EGR และ DPF ทำอย่างไรให้เครื่องยนต์สะอาดอยู่เสมอ?

การเดินทางในเมืองที่สั้นและถี่บ่อย ทำให้ DPF ไม่มีโอกาสทำความสะอาดตัวเอง และส่งผลให้เครื่องยนต์ถูกตัดสินให้ค่อยๆ อุดตันโดยเงียบๆ
การเดินทางในเมืองที่สั้นและถี่บ่อย ทำให้ DPF ไม่มีโอกาสทำความสะอาดตัวเอง และส่งผลให้เครื่องยนต์ถูกตัดสินให้ค่อยๆ อุดตันโดยเงียบๆ

แชร์หน้านี้

ระบบ EGR และ DPF/GPF เป็นเทคโนโลยีควบคุมการปล่อยไอเสียสองระบบที่เสริมกันซึ่งช่วยให้เครื่องยนต์สะอาดอยู่เสมอ: EGR ส่งก๊าซไอเสียบางส่วนกลับเข้าสู่กระบอกสูบ ทำให้อุณหภูมิการเผาไหม้ลดลง และป้องกันการเกิดสารออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ตั้งแต่ต้น ส่วน DPF และ GPF ในเครื่องยนต์เบนซินจะดักจับอนุภาคเขม่าที่เกิดขึ้นไว้ที่ท่อไอเสีย แล้วเผาทำลายด้วยการฟื้นฟูเป็นระยะ ทั้งสองระบบถูกออกแบบมาเพื่อความสะอาด แต่โดยเฉพาะในการเดินทางระยะสั้นในเมืองที่บ่อยครั้ง ระบบจะไม่สามารถทำวงจรทำความสะอาดตัวเองให้เสร็จสมบูรณ์ จึงค่อยๆ อุดตันเมื่อเวลาผ่านไป

สิ่งที่น่าสนใจ

  • EGR ส่งก๊าซไอเสียกลับในอัตราโดยทั่วไป 5-15% ในเครื่องยนต์เบนซิน ในเครื่องยนต์ดีเซล ภายใต้เงื่อนไขบางประการอัตรานี้สามารถสูงถึง 50% ได้
  • NOx เกิดขึ้นเมื่อไนโตรเจนและออกซิเจนรวมกันที่อุณหภูมิสูง EGR ลดอุณหภูมินี้ลง จึงลดการเกิด NOx ตั้งแต่ต้น
  • การเผาเขม่าใน DPF ต้องการอุณหภูมิประมาณ 600 °C ที่ท่อไอเสีย
  • ในการเดินทางที่ต่ำกว่า 15-20 กม. เครื่องยนต์มักไม่สามารถไปถึงอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการฟื้นฟูแบบพาสซีฟ
  • GPF ในเครื่องยนต์เบนซินมีโครงสร้างรังผึ้งเซรามิกแบบผนังไหลผ่าน ติดตั้งใกล้กับตัวเร่งปฏิกิริยาหรือรวมเข้ากับมัน

ทำไม EGR จึงส่งก๊าซไอเสียกลับเข้าสู่กระบอกสูบ?

ในความคิดแรกดูเหมือนเป็นแนวคิดที่ขัดแย้งกัน: ทำไมต้องส่งก๊าซที่เผาไหม้แล้วกลับเข้าเครื่องยนต์แทนอากาศบริสุทธิ์? คำตอบอยู่ที่เคมี NOx เกิดขึ้นเมื่อไนโตรเจนและออกซิเจนรวมกันที่อุณหภูมิสูงในห้องเผาไหม้ อุณหภูมิยิ่งสูง การเกิดขึ้นยิ่งมาก ระบบ EGR ผสมก๊าซไอเสียบางส่วนเข้ากับด้านดูดอากาศ ทำให้ปริมาณออกซิเจนในกระบอกสูบเจือจางลง เมื่อออกซิเจนลดลง ปริมาณเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ก็ลดลง และอุณหภูมิสูงสุดของกระบอกสูบก็ลดลง เมื่ออุณหภูมิลดลง การเกิด NOx ก็ถูกป้องกันตั้งแต่ต้น

