egr nedir, egr ne işe yarar, egr niye vardır, egr iptali

Egr nedir, ne işe yarar?

                Egr İngilizce egshaust gas recirculation cümlesinin kısaltmasıdır ve anlamı egzoz gazının yeniden dolaştırılması/kullanılması anlamındadır. Sistemin amacı egzozdan çıkan gazı tekrar pistona vermektir. Egzozdan çıkan pis duman neden pistonun içine geri alınır. Sonuçta temiz akaryakıt için uğraşıyoruz ama kendi atık dumanımızı neden geri yakıtımızla karıştırıyoruz?

Egr sistemini anlamak için önce pistonun içinde neler olduğunu gözümüzde canlandırmamız lazımdır. Bunu hakkıyla yapabilmek için de lise yıllarına dönüp biraz basit kimyayı hatırlamak faydalı olacaktır.

En başından başlayacak olursak kimyasal reaksiyon nedir diye sormamız gerekir. Kimyasal reaksiyon (veya kaynağa göre türkçeleştirilmiş adıyla tepkime) birbirinden farklı birden fazla maddenin kalıcı olarak, moleküler yapısı değişecek şekilde birleşerek bir veya daha fazla ürün açığa çıkarması olarak tanımlanır. Yeni oluşan ürünler başlangıç maddelerinden farklıdır ve farklı özellikler gösterir.

Kimyasal reaksiyonun başlaması için 2 şey gereklidir. Birincisi reaksiyonu yapacak maddeler. İkincisi de başlangıç için gerekli enerji. Reaksiyonun olması için aynı anda aynı yerde reaksiyona girecek maddelerin birbirine temas etmesi ve yeterli başlangıç enerjisine sahip olması gereklidir. Buradan yola çıkarak devam eden reaksiyonlarda maddelerin birbirine temasının fazlalığı reaksiyonun hızını ve verimini etkiler diyebiliriz.

Gaz halindeki maddelerde gazların yapısı gereği maddeler en küçük parçaları olan moleküller düzeyinde olduğundan genelde reaksiyon daha kolay başlar ve ortam uygunsa devamı aynı kolaylıkla devam eder.

Ancak reaksiyona giren maddelerden bir veya bir kaçı sıvı veya katı haldeyse durum farklıdır. Sıvı ve katılar maddenin en küçük formu olan moleküllerin şekillerini ve veya yoğunluklarını koruyacak kadar sıkı şekilde bir arada olması ile oluştuklarından parçacıklar halinde bulunurlar ve bu parçacıkların sadece dış yüzeyi başka maddelerle temas edebileceği için bu maddelerin reaksiyon hızı her bir parçacığın toplam yüzey alanı ile doğru orantılıdır.

Soba kullananlar bilir. Büyük parçalı kömür veya odun hem daha zor tutuşur hem de daha uzun süre yanar. Ancak küçük parçalar halindeki odun veya kömür hem daha kolay alev alır hem de çok daha hızlı yanar. Hatta kütük halindeki odunu yakmak için epey uğraşmanız gerekir ve söndürmek için çokça zamanınız olur ancak talaş havayla iyice karıştığında patlayabilir bile. İlk yapılan barut çok küçük tanecikli odun kömüründen ibaretti.

Arabalarımızda kullandığımız içten yanmalı motorlarda kullandığımız yakıt (benzin, motorin, lpg veya doğalgaz) pistonun içinde hava ile karışır ve motorun kullandığı ateşleyici sistem ile reaksiyon başlatılır. Daha önce dediğim gibi gazlarda karışım sağlamak çok sorun değildir. Ancak motorin ve benzinde pistonun içine giren damlacığın boyutu önem kazanır. Bu yakıtları gaz haline getirmek mümkündür ancak gaz haline getirmek için yapılacak uygulama pistonun içinde veya yakıt aktarım yollarında zamansız bir yanmaya neden olabileceğinden risklidir. Bu yüzden böyle bir yol tercih edilmez.

