مقدمة عن نظام إعادة تدوير غازات العادم EGR
نظام إعادة تدوير غازات العادم، المعروف عالمياً بـ Exhaust Gas Recirculation (EGR)، يمثل أحد أهم التقنيات البيئية في عالم المحركات الحديثة.
ظهر لأول مرة في سبعينيات القرن الماضي كحل هندسي مبتكر للاستجابة للقوانين البيئية المتشددة، وتطور ليكون ركيزة أساسية في خفض انبعاثات المركبات. يعمل هذا النظام الذكي على إعادة تدوير جزء من غازات العادم الساخنة وإدخالها مرة أخرى إلى غرف الاحتراق داخل المحرك.
الهدف الأساسي من هذه العملية المعقدة هو خفض درجة الحرارة القصوى أثناء احتراق خليط الوقود والهواء، مما يحد بشكل كبير من تكوين مركبات أكاسيد النيتروجين (NOx) الضارة جداً بالصحة والبيئة.
مع تشديد المعايير العالمية مثل يورو 6 وEPA Tier 3، أصبحت أنظمة EGR أكثر تعقيداً ودقة، متكاملة مع أنظمة أخرى مثل مرشح الجسيمات ونظام التحفيز الانتقائي (SCR) لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة والامتثال البيئي.
ما هو نظام إعادة تدوير غازات العادم EGR؟
نظام EGR هو عبارة عن حلقة تحكم مغلقة ضمن أنظمة الحد من التلوث في المركبة. وظيفته الحيوية تتمثل في سحب نسبة محددة مسبقاً من غازات العادم التي خرجت من عملية الاحتراق، وخلطها مع الهواء النقي والوقود قبل دخولهم إلى اسطوانات المحرك للمرة التالية.
هذه الغازات المعادة تكون غنية بغازات خاملة مثل ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، ولا تشارك بشكل فعال في عملية الاحتراق. عند اختلاطها، تعمل على تخفيف خليط الهواء والوقود وتقليل نسبة الأكسجين النشط المتاح.
هذا التخفيف يؤدي إلى إبطاء سرعة التفاعل الكيميائي للاحتراق وبالتالي انخفاض ذروة درجة الحرارة داخل الأسطوانة. نظراً لأن تكوّن أكاسيد النيتروجين يتسارع بشكل كبير في درجات الحرارة العالية جداً (عادة فوق 1300 درجة مئوية)، فإن خفض هذه الذروة الحرارية هو المفتاح لتقليل انبعاثات NOx.
في السيارات الحديثة، تتم إدارة هذه العملية بدقة فائقة من قبل وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) التي تقرأ عشرات البيانات من الحساسات لتحسب النسبة المثلى من الغازات المعادة لكل لحظة تشغيل.
مكونات نظام إعادة تدوير غازات العادم EGR
يتكون نظام إعادة تدوير غازات العادم من عدة أجزاء متكاملة تعمل بتناسق لتحقيق الهدف المطلوب. فهم كل مكون على حدة يساعد في تشخيص الأعطال وإجراء الصيانة الصحيحة.
- 1. صمام EGR
يعتبر صمام EGR بمثابة القلب النابض للنظام بأكمله، وهو المسؤول المباشر عن تنظيم كمية غازات العادم التي يُسمح لها بالعودة إلى مجمع السحب. يتعرض هذا الصمام لظروف تشغيل قاسية جداً، حيث تصل درجة حرارة الغازات المارة به إلى 600 درجة مئوية أو أكثر.
لذلك يُصنع عادة من مواد متطورة مقاومة للحرارة والتآكل مثل سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ. يتكون الصمام من جزء ميكانيكي يحتوي على مكبس أو قرص يتحكم في فتحة التدفق، وجزء مشغِّل قد يكون محركاً كهربائياً أو ملفاً لولبياً يعمل بفراغ المحرك في التصميمات القديمة.