นอกจากนี้ ไอน้ำและ CO2 ในก๊าซไอเสียยังมีความจุความร้อนแตกต่างจากอากาศ ซึ่งช่วยดึงอุณหภูมิเปลวไฟแอดิอะแบติกลงต่ำลงอีก ในเครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่ ก๊าซที่ส่งกลับมักถูกส่งผ่านตัวทำความเย็น EGR หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ด้วยการทำความเย็น จึงสามารถใช้อัตรา EGR ที่สูงขึ้นได้ และอุณหภูมิของประจุที่เข้าสู่กระบอกสูบก็ต่ำ

ในเครื่องยนต์เบนซิน สมดุลเป็นสิ่งสำคัญ: อัตรา EGR โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 5-15% หากเพิ่มอัตรามากเกินจำเป็น ความต่อเนื่องของแนวหน้าเปลวไฟจะถูกรบกวน เกิดการจุดระเบิดพลาดและการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ด้วยเหตุนี้ EGR จึงไม่ทำงานในทุกสภาวะ: ปิดการทำงานที่ภาระสูงเพราะลดกำลังสูงสุด และที่รอบเดินเบาเพราะทำให้การเผาไหม้ไม่เสถียร ในเครื่องยนต์ดีเซล เช่น ที่รอบเดินเบาซึ่งมีอากาศส่วนเกินมาก อัตราสามารถสูงขึ้นได้มาก ในเครื่องยนต์เบนซิน EGR ยังมีประโยชน์แฝงอื่นๆ ด้วย: การเปิดปีกผีเสื้อมากขึ้นช่วยลดการสูญเสียที่ปีกผีเสื้อ การสูญเสียความร้อนและการแตกตัวทางเคมีก็ลดลง

ทำไมวาล์ว EGR จึงอุดตันเมื่อเวลาผ่านไป?

EGR supabını tıkaran yalnızca kurum değil; sıcak egzoz gazı, yağ buharı ve taze hava manifolddaki katran benzeri tortunun ana malzemesidir.

EGR ส่งก๊าซไอเสียกลับโดยไม่มีการกรอง อนุภาคคาร์บอนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในก๊าซสะสมบนวาล์ว เมื่อเวลาผ่านไปวาล์วจะสกปรก จำกัดการไหล และอาจติดขัดจนหมดสภาพ วาล์วที่อุดตันจะขัดขวางการลด NOx และอาจทำให้ยานพาหนะไม่ผ่านการทดสอบการปล่อยมลพิษ การสะสมของเขม่าไม่ได้มาจากเขม่าที่ปล่อยออกทางท่อไอเสียเท่านั้น: ก๊าซไอเสียที่ร้อนจัดผสมกับไอน้ำมันที่มาจากห้องเพลาข้อเหวี่ยงก็เป็นอีกหนึ่งแหล่งที่หล่อเลี้ยงตะกอน เมื่อ EGR รวมกับระบบระบายอากาศเครื่องยนต์ (PCV) ในเครื่องยนต์ดีเซลและเบนซิน ส่วนผสมของก๊าซไอเสีย อากาศบริสุทธิ์ และไอน้ำมันสามารถกลายเป็นตะกอนเหนียวคล้ายน้ำมานในท่อรับไอดีได้

ข้อสรุปเชิงปฏิบัติจากเรื่องนี้ชัดเจน: การหลีกเลี่ยงปัจจัยที่เพิ่มการก่อตัวของตะกอน โดยเฉพาะการใช้เชื้อเพลิงคุณภาพดี จะช่วยยืดอายุการใช้งานของวาล์ว ปัญหาด้านความร้อนก็มีบทบาทในความผิดปกติของ EGR เช่นกัน เนื่องจากระบบต้องเผชิญกับวงจรอุณหภูมิสูงต่อเนื่อง

DPF จับเขม่าอย่างไร: การฟื้นฟูทำงานอย่างไร?