Camsil spreylerini düşünelim. Geneli 2 kademelidir. Sprey ve stream diye yazan kaba püskürtme. Camsil spreyi yakıtı pistona gönderdiğimiz sistem olsun. Camsil sıvısı yakıt, cam da oksijen.

Kaba püskürtme başlığıyla sıvıyı cama püskürttüğünüzde çok miktarda sıvı dar bir alana püskürtülür, çok azı cama tutunur, kalanıysa akar gider. Sprey başlığıyla püskürtme yaptığınızda aynı miktarda sıvı çok daha küçük tanecikler halinde çok daha geniş bir alana püskürür. Akıp giden miktar daha azdır ve çok daha fazla sıvı cama tutunup kalır. Yani daha fazla yakıt oksijenle buluşur ve daha az yakıt oksijeni göremeden akıp ziyan olur. Küçük damlacıkların daha fazla yüzey alanı olduğundan oksijenle daha iyi karışır. Daha hızlı ve daha verimli bir yanma sağlanır.

Aynı motor hacminde karbüratörlü ve enjeksiyonlu arabadaki yakıt tüketimi ve motor gücü farkı büyük oranda bu mantığa dayanır. Karbüratörde yanmanın tamamlandığı piston geri çekilirken oluşan vakum etkisi ile yakıt pistona çekilir ve havayla piston içinde karışır. Bir içecek kutusundan daha küçük olan pistonun yaratabileceği vakum etkisi oldukça cılız olduğu için akıt basınçsız olarak pistona gelir ve yanma alanına damlar. Ancak enjeksiyonlu araçlarda benzin pistona gelmeden önce ikinci bir pompadan geçer ve basınçla pistonun içine püskürür. Benzin adeta spreyden çıkan sıvı gibi küçücük damlacıklar halinde pistona girer. Hava da ayrıca doğal yollarla değil de basınçlı olarak pistona girer ve daha iyi bir karışım sağlanır. Bu sayede daha iyi karışım daha iyi yanmayı sağlar ve daha iyi yanma sayesinde aynı miktar benzinden daha fazla enerji açığa çıkabilir.

Bunların egr ile ilişkisi bir önceki basamak ile başlar. Pistona giren küçük tanecikli benzin veya motorin ne kadar küçük tanecikli olursa olsun hala sıvı damlacıktır ve her damlacık gibi içinde oksijenle karşılaşıp yanamayacak bir miktar yakıt bulunur. Eğer yanma odasının sıcaklığı çok fazlaysa bu oksijenle temas edemeyen yakıt yine de reaksiyona girer. Reaksiyon oksijensiz olduğundan gerçek anlamda bir yanma olmaz ve açığa gaz yerine kurum adını verdiğimiz katı tanecikler açığa çıkar. Mangal kömürü bu yolla yapılır. Odun üzeri kumla kaplandıktan sonra üzerinde ateş yakılır. Kumun altındaki odun yanacak oksijeni bulamaz ama sıcaklık yeterince yüksek olduğu için bozulur be kömürleşir.

 Bir anlamda yemeği çabuk pişsin diye büyük ateşe koyarsak nasıl dışı yanar içi pişmezse arabamızın motorundaki pistonun iç sıcaklığı da gereğinden fazlaysa reaksiyonu başlatması gereken sıcaklık görevini tam olarak yapamaz ve yanma verimi düşer. Ayrıca oksijenle karşılaşmayan yakıt bir anlamda kömürleşir ve kurum yapar. Hem çevreyi kirletir hem de yakıt sisteminiz mahveder.

Örneğin dizel araçlarda pistonun iç sıcaklığının 500-1600 derece arasında olması istenir. Ancak devamlı yanma durumunda bu sıcaklık kolaylıkla 3000 dereceyi geçer. Arabanın motor soğutma sistemi pistonları soğutmaz. Pistonda yanma oldukça açığa çıkan ısının motorun kalanına zarar vermemesi için motor blokunu soğutur. Pistonları kısmen yağ soğutur ancak yağı soğutan bir radyatör yoktur ve her şartta yağın soğutma gücü pistonun içine yetmez. Yağın görevi hareketli parçaların aşırı ısınıp birbirine kaynamasını engellemektir.

