Diagnosi della valvola EGR nei motori diesel

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Apro questa discussione sulla diagnosi della valvola EGR che tanti problemi ci dà e che nei diesel di ultima generazione è sempre più complessa e che, come vedremo implica il controllo di molteplici parametri e sistemi.


A cosa serve la valvola EGR?

Tra le sostanze inquinanti emesse dai motori delle automobili vi sono gli ossidi di azoto (NOx), composti che si formano in presenza di elevate pressioni e temperature, situazione che si ha nelle camere di combustione dei motori, in particolare dei diesel.
Il principale strumento che i costruttori hanno adottato per abbattere questo tipo di emissioni è la valvola EGR (Exhaust Gas Recirculation) che ha il compito di reimmettere nel motore una parte dei gas di scarico: in questo modo infatti viene assicurato il corretto riempimento dei cilindri con un gas nel quale l'ossigeno è pressoché assente e che perciò non partecipa alla combustione, abbassando quindi la temperatura nella camera di scoppio. Questa tecnica è utilizzata sia sui motori a benzina che diesel, ma è soprattutto sui secondi che trova la più vasta applicazione (è presente su tutti i motori diesel dall'Euro 3 in poi) in quanto è con questo tipo di motore che vi sono i maggiori problemi di formazione di ossidi di azoto a causa delle pressioni e temperature che si sviluppano in essi. Inoltre sui motori a benzina la quantità di gas di scarico che possono essere messi in ricircolo è molto limitata perché deve essere rispettato un ben preciso rapporto tra combustibile e ossigeno.



Funzionamento del sistema di ricircolo dei gas di scarico.

Vediamo ora il funzionamento del sistema, occupandoci in questa occasione dei soli motori diesel dove è sempre presente e non pochi problemi dà agli automobilisti e agli autoriparatori.

La centralina comanda la valvola EGR lasciando passare i gas di scarico nel collettore di aspirazione calcolandone una ben precisa percentuale rispetto alla massa di aria aspirata dal motore, in modo da non influire sulla corretta combustione del gasolio: il sistema è ad anello chiuso, cioè la centralina conoscendo la massa aria aspirata calcola la percentuale di gas di scarico da mettere in ricircolo (percentuale che dipende dalle condizioni di funzionamento del motore, sarà massima al minimo, diminuirà all'aumentare del regime fino ad essere nulla a pieno carico) e controlla il corretto funzionamento del sistema leggendo le variazioni del valore di massa aria aspirata.

Possiamo avere sostanzialmente due tipi di valvole EGR, pneumatica comandata a depressione ed elettrica, quest'ultima è oramai diventata la norma sulle macchine più recenti.
Nel primo caso, valvola pneumatica, oltre alla valvola EGR vera e propria (quella che apre e chiude il passaggio dei gas di scarico) abbiamo un elettrovalvola proporzionale comanda in PWM dalla centralina che ha il compito di regolare il valore della depressione e quindi l'apertura dell'EGR.

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Nel secondo caso invece è una valvola proporzionale (o più raramente un motorino) elettrica, sempre comandata in PWM, a svolgere direttamente la funzione di saracinesca.

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Possiamo poi avere EGR con o senza un segnale di ritorno (potenziometro o sensore a effetto hall) che comunica alla centralina l'effettivo spostamento della valvola.

Il sistema di ricircolo dei gas di scarico è in realtà più complesso e sulle macchine più recenti comprende anche altri componenti.
Per garantire che i gas di scarico passino nel motore occorre che questi abbiano una pressione maggiore di quella del collettore d'aspirazione, vengono perciò prelevati a monte della turbina ed è presente, anche se si tratta di motori diesel, una farfalla che parzializza l'entrata dell'aria creando una depressione nell'aspirazione. Inoltre spesso è comandata opportunamente la geometria variabile della turbina in modo da aumentare la pressione a monte di essa.



Diagnosi della valvola EGR.

