EGR, Exhaust Gas Recirculation, การหมุนเวียนไอเสีย

EGR (Exhaust Gas Recirculation) หรือการหมุนเวียนไอเสีย

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

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 ซ.) 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 NO_X (ซึ่งเกิดจากอุณหภูมิการจุดระเบิดที่สูง) ควันรวมทั้งเขม่าหรืออนุภาค (Particulate Matter) ซึ่งเกิดจากคุณสมบัติของน้ำมันดีเซล ทำให้บริษัทผู้ผลิตรถยนต์ต้องพัฒนาเครื่องยนต์ดีเซล ให้มีมลพิษและอนุภาค (ควันและเขม่า) ให้มีค่าต่ำลง เพื่อให้ผ่านกฎหมายควบคุมมลพิษ

            เครื่องยนต์ดีเซล มีอัตราส่วนการอัดสูงกว่าเครื่องยนต์แก๊สโซลีน 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 NO_X 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 NO_X จะมีผลอย่างไรต่อร่างกาย และสิ่งแวดล้อม ?

NO_X (Oxides of Nitrogen) (การที่เรียกว่าเป็นแก๊ส NOX จึงผิดเพราะว่าตัว _X เป็นตัวห้อยซึ่งหมายถึงเลขอะตอมของออกซิเจน 1, 2, 3 หรือ 4 ตัว)

            NO_X 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 NO_X มากกว่าเครื่องยนต์แก๊สโซลีน และกลับมีวัยรุ่นรวมทั้งช่างไทยๆ ไปอุด EGR ไม่ให้ทำงาน ปัญหาก็จะบานปลาย

            NO_X ไม่ใช่แก๊ส (หรือก๊าซ) เรือนกระจกโดยตรงแต่มีส่วนทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกตัวอื่นๆ ที่สำคัญโดยจะทำปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิล (Hydroxyl) หรือ OH กล่าวคือ เมื่อมี NO_X, CO และ HC จะถูกออกซิไดซ์ (Oxidize) ทำให้เกิดโอโซน (Ozone) หรือ O₃ ในชั้นใกล้ผิวโลก ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกตัวหนึ่งที่มีผลต่อสมดุลการแผ่รังสีและทำให้เกิด OH อีกครั้งซึ่งมีศักยภาพในการเกิดออกซิเดชันในบรรยากาศ และนำไปสู่การเป็นกรด

Read more »