Pistonun içini soğutmak için 1500-2000 derece arasında çalışabilecek, bozulmayacak bozulsa bile yanmayı olumsuz etkilemeyecek, hatta mümkünse patlamanın gücünü arttıracak, bir gaz kullanılması lazım. Ayrıca bu gazın piston sıcaklığını gereğinden fazla düşürmemesi için bir de ısıtarak sisteme verilmesi lazım.

Böyle gazlar var ama gereksiz yere pahalıdır ve sürekli eklenmeleri gerekir. Atıkları da ayrı bir kirlilik kaynağıdır. Bunun yerine zaten motordan sürekli çıkan egzoz gazımız vardır. Hem motorun kendi ürünüdür hem sürekli çıkar hem bedavadır hem de motordan çıktıktan sonra havanın etkisiyle kendiliğinden soğur. İçindeki katı parçacıkları süzdükten sonra egzoz gazını tekrar pistonun içine verirseniz neredeyse bedavaya pistonu soğutabilirsiniz. Üstelik bu gaz hala yeterince sıcak olduğu için pistonun iç sıcaklığını aşırı düşürme riski de yoktur.

Egrnin ikinci faydasından önce bir defa daha lise kimyasına dönelim. Kimyasal reaksiyonlar genel anlamda 2 türdür. Açığa enerji verenler ve sürekli enerji alarak devam edenler. Yanma kimyasal anlamıyla maddenin elektron afinitesi yüksek bir maddeye elektron vererek yükseltgenmesi demektir. Bu karışık ve çoğumuz için anlam ifade etmeyen tanımın açıklamasında ısı alan veya veren ayrımı olmadığı için demirin paslanması gibi demirin elektron kaybettiği ama açığa ısı çıkmayan durumlar da yanmadır. Ancak bir günlük hayatımızda bu kavramı ısı açığa çıkararak oluşan ve devam eden reaksiyonlar için kullanırız. Yakıcı genelde oksijendir ancak saf oksijen nadir ve pahalı olduğu için havadaki oksijen kullanılır. Bu yüzden yanma yakıtın havayla karışıp ısı açığa çıkarması olarak kabul edilir.

Buraya kadar yanma olayının tarifi tamamlandı ancak ikinci soru açığa çıkan ısı neye göre belirlenir olarak sorulmalıdır. Bunun cevabı kimyasal reaksiyon öncesi ve sonrası oluşan maddelerin kimyasal bağlarının sahip olduğu enerji ile açıklanır.

Yine karışık gelebilir. Örneklendirelim. Cebinde 50 ve 100 tl olan 2 kişi bir yerde yemek yedikten sonra dışarı çıktıklarında ceplerinde 25 ve 75 tl kalmışsa yemekleri toplam 50 tle yi açığa çıkarmıştır. Maddelerin de kimyasal bağlarında bu şekilde belli bir enerji saklıdır ve oluşan ürünlerin bağlarının toplam enerjisi daha az ise girenler ve çıkanların toplamlarının farkları kadar enerji açığa çıkar.

Ancak ikinci bir unsur daha vardır. Bu iki arkadaşın yemek yedikleri yerde tatlı bulunmadığı için tatlı yiyemediklerini düşünün. Normalde restorana bırakacakları hala toplam 100 tl olduğu halde o parayı orada harcayamayacaklar ve bulabilirlerse başka bir yerde o parayı kullanacaklardır.

Yeterince başlangıç enerjisi veya giren maddelerden yoksa işlem yarım kalacaktır. Bu yarım kalma bazen artan madde olur bazen de daha düşük enerjili başka bir ara ürün oluşur. Genelde her ikisi aynı anda gerçekleşir.

Olayı daraltıp motor pistonunun içine bakarsak olayımız yakıt damlacıkları ve havanın oksijeniyle sınırlı olur. Sıvı yakıt daha önce belirttiğimiz gibi damlacıklar halindedir ve ne yaparsanız yapın oksijenle temas etmeyen kısımları olacaktır. Piston içi aşırı sıcak olmasa da karışım her zaman mükemmel olmayabilir. Yakıt+oksijen+ısı dağılımı pistonun her noktasında eşit olmayabilir ve olmaz da. Bu durumda tam yanamayan yakıtın bir kısmında ara ürün açığa çıkar.

