Evolucion de La Contaminacion en El Sector Automovilistico

8/20/2019 Evolucion de La Contaminacion en El Sector Automovilistico

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Descripción de las sustancias que integran los gases de escape

El motor de combustión interna, por su forma de funcionar, no es capaz de quemar de

forma total el combustible en los cilindros. Pero si esta combustión incompleta no esregulada, mayor será la cantidad de sustancias nocivas expulsadas en los gases de

escape hacia la atmósfera. Dentro de los gases generados en la combustión, hay unos que

son nocivos para la salud y otros no.


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● Nitrógeno (N2)

El nitrógeno es un un gas no combustible, incoloro e inodoro, se trata de un componente

esencial del aire que respiramos (78 % nitrógeno, 21 % oxígeno, 1 % otros gases) yalimenta el proceso de la combustión conjuntamente con el aire de admisión. La mayor

parte del nitrógeno aspirado vuelve a salir puro en los gases de escape; sólo una pequeña

parte se combina con el oxígeno O2 (óxidos nítricos NOx).

● Oxígeno (O2)

Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el componente más importante del aire que

respiramos (21 %). Es imprescindible para el proceso de combustión, con una mezcla ideal

el consumo de combustible debería ser total, pero en el caso de la combustión incompleta,

el oxigeno restante es expulsado por el sistema de escape.

● Agua (H2O)

Es aspirada en parte por el motor (humedad del aire) o se produce con motivo de lacombustión “fría“ (fase de calentamiento del motor). Es un subproducto de la combustión y

es expulsado por el sistema de escape del vehículo, se lo puede visualizar sobre todo enlos días mas fríos, como un humo blanco que sale por el escape, o en el caso de

condensarse a lo largo del tubo, se produce un goteo. Es un componente inofensivo de losgases de escape.

● Dióxido de carbono (CO2)

Se produce al ser quemados los combustibles que contienen carbono (p. ej. gasolina,

gasoil). El carbono se combina durante esa operación con el oxígeno aspirado. Es un gas

incoloro, no combustible.

El dióxido de carbono CO2 a pesar de ser un gas no tóxico, reduce el estrato de laatmósfera terrestre que suele servir de protección contra la penetración de los rayos UV (la


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tierra se calienta). Las discusiones generales en torno a las alteraciones climatológicas

(efecto “invernadero“), el tema de las emisiones de CO2 se ha hecho consciente en la

opinión pública.

● Monóxido de carbono (CO)

Se produce con motivo de la combustión incompleta de combustibles que contienencarbono. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Bloquea el transporte

de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración enel aire que respiramos. En una concentración normal en el aire ambiental se oxida al corto

tiempo, formando dióxido de carbono CO2.

● Óxidos nítricos (NOx)

Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2 (p. ej. NO, NO2, N2O, ...). Los óxidos

de nitrógeno se producen al existir una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno

durante la combustión en el motor. El monóxido de nitrógeno (NO), es un gas incoloro,

inodoro e insípido. Al combinarse con el oxigeno del aire, es transformado en dióxido de

nitrógeno (NO2), de color pardo rojizo y de olor muy penetrante, provoca una fuerte

irritación de los órganos respiratorios.

Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen conducir

lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos nítricos en los gases de

escape, porque una combustión más eficaz produce temperaturas más altas. Estas altas

temperaturas generan a su vez una mayor emisión de óxidos nítricos.

● Dióxido de azufre (SO2)

El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso propicia las enfermedades de las vías

respiratorias, pero interviene sólo en una medida muy reducida en los gases de escape. Esun gas incoloro, de olor penetrante, no combustible. Si se reduce el contenido de azufre en

el combustible es posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre.● Plomo (Pb)

Ha desaparecido por completo en los gases de escape de los vehículos. En 1985 se

emitían todavía a la atmósfera 3.000 t, debidas a la combustión de combustibles con

plomo.

El plomo en el combustible impedía la combustión detonante debida a la autoignición y

actuaba como una sustancia amortiguadora en los asientos de las válvulas. Con el empleo

de aditivos ecológicos en el combustible sin plomo se han podido mantener casi idénticas

las características antidetonantes.

● HC – Hidrocarburos

Son restos no quemados del combustible, que surgen en los gases de escape después deuna combustión incompleta. La mala combustión puede ser debido a la falta de oxigeno

durante la combustión (mezcla rica) o también por una baja velocidad de inflamación(mezcla pobre), por lo que es conveniente ajustar la riqueza de la mezcla.

Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones (p. ej. C6H6, C8H18) yactúan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los órganos sensoriales,

mientras que otros son cancerígenos (p. ej. el benceno).

● Las partículas de hollín MP (masa de partículas; inglés: paticulate matter)

Son generadas en su mayor parte por los motores diesel, se presentan en forma de hollín

o cenizas. Los efectos que ejercen sobre el organismo humano todavía no están aclarados

por completo.


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Evolución general

En Europa así como a nivel mundial, se han emitido decretos y disposiciones legales con

miras a la reducción de las emisiones contaminantes que se expulsan al medio ambiente.Dentro de los sectores que contribuyen activamente a la contaminación atmosférica, esta

el sector del automóvil y en general el tráfico rodado en carretera. A raíz de ello, ymotivada por las normativas más estrictas sobre las emisiones contaminantes en Europa y

también EEUU, la industria del automóvil ha desarrollado tecnologías nuevas y mejoradas

para reducir y evitar sustancias contaminantes en los gases de escape.

En Europa y a nivel mundial se han tomado determinaciones y dictado normativas legales

en los últimos años, con miras a reducir las emisiones de contaminantes en el aire. Existen

las normativas europeas sobre emisiones contaminantes denominadas norma EURO y

expresadas como "EU1" que han ido evolucionado hasta la "EU5" y las siguientes

normativas que se aprobaran en el futuro. Estas normativas indican a la industria del

automóvil los límites de las emisiones contaminantes para la homologación de nuevos

modelos de vehículos.


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La evolución de las cantidades emitidas de gases de escape (ver gráfica inferior)demuestra, que entre los años 1990 y 1998, se han reducido, gracias al cumplimiento por


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parte de los fabricantes de automóviles de las normativas de reducción de gases de

escape. Los objetivos establecidos por la legislación han sido superados incluso en parte,

y las reducciones seguirán continuando en los próximos años.

Sin embargo, existe una excepción en esta evolución: el dióxido de carbono CO2. Lasemisiones de dióxido de carbono CO2 se hallan en una relación directa con el consumo de

combustible del vehículo. Si bien, las nuevas tecnologías han logrado reducir el consumo,por otro lado tenemos que el incremento del parque automovilístico y la tendencia a

adquirir vehículos cada vez más potentes y pesados, han actuado en contra de la

reducción de CO2.

