Valvola EGR e farfalla EGR: guasti, sostituzione e manutenzione

Se su un veicolo commerciale pesante la potenza del motore è calata, dallo scarico esce un fumo insolito e sul cruscotto la spia motore resta ostinatamente accesa, uno dei primi tre componenti che vengono in mente al tecnico è la valvola EGR. Sul campo questo componente è spesso perfettamente integro dal punto di vista elettrico; il problema reale è lo strato di fuliggine accumulato negli anni, che impedisce alla farfalla di chiudersi o aprirsi completamente. Questa guida spiega, con l'occhio del tecnico di officina, quale funzione svolgono la valvola EGR e la farfalla EGR, con quali sintomi si manifesta il guasto, quale sequenza diagnostica seguire, con quale disciplina procedere allo smontaggio e rimontaggio e quali abitudini di manutenzione ne prolungano la durata.

Che cosa sono la valvola EGR e la farfalla EGR? Funzione e principio di funzionamento

La valvola EGR e la farfalla EGR sono elementi di controllo del flusso comandati che rimandano una parte dei gas di scarico verso l'aspirazione, abbassando la temperatura di combustione e riducendo la formazione di NOx; nei motori diesel per veicoli commerciali pesanti ricircolano tipicamente dal 5 al 25 per cento dei gas di scarico a seconda del punto di funzionamento, sono a contatto costante con gas nell'intervallo 400-700 °C e modificano la propria posizione in pochi secondi in base al segnale proveniente dalla centralina motore.

La denominazione crea confusione in officina, quindi distinguiamola subito. La valvola EGR è l'elemento di comando principale che determina la quantità di gas di scarico ricircolati; è generalmente collegata al collettore di scarico o all'uscita del refrigeratore EGR. La farfalla EGR è invece l'elemento a farfalla che crea o indirizza la differenza di pressione che rende possibile il flusso: parzializza sul lato aspirazione abbassando la pressione di aspirazione, oppure genera contropressione sul lato scarico permettendo ai gas di passare nel condotto di aspirazione. A catalogo questi due componenti sono spesso elencati nella stessa famiglia, perché sia la causa dei guasti sia la loro soluzione sono in larga misura comuni.

Il principio di funzionamento è termodinamicamente semplice. Nel motore diesel la formazione di ossidi di azoto (NOx) è direttamente legata alla temperatura di picco all'interno del cilindro; quando la temperatura supera una determinata soglia, l'azoto presente nell'aria inizia a combinarsi con l'ossigeno. I gas di scarico sono in larga parte gas incombusti e con l'ossigeno già consumato, e hanno una capacità termica specifica superiore a quella dell'aria fresca. Quando una porzione controllata di questi gas viene miscelata all'aria di aspirazione, la densità di ossigeno della miscela diminuisce, la combustione avviene più lentamente e a una temperatura di picco più bassa e la formazione di NOx si riduce sensibilmente. In compenso aumenta la tendenza alla formazione di fuliggine (particolato); per questo la percentuale di EGR è limitata con precisione nella mappa motore in funzione del carico e del regime.

Nei veicoli commerciali pesanti i gas ricircolati non vengono generalmente inviati direttamente all'aspirazione. Prima passano attraverso un refrigeratore EGR cedendo calore al circuito di raffreddamento del motore; in questo modo si preserva la densità dell'aria di aspirazione e il rendimento volumetrico non cala. Il gas in uscita dal refrigeratore viene indirizzato al collettore di aspirazione o a un elemento di miscelazione (venturi) nella proporzione stabilita dalla valvola EGR. La centralina motore gestisce questo ciclo non ad anello aperto ma in retroazione: vengono confrontati i dati di portata massica d'aria, pressione del collettore di aspirazione, pressione differenziale EGR e sensore di posizione della valvola e, se il flusso effettivo si discosta dall'obiettivo, viene generato un codice di guasto.