Codici guasto.
I codici guasto relativi alla valvola EGR sono quelli compresi tra P0400 e P0409, nei dettagli abbiamo:
P0400 – Errore generico sul funzionamento dell'EGR, è quello che troviamo più spesso ma che non ci fornisce ulteriori informazioni. Può significare un flusso anomalo dei gas di scarico come un difetto sulla parte elettrica della valvola o sul segnale di ritorno, la diagnosi andrà completata con altre prove.
P0401 – Flusso gas di scarico insufficiente.
P0402 – Flusso gas di scarico eccessivo.
P0403 – Difetto sul comando (parte elettrica) della valvola EGR.
P0404 – Comando EGR segnale errato.
P0405 – Sensore A, cc a negativo.
P0406 – Sensore A, cc a positivo.
P0407 – Sensore B, cc a negativo.
P0408 – Sensore B, cc a positivo.
P0409 – Sensore A
Gli ultimi cinque codici, dal 405 al 409, sono relativi al segnale di ritorno della posizione dell'EGR.

Come sempre i codici guasto sono la base di partenza per la diagnosi, ma vanno sempre interpretati e verificati con indagini più approfondite, inoltre spesso accade che si ha un difetto sulla valvola EGR (ad esempio rimane parzialmente aperta) senza la memorizzazione di alcun codice.
Un difetto tipico di una macchina con EGR bloccata aperta è la scarsa potenza ai bassi regimi (fino a 2000-2500 giri) quando la massa aria aspirata è percentualmente bassa in rapporto ai gas di scarico che entrano nel motore a causa del difetto.


Parametri motore relativi alla diagnosi dell'EGR.

Massa aria aspirata.
Pressione sovralimentazione.
Comando e posizione EGR.
Posizione farfalla.
Temperatura aria del collettore.

Il principale parametro che ci serve per una diagnosi della corretta apertura e chiusura della valvola EGR è la massa aria aspirata, che ovviamente diminuirà con EGR aperta e aumenterà quando verrà chiusa. Dall'autodiagnosi dobbiamo perciò monitorare contemporaneamente il comando che la centralina dà alla valvola EGR e la massa aria aspirata, verificando la variazione di quest'ultima siano in linea con la prima.
Indicativamente per un motore di 2000 cc la massa aria aspirata con funzionamento al minimo deve essere di circa 450-500 mg/c (o 12-14 g/s se altrimenti misurata) con EGR chiusa e scendere intorno ai 300-350 mg/c quando è aperta. Si tratta come detto di valori puramente indicativi, dipende molto dal tipo di motore, di impianto e dalle strategie della centralina, è bene col tempo farsi delle tabelle rilevando e annotando i valori che troviamo quando si lavora su impianti efficienti per aver poi un riscontro quando controlliamo una macchina.

Le cose però si complicano quando abbiamo a che fare con i modelli più recenti dove è presente anche la farfalla sull'entrata del collettore d'aspirazione che viene parzialmente chiusa quando viene aperta l'EGR. In questo caso è necessario tener sotto controllo anche la pressione del collettore d'aspirazione (nei parametri pressione sovralimentazione): infatti una diminuzione della massa aria aspirata può essere causata dalla chiusura della farfalla, senza che l'EGR apra effettivamente, avremo in questo caso una pressione molto bassa, mentre con EGR efficiente la pressione sarà vicina a quella atmosferica.
Sulle macchine più recenti il comando della farfalla è inoltre spesso utilizzato anche per tener sotto controllo il corretto rapporto lambda, sempre al fine di limitare le emissioni di ossidi di azoto, in base alle informazioni ricevute dalla sonda lambda e può perciò essere parzialmente chiusa anche quando l'EGR non è comandata. Occorre perciò sempre avere sotto controllo i quattro parametri, massa aria aspirata, pressione collettore, posizione EGR e posizione farfalla, per poter fare una diagnosi corretta.

Un altro parametro che varia in base alla posizione dell'EGR è la temperatura dell'aria del collettore (solo quando è presente questo sensore, di solito integrato nel sensore di pressione), aumenterà con EGR aperta e scenderà quando chiude. Al momento non è molto utilizzato per la diagnosi, le variazioni sono abbastanza lente e di piccola ampiezza, ma teniamone conto, in casi particolari può tornare utile.