غالباً ما يكون مزوداً بـ حساس موضع يرسل إشارة كهربائية لوحدة التحكم للإبلاغ عن مقدار فتح الصمام بالضبط، مما يمكنها من إجراء التعديلات اللحظية الدقيقة. اغلب صمامات إي جاي إر الموصل الكهربائية أو الفيشة تحتوى على خمسة اسلاك اثنين خاصه بالمحرك الكهربائي المسؤول بفتح وغلق الصمام يتم ذلك بتقنية pwm من كمبيوتر المحرك والثلاثة الأسلاك الأخرى هي بالحساس تخبر كمبيوتر المحرك هل تم تنفيذ عمليه الفتح والغلق للصمام.
- 2. أنابيب EGR
هي الشرايين التي تنقل غازات العادم من مجمع العادم إلى وجهتها النهائية عند مجمع السحب أو رأس الأسطوانات. نظراً لمرور غازات شديدة السخونة وعادة ما تكون محملة بجسيمات كربونية، يجب أن تتمتع هذه الأنابيب بمقاومة عالية للحرارة والتآكل الكيميائي.
تُصنع غالباً من الحديد الزهر أو الفولاذ المقاوم للصدأ. في الأنظمة المتطورة المبردة، تأخذ الأنابيب تصميمًا مزدوج الجدران حيث يمر سائل تبريد المحرك بين الجدران لامتصاص الحرارة من غازات العادم المارة في الممر الداخلي.
من التحديات الرئيسية التي تواجه هذه الأنابيب هو الانسداد بتراكم الكربون وتشكل التشققات بسبب الإجهادات الحرارية الدورية التي تضعف المادة مع مرور الوقت والكيلومترات.
- 3. مبرد EGR
يمثل مبرد EGR قفزة تقنية مهمة في تحسين كفاءة النظام. وهو عبارة عن مبادل حراري يعمل على خفض درجة حرارة غازات العادم قبل إعادة تدويرها.
الفائدة الرئيسية من التبريد هي زيادة كثافة الغازات؛ فالهواء البارد أكثر كثافة من الهواء الساخن، مما يعني أن نفس الحجم من الغازات الباردة يحتوي على كمية أكبر من الجزيئات الخاملة الفعالة في عملية التبريد الداخلي للاحتراق.
هذا يحقق انخفاضاً أكبر في درجة حرارة الاحتراق وبالتالي تقليل أكبر لانبعاثات NOx. يتكون المبرد من حزمة من الأنابيب الصغيرة الدقيقة التي تمر عبرها غازات العادم، ويتم تمرير سائل تبريد المحرك حول هذه الأنابيب لامتصاص حرارتها. من مشاكله الشائعة انسداد هذه الأنابيب الدقيقة بترسبات الكربون والزيت كما هو موضح بالصوره أدناه.
 |
| تراكم الكربون في مبرد egr |
- 4. وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) وحساسات النظام
الدماغ المفكر وراء كل هذه العمليات هو وحدة التحكم الإلكترونية للمحرك. تقوم هذه الوحدة بجمع البيانات من مجموعة من الحساسات المتخصصة، ومن ثم تشغيل خوارزميات معقدة لتحديد التوقيت المثالي وكمية فتح صمام EGR.
من أهم الحساسات التي تعتمد عليها: حساس تدفق الهواء (MAF) لمعرفة كمية الهواء الداخل، حساس الأكسجين لقياس نسبة الأكسجين في العادم، حساس درجة حرارة العادم، وحساس موضع صمام EGR نفسه.
بناءً على هذه المدخلات وخرائط تشغيل مبرمجة مسبقاً، تقرر الوحدة ما إذا كانت ظروف التشغيل مناسبة لتفعيل النظام (عادة في الأحمال المتوسطة والسرعات الثابتة) أم إيقافه (عند التسارع القوي أو عند بدء التشغيل على محرك بارد).