Sistemas para reducir las emisiones contaminantes de los gases de escape

Los perfeccionamientos obtenidos en la técnica de motores han llevado en los últimos años

a mejores procesos de combustión y con ellos, a menores emisiones brutas. El desarrollo

de sistemas electrónicos de control del motor ha hecho posible una inyección exacta de lacantidad de combustible necesaria y el ajuste preciso del punto de encendido, así como la

optimización, en función del punto de funcionamiento de la activación de todos los

componentes existentes (predispositivo de mariposa electrónico DV-E). Estos dos puntoshan llevado, además de un aumento de la potencia de los motores, también a un claro

mejoramiento de la calidad de los gases de escape.

No hay que desatender tampoco las mejoras de la calidad en los combustibles. De

acuerdo con el aumento constante de la potencia de los motores, son mayores las

exigencias formuladas al combustible. El empleo de aditivos disminuye los sedimentos e

incrustaciones durante la combustión en el cilindro, reduce las sustancias nocivas

contenidas en los gases de escape e impide incrustaciones perjudiciales en el sistema de

combustible. El cambio a combustible sin plomo constituyó un hito en el camino hacia

gases de escape mas limpios de sustancias nocivas.

Con estas medidas se han podido reducir las emisiones desde los años 1970 en un 80%aproximadamente. Pero únicamente gracias al tratamiento posterior de los gases de


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escape con el catalizador fue posible observar los valores limite exigidos por la legislatura.

Los sistemas de control de emisiones de escape han sido desarrollados para reducir los

elementos contaminantes generados por el automóvil en el proceso de combustión.

Dentro de los sistemas de control de emisiones destacan los siguientes:

● Control de la combustión (sonda Lambda).

● Sistema de ventilación positiva del Cárter (PCV).

● Sistema cerrado de control evaporativo (Canister).

● Sistema de recirculación de gases de escape (EGR).

● Sistema de inyección adicional de aire en el escape.

● Convertidor catalítico y Filtro de partículas

Sistema de diagnóstico OBD (on board diagnostics)

Lo mas reciente para reducir la contaminación generada por los vehículos motorizados es

el sistema de diagnóstico OBD (on board diagnostics), EOBD (European on board

diagnostics), que se aplica a todos los modelos con motores diesel y gasolina. El EOBD es

un sistema de diagnóstico integrado en la propia gestión del motor, cuya misión es vigilar

todos aquellos componentes y sistemas que por avería o mal funcionamiento alteren las

emisiones de gases de escape, establecidas para el funcionamiento del motor en

condiciones normales.

La principal novedad es la incorporación de un testigo de aviso, el cual indica al conductor


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la existencia de una anomalía en el motor, que provoca un aumento de las emisiones de

gases, superiores a los límites establecidos.

El OBD II representa una versión más actualizada y desarrollada del OBD I.

Objetivos del OBD II

● Vigilancia de todos los componentes importantes para la calidad de los gases de

escape.

● Protección del catalizador ante su puesta en peligro.● Aviso visual, si hay componentes relacionados con los gases de escape, que presentan

fallos en el funcionamiento

● Memorización de las averías.

● Susceptibilidad de diagnóstico.

La información ofrecida por el OBD II y la actuación del testigo de aviso deben seridénticas para todos los automóviles. Por otro lado, según la organización jurídica de cada

país, también debe ser posible su consulta por organismos oficiales o talleres autorizados.Para ello se han estandarizado unos códigos de avería relacionados exclusivamente con el

EOBD. Dichos códigos siguen la normativa SAE y son del tipo P0XXX.

Otro dato importante del OBD II es la indicación del número de kilómetros recorridos por el

vehículo, desde que se activa el testigo de aviso.


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Sistemas Anticontaminación

Sensor de oxigeno o sonda Lambda

El motor por si solo no puede controlar los porcentajes de aire y combustible que entran enla cámara de combustión, no lo pudo hacer en el pasado con el uso de carburadores, ni

tampoco con sistemas de inyección electrónicos de "lazo abierto". Para poder controlar la

mezcla es necesario de un elemento sensor, que indique, el porcentaje de aire y

combustible que entra en el motor. A este dispositivo se le llama sensor de oxigeno o

sonda Lambda. Este sensor situado a la salida del colector de escape del motor, analiza

los gases de escape, y envía información constantemente a la gestión electrónica del

motor que adecua la mezcla en función de las circunstancias de funcionamiento del

vehículo.


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("pobre" de gasolina.

Mezcla pobre


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Resulta del exceso de aire en la mezcla. En estas condiciones en el motor se incrementa la

temperatura de la combustión, facilitando la aparición de óxidos de nitrógeno (Nox),

ademas si la mezcla es muy pobre, el combustible no llega a inflamarse y el motor se

para.

Mezcla rica

Se produce debido al exceso de combustible en la mezcla con respecto al aire que entraen la cámara del combustión del motor. En este caso el exceso de combustible no se

puede combinar completamente con el aire, por lo tanto una parte del combustible es

expulsado por el escape en forma de hollín y CO (monóxido de carbono).

En automoción se habla de factor lambda o relación "lambda" cuando quiere definirse la

relación entre la cantidad de aire necesaria para producir una combustión completa, en

relación estequiométrica y la cantidad de aire real que aspira el motor.

Durante el funcionamiento del motor el factor lambda debe variar dentro de unos limites

máximo y mínimo establecidos ya que el motor no puede estar alimentado constantemente

con una mezcla en relación estequiométrica teórica, (esto es lambda = 1), puesto que en

estas condiciones el motor no proporcionara ni su potencia máxima ni el máximorendimiento térmico.

En definitiva, el factor "lambda" da una idea muy precisa de la riqueza o pobreza de una

mezcla, así se dice que :

● Con una relación "lambda = 1", se obtiene una combustión perfecta porque el aire

aspirado coincide con el teórico (el aire aspirado es el 100 % del teórico necesario).

● Con una relación "lambda < 1", por ejemplo 0,8 indica escasez de aire por lo que la

mezcla resulta rica de combustible (el aire aspirado es solo el 80 % del necesario).

● Con una relación "lambda > 1", por ejemplo 1,20 indica exceso de aire, por consiguienteuna mezcla pobre (el aire aspirado es un 120 % del teórico, es decir un 20 % mas delnecesario).

Como se puede ver en la gráfica inferior la potencia máxima en un motor otto se obtiene

con una mezcla ligeramente rica, mientras que el consumo mínimo se consigue con una

mezcla ligeramente pobre.


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Proporción de la mezcla y sus efectos en la emisión de gases contaminantes

La relación aire/combustible (factor lambda) tiene una influencia decisiva sobre Ia emisión

de los gases contaminantes, como son el monóxido de carbono (CO) y el anhídrido

carbónico (CO2).