Kullandığımız yakıtlar genel anlamda fosil yakıt olarak adlandırılsa da bu kimyasal tanımlama değildir. Gerçekte bu yakıtlar birer hidrokarbondur. Yani hidrojen ve karbonun bir arada bulunduğu yakıtlardır. Sondaj, rafineri basamakları ve sonradan bilinçli yapılan katkılar haricinde yakıtın içinde sadece karbon ve hidrojen bulunur. Hidrojenin yanma ürünü sudur ve suyun oluşması çok kolay olduğu için hidrojenin tam yanamamasına bağlı bir yan ürün yoktur ancak konu karbona gelince iş değişir.

Normalde karbonun tam yanma ürünü karbondioksit gazıdır. Ancak karbonun karbon dioksit oluşturacak şekilde tam yanma sağlaması için karbonun önce atomik yapısında bazı uyulmamalar yapması lazımdır. Bu nedenle karbonun tam yanması için gerekli enerji de fazladır atom bazında birleşmenin olması için gereken süre de fazladır.

Bu nedenle karbon her zaman tam yanmaya uğrayıp açığa sadece karbon dioksit çıkarmaz. Yeterince oksijen bulamayan, yeterli başlangıç ısısına ulaşamayan veya yeterince uzun süre oksijenle temas edemeyen karbon atomları tam yanma sağlayamaz ve ara ürün olan karbon monoksit açığa çıkar.

Az önceki örnekte restoranda istediği tatlıyı bulamadığı için tatlı yemeden ayrılan kişilerin nasıl hala harcayabilecekleri paraları varsa karbon monoksit tam yanma ürünü olmadığından karbondioksite dönüşene kadar hala sahip olduğu enerji henüz kullanılamamış şekilde kalır.

Biraz daha açalım. Karbon ve oksijenin birleşiminde tam yanma sağlanır hepsi karbon diokside dönüşürse toplam 100 birim enerji (burada ısı) açığa çıkacak kabul edelim.   Benzer şekilde karbon ve oksijen tam yanma sağlayamaz ve açığa karbon monoksit çıkacak şekilde yanma olursa açığa 30 birim enerji açığa çıkacağını düşünelim. Bu durumda karbon monoksiti yakıp karbon monoksite dönüştürdüğünüzde 70 birim daha ısı daha açığa çıkar.

Tam yanmama konusunda örnek verdiğimiz mangal kömürünü tekrar hatırlarsak konu daha da anlaşılır hale gelir. Odun havasız ortamda tam yanamaz ve kömürleşir. Olay aslında bir yanma olmasına rağmen tam yanamayan odun kömürü yani mangal kömürü hala yanabilir bir üründür. Karbon monoksitte bu şekilde bir yanma ürünü olmasına rağmen tam yanma sağlanamadığı için hala yanabilecek bir üründür. Üstelik oldukça kalorili yani ısıl değeri oldukça yüksek bir üründür. Eskiden evlerde kullanılan havagazı aslında karbon monoksittir. Eski filimlerde insanların havagazıyla intihar etmeleri aslında karbon monoksit intiharıdır.

Egzoz gazı karbon monoksitçe oldukça zengindir. Bu durumda aslında tekrar yakarak kullanabileceğimiz bir yakıtı sokağa atmak yerine egr ile tekrar pistona alarak yanma devam ettirilir ve hem tasarruf hem de çevre koruma sağlanır.

Özetlersek egr sistemi hem tam yanmanın sağlanması için gerekli piston sıcaklığını sabit tutar hem de hala yanabilecek atıkları yanmak üzere yeniden pistona alarak tasarruf sağlar.