أنواع أنظمة إعادة تدوير غازات العادم EGR
تطورت تقنية إعادة تدوير غازات العادم على مر السنين، مما أدى إلى ظهور عدة تصاميم مختلفة تناسب أنواع المحركات ومتطلبات الانبعاثات المتنوعة. يمكن تصنيفها بشكل أساسي حسب موقع سحب الغازات وطريقة تبريدها.
مقارنة بين أنواع أنظمة إعادة تدوير غازات العادم EGR الرئيسية
يقدم الجدول التالي مقارنة تفصيلية بين الأنواع الأربعة الرئيسية لأنظمة إعادة تدوير غازات العادم (EGR) من حيث آلية العمل، الاستخدامات الشائعة، المميزات الرئيسية، والعيوب أو التحديات التي تواجه كل تصميم.
تساعد هذه المقارنة في فهم أي النظامين أكثر ملاءمة لتطبيق معين ولماذا تختار الشركات المصنعة نوعاً محدداً لمحرك معين.
| نوع نظام EGR | آلية العمل | الاستخدامات الشائعة | المزايا الرئيسية | العيوب والتحديات |
|---|---|---|---|---|
| EGR داخلي | يعتمد على تصميم خاص لصمامات العادم يبقي جزءاً من الغازات داخل الأسطوانة دون أنابيب خارجية. | محركات الديزل القديمة، وبعض محركات البنزين عالية الأداء ذات الحقن المباشر. | تصميم بسيط وموثوق، لا يحتاج لمكونات خارجية إضافية، تكلفة تصنيع وصيانة منخفضة نسبياً. | تحكم محدود جداً في كمية الغازات المعادة، قد يؤثر سلباً على كفاءة تنظيف الاسطوانات من بقايا الاحتراق. |
| EGR خارجي (غير مبرد) | ينقل غازات العادم الساخنة مباشرة من مجمع العادم إلى مجمع السحب عبر أنابيب وصمام. | العديد من السيارات الحديثة (بنزين وديزل) لزيادة سرعة وصول المحرك لدرجة حرارة التشغيل المثلى. | تحكم أفضل من النوع الداخلي، استجابة جيدة، يساعد في تسخين المحرك بسرعة في الطقس البارد. | كفاءة محدودة في خفض NOx مقارنة بالأنظمة المبردة، تعرض مكوناته لدرجات حرارة عالية جداً. |
| EGR عالي الضغط | يسحب غازات العادم عالية الضغط والحرارة مباشرة بعد رأس الأسطوانات وقبل دخولها للتوربين في المحركات ذات الشحن التوربيني. | محركات الديزل الحديثة الشائعة، وبعض محركات البنزين المزودة بشاحن توربيني. | كفاءة عالية في تقليل NOx، استجابة سريعة جداً للتحكم، ضغط الغازات العالي يقلل من مشاكل التدفق. | تعقيد ميكانيكي مرتفع، الحاجة لمواد فائقة التحمل، عرضة لانسداد سريع بسبب تركيز الجسيمات الكربونية. |
| EGR منخفض الضغط | يسحب غازات العادم بعد مرورها عبر التوربين ومرشح الجسيمات (DPF)، ويعيدها إلى مدخل الهواء قبل الشاحن التوربيني. | محركات الديزل الحديثة المتوافقة مع معايير يورو 6 وما فوق، خاصة في الشاحنات والسيارات الفاخرة. | أنظف غازات معادة (بعد التصفية)، كفاءة فائقة في خفض NOx، أقل ضرراً على الشاحن التوربيني. | تصميم معقد ومكلف للغاية، يحتاج مساحة أكبر في حجرة المحرك، استجابة قد تكون أبطأ قليلاً. |
تختلف أنظمة إعادة تدوير غازات العادم (EGR) من حيث التصميم وطريقة العمل حسب نوع المحرك ومتطلبات الانبعاثات.
