ขอต้อนรับสู่บล็อกของครูวัลลภ มากมี ช่างยนต์ วิทยาลัยเทคนิคกาญจนบุรี
เนื้อหาทั้งหมดและภาพประกอบในเนื้อหาของเว็บบล็อกนี้เป็นทรัพย์สินทางปัญญาไม่อนุญาตให้นำส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่แสวงหาผลประโยชน์ ยกเว้นการลิงก์เข้าสู่เว็บบล็อกนี้

วันอังคารที่ 29 พฤษภาคม พ.ศ. 2555

EGR, Exhaust Gas Recirculation, การหมุนเวียนไอเสีย

เมนูสำหรับสมาร์ทโฟน
เปิดบทความของเว็บบล็อกช่างยนต์

EGR (Exhaust Gas Recirculation) หรือการหมุนเวียนไอเสีย
            ในการเผาไหม้ของเครื่องยนต์จะมีแก๊สออกไซด์ของไนโตรเจน (NOX) (Oxides of Nitrogen) เกิดขึ้นสูงสุดที่อัตราส่วนผสมอากาศ : เชื้อเพลิงทางทฤษฎี เพราะในอากาศมีปริมาณของแก๊สไนโตรเจน (N2) 78% และมีปริมาณของออกซิเจน (O2) 21% แก๊สทั้งสองนี้จะรวมตัวกันได้ดีมากในขณะที่มีอุณหภูมิการเผาไหม้สูง และมีการเผาไหม้สมบูรณ์ จึงต้องแก้ไขโดยการหมุนเวียนไอเสียหรือ EGR ด้วยการลดอุณหภูมิการเผาไหม้ด้วยการใช้ไอน้ำ (H2O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่มาจากแก๊สไอเสียแล้วจัดให้เข้าหมุนวนในช่วงแก๊สไอเสียมีความดันสูงกว่าบรรยากาศ เพื่อลดแก๊ส NOX

รูปที่ 1 ระบบ EGR

            ตัวอย่างการทำงานของระบบ EGR ในรูปที่ 1 เป็นของเครื่องยนต์แก๊สโซลีน ใช้ลิ้นสวิตช์สุญญากาศควบคุม (แต่รุ่นใหม่มักใช้มอเตอร์แบบขั้นหรือ Stepper Motor) ขณะยังไม่ได้ทำงาน ลิ้น EGR จะยังไม่เปิด แต่ถ้าเครื่องยนต์มีความเร็วรอบต่ำกว่า 4,000 rpm อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นสูงกว่ากำหนดไว้ (ในบางรุ่น 50 – 56 o .) และลิ้นเร่งเปิดถึงระดับ  ECU จะควบคุมให้ลิ้น EGR ทำงาน

ตารางที่ 1 เปรียบเทียบระหว่างเครื่องยนต์ดีเซลและแก๊สโซลีนในด้านมลพิษ
รายการเปรียบเทียบค่าแก๊สพิษ
เครื่องยนต์ดีเซล
เครื่องยนต์แก๊สโซลีน
ค่าแก๊สพิษ
CO
ต่ำกว่า
สูงกว่า
HC
ต่ำกว่า
สูงกว่า
NOX
สูงมาก ๆ
ต่ำกว่า
อนุภาค (ควันและเขม่า)
สูงมาก
ถือว่าไม่มี


            จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าปัญหาใหญ่ของเครื่องยนต์ดีเซล (Diesel Engine) ที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด คือ NOX (ซึ่งเกิดจากอุณหภูมิการจุดระเบิดที่สูง) ควันรวมทั้งเขม่าหรืออนุภาค (Particulate Matter) ซึ่งเกิดจากคุณสมบัติของน้ำมันดีเซล ทำให้บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ต้องพัฒนาเครื่องยนต์ดีเซล ให้มีมลพิษและอนุภาค (ควันและเขม่า) ให้มีค่าต่ำลง เพื่อให้ผ่านกฎหมายควบคุมมลพิษ
            เครื่องยนต์ดีเซล ีอัตราส่วนการอัดสูงกว่าเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 2 เท่าตัว คืออยู่ที่ประมาณ 17 22 : 1 มีความดันในจังหวะอัด 30 55 บาร์ (bar) (30.59 – 56.08 kgf/cm2) ทำให้อุณหภูมิอากาศที่อัดตัวเป็น 700 900 o ซ. เมื่อเชื้อเพลิงดีเซลถูกฉีดด้วยความดันสูงเข้าไปในห้องเผาไหม้จะเกิดการจุดระเบิด โดยไม่ต้องใช้ประกายไฟเหมือนกับเครื่องยนต์แก๊สโซลีน จึงถูกจัดอยู่ในประเภทของเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยการอัดตัว (Compression Ignition Engine)
            ตัวอย่างของการลดมลพิษจากแก๊ส NOX ของเครื่องยนต์ดีเซลคือ ในขณะที่อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นต่ำกว่า 60 o ซ. ลิ้น EGR จะปิด E-VRV หรือลิ้นควบคุมสุญญากาศด้วยอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic Vacuum Regulating Valve) จะควบคุมให้ลิ้น EGR เปิดในช่วงของอุณหภูมิน้ำหล่อเย็นอยู่ระหว่าง 70 - 96 o ซ.  แต่ถ้าเครื่องยนต์มีความเร็วรอบสูงกว่าค่าที่กำหนดไว้ (4,000 rpm) และขณะที่มีภาระสูงมากกว่า 75 % ขึ้นไปที่ความเร็วรอบสูงกว่า 2,900 rpm รวมทั้งขณะถอนคันเร่ง ลิ้น EGR จะปิดเพื่อลดควันไอเสีย

อันตรายจากแก๊สพิษ NOX จะมีผลอย่างไรต่อร่างกาย และสิ่งแวดล้อม ?

NOX (Oxides of Nitrogen) (การที่เรียกว่าเป็นแก๊ส NOX จึงผิดเพราะว่าตัว X เป็นตัวห้อยซึ่งหมายถึงเลขอะตอมของออกซิเจน 1, 2, 3 หรือ 4 ตัว)
            NOX คือแก๊สออกไซด์ของไนโตรเจน เช่น NO (ไนทริกออกไซด์) และ NO2 (ไนโตรเจนไดออกไซด์) เป็นแก๊สพิษที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ เมื่อลอยตัวขึ้นไปรวมตัวกันกับไอน้ำ (H2O) ในก้อนเมฆ ทำให้กลายเป็นกรด คือกรดไนตรัส (Nitrous  Acid) (HNO2) และกรดไนทริก (Nitric Acid) (HNO3) เมื่อฝนตกลงมาจะเป็นฝนกรด (Acid Rain) ละอองน้ำฝนเป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจ จะมีปัญหาต่อแหล่งน้ำ สัตว์น้ำ พืช ผัก ผลไม้ ต้นไม้ซึ่งเป็นแหล่งผลิตแก๊สออกซิเจนก็มีปัญหาไปด้วย สรุปแล้วทุกชีวิตบนโลกจะเดือนร้อนในระยะยาว โปรดอย่าลืมว่าเครื่องยนต์ดีเซลเป็นแหล่งที่ผลิตแก๊ส NOX มากกว่าเครื่องยนต์แก๊สโซลีน และกลับมีวัยรุ่นรวมทั้งช่างไทยๆ ไปอุด EGR ไม่ให้ทำงาน ปัญหาก็จะบานปลาย
            NOX ไม่ใช่แก๊ส (หรือก๊าซ) เรือนกระจกโดยตรงแต่มีส่วนทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกตัวอื่นๆ ที่สำคัญโดยจะทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิล (Hydroxyl) หรือ OH กล่าวคือ เมื่อมี NOX, CO และ HC จะถูกออกซิไดซ์ (Oxidize) ทำให้เกิดโอโซน (Ozone) หรือ O3 ในชั้นใกล้ผิวโลก ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกตัวหนึ่งที่มีผลต่อสมดุลการแผ่รังสีและทำให้เกิด OH อีกครั้งซึ่งมีศักยภาพในการเกิดออกซิเดชันในบรรยากาศ และนำไปสู่การเป็นกรด