MONÓXIDO DE CARBONO (CO)

La emisión de monóxido de carbono (CO) aumenta con las mezclas ricas, o sea paramezclas con un factor "lambda < 1". El oxígeno existente no es suficiente para completar la

combustión, por lo cual el contenido de CO en los gases de escape es elevado. Por el

contrario el monóxido de carbono (CO) disminuye con las mezclas pobres, o sea paramezclas con un factor "lambda > 1". El oxígeno presente es abundante y la combustión

tiende a completarse, por lo cual el contenido de CO en los gases de escape alcanzavalores mínimos.

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)

La concentración de C02 alcanza el valor máximo para coeficientes "lambda" cercanos a 1.

El valor de C02 puede dar una idea de la "calidad" de la combustión, obsérvese que el picode valor máximo corresponde prácticamente con una mezcla con un factor "lambda"

ligeramente superior a 1,00.

Conviene recordar que hasta no hace mucho tiempo, los fabricantes de automóviles,

hacían trabajar los motores con mezclas ricas, necesarias entre otras cosas para poder

obtener potencias específicas elevadas. En la actualidad, para conseguir una reducción de

los consumos, la tendencia es a trabajar en el campo de las mezclas pobres.


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HIDROCARBUROS (HC)

La concentración de hidrocarburos sin quemar se reduce a valores mínimos pararelaciones aire-gasolina ligeramente superiores a la estequiométrica, es decir, para

mezclas clasificadas como pobres (lambda = 1,2). Con mezclas ricas es imposible quemar

por completo los hidrocarburos por falta de oxígeno. Por el contrario, con mezclas muypobres (lambda > 1,2) se pueden tener retrasos en la combustión, dificultad de

propagación de la llama o fallos de encendido al haberse superado los límites de

inflamabilidad. En este caso la combustión resulta incompleta y se comprueba un aumento

significativo de los HC emitidos en el escape.


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ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx)

La dosificación de la mezcla influye también en la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx).

Una mezcla pobre contiene una cantidad mayor de oxígeno que facilita la formación de

NOx. Para valores "lambda = 1,1" (relación aire/gasolina de 16:1) ligeramente superior a la

relación estequiométrica (lambda = 1,0) se obtiene la concentración máxima de NOx. Siaumenta aún más la dosificación, disminuye la temperatura de combustión y por

consiguiente se reduce la cantidad de óxidos de nitrógeno aunque exista exceso de

oxígeno.


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La cuestión que se plantea ahora, una vez de analizados los datos expuestos mas arribasobre la formación de los gases de escape, consiste en la imposibilidad de limitar al mismo

tiempo los tres gases contaminantes principales : CO, HC y NOx , actuando únicamentesobre la dosificación de la mezcla. En efecto, en la zona de utilización del motor (lambda =

0,8 a 1,1), ocurre que a los valores mínimos de la emisiones de CO y HC corresponde el

valor máximo de NOx.

Para conseguir al mismo tiempo una reducción drástica de CO y de NOx y obtener un

buen comportamiento de los HC, sería preciso garantizar una combustión completa con un

factor lambda superior a 1,05.

Existe no obstante una zona llamada"ventana lambda" (puede verse en la gráficainferior) donde la proporción de gases es mínima y si puede conseguirse que el motor

trabaje en esta zona, se garantizará una reducción de los gases contaminantes.

Esta condición impone en la práctica buscar soluciones técnicas que garanticen el

funcionamiento correcto en todas las condiciones de servicio del motor. Y la solución ha

venido de diversas fuentes: la implementación de sistemas de inyección de gasolina con

mando electrónico, la regulación de la mezcla para que trabaje cercana a la "ventana

lambda" y el uso del catalizador.

De este modo se ha conseguido reducir la emisión de gases contaminantes mediante la

optimización de la combustión y la depuración posterior de los gases.

La ilustración inferior muestra las gráficas de los distintos gases de escape después deatravesar el catalizador. Obsérvese como en la zona marcada como "ventana lambda" es


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donde coinciden los tres gases en la mínima concentración.

Localización de la sonda lambda en el motor

La sonda lambda esta dispuesta en el sistema de escape delante del catalizador. La señal

de la sonda es conducida a la unidad de control del motor. Se pueden emplear sondas

lambda de dos puntos (como las estudiadas hasta ahora) o sondas lambda de banda

ancha (regulación lambda permanente). Detrás del catalizador puede encontrarse otra

sonda lambda (regulación con dos sondas). Esta sonda es siempre una sonda de dos

puntos.


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Funcionamiento

Mediante el circuito de regulación formado con ayuda de una o dos sondas lambda pueden

identificarse y corregirse desviaciones de una relación de aire y combustible determinada.

El principio de regulación se basa en la medición del contenido de oxígeno residual en los

gases de escape. El contenido de oxígeno residual es una medida para la composición de

la mezcla de aire y combustible aportada al motor.


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Regulación de dos puntos

La sonda lambda de dos puntos dispuesta delante del catalizador suministra en el margen

rico {lambda.< 1) una tensión alta y en el margen pobre (lambda > 1), una tensión baja (U

< 1). En el margen alrededor de "lambda = 1" se produce un pronunciado salto de tensión.La sonda lambda de dos puntos sólo puede distinguir, pues, entre mezcla rica y mezcla

pobre.


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La tensión de sonda se transforma en la unidad de control del motor en una señal de dos

puntos. Es la magnitud de entrada para la regulación lambda puesta en efecto con ayudadel software. La regulación lambda actúa en la formación de la mezcla y ajusta la relación

de aire y combustible adaptando el caudal de combustible inyectado. La magnitud deajuste, compuesta de un salto y una rampa, varia su dirección de ajuste con cada salto de

tensión de la sonda. Es decir, por el salto de la magnitud de ajuste varia la composición de

la mezcla primero "de golpe" y a continuación en forma de rampa. Si la tensión de la sonda

es alta (mezcla rica), la magnitud de ajuste regula en dirección hacia mezcla pobre; si la

tensión de la sonda es baja (mezcla pobre), en dirección hacia mezcla rica. Con esta

regulación de dos puntos se puede regular la mezcla de aire v combustible a valores

lambda alrededor de "lambda = 1".

La típica "medición errónea" de la sonda lambda, condicionada por la variación de la

composición de los gases de escape, se puede compensar de modo controlado

conformando la evolución de la magnitud de ajuste selectivamente de modo asimétrico

(desplazamiento hacía mezcla rica/mezcla pobre).

Regulación lambda constante

La sonda lambda de banda ancha suministra una señal de tensión constante. De este

modo se puede medir no sólo el margen lambda (mezcla rica o pobre), sino también lasdesviaciones de "lambda = 1". La regulación lambda puede reaccionar así más


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rápidamente a una divergencia de la mezcla. De ello resulta un mejor comportamiento de

regulación, de elevada dinámica.

