispongono oggi di una farfalla di bypass a comando pneumatico o elettrico. Tramite quest’ultima, i gas di scarico nella fase di riscaldamento del motore possono essere fatti passare intorno al radiatore EGR, in modo che il motore e il catalizzatore vengano portati rapidamente alla temperatura di esercizio. In questo modo si riducono inoltre la rumorosità del motore, ossia i battiti in testa tipici del motore diesel, e le emissioni grezze di idrocarburi nella fase di riscaldamento del motore. Il bypass può anche essere utilizzato quando sono necessarie temperature elevate dei gas di scarico, ad es. per la rigenerazione del filtro antiparticolato diesel.

Perché è necessario il ritorno dei gas di scarico raffreddato?

Il gas di scarico raffreddato abbassa la temperatura di picco della combustione. Di conseguenza si formano meno ossidi d’azoto. Inoltre i gas più freddi hanno una maggiore densità rispetto a gas più caldi. Questo significa: con una pressione di sovralimentazione invariata è possibile introdurre con una carica di cilindro una massa maggiore di gas. Il conseguente “impoverimento” della miscela ha un effetto positivo anche sui consumi e sulle emissioni di particolato. I radiatori EGR sono utilizzati per il raffreddamento mirato dei gas di scarico di ritorno.

Ritorno dei gas di scarico: i vantaggi a colpo d’occhio

Riduzione della temperatura di picco della combustione

Fino al 50% in meno di ossidi d’azoto

Riduzione delle emissioni di particolato

Consumo ridotto

Ritorno dei gas di scarico ad alta pressione/ a bassa pressione

QUAL È LA DIFFERENZA?

Le emissioni grezze dei motori sono state progressivamente ridotte con vari accorgimenti tecnici. A ogni ulteriore inasprimento dei valori limite delle emissioni anche la tecnologia degli interventi che riguardano l’esterno del motore deve essere comunque ottimizzata.

Un metodo collaudato per la riduzione delle sostanze nocive è il ritorno dei gas di scarico. Nel caso dell’EGR tradizionale, detto “ad alta pressione” i gas vengono recuperati direttamente all’uscita dai cilindri e reimmessi nell’aria di aspirazione. Per rispettare i valori limite delle norme a partire da Euro 6/Tier 2, è necessario anche un sistema EGR a bassa pressione. I gas di scarico vengono qui estratti sul lato a bassa pressione a valle del filtro antiparticolato e reimmessi a monte del compressore del turbocompressore. Una farfalla gas di scarico assicura la necessaria contropressione allo scarico.

Ma qual è la differenza? La tabella seguente le riassume in un colpo d’occhio.

	EGR ad alta pressione	EGR a bassa pressione
Pressione in ingresso nel percorso EGR	alta (fino a ca. 3,5 bar)	bassa (fino a ca. 1,3 bar)
Temperatura in ingresso nel percorso EGR	molto alta (fino a ca. 950 °C)	alta (fino a ca. 800 °C)
Differenza di pressione Δp lungo il percorso EGR	alta (fino a ca. 1,5 bar)	bassa (fino a ca. 0,3 bar)
Variazioni di pressione cicliche	alte	basse
Composizione dei gas di scarico	Prelievo a monte del post-trattamento dei gas di scarico	Prelievo a valle del post-trattamento dei gas di scarico

La valvola egr a bassa pressione

Nei motori diesel la valvola EGR a bassa pressione attualmente rappresenta lo stato dell’arte.

I vantaggi di una valvola EGR a bassa pressione, oltre a quelli di una valvola EGR ad alta pressione, sono:

maggiore potenza e rendimento della turbina
curva caratteristica EGR più ampia
miscelazione più omogenea dei gas di scarico con l’aria di alimentazione tramite il compressore
di conseguenza emissioni ridotte di NOx e particolato
miglior sistema di raffreddamento EGR (grazie all’intercooler e al radiatore EGR)

Gli svantaggi rispetto alla valvola EGR ad alta pressione sono:

percorsi più lunghi e componenti aggiuntivi
possibili rischi derivanti dall’imbrattamento o dal danneggiamento del compressore sul turbocompressore ad es. a causa dell’impatto di gocce

Le valvole EGR a bassa pressione di Pierburg sono composte prevalentemente da una farfalla disposta al centro (“Butterfly”) in un corpo in alluminio pressofuso. L’attuatore integrato è solitamente costituito da un motore a corrente continua e da un ingranaggio cilindrico. Per la progettazione delle valvole a bassa pressione sono stati utilizzati i gruppi delle linee di prodotti esistenti per le valvole a farfalla e le valvole EGR, che sono già da anni collaudati e prodotti in serie.

La valvola EGR a bassa pressione combinata svolge contemporaneamente i compiti di una valvola EGR a bassa pressione e di una valvola di strozzamento aria di aspirazione. Lo strozzamento produce un calo di pressione sul lato di aspirazione. Di conseguenza i gas di scarico fluiscono in maniera regolata nel circuito a monte del compressore. In quanto componente combinato la valvola EGR combinata non è solo più conveniente dal punto di vista economico, ma ha anche un peso ridotto.