Tipi di comando: pneumatico, elettrico e a depressione

Nelle applicazioni per veicoli commerciali pesanti sono diffuse tre architetture di comando. Nelle valvole a comando pneumatico la pressione prelevata dall'impianto aria del veicolo viene inviata a un attuatore a membrana o a pistone attraverso un solenoide proporzionale; è la soluzione più frequente su camion e autobus, perché l'aria compressa è già presente a bordo. Nelle valvole a comando elettrico un motore in corrente continua o un torque motor fa ruotare l'alberino attraverso un gruppo di ingranaggi e un sensore di posizione integrato comunica l'apertura reale alla centralina; velocità di risposta e precisione di posizione sono elevate. Il tipo a comando a depressione si incontra ancora nella classe commerciale leggera e media. La classe di resistenza ambientale degli attuatori elettrici viene generalmente valutata nel settore secondo l'approccio alle condizioni elettriche/ambientali dei veicoli stradali della famiglia ISO 16750; l'omologazione delle emissioni cui è soggetto il motore rientra invece, nel comparto commerciale pesante, nell'ambito ECE R49. La classe di appartenenza di un componente e l'omologazione che esso reca devono essere verificate sul relativo catalogo OE.

Componenti ed elementi ausiliari

• Corpo valvola e gruppo farfalla/pistone: il nucleo mobile che parzializza o apre il flusso.
• Attuatore: motore elettrico, membrana pneumatica o capsula a depressione.
• Sensore di posizione: sensore potenziometrico o senza contatto che comunica l'apertura reale alla centralina.
• Refrigeratore EGR (cooler): scambiatore che trasferisce il calore dei gas ricircolati al liquido di raffreddamento motore.
• Sensore di pressione differenziale (delta-P) e tubi di pressione: utilizzati per la misura indiretta della portata.
• Guarnizioni flangia e guarnizioni metalliche: elementi di tenuta monouso, operanti ad alta temperatura.
• Tubi di collegamento e soffietto (compensatore): elementi intermedi che assorbono dilatazione termica e vibrazioni.
• Connettore elettrico e cablaggio: l'elemento ausiliario più esposto all'invecchiamento termico.

Come si riconosce un guasto alla valvola EGR o alla farfalla EGR?

I guasti della valvola EGR e della farfalla EGR si riassumono sul campo in due comportamenti principali: la valvola che resta aperta più del dovuto e la valvola che resta chiusa più del dovuto. Una valvola rimasta aperta invia troppi gas di scarico all'aspirazione ad alto carico, producendo perdita di potenza e fumo nero; una valvola rimasta chiusa si manifesta invece con aumento degli NOx e codice di guasto legato alle emissioni. La tabella seguente associa i sintomi rilevati in officina alle possibili cause e al metodo di verifica.

Basta leggere il codice di guasto?

Il codice di guasto è l'inizio della diagnosi, non la sua conclusione. Un codice del tipo "portata EGR inferiore all'obiettivo" non dice che la valvola è difettosa, ma che il sistema non riesce a realizzare la portata prevista. Lo stesso codice può derivare da un refrigeratore ostruito, da un tubo della pressione differenziale intasato di fuliggine, da una guarnizione di flangia che perde o da una valvola effettivamente grippata. L'errore più frequente in officina è attribuire il codice direttamente alla valvola e sostituire un componente integro; il codice viene cancellato e il veicolo torna con lo stesso codice dopo qualche centinaio di chilometri.

Verifica della posizione con i dati in tempo reale

Sulle valvole a comando elettrico il test discriminante più rapido è il confronto tra posizione richiesta e posizione effettiva. Dallo strumento diagnostico si comanda la valvola per gradi allo 0, 25, 50, 75 e 100 per cento di apertura; ci si aspetta che il valore di retroazione segua il comando senza ritardi e senza impuntamenti. Un impuntamento a una determinata apertura o una retroazione che non raggiunge mai il comando è la firma classica di una resistenza meccanica dovuta alla fuliggine. Ripetere la stessa prova a motore freddo e dopo il riscaldamento mette in evidenza anche i grippaggi che compaiono con la dilatazione termica.