EGR มีราคาที่ต้องจ่าย: การส่งก๊าซไอเสียกลับเข้าสู่กระบอกสูบจะเพิ่มการปล่อยอนุภาค หรือเขม่า ในเครื่องยนต์ดีเซล นี่คือเหตุผลที่ DPF ถูกติดตั้งไว้ที่ท่อไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซล ในส่วนปลายทางด้านล่างของเครื่องยนต์ ไส้กรองจับเขม่าไว้ แต่เขม่าที่สะสมจะสร้างแรงดันย้อนกลับในท่อไอเสีย และแรงดันนี้จะค่อยๆ ลดประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงลงเมื่อเวลาผ่านไป เพื่อให้ไส้กรองปกป้องตัวเองได้ จำเป็นต้องเผาผลาญเขม่าที่จับได้ - กระบวนการนี้เรียกว่าการฟื้นฟู ระบบทำงานด้วยสมดุลแบบไดนามิกระหว่างเขม่าที่ถูกจับกับเขม่าที่ถูกออกซิไดซ์

ความแตกต่างระหว่างการฟื้นฟูแบบพาสซีฟและแบบแอกทีฟ

การฟื้นฟูแบบพาสซีฟเกิดขึ้นโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงเพิ่มเติม: ที่อุณหภูมิสูงเพียงพอ องค์ประกอบ NO2 ของ NOx จะออกซิไดซ์เขม่าในไส้กรองที่อุณหภูมิการทำงานปกติ แต่กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพเพียงบางส่วน และยิ่งอ่อนแอลงเมื่ออัตรา EGR สูงขึ้น การฟื้นฟูแบบแอกทีฟคือกระบวนการเผาไหม้ที่ ECU เข้ามาควบคุม: เชื้อเพลิงพ่นเพิ่มเติมเข้าสู่ตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ถูกกระตุ้นด้วยการพ่นเชื้อเพลิงเพิ่มเติมหลังการหล่อเชื้อเพลิง หรือ post injection) อุณหภูมิไอเสียถูกเพิ่มขึ้น และอนุภาคถูกเผาด้วยออกซิเจนที่เหลืออยู่ในท่อไอเสีย เขม่าจะกลายเป็นเถ้าและ CO2

ส่วนสิ่งเจือปนโลหะและแร่ธาตุที่ไม่ติดไฟในเชื้อเพลิงและน้ำมันเครื่องนั้นเผาไหม้ด้วยการฟื้นฟูไม่ได้ สิ่งเหล่านี้จะคงอยู่ในไส้กรองในรูปของเถ้า หลังจากการฟื้นฟูซ้ำๆ DPF จำเป็นต้องถูกถอดออกเพื่อทำความสะอาดด้วยกระบวนการภายนอกพิเศษหรือเปลี่ยนใหม่ การฟื้นฟูจัดการเขม่า แต่จัดการเถ้าไม่ได้

GPF ในเครื่องยนต์เบนซิน: แตกต่างจากดีเซลอย่างไร?

ไส้กรองอนุภาคไม่ได้มีเฉพาะในเครื่องยนต์ดีเซลเท่านั้น GPF - หรือเรียกอีกอย่างว่า OPF หรือ PPF - ทำหน้าที่จับเขม่าและอนุภาคขนาดเล็กที่ปล่อยออกจากเครื่องยนต์เบนซิน เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยมลพิษ ในด้านโครงสร้างเป็นไส้กรองเซรามิกแบบรังผึ้ง (honeycomb) และโดยทั่วไปทำงานด้วยการออกแบบแบบไหลผ่านผนัง (wall-flow): เมื่อก๊าซไอเสียผ่านไส้กรอง อนุภาคจะถูกกักไว้ที่ผนังของช่องเซลล์ ตำแหน่งการติดตั้งมีความสำคัญ: GPF ถูกติดตั้งใกล้กับตัวเร่งปฏิกิริยา หรือถูกรวมเข้าเป็นเนื้อเดียวกับมัน ตำแหน่งนี้ทำให้ท่อไอเสียร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นผลดีในแง่ของความสะอาดของไส้กรอง

ทำไมการใช้งานในเมืองบ่อยครั้งจึงทำให้ระบบเหล่านี้ทำงานหนัก?