Yeni tip motorlarda bir ek fayda daha vardır. Araçların teknik özelliklerinde sıkıştırma oranı diye bir değer vardır. 9/1, 13/1 gibi. Bu değer pistonun en açık ve en kapalı halinin oranıdır. Yani 10/1 diye bir oran gördüğümüzde bu rakam bize pistonun içindeki yakıt karışımını 10 kat sıkıştırabildiği anlamına gelir.

Yanma reaksiyonunu anlatırken yakıt ve hava karışımı her zaman tam olmayabilir demiştik. Pistonun her yerinde eşit miktarda hava ve eşit miktarda yakıt olmayabilir. Hatta olmaz. Ancak ne kadar iyi karıştırılırsa o kadar iyi olur.

Olaya başka yönden bakarsak daha küçük hacimde bir yerde uygun karışım sağlamak büyük hacme göre daha kolaydır. Bu durumda piston yanma için ne kadar sıkışırsa hacim o kadar azalacağı için verimi arttıran bir diğer unsur olarak sıkıştırma oranı karşımıza çıkar.

Sıkıştırma oranı arttıkça karşımıza bir sorun daha çıkar. Dışarıdan etki eden hiçbir ısı kaynağı veya benzeri etken olmasa da kapalı bir sistemde hacim azaldığında iç sıcaklık artar. Mantığı basittir. 10 litre hacimde toplam 10 kalorilik ısı varsa aslında 1 kal/litre ısı vardır. Ama kapalı sistemde herhangi bir kaçak olmadan hacim azaltılırsa toplam kalori sabit kalır ama hacim azaldığı için birim hacimdeki ısı miktarı artar. Az önceki örnekteki 10 litre 1 litreye indirilirse ısı 10 kaloride sabit kalacağı için iç ısı miktarı 10 kal/litreye çıkar. Tam 10 kat artar.

Piston sıkışırken de bu durum gerçekleşir. Piston sıkıştıkça ısı artar. Dizel arabaların ateşleyici olarak buji kullanmamalarının nedeni budur. Motorin elektrikle patlatması zor ve verimsiz bir yakıt olduğundan sıkıştırarak patlatılır.

Ancak benzinli ve lpg’li araçlarda ateşleme daha hassastır ve belli bir anda elektrikle yapılır. Sıkışma nedeniyle zamanından önce patlama olursa hem verim kaybı olur hem de vuruntu denen bir olay olur ve motorun ömrü çeyreğine iner. İlk yapılan benzinli arabalarda sıkıştırma oranı 3-4 civarıdır ve buna rağmen vuruntu nedeniyle motorların ömrü birkaç on bin kilometreyle sınırlıdır. O yıllarda motorlu araç kullanımı az olduğu için çok sıkıntı yoktur ancak 1900lerin başında motorlu araç sayısı artınca sorun hissedilir hale gelir. Hatta 1. Dünya savaşından sonra motorlu araç kullanımı patlama yapınca bir çözüm gerekir ve benzinin sıkışmasını kolaylaştırmak için içine tetrametil kurşun katılır. Kurşunlu benzin kavramı budur. Kurşunun sıkıntıları anlaşılınca aynı krom, bakır hatta gümüş bileşikleri kullanılır ve kurşunsuz benzin devri başlar ancak bu maddeler hala kurşundan daha zayıf olduğu için çok büyük sıkıştırma oranları elde edilemedi. Ancak 1990ların sonundan itibaren metal bileşikleri yerine sentetik organik bileşikler kullanıma girdi ve kurşundan daha iyi sıkıştırıcılar yapılabildi. Bu sayede daha yüksek saflıkta ve patlama gücünde benzinler piyasaya çıkabildi. 100 oktan benzin 1920lerde yapılabiliyordu ancak yeterli sıkıştırmayı sağlayacak maddeler ancak 2000lere doğru kullanıma girebildiği için 97, 98, 100 oktan gibi performans yakıtları piyasaya sürülebildi. Benzer şekilde kompresörlü motor 1930larda yapılmıştı ama uygun benzin ancak 1990larda piyasaya sürülebildiğinden kompresörlü benzinli motorlarda ancak o yıllarda piyasaya çıkabildi.