Como sea que con la sonda lambda de banda ancha de "lambda = 1" se pueden medir

composiciones de la mezcla divergentes, también es posible (al contrario de la regulaciónde dos puntos] regular tales composiciones. El alcance de regulación comprende valores

lambda dentro del margen de "lambda = 0,7...3,0". La regulación lambda constante portanto es apropiada para el funcionamiento con mezclas pobres o ricas de motores de

inyección directa de gasolina.

Regulación con dos sondas

La regulación lambda con la sonda antes del catalizador tiene una precisión limitada, ya

que la sonda está expuesta a notables influencias medioambientales. La exposición de una

sonda lambda detrás del catalizador a estas influencias es considerablemente menor. Por

esta razón ademas de la sonda antes el catalizador se ha implantado una segunda sonda

lambda (calefactada) en el sistema de escape después del catalizador. Sirve para

comprobar el funcionamiento del catalizador. Adicionalmente se lleva a cabo una

autoadaptación de la sonda antes el catalizador.

El posicionamiento de las sondas lambda en el sistema de escape posee una gran

importancia para la regulación de los gases de escape. Las sondas están expuestas a


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altos niveles de suciedad en los gases de escape. Después del catalizador, la sonda

resulta menos expuesta a suciedad. Sin embargo, debido a los largos recorridos de los

gases de escape, sería demasiado lenta la reacción de la regulación lambda si se instalara

una sola sonda después del catalizador.

Regulación lambda en la inyección directa de gasolina

El catalizador acumulador de NOx, presenta una doble función. Además de la acumulación

de NOx, y de la oxidación de HC y CO durante el funcionamiento con mezcla pobre, para

el funcionamiento con "lambda = 1" es necesaria una función estable de tres vías, querequiere un mínimo de capacidad de acumulación de oxígeno. La sonda lambda delante


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del catalizador vigila la composición estequiométrica de la mezcla.

Además de su aportación a la regulación con dos sondas, la sonda de dos puntos detrás

del catalizador acumulador de NOx con el sensor de NOx integrado sirve para la vigilancia

del comportamiento combinado de acumulación de O2 y NOx (identificación del fin de lafase de desacumulación de NOx).

En la figura inferior tenemos una linea de escape de un motor de inyección directa de

gasolina FSi. El sistema de escape está ejecutado en versión de 2 caudales en la zona

delantera, para producir un aumento de par a regímenes bajos. Cada uno de los dos

ramales de escape posee un precatalizador propio. Los precatalizadores van unidos de

forma inseparable con el colector de escape que les corresponde.

Dos sondas de banda ancha ejercen funciones de sondas precatalizador y vigilan la

composición de la mezcla. Detrás de los precatalizadores hay dos sondas de dos puntos.

Vigilan el efecto de los precatalizadores.

Después de ello los dos ramales de escape confluyen en el catalizador-acumulador de

NOx. El catalizador-acumulador retiene interinamente los óxidos nítricos (NOx) durante el

funcionamiento del motor en el modo de mezcla pobre, durante lo cual el sensor NOx vigila

el grado de saturación y da origen al ciclo de regeneración del catalizador-acumulador.


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Catalizadores

El catalizador o convertidor catalítico se ha convertido en un elemento primordial a la hora

de tratar los gases perjudiciales que salen por el tubo de escape de los automóviles. El

catalizador tiene como misión disminuir los elementos contaminantes contenidos en los

gases de escape de un vehículo mediante la técnica de la catálisis.

El catalizador es un dispositivo, que se monta en el tubo de escape, inmediatamente

después del colector de escape, ya que en este punto los gases se mantienen una

temperatura elevada. Esta energía calorífica pasa al catalizador y eleva su propia

temperatura, circunstancia indispensable para que este dispositivo tenga un optimo

rendimiento, que se alcanza entre los 400 y 700º C.

Catalizador (motor de gasolina)

La depuración actual de los gases de escape de los motores de gasolina se realiza por

medio de catalizadores. La regulación del ciclo de depuración catalítica corre a cargo de la

unidad de control del motor:

La sonda lambda transmite a la unidad de control del motor las señales correspondientes

al contenido de oxígeno en los gases de escape. La unidad de control del motor se

encarga de mantener ajustada la mezcla de combustible/aire a una proporción "lambda =1".

El catalizador despliega su efecto de depuración a partir de una temperatura de aprox. 300

°C y requiere un cierto tiempo para alcanzar su temperatura de servicio después delarranque en frío. En los sistemas de escape actuales se implantan precatalizadores para

abreviar la fase de calentamiento y poder depurar los gases de escape después de untiempo mínimo. Estos precatalizadores se instalan cerca del colector de escape, tienen

generalmente unas dimensiones más pequeñas y alcanzan por ello más pronto su

temperatura de servicio.

El catalizador esta constituido por una carcasa de acero inoxidable que contiene en suinterior las sustancias catalizadoras. Sustancias químicamente activas, soportadas por un


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monolito (colmena cerámica) recubierta por una capa amortiguadora que la protege de

golpes. Esta colmena está formada por millares de minúsculos canales (celdas) por donde

pasan los gases de escape. Las paredes de estos canales generan una superficie de

contacto equivalente a tres campos de fútbol. La capa soporte del catalizador incluye unaserie de sustancias activas como óxidos de aluminio, metales nobles (catalíticamente

activos): Platino, Rodio, Paladio, y promotores o retardadores específicos, que aumentan oretardan la acción catalítica de los anteriores, sobre determinadas reacciones.

La depuración catalítica se basa en dos reacciones químicas:

1 Reducción: extracción de oxígeno de los componentes de los gases de escape.

2 Oxidación: adición de oxígeno a los componentes de los gases de escape

(recombustión).

Tipos de catalizadores

Según el sistema de funcionamiento, los catalizadores pueden ser de tres tipos:

Catalizador oxidante: En muchos libros se le denomina tambien catalizador de "dos vías"

por que trata dos gases. Es el catalizador mas sencillo y barato,. Dispone de un solo

soporte cerámico que permite la oxidación del monóxido de carbono (CO) y de los

hidrocarburos (HC).

En la figura se ve un catalizador oxidante utilizado en un motor turbodiesel con gestión

electrónica. El oxido de nitrógeno (Nox) no se ve afectado por este tipo de catalizadores de

ello se encarga el sistema EGR.


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Las prestaciones de estos tipos de catalizadores sobre los gases de escape son

difícilmente controlables. Se utilizan principalmente en motores Diesel. Las temperaturas

máximas de los gases de escape en los motores diesel no permiten que se funda el

monolito cerámico (1) (contrariamente a los motores de gasolina).