เงื่อนไขเบื้องต้นของการฟื้นฟูคืออุณหภูมิ เพื่อให้ DPF เผาผลาญเขม่าที่สะสมได้ จำเป็นต้องมีอุณหภูมิในระบบไอเสียประมาณ 600 °C การขับขี่ในเมืองที่ความเร็วต่ำกว่า 40 mph ทำให้ไม่สามารถไปถึงอุณหภูมินี้ได้ การฟื้นฟูแบบพาสซีฟหยุดลง ทำให้การสะสมเขม่าในไส้กรองเร็วขึ้น ในการเดินทางที่สั้นกว่า 15-20 กม. เครื่องยนต์มักไม่สามารถไปถึงอุณหภูมิในการทำงานที่จำเป็นสำหรับการฟื้นฟูแบบพาสซีฟ ในการเดินทางระยะสั้น การฟื้นฟูอาจไม่เริ่มต้นเลย หรือถูกยกเลิกก่อนที่การเดินทางจะจบลง การเดินทางระยะสั้นซ้ำๆ ส่งผลให้เกิดปัญหา DPF เนื่องจากรถยนต์ไม่สามารถไปถึงอุณหภูมิไอเสียเต็มที่หรือทำการฟื้นฟูให้เสร็จสิ้นได้

นี่คือความจริงที่ผู้ใช้รถดีเซลมักกล่าวถึง: เครื่องยนต์ใต้ฝากระโปรงอาจแข็งแรงดี แต่ระบบท่อไอเสียต้องการความร้อนอย่างสม่ำเสมอ รถดีเซลที่ใช้เฉพาะระยะทางสั้นๆ อาจไม่สามารถทำให้ไส้กรองทำความสะอาดตัวเองได้เลย คำถามที่เกิดขึ้นในใจของผู้อ่านคือ การปิดการทำงานของระบบทั้งหมด: ในการอภิปรายเรื่องการลบ EGR (delete) แม้จะมีข้ออ้างเรื่องการเพิ่มกำลัง แต่การลบระบบจะเพิ่มอุณหภูมิการเผาไหม้ และอาจเพิ่มการสึกหรอของเครื่องยนต์และความเครียดของเทอร์โบ และยังเพิ่มการปล่อย NOx อย่างมาก นอกจากนี้ หากไม่ได้ลบ EGR พร้อมกับ DPF ภาระเขม่าใน DPF และอุณหภูมิการฟื้นฟูจะเพิ่มขึ้นอีก - ระบบทั้งสองไม่สามารถพิจารณาแยกจากกันได้

แคตตาลิกคอนเวอร์เตอร์และระบบท่อไอเสียทั้งหมดทำงานอย่างไร?

เพื่อให้เห็นภาพที่สมบูรณ์ จำเป็นต้องมองไปที่วงแรกของห่วงโซ่ แคตตาลิกคอนเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ควบคุมการปล่อยมลพิษที่เปลี่ยนก๊าซพิษและสารมลพิษที่ออกจากเครื่องยนต์ให้เป็นสารที่มีพิษน้อยกว่า: ลดคาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน และออกไซด์ของไนโตรเจน ทั้งเครื่องยนต์เบนซินและดีเซลต่างใช้อุปกรณ์เหล่านี้เพื่อกำจัดมลพิษหลัก รถดีเซลสมัยใหม่ส่วนใหญ่มี DPF และแคตตาลิกคอนเวอร์เตอร์ทำงานร่วมกันเพื่อให้เป็นไปตามกฎระเบียบการปล่อยมลพิษที่เข้มงวด

เมื่อมองทั้งห่วงโซ่ การแบ่งงานจะชัดเจน:

  • EGR - ลดการเกิด NOx ภายในกระบอกสูบตั้งแต่ต้น
  • แคตตาลิกคอนเวอร์เตอร์ / DOC - เปลี่ยนส่วนประกอบคาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน และ NOx ในไอเสีย
  • DPF - จับเขม่าและทำความสะอาดตัวเองด้วยการฟื้นฟู
  • SCR - เปลี่ยน NOx ที่ไปสู่ท่อไอเสียให้เป็นไนโตรเจนและน้ำที่ไม่เป็นอันตรายด้วยสารละลายยูเรียที่เติมเข้าไป