Se la valvola è di tipo pneumatico la diagnosi è relativamente semplice, possiamo comandare l'apertura della valvola con un pompetta per il vuoto verificando la tenuta della membrana e, con motore in moto, controllare il variare della massa aria aspirata quando la apriamo.
Se l'EGR è funzionante occorre passare a verificare per prima cosa il valore di depressione a monte dell'elettrovalvola di comando (indicativamente - 0,9 bar) e poi il funzionamento di quest'ultima: con oscilloscopio si visualizza il comando in PWM dato dalla centralina e con vacuometro si controlla il variare del valore di depressione al variare del comando.

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Se invece la valvola è di tipo elettrico è più difficile azionarla manualmente, è possibile solo attraverso diagnostico, e diventa molto importante il controllo valutando attentamente i parametri (massa aria e pressione collettore) di cui si è parlato prima.

Inserisco un esempio, EGR elettrica comandata con diagnostico, farfalla parzialmente chiusa, motore al minimo:










Le differenze, prima e dopo la riparazione, non sono abissali, ma si notano due difetti:
1. La valvola EGR rimaneva leggermente aperta, infatti avevamo con comando 1% (la valvola dovrebbe essere completamente chiusa) una massa aria più bassa e una pressione collettore più alta rispetto al sistema efficiente.
2. I condotti tra l'EGR e il collettore aspirazione erano parzialmente ostruiti, con comando 100% (valvola completamente aperta) la massa aria era più alta e la pressione più bassa, anche se di poco; teniamo presente che la rilevazione è stata fatta al minimo, con regimi motore più elevati il difetto sarebbe stato più evidente e rilevabile dalla centralina.


Una mancata apertura dell'EGR , con farfalla parzialmente chiusa, a volte può portare a difetti molto evidenti, pressioni collettore molto basse (anche 500-600 mbar) ma non interpretati dalla centralina come malfunzionamento della valvola (difetto che capita con una certa frequenza sul Daily motore 3,0 con EGR pneumatica ed elettrovalvola di comando che non apre). In questi casi possiamo trovare codici guasto relativi al sensore di pressione (P0105 e similari), starà a noi verificare la causa.

Teniamo sempre presente che la centralina verifica la corretta apertura dell'EGR controllando il valore della massa aria aspirata, spesso la presenza di un difetto relativo all'EGR (con valvola funzionante) è dovuto ad un'ostruzione, parziale o totale, dei condotti dei gas di scarico verso il collettore (che in genere si ha a valle dell'EGR) come abbiamo visto nell'esempio che ho riportato. Ecco un caso frequente e ben evidente relativo ai motori Fiat 1300:

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Se la valvola ha anche un segnale di ritorno della posizione la verifica diventa abbastanza facile, possiamo verificare la corretta apertura dell'EGR dalla tensione del sensore di posizione e contemporaneamente controllare il variare della massa aria aspirata.

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Infine per quanto riguarda l'informazione sulla posizione della valvola EGR, in presenza dei codici guasto relativi (da P0405 a P0409) occorre controllare la variazione di tensione in uscita dal sensore relativamente al comando fornito dalla centralina; eventualmente controllare l'integrità del potenziometro con l'oscilloscopio (prova del rumore).
Inoltre il valore della tensione nella posizione di base (valvola chiusa) non è esattamente determinato per ogni tipo di impianto, può variare, sia pur entro valori limitati, ed essere riconosciuto di volta in volta dalla centralina con una funzione autoadattativa, oppure in taluni impianti è necessario quando si sostituisce la valvola fare un adattamento per far riconoscere alla centralina il nuovo valore.

In genere su questi tipi di valvole, elettriche con informazione di ritorno della posizione, abbiamo 5 fili, due per il comando dell'elettrovalvola (positivo fisso e comando modulato negativo) e tre per il sensore di posizione (alimentazione +5 V, massa e segnale) e il controllo è semplice, come ho spiegato prima, ma ci sono anche elettrovalvole EGR il cui comando è diverso, ad esempio questa:

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In questo caso abbiamo solo 4 fili, due di alimentazione di potenza (positivo e negativo fissi), uno per la linea di comunicazione bidirezionale con la centralina, e un segnale di ritorno per la posizione (a volte non presente): l'EGR comprende perciò anche una centralina per la comunicazione con quella motore e con il circuito di potenza per il comando dell'elettrovalvola. E qui il controllo diventa più complesso e occorre affidarsi all'autodiagnosi in quanto il segnale della linea di comunicazione è di difficile interpretazione.

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