Ricircolo dei gas di scarico ad alta pressione/a bassa pressione Qual è la differenza?

Come funziona il ricircolo dei gas di scarico in un motore a combustione ovvero in un motore a benzina e in che modo riduce le emissioni di ossidi di azoto? Qual è il nesso tra temperatura dei gas di scarico e consumo di carburante? In questo articolo trovate le risposte a queste domande e scoprirete come funzionano le valvole di ricircolo dei gas di scarico e come questo sistema riduce le particelle di fuliggine durante la combustione del carburante.

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

Un metodo collaudato per la riduzione delle sostanze nocive è il ricircolo dei gas di scarico (EGR). Nel caso dell’EGR tradizionale, detto “ad alta pressione” i gas vengono recuperati direttamente all’uscita dai cilindri e reiniettati nell’aria di aspirazione. Per rispettare i valori limite ancora più severi delle norme a partire da Euro 6 / Tier 2 si utilizza comunemente un ulteriore EGR “a bassa pressione”.

Quali sono tuttavia le differenze?

La tabella seguente le riassume in un colpo d’occhio. Maggiori informazioni sono contenute nelle pagine successive.

RICIRCOLO DEI GAS DI SCARICO – UNA PANORAMICA

Durante il ricircolo 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 causa 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.

A seconda della posizione si distinguono i seguenti tipi di 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 reintrodotti 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 reintrodotti 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.

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

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

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

Durante l’avviamento a freddo e i cambi di stato repentini, come ad es. in accelerazione, viene utilizzata prevalentemente la valvola EGR ad alta pressione.

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 si compone di norma di un motore a corrente continua e di un ingranaggio cilindrico a due stadi. Per la realizzazione delle valvole a bassa pressione sono stati utilizzati gruppi costruttivi delle linee di prodotti “valvole a farfalla” e “valvole EGR”, le quali sono comprovate nell’uso pluriennale 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.