Estos catalizadores están constituidos:

● De un monolito cerámico (1) en forma de nido de abeja. Sobre las paredes de este panel

se deposita la sustancia que contiene metales preciosos (esencialmente platino).

● De una malla metálica (2) que permite la sujeción del monolito en su coquilla.

● De una envoltura (3) que incluye los conos de entrada y salida que permiten optimizar la

repartición del flujo de los gases de escape.

Catalizador de dos vías: Llamado tambien catalizador de tres vías de "bucle abierto".

Solamente existe en vehículos de fabricación americana. También llamados de "dobleefecto", o de "doble cuerpo", son en realidad un doble catalizador con toma intermedia de

aire. El primer cuerpo actúa sobre los gases ricos de escape, reduciendo el oxido de

nitrógeno (Nox), mientras el segundo lo hace sobre los gases empobrecidos gracias a la

toma intermedia de aire, reduciendo el monóxido de carbono (CO) y los hidrocarburos

(HC). Precisa una mezcla rica o estequiómetrica para funcionar.

El catalizador con toma intermedia de aire, tiene dos modos de funcionamiento.

● Cuando el motor esta frío: la alimentación del mismo se hace con una mezcla rica de

combustible. Los gases de escape son entonces ricos en gasolina no quemada oparcialmente quemada (HC y CO). En esta condición la válvula envía aire al colector de


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escape para ayudar a completar la combustión de estos contaminantes. El oxigeno del aire

adicional contribuye a que el HC se convierta en H2O y CO2. De esta manera evita que el

convertidor catalítico se sobrecargue.

● Cuando el motor se calienta: el interruptor de vacío es sensible a la temperatura del

refrigerante motor y cierra el paso del vacío a la válvula de control de aire. En

consecuencia se inyecta aire en la toma intermedia del catalizador para reducir losmonóxidos de carbono (CO) y los hidrocarburos (HC).


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El catalizador de toma intermedia recibe el aire que proporciona la bomba, en el espacio

comprendido entre el catalizador de tres vías (TWC) y el catalizador de dos vías o deoxidación convencional (COC). El convertidor anterior está revestido con los metales rodio

y platino. La combinación actúa sobre los NOx, y parcialmente sobre el HC y el CO. Losgases de escape parcialmente tratados entran después en el convertidor posterior.

Entonces se mezclan con el aire que es inyectado por la bomba de aire a través de la toma

intermedia. De esta manera se añade mas oxigeno a los gases de escape para que el

catalizador de oxidación actúe sobre los HC y CO.

Hay que tener en cuenta que solo se alimenta con aire el catalizador cuando el motor

trabaja a temperatura normal de funcionamiento. Cuando el motor esta frío, el aire se

desvía al colector de escape antes del catalizador.

Catalizador de tres vías: Tambien llamado de "bucle cerrado". Son los mas complejos,

sofisticados y caros (siendo en la actualidad los mas usados), y su evolución tecnológica a

desbancado a los catalizadores llamados de doble cuerpo en los que la oxidación de los

gases contaminantes era incompleta. Los catalizadores de este tipo se llaman de "tres

vías", porque en ellos se reducen simultáneamente los tres elementos nocivos masimportantes: monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y oxido de nitrógeno (Nox).

Su mayor eficacia depende de la mezcla de los gases de admisión. Para que funcioneperfectamente los catalizadores de tres vias, es preciso que la mezcla aire-gasolina tenga

la adecuada composición que se acerque lo mas posible a la relación estequeometrica (un

kilo de gasolina por 14,7 Kg de aire).


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Es, por tanto. necesario un dispositivo que controle la composición de la mezcla. Este

dispositivo es la "sonda lambda", que efectúa correcciones constantes sobre la mezcla

inicial de aire y combustible, según el valor de cantidad de oxigeno que hay en los gasesde escape antes de pasar por el catalizador.


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Exteriormente los tres tipos de catalizadores son iguales, excepto el de dos vías con tomade aire, que dispone de un tubo para la entrada de aire entre los dos monolitos. La

diferencia realmente estriba en el washcoat y en el tipo de materiales preciosos que

utilizan.

Constitución de los catalizadores de tres vías

Los catalizadores de tres vias como el que se ve en la figura inferior, son los utilizados en

motores de gasolina alimentados mediante inyección electrónica. El catalizador se

compone de un recipiente de chapa como cuerpo (6), un soporte (5) y el recubrimiento

catalítico activo de metal precioso (4).


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Soporte

Como soporte se han impuesto dos sistemas:

● Monolitos cerámicos

Los monolitos cerámicos son cuerpos de cerámica atravesados por varios miles de

pequeños canales, estos son recorridos por los gases de escape. La cerámica se

compone de magnesio-aluminio-silicato y es resistente a altas temperaturas. El monolito,que reacciona de modo extremadamente sensible a tensiones mecánicas, está fijado

dentro de un cuerpo de chapa. Para ello se emplean esteras minerales de hinchamiento

(2), que en el primer calcinamiento se expanden permaneciendo en este estado y sirven al

mismo tiempo de elemento estanqueizante frente a los gases de escape.

Los monolitos cerámicos actualmente son los soportes de catalizador aplicados con mas

frecuencia.

● Monolitos metálicos

El catalizador metálico es una alternativa, al monolilo cerámico. Consiste en un

arrollamiento de una delgada hoja metálica finamente ondulada de 0,05 mm de espesor,habiendo sido soldado en un proceso de alta temperatura. Gracias a las delgadas paredes

se pueden disponer mas canales sobre una misma superficie. Eso significa una menorresistencia para los gases de escape, lo que aporta ventajas para la optimización del

rendimiento de motores de alta potencia.

Recubrimiento

los monolitos cerámicos y metálicos requieren una capa de soporte de oxido de aluminio

(AL2 O3) de la capa soporte (4). Esta capa aumenta la superficie activa del catalizador por

el factor 7000. La capa catalítica activa aplicada en catalizadores de oxidación contiene los

metales preciosos de platino y/o paladio; en catalizadores de tres vías, adicionalmentecontiene rodio. El platino y el paladio aceleran la oxidación de los hidrocarburos y


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monóxido de carbono; el rodio, la reducción de los óxidos de nitrógeno.

El contenido de metales preciosos en un catalizador es de aprox. 1... 3 g. Este valor

depende de la cilindrada del motor.