Distinguere un guasto originato dal refrigeratore

La perdita interna del refrigeratore EGR viene facilmente confusa con un guasto della valvola, perché entrambe possono produrre codici simili e un quadro di fumosità simile. Il segnale distintivo è il liquido di raffreddamento: se il livello cala senza perdite esterne visibili, se nel vaso di espansione si formano bolle a motore acceso o se dallo scarico esce un fumo bianco denso che non si dissolve con l'aria fredda, prima della valvola va messo in discussione il refrigeratore. Per la verifica il refrigeratore viene testato separatamente mettendo in pressione il sistema; se si salta questo passaggio, la valvola appena montata si ricopre in breve tempo di nuova fuliggine e di residui.

Come si sostituiscono la valvola EGR e la farfalla EGR? Passo dopo passo

La sostituzione della valvola EGR e della farfalla EGR, se eseguita nella sequenza corretta, richiede poche ore nella maggior parte delle applicazioni per veicoli commerciali pesanti; ciò che allunga il lavoro non è il componente in sé, ma l'accessibilità e lo stato dei bulloni da smontare. I passaggi seguenti descrivono un flusso di lavoro generale; per la procedura specifica del codice motore e per i valori di coppia fa fede il manuale di assistenza aggiornato del costruttore del veicolo.

1. Mettete in sicurezza il veicolo e registrate i dati di guasto: prima di iniziare lo smontaggio annotate i codici di guasto presenti, i dati del freeze frame e i valori EGR in tempo reale; questa registrazione è la base di confronto per la verifica dopo il montaggio. Poi spegnete il motore, inserite il freno di stazionamento, mettete i cunei alle ruote, controllate il fermo di sicurezza del ribaltamento nei veicoli con cabina ribaltabile, attendete il raffreddamento del motore e della linea di scarico e scollegate lo staccabatteria o il polo negativo.
2. Liberate l'accesso: smontate i componenti che impediscono l'accesso, come coperchio superiore motore, schermo termico, tubo del filtro aria, canalina dei cavi e, se necessario, il tubo di aspirazione del turbo. Separate e contrassegnate ogni pezzo smontato; molti dei bulloni nella zona EGR hanno lunghezze diverse.
3. Scollegate i collegamenti elettrici e pneumatici: aprite delicatamente il connettore dal suo fermo ed estraetelo afferrandolo dal corpo, non tirando il cavo. Contrassegnate e scollegate le linee pneumatiche; chiudete le estremità dei tubi con tappi puliti.
4. Pulite la zona: liberate da fuliggine, polvere e olio l'area attorno alle flange da smontare, usando aria compressa e un panno pulito. Chiudete immediatamente ogni bocca di scarico e di aspirazione aperta; un bullone o un frammento di guarnizione caduto nel condotto di aspirazione significa danni al turbo e ai cilindri.
5. Svitate i bulloni per gradi e con l'ausilio del calore: i bulloni sul lato scarico possono essere grippati a causa dei cicli termici. Applicate olio penetrante, se necessario somministrate calore controllato e allentate i bulloni in modo incrociato e progressivo. Anziché insistere a girare un bullone che oppone resistenza, fermatevi e cambiate metodo; un bullone spezzato allunga il lavoro di ore.
6. Rimuovete e ispezionate la valvola e la farfalla: valutate il pezzo smontato dal punto di vista della superficie di tenuta della farfalla, del gioco dell'alberino, di eventuali incrinature del corpo e dello spessore della fuliggine. Il colore e la struttura dello strato di fuliggine sono informativi: una fuliggine secca e friabile indica un normale invecchiamento, mentre un residuo oleoso e appiccicoso può segnalare una perdita d'olio dallo sfiato del basamento o dal turbo.
7. Controllate i condotti e gli elementi adiacenti: verificate la pervietà del tubo EGR, dell'elemento di miscelazione, del condotto di aspirazione e dei tubi della pressione differenziale. Una valvola nuova montata su un condotto ostruito riporta in breve tempo lo stesso codice di guasto. Se necessario, sottoponete il refrigeratore a una prova in pressione separata.
8. Verificate il componente nuovo: affiancate la valvola nuova a quella vecchia e confrontate interasse dei fori della flangia, angolo dei fori, lunghezza del corpo, tipo di connettore e orientamento dell'attuatore. Nelle valvole con sensore di posizione il numero di pin del connettore e il tipo di fermo devono essere assolutamente identici. Non forzate un componente non corrispondente pensando che "andrà bene".
9. Montate con guarnizioni nuove e serrate nella sequenza corretta: le guarnizioni di flangia e quelle metalliche sono monouso, si monta sempre il ricambio nuovo. Portate prima i bulloni in appoggio a mano, poi serrateli con la chiave dinamometrica in sequenza incrociata e negli stadi indicati dal costruttore. La pasta di montaggio resistente al calore si usa solo se il costruttore lo consente e senza imbrattare la superficie di tenuta.
10. Completate i collegamenti ed eseguite l'apprendimento: inserite il connettore elettrico fino allo scatto del fermo, collegate le linee pneumatiche secondo i contrassegni e, se il refrigeratore è stato smontato, riempite e spurgate il circuito di raffreddamento secondo procedura. Molte valvole elettriche richiedono dopo il montaggio una procedura di apprendimento (adattamento) dei fine corsa; se questo passaggio viene saltato la retroazione di posizione si sposta e il codice di guasto ritorna.
11. Provate e verificate: cancellate i codici di guasto, avviate il motore e controllate la zona della flangia per tracce di fuliggine e perdite al minimo e a regime medio. Verificate sui dati in tempo reale che la posizione richiesta e quella effettiva della valvola coincidano, poi effettuate una prova su strada sotto carico e al rientro rileggete i codici. Se si è intervenuti sul refrigeratore, ricontrollate il livello del liquido di raffreddamento dopo la prova su strada.