كيف يعمل نظام إعادة تدوير غازات العادم EGR خطوة بخطوة
عملية إعادة تدوير غازات العادم هي عملية ديناميكية وحساسة تتم على النحو التالي:
- مراقبة ظروف التشغيل: تقرأ وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) بيانات لحظية من شبكة الحساسات، بما في ذلك سرعة المحرك، الحمل عليه، وضعية دواسة الوقود، ودرجة حرارة سائل التبريد.
- تقييم الحاجة للنظام: تقوم خوارزمية مبرمجة داخل الـ ECU بتقييم هذه البيانات. مثلاً، النظام لا يُفعل إطلاقاً عندما يكون المحرك بارداً، لأنه سيعيق عملية التسخين ويسبب خمولاً غير مستقر.
- إصدار أمر التشغيل: إذا قررت الوحدة أن الظروف مناسبة، ترسل إشارة كهربائية إلى المشغل الموجود على صمام EGR (محرك كهربائي أو ملف لولبي) لتعديل درجة فتحه بنسبة دقيقة (مثلاً 30% أو 60%).
- تدفق الغازات: تبدأ غازات العادم الساخنة بالتدفق من مجمع العادم، عبر أنابيب EGR، وربما عبر مبرد EGR لخفض حرارتها، وصولاً إلى مجمع سحب الهواء.
- الاختلاط: تختلط هذه الغازات الخاملة مع تيار الهواء النقي القادم من فلتر الهواء قبل دخولهما معاً إلى اسطوانات المحرك، حيث يضخ الوقود لتشكيل خليط قابل للاشتعال.
- تأثير على الاحتراق: أثناء شوط القدرة، تملأ الجزيئات الخاملة (CO2, H2O) المساحة داخل الأسطوانة، مما يخفف خليط الوقود والهواء ويبطئ من سرعة انتشار اللهب، مما يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في ذروة درجة الحرارة.
- النتيجة: هذا الانخفاض في درجة الحرارة يمنع ارتباط ذرات النيتروجين والأكسجين في الهواء لتكوين مركبات NOx الضارة، فينخفض انبعاثها من أنبوب العادم بنسبة كبيرة قد تصل إلى 60%.
معظم أنظمة EGR مصممة للعمل بشكل أمثل عند سرعات ثابتة متوسطة (مثل القيادة على الطرق السريعة). عند التسارع القوي أو الأحمال العالية، قد تغلق الوحدة الصمام بالكامل لإعطاء الأولوية لأداء المحرك.
إهمال صيانة نظام EGR وتراكم الكربون يمكن أن يحبس الصمام في وضع مفتوح جزئياً. هذا قد يتسبب في استمرار تدوير الغازات حتى في الظروف غير المناسبة، مؤدياً إلى خمول متذبذب وضعف شديد في أداء المحرك وزيادة الدخان.
فوائد نظام إعادة تدوير غازات العادم EGR البيئية والتقنية
لا تقتصر فوائد نظام إعادة تدوير غازات العادم على الجانب البيئي فحسب، بل تمتد لتشمل أداء المحرك واقتصادية التشغيل:
- مكافحة التلوث: هو الهدف الأساسي. يخفض النظام انبعاثات أكاسيد النيتروجين (NOx) التي تساهم في الضباب الدخاني والأمطار الحمضية ومشاكل الجهاز التنفسي.
- تحسين الكفاءة الحرارية: في بعض ظروف التشغيل، يمكن أن يحسن من الكفاءة الكلية للمحرك، مما قد يؤدي إلى توفير طفيف في استهلاك الوقود.
- حماية المحرك: بتقليل درجات الحرارة القصوى، يقلل النظام من الإجهاد الحراري على مكونات مثل الصمامات والمكابس، مما قد يساهم في متانة أطول.
- الامتثال للقوانين: يمكّن المركبات من اجتياز اختبارات الانبعاثات الصارمة مثل الفحص الدوري، وهو شرط أساسي لترخيصها في معظم دول العالم.