เมื่อวงหนึ่งไม่ทำงาน ก็จะเพิ่มภาระให้กับอีกวงหนึ่ง หาก EGR ทำงานไม่ถูกต้อง การควบคุม NOx จะตกอยู่นอกกระบอกสูบ หากการฟื้นฟูไม่สามารถเสร็จสิ้นได้ ความดันย้อนกลับจะกดเครื่องยนต์ สิ่งที่ทำให้เครื่องยนต์สะอาดคือการที่ห่วงโซ่นี้ทำงานในภาพรวม

EGR ทำให้อายุการใช้งานเครื่องยนต์สั้นลงหรือยืดออก?

คำตอบของคำถามนี้ไม่ใช่ทางเดียว ในทางหนึ่ง การไหลย้อนกลับของไอเสียโดยไม่มีตัวกรองในเครื่องยนต์ดีเซลอาจทำให้เขม่าเข้าสู่กระบอกสูบ ทำให้เกิดการสึกหรอของลูกสูบและการปนเปื้อนของน้ำมัน เมื่อมองจากมุมนี้ EGR ทำให้อายุการใช้งานเครื่องยนต์สั้นลง ในทางกลับกัน เนื่องจาก EGR ลดอุณหภูมิกระบอกสูบ จึงสามารถปกป้องเครื่องยนต์ได้ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของอายุการใช้งานวาล์วไอเสีย ผลกระทบทั้งสองทำงานตรงข้ามกัน ว่าฝ่ายใดมีอิทธิพลมากกว่านั้นขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการใช้งานและความสะอาดของระบบว่าได้รับการดูแลให้สะอาดเพียงใด ในด้านประสิทธิภาพ ภาพรวมก็ยังคลุมเครือ: ในเครื่องยนต์ดีเซล EGR อาจลดประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์และเพิ่มการปล่อยเขม่าละออง ขณะที่ในเครื่องยนต์เบนซินบางรุ่นกลับสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ การตั้งค่า EGR แบบมีระบบทำความเย็นถูกเชื่อมโยงกับการลดประสิทธิภาพประมาณ 3% ด้วยเหตุผลเหล่านี้ เครื่องยนต์สมัยใหม่บางรุ่นจึงเลือกบรรลุเป้าหมายการปล่อยไอเสียโดยไม่ใช้ EGR เลย - เทคโนโลยีนี้ไม่ใช่เส้นทางเดียวที่จำเป็น แต่เป็นเครื่องมือสำหรับสร้างสมดุล

บทสรุป: เครื่องยนต์ที่สะอาด คือเครื่องยนต์ที่ได้อุ่นเครื่องเป็นประจำ

EGR และ DPF/GPF ไม่ใช่ทางเลือกที่แทนกันได้ แต่เป็นสิ่งที่เสริมกัน: ตัวหนึ่งยับยั้งการเกิด NOx ภายในกระบอกสูบ อีกตัวจับเขม่าที่เหลืออยู่เผาทิ้งที่ท่อไอเสีย ศัตรูที่ใหญ่ที่สุดของทั้งสองระบบคือสิ่งเดียวกัน: การใช้งานระยะสั้นและช้า ๆ ที่อุณหภูมิไอเสียไม่เคยเข้าถึงระดับที่ต้องการ การขับขี่รถดีเซลด้วยระยะทางที่เพียงพออย่างสม่ำเสมอ การใช้เชื้อเพลิงคุณภาพดี และการหลีกเลี่ยงเงื่อนไขที่ส่งเสริมการสะสมคาร์บอน เป็นเงื่อนไขสำคัญอันดับแรกเพื่อให้ระบบเหล่านี้ทำงานได้ตามที่ออกแบบไว้ เมื่อระบบอุดตัน ทางแก้มักไม่ใช่การทำความสะอาดเพียงครั้งเดียว แต่คือการทบทวนพฤติกรรมการใช้งาน

แหล่งอ้างอิง