Quali sono gli errori più frequenti nella sostituzione della valvola EGR e della farfalla EGR?

La maggior parte degli errori commessi nella sostituzione della valvola EGR e della farfalla EGR non riguarda il componente in sé, ma la trascuratezza del sistema che lo circonda. Le avvertenze seguenti raccolgono le situazioni tipiche che portano lo stesso veicolo a rientrare in officina dopo poco tempo.

• Riutilizzare la guarnizione: una guarnizione di flangia che ha subito cicli termici si schiaccia una sola volta; al secondo impiego lascia passare fuliggine e gas.
• Non controllare i tubi della pressione differenziale: un tubicino intasato di fuliggine fa apparire colpevole una valvola integra.
• Saltare il refrigeratore: una valvola nuova montata su un refrigeratore ostruito o che perde si riduce nelle stesse condizioni in breve tempo.
• Non eseguire l'adattamento/apprendimento: se sulle valvole elettriche i fine corsa non vengono appresi, la retroazione di posizione si sposta.
• Serrare il bullone in un'unica passata e senza chiave dinamometrica: la flangia si deforma, la guarnizione non si assesta correttamente e la perdita inizia al primo ciclo termico.
• Lasciare aperto il condotto di aspirazione: un frammento di guarnizione o un bullone caduto nel condotto durante lo smontaggio arriva al turbo e ai cilindri.
• Pulire l'interno del corpo con prodotti chimici aggressivi: il solvente che penetra nella zona di attuatore, sensore e supporti danneggia l'elettronica e la lubrificazione dell'alberino.
• Non proteggersi dalla polvere di fuliggine: la fuliggine diesel non va inalata; la pulizia si esegue con mascherina e ventilazione.
• Scegliere il componente solo in base al modello di veicolo: sullo stesso modello possono essere impiegate valvole diverse a seconda della generazione di emissioni; codice motore e numero OE sono indispensabili.
• Consegnare il veicolo senza prova su strada: gran parte dei codici relativi all'EGR può essere riverificata solo con una guida sotto carico.

