Compreendendo os conceitos e a importância da estratégia EGR - recirculação dos Gases de Escape

A recirculação de 20% ou 30% (ciclo Otto) ou 40% (ciclo Diesel) dos gases de escape para o coletor de admissão produz a redução da temperatura de combustão e a conseqüente diminuição da emissão de NOx. Por serem inertes, os gases recirculados não participam do processo de combustão, o que resulta na limitação da pressão e temperatura máximas decorrentes da combustão.

Cabe lembrar que a formação de NOx poderia ser reduzida por outros métodos, como por exemplo:

- Enriquecimento da mistura para reduzir a temperatura de combustão. No entanto, isto aumentaria as emissões de CO e HC.

- Diminuindo a taxa de compressão. No entanto, isto reduziria a eficiência térmica e conseqüentemente, aumentaria o consumo de combustível.

Portanto, a recirculação de uma porcentagem de gases de escape tem-se mostrado a medida mais eficaz para reduzir a emissão de NOx sem prejudicar nem a economia nem as outras emissões.

A adição de pequenas porcentagens de gases de escape (inertes) à mistura admitida resulta na diluição da mesma. Como os gases recirculados substituem igual porcentagem de mistura, os cilindros recebem uma quantidade menor desta última, em relação a sua capacidade volumétrica.

Assim, a pressão média efetiva e a temperatura máxima da câmara de combustão também diminuem; como resultado, o motor desenvolve uma potência menor.

A temperatura máxima menor tem como conseqüência a diminuição do nível de NOx.

ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL

Originalmente, o sistema EGR foi adicionado ao sistema de controle do motor para reduzir as emissões de NOx. Mais recentemente, a partir de meados dos anos 90, e em função dos avanços tecnológicos aplicados ao catalisador de 3 vias e ao projeto otimizado do motor de ciclo Otto, em muitos casos, o sistema EGR não mais seria necessário.

No entanto, em muitos casos, o sistema EGR em motores de ciclo Otto de injeção indireta é retido por razões de economia de combustível. Isto porque, devido a que os gases inertes são admitidos no lugar de mistura, o motor tem um desempenho menor (menor eficiência volumétrica, menor torque) para determinadas condições de rotação e carga.

Portanto, para produzir o mesmo torque, o motorista deve pressionar o acelerador para abrir a borboleta. Quanto mais a borboleta é aberta, mais eficientemente o motor funciona como bomba sugando ar; ou seja, diminui as perdas e aumenta a eficiência volumétrica, que resulta máxima em plena carga.

CONFIGURAÇÕES

O elemento principal do sistema é a válvula EGR, presente em todas as aplicações. O que varia nas diferentes configurações presentes no mercado é:

- O método utilizado no controle da válvula.

- O método utilizado para medir o fluxo dos gases recirculados.

As figuras mostram alguns exemplos que abrangem a grande maioria das configurações aplicadas aos sistemas OBDII ao longo da sua evolução. Uma característica importante a salientar é que em todas as configurações, o controle da válvula EGR ou do vácuo que controla a sua abertura é feito pela UC. Pelo contrário, em muitos sistemas pré-OBDII, o controle da EGR era feito sem intervenção da UC. 

FIGURA 1

Nesta configuração, a válvula EGR é controlada por vácuo modulado. A válvula EVR, controlada pela UC, regula (modula) o vácuo aplicado, com o que se consegue a abertura variável da EGR.

O Sensor de Pressão Diferencial DPFE informa o diferencial de pressão existente a ambos os lados de uma restrição calibrada. Com este valor a UC calcula o grau de abertura da EGR e estima (não consegue medir diretamente) a quantidade (fluxo) de gases recirculados. 

FIGURA 2

Esta configuração é similar àquela da figura 1 diferindo tão somente, no tipo de sensor utilizado que, neste caso é o Sensor de Pressão PFE, o qual mede a pressão após a restrição calibrada. Com este valor a UC calcula o grau de abertura da EGR e estima (não consegue medir diretamente) a quantidade (fluxo) de gases recirculados. Esta configuração foi pouco utilizada em veículos OBDII. 

FIGURA 3

Nesta configuração, a válvula EGR Linear é controlada diretamente pela UC. A EGR Linear possui o Sensor de Posição EVP integrado, com cuja informação a UC calcula o fluxo de gases. Para a verificação de desempenho do sistema EGR, esta configuração inclui um sensor MAP. 

FIGURA 4

Nesta configuração, a válvula EGR é acionada por um motor de passo; o fluxo de gases recirculados é determinado pela posição do mesmo.

Para a verificação de desempenho do sistema EGR, esta configuração inclui um sensor MAP. 

FIGURA 5

Nesta configuração, a EGR é controlada por vácuo através da válvula EVR, a qual regula (modula) o vácuo aplicado, com o que se consegue a abertura variável da EGR. Com base na informação do Sensor de Temperatura EGR, a UC calcula o fluxo.

FIGURA 6

Vácuo de controle constante. Nesta configuração, o Sensor de Posição EVP está integrado à válvula EGR. O vácuo aplicado à EGR é controlado num valor constante, pela válvula VCV (pneumática), independentemente das variações presentes no coletor de admissão. A eletroválvula VSV, de 3 vias, conecta a EGR à atmosfera (EGR fecha) ou à fonte de vácuo constante (EGR abre).

A UC controla a VSV com um sinal de ciclo de trabalho variável. Desta forma, varia o vácuo de controle, o que por sua vez regula a abertura da EGR e assim, o fluxo de gases. Um sensor de temperatura, instalado na saída da EGR, é utilizado para detectar a condição de fluxo insuficiente.

Nota: As configurações acima são utilizadas principalmente em motores de ciclo Otto.

FIGURA 7

Esta é uma configuração própria de motores de ciclo Diesel. Nesta configuração existem 2 canais de recirculação: 1) de alta pressão e 2) de baixa pressão. No canal de alta pressão os gases são recirculados do coletor de escape diretamente para o coletor de admissão. No canal de baixa pressão a recirculação se realiza desde um ponto posterior ao filtro de particulado com os gases a uma temperatura menor. As borboletas de admissão permitem o controle do vácuo que provoca a recirculação e assim, ajustar a quantidade de gases recirculados. Os resfriadores contribuem para diminuir a temperatura dos gases, o que resulta no aumento da massa de ar admitida e a diminuição da temperatura máxima de combustão.

O canal de alta pressão opera nas baixas rotações e carga, enquanto o canal de baixa pressão recircula os gases durante a condição de alta rotação e carga. No entanto, podem ser encontradas configurações em que só um dos canais foi implementado.