Proceso de Combustión y Componentes del Sistema de Escape en Motores

Proceso de Combustión

Entrada: (Carburante) (HC + S) + (O₂ + CO₂ + H₂O) (aire)
Salida: (Gases no nocivos) (H₂O + CO₂ + O₂ + N₂ + MP) + (HC + CO + NOx + SOx) (Nocivos)

Gases Tóxicos y No Tóxicos

Gases Tóxicos:
- Monóxido de carbono (CO)
- Óxidos nítricos (NOx)
- Hidrocarburos (HC)
- Partículas de hollín (MP)
- Dióxido de azufre (SO₂)

Gases No Tóxicos:
- Nitrógeno (N₂)
- Oxígeno (O₂)
- Agua (H₂O)
- Dióxido de carbono (CO₂)
- Plomo (Pb)

Válvulas EGR Neumáticas

Las válvulas EGR neumáticas son accionadas por depresión o vacío. Están constituidas por una membrana empujada por un muelle, que abre o cierra la válvula a través de una varilla hueca en cuyo extremo lleva un punzón. La varilla está acoplada a la membrana que se mueve, abriendo la válvula cada vez que la depresión actúa sobre la membrana y vence la presión del muelle.

Válvula EGR Eléctrica

Las válvulas EGR eléctricas no utilizan una bomba de vacío para su funcionamiento; trabajan de forma autónoma y constan de un solenoide que actúa al recibir señales eléctricas de la UCE, cerrando o abriendo un paso por el que recirculan los gases de escape.

Reacción Química del Catalizador

Platino

PT + CO + O₂ + 300º = PT + CO₂ (no se produce si no hay oxígeno).

Paladio

PT + HC + O₂ + 300º = PD + H₂O + CO₂ (no se produce si no hay oxígeno).

Rutenio

RH + NOx + CO + 800º = RH + CO₂ + N₂

Función del Catalizador

El catalizador es un dispositivo capaz de reducir las sustancias contaminantes que contiene el gas de descarga de los motores de combustión interna. No es un filtro, sino un reactor químico que, mediante la técnica de la catálisis, produce reacciones de conversión entre el gas y los metales preciosos. La temperatura idónea de funcionamiento del catalizador para obtener un alto porcentaje de conversión y una larga duración del mismo está comprendida entre los 300-800ºC.

Constitución: El envejecimiento térmico del catalizador queda acelerado en el campo de 800ºC a 1000ºC a causa de la sintetización de los metales nobles y del monolito cerámico. Exteriormente, el catalizador es un recipiente de acero inoxidable, frecuentemente previsto de una carcasa-pantalla metálica antitérmica igualmente inoxidable, que protege los bajos del vehículo de las altas temperaturas alcanzadas. En su interior contiene un soporte cerámico o monolito de forma oval o cilíndrica. El catalizador despliega su efecto de depuración a partir de una temperatura de 300ºC y requiere un cierto tiempo para alcanzar su temperatura de servicio.

Filtro de Partículas

Constitución

Consta de una cámara que incluye un precatalizador y un soporte filtrante. El soporte filtrante es de estructura porosa y está hecho a base de carburo de silicio en tubos paralelos. Obliga a los gases a pasar por las paredes donde queda retenido el hollín. Esta estructura permite el filtrado de las partículas de hollín y, por otra parte, la reducción de los hidrocarburos no quemados. Suelen tener una caducidad de unos 80,000 km, tras los cuales debe ser sustituido.

Sonda Lambda de Dióxido de Circonio

Funcionamiento

El elemento de dióxido de circonio pasa a ser conductor de los iones de oxígeno a una temperatura de aproximadamente 300ºC. El oxígeno en forma de iones atraviesa el elemento de cerámica y carga eléctricamente la capa de platino, que pasa a funcionar como un electrodo. La señal se transmite desde el elemento de cerámica hasta el cable de conexión de la sonda. Cuando la relación aire-combustible es pobre, la presión que se produce es baja (100 mV); si la relación es rica, la tensión es elevada (900 mV). El valor de la tensión es de 450 mV. La señal de salida del sensor es enviada a la centralita para la corrección de la mezcla. Cuando la mezcla suministra una señal baja (tensión inferior a 200 mV), la centralita reconoce una mezcla pobre e incrementa el tiempo de inyección; después, cuando la señal de la sonda es alta (tensión superior a 800 mV), la centralita reconoce una mezcla rica y decrementa el tiempo de inyección. Esta secuencia de intervención se repite con una frecuencia del orden de las decenas de hertz, de forma que el motor funcione con una mezcla continuamente oscilante alrededor de la mezcla estequiométrica.

Sonda Lambda de Dióxido de Titanio

Esta sonda está constituida por óxido de titanio sobre un soporte de cerámica calefactada y presenta una variación de tensión interna que depende de la concentración de oxígeno en los gases de escape.

Funcionamiento

El principio de funcionamiento de este tipo de sonda se basa en un delgado estrato de dióxido de titanio cuya resistencia padece una brusca variación en función del contenido de oxígeno presente en los gases de escape.

Componentes del Sistema FAP: Regeneración del Filtro de Partículas

Se realiza de forma periódica y automática durante el funcionamiento normal del vehículo, sin que el conductor lo advierta. Aproximadamente, se realiza cada 400 a 1000 km y dura unos 3 minutos.

Constitución

Consta de un precatalizador y un soporte filtrante. El soporte filtrante es de estructura porosa y está hecho a base de carburo de silicio en tubos paralelos, obligando a los gases a pasar por las paredes donde queda retenido el hollín.

Inyección de Aire Secundario en el Escape

El motor necesita una mezcla algo más rica durante el arranque y en los momentos posteriores a este, especialmente en frío, para mantener un régimen adecuado. Este exceso de riqueza produce demasiados hidrocarburos sin quemar. En los primeros minutos, el catalizador aún no ha alcanzado la temperatura correcta de trabajo y apenas actúa, con lo que se producen elevadas concentraciones de emisiones contaminantes. Para evitar estos efectos durante la fase de calentamiento del motor (entre 17ºC y 33ºC), se dispone de un sistema que introduce aire filtrado. El aire fresco introducido en el conducto, en contacto con los gases de escape muy calientes, activa la postcombustión, oxidando de esta manera parte del monóxido de carbono (CO) y de los hidrocarburos no quemados (HC). El aporte de aire fresco se realiza por medio de una o dos válvulas automáticas unidireccionales que evitan que parte de los gases de escape puedan llegar al filtro de aire. El sistema cuenta con una válvula electroneumática de inyección de aire y se encarga de controlar el funcionamiento de la válvula combinada.

Constitución

• Unidad de control
• Relevo para bomba de aire secundario
• Válvula de aire secundario
• Válvula combinada (Pulsair)
• Bomba de aire secundario
• Sonda anterior al catalizador
• Catalizador