Valori tecnici e punti di controllo della valvola EGR e della farfalla EGR

I valori indicati di seguito per la valvola EGR e la farfalla EGR sono intervalli di riferimento generali frequentemente riscontrati nelle applicazioni per veicoli commerciali pesanti. Famiglia di motori, generazione di emissioni, tipo di refrigeratore e livello di allestimento modificano questi intervalli; per i dati precisi consultate sempre il manuale di assistenza OE aggiornato corrispondente al codice motore del veicolo.

• La retroazione di posizione della valvola segue senza ritardo il valore richiesto, oppure nel test a gradini si osservano impuntamenti?
• Sono presenti tracce di fuliggine, spruzzi di fuliggine o rumore di fischio nella zona della flangia?
• Il livello del liquido di raffreddamento è stabile, si formano bolle nel vaso di espansione?
• I tubi della pressione differenziale sono liberi, ci sono tappi di fuliggine alle estremità?
• Il connettore elettrico è privo di ossidazione e completamente agganciato, il cablaggio sfrega contro lo scarico?
• Nelle linee pneumatiche ci sono umidità, olio o screpolature?
• Filtro aria, turbo e sfiato del basamento sono stati esclusi come fonte di fuliggine?
• Il carico di fuliggine del DPF e la frequenza delle rigenerazioni rientrano nella banda normale?

Come si esegue la manutenzione della valvola EGR e della farfalla EGR e come se ne prolunga la durata?

Per la valvola EGR e la farfalla EGR i costruttori generalmente non definiscono un "intervallo di sostituzione" fisso; a determinarne la durata sono il profilo di utilizzo, la qualità di carburante e olio e la produzione complessiva di fuliggine del motore. In un impiego prevalentemente a lungo raggio, in cui il motore raggiunge regolarmente la temperatura di esercizio, la valvola può funzionare per molti anni senza problemi; nell'uso urbano su brevi distanze, a basso carico e con frequenti minimi prolungati, l'accumulo di fuliggine accelera sensibilmente. Il quadro più frequente in officina è quello di una valvola tecnicamente integra che non riesce più a svolgere la propria funzione solo a causa della fuliggine.

• Manutenzione periodica di olio e filtri: va rispettato l'intervallo del costruttore e l'olio motore va scelto nella specifica adeguata alla generazione di emissioni del veicolo. I residui di origine oleosa rendono appiccicosa la fuliggine e bloccano la farfalla.
• Disciplina sul filtro aria: un ingresso d'aria limitato porta a una combustione incompleta e quindi a maggiore fuliggine.
• Qualità del carburante: il carburante di provenienza sconosciuta compromette sia la qualità dell'iniezione sia la struttura della fuliggine.
• Sfiato del basamento e tenuta del turbo: i vapori d'olio trascinati nell'aspirazione sono il principale acceleratore dell'accumulo nella zona EGR; vanno controllati a ogni manutenzione.
• Portare il motore alla temperatura di esercizio: percorrenze brevi continue e minimi prolungati riducono la capacità di autopulizia del sistema. Quando possibile, occorre effettuare regolarmente percorrenze sotto carico.
• Non rinviare l'intervento sul codice di guasto: intervenire alla comparsa del primo codice di avvertimento relativo all'EGR evita una riparazione costosa che nelle fasi successive si estende al refrigeratore e al DPF.
• Controllo visivo periodico: a ogni manutenzione vanno ispezionati flange, soffietto, connettore elettrico, linee pneumatiche e schermo termico.
• Salute dell'impianto di raffreddamento: una corretta miscela di antigelo e un circuito pulito ritardano la corrosione interna del refrigeratore EGR.

Nelle flotte l'approccio più efficiente è pianificare la valvola EGR non come singolo componente ma come gruppo. Trattare nello stesso intervento le guarnizioni di flangia, i tubi della pressione differenziale e, se necessario, il refrigeratore del veicolo su cui si sostituisce la valvola è molto più economico del costo di fermare il mezzo una seconda volta dopo pochi mesi. La prova su strada sotto carico prima di rimettere il veicolo in servizio e la rilettura dei codici al rientro sono invece la polizza più economica contro un fermo lungo la strada.

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