Condiciones de servicio

Temperatura de servicio

La temperatura del catalizador tiene muchísima importancia en la depuración de los gasesde escape. En el catalizador de tres vías no se inicia una conversión de los contaminantes

digna de mención hasta alcanzarse una temperatura de servicio de más de 300°C. Para

altas cuotas de conversión y una larga duración reinan condiciones de servicio ideales en

el margen de temperaturas de 400...800 °C. El envejecimiento térmico aumenta

notablemente en el margen de 800...1000°C por sinterización de los metales preciosos y

de la capa de soporte (Al2 O3) lo que ocasiona una reducción de la superficie activa. El

tiempo de servicio también tiene gran influencia en este margen de temperatura. Por

encima de 1000°C el envejecimiento térmico aumenta enormemente y ocasiona la casi

completa ineficacia del catalizador.

Por funcionamiento incorrecto del motor (p.ej. fallos del encendido), puede subir la

temperatura en el catalizador hasta 1400°C. Tales temperaturas causan la destrucción total

del catalizador por fusión del material de soporte. Para impedirlo, particularmente elsistema de encendido ha de trabajar de modo muy fiable y exento de mantenimiento, los

modernos mandos del motor pueden identificar fallos del encendido y de la combustión.Estos mandos impiden en caso dado la inyección para el correspondiente cilindro, no

llegando asi mezcla alguna sin quemar al sistema de escape

Combustible sin plomoOtra condición para un servicio fiable de larga duracción es el funcionamiento del motor

con combustible sin plomo. Los compuestos de plomo se posan en los poros de la

superficie activa o se depósitan directamente sobre ellos y reducen su cantidad. Pero

tambien residuos del aceite motor pueden "envenenar" el catalizador, es decir, destruirlo

hasta inutilizarlo.

Lugar de montaje

Las severas prescripciones sobre gases de escape exigen conceptos especiales para elcalentamiento del catalizador al arrancar el motor. Esos conceptos (p.ej. insuflación de aire

secundario, variación del ángulo de encendido en dirección hacia "retard el lugar demontaje del catalizador. Las propiedades del catalizador de tres vías respecto a la

temperatura de servicio limitan la posibilidad de montaje. Partiendo de las condiciones

térmicas necesarias para una alta transformación, es indispensable montar el catalizador

de tres vías cerca del motor.

Para el catalizador de tres vías se ha impuesto en lo esencial su disposición dividida con

un catalizador previo cerca del motor y un catalizador debajo del piso, los catalizadores

dispuestos cerca del motor requieren una optimización del recubrimiento en el sentido de

estabilidad respecto a altas temperaturas; los catalizadores bajo el piso, en el sentido de

"low light off" (baja "temperatura de arranque'), así como una buena transformación de

NOx.


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Efectividad

El tratamiento ulterior de los gases de escape con ayuda del catalizador de tres vías en la

actualidad es el procedimiento de depuración de gases de escape mas eficaz para el

motor de gasolina con distribución homogénea de la mezcla Lambda = 1. Una parte

integrante es la regulación lambda, que vigila la composición de la mezcla de aire y

combustible. Con el catalizador de tres vías se puede impedir casi por completo la

expulsión de monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno, con una

distribución homogenea de la mezcla y una composición estequiométrica de ésta. Estas

condiciones ideales de servicio, sin embargo, no se pueden mantener siempre. Ello noobstante, se puede partir por término medio de una reducción de los contaminantes del

mas del 98%.

Catalizadores para sistemas inyección directa de gasolina

El sistema de escape ha sido adaptado a las exigencias de un motor con inyección directa

de gasolina. Hasta ahora era un gran problema el tratamiento de los gases de escape en

motores con inyección

directa de gasolina. Esto se debe a que con un catalizador convencional de tres vías no se

pueden alcanzar los límites legales de emisiones de óxidos nítricos en los modos

estratificado, pobre y homogéneo-pobre. Por ello se incorpora para estos motores un

catalizador-acumulador de NOx, que almacena los óxidos nítricos (NOx) en estos modos

operativos. Al estar lleno el acumulador se pone en vigor un modo de regeneración, con el

cual se desprenden los óxidos nítricos del catalizador-acumulador y se transforman en

nitrógeno.


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Nota: con la recirculación de gases de escape y el reglaje de distribución variable ya se

reducen las emisiones de óxidos nítricos desde la propia combustión, antes de llegar alsistema de escape.

Catalizador acumulador de NOx

En la inyección directa de gasolina, el oxígeno necesario para el proceso de oxidación de

HC y CO no se disocia del NOx, sino que se toma de las elevadas proporciones de

oxígeno residual presentes en los gases de escape. Por este motivo no es suficiente

únicamente un catalizador de tres vías.El catalizador acumulador de NOx, contiene en las capas catalíticas materiales adicionales

que pueden almacenar el NOx (p.ej. el óxido bárico). Todas los recubrimientos corrientes

del acumulador de NOx contienen al mismo tiempo las propiedades de un catalizador de

tres vías, de forma que el catalizador acumulador de NOx trabaja para lambda=1 como un

catalizador de tres vías.

La conversión de NOx en funcionamiento por mezcla estratificada pobre se lleva a cabo en

tres etapas. Para el almacenamiento de NOx se oxida primero formando NO2 que luego

reacciona con los aditivos que hay en el recubrimiento en forma de nitratos (p.ej. nitrato de

bario).Una cantidad cada vez mayor de NOx almacenado (carga) reduce la capacidad de seguir


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ligando NOx. Con un estado de carga predeterminado debe regenerarse el acumulador de

NOx, es decir, los óxidos de nitrógeno almacenados deben eliminarse (desacumulación) y

ser convertidos. Para ello se cambia brevemente al funcionamiento por mezcla homogénea

rica (lambda 650ºC y entonces admitir

alternativamente durante unos minutos gases de escape ricos (lambda = 0,95) y pobres

(lambda =1,05). De esta forma se reducen de nuevo los sulfatos.

Una condición límite importante para los métodos de calentamiento es que el

precatalizador no se caliente debido a la aportación del calor necesario para calentar el

catalizador acumulador de NOx, en una posición por debajo del nivel.

Filtro de partículas (motores Diesel)

Las partículas (hollín) generadas por un motor Diesel son perceptibles por el denso humo

negro que deja tras de sí un vehículo propulsado por este tipo de motor en plenaaceleración. El gasóleo está formado por cadenas de hidrocarburos mucho mayores y

pesadas que la gasolina. Cuando el motor trabaja a cargas medias y bajas se inyecta muy

poco combustible en comparación con el aire introducido en los cilindros, de modo que en

todo el volumen de la cámara hay una gran cantidad de oxígeno para completar la

combustión. Sin embargo, cuando se hace trabajar el motor a plena carga (por ejemplo, en

una aceleración), puede ocurrir que una parte de la gran cantidad de combustible

inyectada no encuentre en sus inmediaciones un volumen suficiente de oxígeno como para

terminar la oxidación, haciendo que queden tras la combustión largas cadenas dehidrocarburos parcialmente oxidadas, que tienden a reagruparse y formar el hollín.