Yakıta katılan sıkıştırıcı miktarı egr kullanımı ile azalmıştır çünkü egr sayesinde pistona giren egzoz gazları bizzat sıkıştırıcı görevi görür. Karbon monoksiti sıkıştırmayla patlatmak zordur çünkü karbon monoksitteki karbonun karbon diokside dönüşmesi için geçirmesi gereken iç değişiklik yavaş gerçekleştiği için basınçla patlaması daha zordur. Bu nedenle piston sıkışırken oluşan fazla ısıyı emer ve benzinin erken patlamasını önler.

Dolayısıyla egr ek olarak yüksek sıkıştırma oranlı yeni kuşak araçlarda yakıttan daha fazla yararlanmanızı sağlar.

Egr iptal edilirse ne olur?

Bu yıla ait son model bir araba aldığınızda aslında son teknolojiyi alıyor olmayabilirsiniz. Örneğin 2007 öncesi 75 bglik transit connectlerde kullanılan tddi kodlu endura dizel motorun patent tarihi 1984tü. Motor büyük ihtimalle 1970lerin teknolojisiyle geliştirilmişti. Bildiğim kadarıyla motorin pistona 5-10 bar bir basınçla püskürtülüyordu. Daha sonra yapılan eklemlerle motor euro 3 standardına getirilip 30-50 bar civarı bir püskürtme sağlanmış. Artık pek çok yerde yasal mecburiyet olduğu için de egr sisteme eklenmiş. Böyle bir araçta egrnin varlığı fayda eder ancak yokluğu çok büyük bir değişiklik yapmaz çünkü sistem zaten çok verimli değildir ve egr genellikle sisteme sonradan monte edilmiştir. Her ne kadar bir fabrika eseri olsa da iş sonuçta sonradan modifikasyon olduğundan egr olmasa da olur. Hatta daha önce bahsettiğimiz üzere piston içindeki gaz miktarı artacağı için pistonun sıkışması zaman alır. Egr iptali ile bu sıkışma zamanı kısalır. Araç daha atak gibi görünür. Ancak verim düştüğü için yakıt biraz artar ve piston içi soğutma olmadığından yüksek devirlerde çok kurumlu bir egzoz gazı çıkar. Bazı durumlarda araç egzoz muayeneden geçemez. 2006 model 75 bg transit connect tddi vardı ve egr arıza yapınca iptal ettik. Birebir egrli ve egrsiz aracı gözleme şansım oldu.

Ancak euro4 ve euro5 motorlarda durum çok farklıdır. Euro4 motorlar motorini pistona 300-700 bar arası bir basınçla püskürtür. Euro5lerde 2000-4000 bar arasıdır. Bu kadar ince tanecikli ve yüksek sıkıştırma oranlı motorlarda egr olmazsa. Yakıtın büyük kısmı yanmadan kömürleşir, karbon monoksitin sıkıştırma desteği ortadan kalktığı için vuruntu başlar ve yanma verimi azalacağından yakıt tüketimi artar. Pistonun içindeki gaz basıncı azalacağından daha hızlı sıkışır ve patlama süresi kısalır bu nedenle araç daha bir seriymiş gibi olur. Daha iyi hızlanır ancak aslında bu sadece bir kandırmacadır. 1 litre yakıtla 10 saniyede hızlanıyorsanız bu rakamlar 4 litre yakıtla 6 saniyede hızlanma şeklinde olur. Ayrıca bu düz yolda olan hızlanmadır. Yokuş yukarı motor elindeki yakıtla yeterli enerjiyi üretemediği için ergsiz motor yokuş yukarı ciddi güç kaybına uğrar. Ucuz modifiyeciler genelde bu sorunu yazılım değiştirerek çözmeye çalışır ancak bu çözüm yakıt tüketiminin artmasından başka bir işe yaramaz.

Motorun bütününde bir modifikasyonun yapıldığı profesyonel uyarlamalar ve 1990lardan öncesine ait bir teknolojiyle geliştirilmiş motorlar hariç egrnin iptali kendi bacağını bıçaklamaktan başka bir şey değildir.