المشاكل الشائعة وأعراض أعطال نظام EGR
مثل أي نظام ميكانيكي إلكتروني، يتعرض نظام EGR لمجموعة من الأعطال الشائعة، وأكثرها انتشاراً مرتبط بتراكم الكربون:
- انسداد الصمام أو الأنابيب: العرض الأشهر. يسبب خمولاً متذبذباً وغير مستقر، فقداناً ملحوظاً في قوة المحرك خاصة عند التسارع، زيادة في استهلاك الوقود، وفي محركات الديزل ظهور دخان أسود كثيف من العادم.
- تلف الصمام الكهربائي/الميكانيكي: قد يعلق الصمام في وضع مفتوح (مسبباً الأعراض السابقة بشدة) أو مغلق (فيقلل من كفاءة النظام لكن قد لا تلاحظ أعراض أداء قوية).
- تسرب في الأنابيب أو الحشيات: يؤدي إلى دخول هواء غير مقاس إلى مجمع السحب، مما يسبب خللاً في نسبة الهواء إلى الوقود وخمولاً سيئاً، وغالباً ما يصاحبه صوت صفير.
- عطل في الحساسات: مثل حساس الموضع أو التدفق، مما يرسل معلومات خاطئة للـ ECU فيتخذ قرارات تشغيل غير مناسبة.
 |
| انسداد صمام egr بسبب تجمع الكربون |
عادة ما تظهر هذه الأعراض مصحوبة بإضاءة لمبة فحص المحرك على لوحة القيادة، ويمكن قراءة أكواد أعطال محددة مثل P0400 (خلل في تدفق نظام EGR) أو P0403 (خلل في الدائرة الكهربائية لصمام EGR) باستخدام قارئ الأكواد.
نصائح أساسية لصيانة نظام EGR
للحفاظ على نظام EGR سليماً وفعالاً لأطول فترة ممكنة، اتبع هذه النصائح العملية:
- استخدم وقوداً عالي الجودة: الوقود الرديء ينتج كميات أكبر من الرواسب الكربونية التي تسد النظام.
- التزم بفترات تغيير زيت المحرك: زيت المحرك المتسخ أو المنخفض الجودة يمكن أن يتسرب إلى مجمع السحب عبر حلقات المكابس ويساهم في تكوين عجينة كربونية لزجة.
- أعطِ المحرك فرصة للعمل تحت حمل: القيادة الحضرية القصيرة فقط تمنع المحرك من الوصول لدرجة الحرارة التشغيلية المثلى وتمنع حرق الرواسب تلقائياً. حاول بين الحين والآخر قيادة السيارة على طريق سريع لفترة كافية.
- فكر في استخدام منظف وقود: يمكن لإضافات تنظيف الوقود الجيدة أن تساعد في تقليل تراكم الكربون في النظام مع مرور الوقت.
خطوات تنظيف صمام EGR في المنزل
اذا كان صمام إي جي ار في سيارتك سهل الوصول إلية بامكانك اتباع الخطوات التاليه التي سوف اذكرها لك أما إذا كان صعب الوصول بانصحك بالذهاب إلى فني مختص في هذا المقاله شرحت لك جميع الطرق الممكنة كيف تتم تنظيف صمام egr بامكانك اتباع هذة الخطوات:
- السلامة أولاً: افصل الكابل السالب لبطارية السيارة. ارتدِ قفازات وواقي عيون. تأكد أن المحرك بارد تماماً.
- تحديد موقع الصمام: استخدم دليل المالك أو مصادر الإنترنت لمعرفة مكان صمام EGR في محرك سيارتك. غالباً ما يكون متصلاً بمجمع السحب بواسطة أنبوبين.
- فك الصمام: افك البراغي أو المسامير المثبتة للصمام وأنبوبته بعناية. قد تحتاج لبعض القوة إذا كانت مثبتة منذ فترة طويلة.