En lo que respecta a los efectos nocivos para el medio ambiente y la salud de las

personas, los gases de escape del motor diésel contienen diversos componentes

contaminantes. Ademas de los componentes contaminantes que emiten los motores Otto,

el motor Diesel suma a estos, el dióxido de azufre y las partículas de hollín.

●El dióxido de azufre: tiene su origen al quemarse un combustible con contenido de

azufre. Es un gas incoloro, de olor penetrante. Los contenidos de azufre en los

combustibles vienen siendo cada vez menores.

●Partículas de hollín: estas partículas se producen por falta de oxigeno a causa de una


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combustión incompleta.

En el proceso de la combustión en un motor diesel se producen partículas de hollín. Son

esferas microscópicas de carbono, con un diámetro aproximado de 0,05 µm. En su núcleoconstan de carbono puro. En este núcleo se asocian diversas combinaciones de

hidrocarburos, óxidos metálicas y azufre. Ciertas combinaciones de hidrocarburos secatalogan como sustancias criticas para la salud.

La composición exacta de las partículas de hollín depende de la tecnología aplicada en el

motor, las condiciones de aplicación y el combustible empleado.

Origen de las partículas de hollín

El origen de las partículas de hollín en el motor diésel está supeditado a las diferentes

operaciones que caracterizan a la combustión en el motor diésel, como son la alimentación

de aire, la inyección o la propagación de la flama. La calidad de la combustión depende del

modo en que se genere la mezcla de combustible y aire. Puede suceder que la mezcla sea

demasiado rica en determinadas áreas de la cámara de combustión, por no haber

suficiente oxígeno disponible. En ese caso la combustión se mantiene incompleta y se

produce la generación de partículas de hollín.

La masa de las partículas y su cantidad dependen básicamente, por tanto, de la calidad dela combustión en el motor. El sistema de inyección por inyector-bomba trabaja con altapresión y tiene un desarrollo de la inyección que corresponde con las necesidades del

motor para contar con una combustión eficiente, con lo cual viene a reducir la generación

de partículas de hollín en el proceso de la combustión.

Una alta presión de la inyección y la correspondiente fina pulverización del combustible, sin

embargo, no conducen necesariamente a que las partículas sean más pequeñas.

En mediciones se ha manifestado, que el reparto de los tamaños de las partículas en los

gases de escape es independiente del principio de combustión aplicado en el motor, es

decir, que son muy parecidos

los resultados, indistintamente de que se trate de motores de cámara de turbulencia,


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common rail o inyector-bomba.

Medidas para la reducción de las emisiones de partículas

Existe una serie de soluciones técnicas para la reducción de las emisiones de escape. A

este respecto se diferencia entre las medidas endomotrices y las ectomotrices.

Medidas endomotrices

Consisten en una optimizacion eficaz de la combustión para que no se genere desde un

principio sustancias contaminantes.A las medidas endomotrices pertenecen:

●La geometría especifica de los conductos de admisión y escape, para establecer

condiciones de flujo optimas.

●Altas presiones de inyección por medio de la tecnología de inyectores-bomba.

●La geometría especifica de la cámara de combustión, por ejemplo, la reducción del

espacio nocivo y el diseño especifico de la cámara en la cabeza del pintón.

Medidas ectomotrices

Consisten en la reducción de las partículas de hollín por medio de un sistema de filtración

en los gases de escape.

Se distinguen dos diferentes sistemas:


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●Filtro de partículas Diesel con aditivo.

●Filtro de partículas Diesel sin aditivo.

Sistema con aditivo

Este sistema se implanta en vehículos con el filtro de partículas alejado del motor. Debido

al largo recorrido de los gases escape entre el motor y el filtro de partículas, la temperatura

de encendido necesaria para la combustión de las partículas sólo se puede alcanzar

agregando un aditivo.

Sistema sin aditivo

Este sistema esta implantado, en vehículos con el filtro de partículas instalado cerca del

motor. El corto recorrido de los gases de escape entre el motor y el filtro de partículas

permite que la temperatura de los gases de escape todavía sea suficientemente alta para

la combustión de las partículas.

Sistema de filtración de partículas diésel con aditivo

En la figura inferior se representan los componentes del sistema de filtración de partículasdiésel, se puede ver la situación del filtro de particulas en la linea de escape del motor.


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Filtro de particulas

El filtro de partículas diésel se monta en el ramal de escape, detrás del catalizador de

oxidación. Se encarga de retener por filtración las partículas de hollín que van contenidas

en los gases de escape del motor.

Arquitectura

El filtro de partículas diésel consta de un cuerpo cerámico de carburo de silicio en diseñoalveolar, alojado en una carcasa de metal. El cuerpo cerámico está dividido en múltiples


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canales microscópicos paralelos, cerrados alternadamente.

El carburo de silicio se caracteriza por las siguientes propiedades, que lo convierten en un

buen material de filtración:

●Alta resistencia a efectos mecanicos

●Muy buena resistencia a cambios de temperatura

●Capacidad de soportar cargas termicas y conductividad

●Alta resistencia al desgaste

FuncionamientoAl pasar los gases por el filtro se retienen las partículas de hollín en los conductos deentrada, mientras que los componentes gaseosos del escape pueden atravesar las

paredes porosas del filtro cerámico.

Regeneración

El filtro de partículas diésel tiene que ser despejado de forma sistemática, eliminándose las

partículas de hollín, para evitar que se obstruya y se afecte su funcionamiento. Durante el

ciclo de regeneración, las partículas de hollín retenidas en el filtro se someten a

combustión, a una temperatura de 500 °C, aproximadamente. La temperatura propiamente

dicha para el encendido del hollín es de unos 600-650 °C. Esta temperatura de los gasesde escape únicamente se puede alcanzar a plena carga en el motor diésel.

Para poder asegurar la regeneración del filtro de partículas diésel en todas las condicionesoperativas se procede a reducir la temperatura de ignición del hollín a base de agregar un

aditivo, a la vez que se aumenta la temperatura de los gases de escape por medio de unciclo de gestión específica del motor.

El ciclo de regeneración lo gestiona la unidad de control del motor.


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Durante el ciclo de regeneración se queman las partículas retenidas en el filtro. Según laforma de conducir, el ciclo interviene cada 500-700 kilómetros y tarda unos 5 a 10 minutos.

El ciclo de regeneración no es perceptible para el conductor.

Aditivo

El aditivo es un activador de contenido férrico, que se disuelve en una mezcla de

hidrocarburos. En algunos vehículos se aloja en un depósito de material plástico, instalado

aparte en la cavidad para la rueda de repuesto.