- التنظيف: رش منظف خاص لكربون EGR أو فرامل (متوفر في محلات قطع الغيار) على جميع الفتحات والأسطح الداخلية للصمام. اتركه ليتفاعل لبضع دقائق.
- إزالة الرواسب: استخدم فرشاة أسنان قديمة أو فرشاة سلكية ناعمة لإزالة الرواسب المتفتتة. كرر عملية الرش والفرك حتى تظهر الفتحات نظيفة.
- التجفيف: تأكد من جفاف الصمام تماماً من سائل التنظيف قبل إعادة التركيب. يمكنك تركه في الهواء أو استخدام هواء مضغوط.
- التركيب: ضع حشية جديدة دائماً (رخيصة الثمن وتجنب التسرب). ثبت الصمام وأنبوبته بالمكان الصحيح وبقوة العزم المناسبة.
- الاختبار: وصّل البطارية، وشغّل المحرك. اتركه يعمل على الخمول لبضع دقائق وتأكد من عدم وجود تسربات. قد تحتاج لمسح كود العطل القديم باستخدام قارئ OBD.
تجنب خدش أو كشط الأسطح الداخلية للصمام بأدوات حادة مثل المسمار أو السكين، فقد تخدش السطح الأملس وتجعل تراكم الكربون أسهل في المرة القادمة. استخدم فرشاة ناعمة أو قطعة قماش.
الأسئلة الشائعة حول نظام إعادة تدوير غازات العادم (EGR)
هل يمكنني إزالة أو تعطيل نظام EGR في سيارتي بشكل دائم؟
من الناحية الفنية نعم، ولكنها فكرة سيئة وغير قانونية في معظم البلدان. الإزالة ستزيد انبعاثات NOx بشكل كبير، وقد تخالف قانون البيئة وتسبب رفض الفحص الدوري. كما قد تؤثر سلباً على أداء المحرك في بعض الظروف وتسبب ظهور كود عطل دائم. الحل الأمثل هو صيانة النظام وإصلاح أعطاله.
كم تبلغ تكلفة استبدال صمام EGR تالف؟
التكلفة تتفاوت كثيراً حسب نوع السيارة ونوعية القطعة (أصلية، مقابل معادل). في السيارات الصغيرة الشائعة، قد تتراوح بين 300 و800 ريال للقطعة مع التركيب. في السيارات الفاخرة أو ذات المحركات المعقدة، يمكن أن تتجاوز 2000 ريال. غالباً ما تكون محاولة التنظيف أولاً خياراً اقتصادياً جيداً إذا كان العطل انسداداً فقط وليس تلفاً كهربائياً.
ما الفرق بين نظام EGR في سيارات البنزين وسيارات الديزل؟
في محركات الديزل، تعمل درجات الحرارة الأعلى ووجود الكربون بكثرة على جعل النظام أكثر عرضة للانسداد، وغالباً ما يكون مصمماً بمبرد ويتكامل مع أنظمة أخرى مثل DPF وSCR. في محركات البنزين، يكون تأثير العطل على الخمول والطرق أكثر وضوحاً، وقد تكون تصاميم النظام أبسط قليلاً، لكن هدف خفض NOx يبقى واحداً.
كيف أتأكد أن المشكلة في سيارتي هي من نظام EGR وليس نظام آخر؟
الخطوة الأولى هي قراءة أكواد الأعطال بجهاز OBD2. الأكواد التي تبدأ بـ P0400 إلى P0409 تشير بشكل مباشر إلى نظام EGR. بعدها، يمكن فحص الصمام بصرياً وفكه وتنظيفه كاختبار. إذا تحسنت الأعراض بعد التنظيف، فكان العطل انسداداً. إذا استمرت المشكلة مع كون الصمام نظيفاً، قد يكون الخلل في الحساسات أو التوصيلات الكهربائية أو حتى في وحدة التحكم نفسها.
المصادر