El aditivo asume la función de reducir la temperatura de combustión de las partículas de

hollín, con objeto de posibilitar el ciclo de regeneración para el filtro de partículas, también

a régimen de carga parcial.

La temperatura de ignición del hollín es de unos 600-650 °C. Los gases de escape del

motor diésel sólo alcanzan estas temperaturas al funcionar a plena carga. Con el aditivo se

reduce la temperatura de ignición del hollín a unos 500 °C.

El aditivo entra automáticamente en el depósito de combustible a través de la tubería de

retorno después de cada repostaje. Esto sucede por medio de una bomba para aditivo delfiltro de partículas, gestionada por la unidad de control del motor.

La cantidad repostada se determina analizando en la unidad de control del motor lasseñales procedentes del sensor de nivel de combustible. Después de cada ciclo de

dosificación concluido viene dada una

concentración de 10 ppm (partes por millón) de moléculas de hierro en el combustible.

Esto equivale a una relación de mezcla de aprox. 1 litro de aditivo sobre 2.800 litros decombustible.

Cargas de hollín en el filtro de partículas

La unidad de control del motor vigila continuamente las cargas de hollín en el filtro de

partículas a base de calcular la resistencia de flujo del filtro. Para determinar la resistencia

de flujo se procede a poner en relación el caudal volumétrico de los gases de escape ante

el filtro de partículas con respecto a la diferencia de presión antes y después del filtro departículas.

Diferencia de presión La diferencia de presión del caudal de aire antes y después del filtro de partículas se

determina por medio del sensor de presión para los gases de escape.

Caudal volumétrico de los gases de escape

El caudal volumétrico de los gases de escape es calculado por la unidad de control del

motor, recurriendo a las señales de la masa de aire en el conducto de escape y de la

temperatura de los gases de escape ante el filtro de partículas. La masa de aire de los

gases de escape es aproximadamente equivalente a la masa de aire que fluye por el

conducto de admisión y que se determina con ayuda del medidor de la masa de aire. El

volumen de la masa de aire de los gases de escape depende de su temperaturamomentánea. Ésta se determina con ayuda del sensor de temperatura ante el filtro de


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partículas.

En consideración de la temperatura de los gases de escape, la unidad de control del motor

puede calcular el caudal volumétrico de los gases de escape, tomando como base el flujo

de la masa de aire de éstos.

Resistencia de flujo en el filtro de partículas

La unidad de control del motor pone en relación la diferencia de presión con respecto alcaudal volumétrico de los gases de escape y obtiene de esa forma la magnitud de

resistencia de flujo en el filtro de partículas. Con ayuda de la resistencia de flujo, la unidad

de control del motor detecta las cargas de hollín en el filtro.

Gestión del motor durante el ciclo de regeneración

Conociendo la resistencia de flujo de los gases de escape para atravesar el filtro, la unidad

de control del motor deduce de ahí el estado de saturación del mismo.Una intensa resistencia de flujo indica que el filtro tiende a obstruirse. A raíz de ello, la

unidad de control del motor pone en vigor el ciclo de regeneración. A esos efectos:

●Se desactiva la recirculación de gases de escape, para aumentar la temperatura de la

combustión.

●Tras una inyección principal con una dosificación reducida, 35° del cigüeñal después del

punto muerto superior del pistón, pone en vigor un ciclo de post-inyección, para subir la

temperatura de los gases de escape.

●Regula con la mariposa eléctrica la alimentación del aire aspirado.

●adapta la presión de sobrealimentación, para evitar que el par del motor se altere de

forma perceptible para el conductor durante el ciclo de regeneración. De esta manera el

conductor no percibe alteraciones en la marcha normal del vehículo.


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Esquema de la gestión electrónica diesel para el filtro de partículas con aditivo

Sensores y actuadores

Sensores

Sensor de presión para gases de escape

El sensor de presión para gases de escape trabaja según el principio piezoeléctrico. Elsensor de presión para gases de escape mide la diferencia de presión en el caudal de los

gases de escape antes y después del filtro de partículas. La señal del sensor de presiónpara gases de escape, la señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, así


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como la señal del medidor de la masa de aire constituyen una unidad indivisible en lo que

respecta a la determinación del estado de las cargas en el filtro de partículas.

Efectos en caso de ausentarse la señal

Si se ausenta la señal del sensor de presión para gases de escape, la regeneración del

filtro de partículas se lleva a cabo primeramente de forma cíclica, en función del recorrido

efectuado o de las horas en funcionamiento. Sin embargo, a largo plazo no es posible

regenerar así de forma operativamente segura el filtro de partículas.

Tras una cantidad de ciclos definida se enciende primeramente el testigo luminoso para el

filtro de partículas diésel y luego parpadea el testigo de precalentamiento en el cuadro deinstrumentos. De ese modo se indica al conductor la necesidad de acudir al taller.

ArquitecturaEl sensor de presión para gases de escape tiene dos empalmes de presión. Uno lleva un

tubo de presión hacia el caudal de los gases de escape delante del filtro de partículas y el

otro hacia el caudal de los

gases de escape detrás del filtro de partículas.

El sensor contiene un diafragma con elementos piezoeléctricos, que actúan en función de

las presiones de los gases de escape.

Funcionamiento:

●Filtro de partículas vacío

Si el filtro de partículas tiene cargas muy bajas, la presión delante y detrás del filtro viene a

ser casi idéntica. El diafragma con los elementos piezoeléctricos se encuentra en posición

de reposo.

●Filtro de partículas saturado

Si se ha depositado hollín en el filtro de partículas, la presión de los gases de escape anteel filtro aumenta, manifestándose en forma de un volumen de flujo menos intenso.


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La presión de los gases de escape detrás del filtro se mantiene casi invariable. El

diafragma se deforma en función de la diferencia de presiones. Esta deformación modifica

la resistencia eléctrica de los elementos piezoeléctricos, que van interconectados en forma

de un puente de medición.La tensión de salida de este puente se acondiciona en la electrónica del sensor, se

intensifica y se trasmite como señal de tensión a la unidad de control del motor. Previoanálisis de esta señal, la unidad de

control del motor detecta el estado de saturación del filtro de partículas y pone en vigor un

ciclo de regeneración para la limpieza del filtro.

Sensor de temperatura anterior al filtro de partículas

El sensor de temperatura antes del filtro de partículas es un sensor PTC. En un sensor

PTC (positive temperature coefficient) la resistencia aumenta a medida que aumenta latemperatura. Va situado en el ramal de escape antes del filtro de partículas diésel y mide

allí la temperatura de los gases de escape.Con ayuda de la señal procedente del sensor de temperatura, la unidad de control del

motor calcula el caudal volumétrico de los gases de escape y deriva de ahí el estado de

saturación en que se encuentra el filtro de partículas.

La señal del sensor de temperatura, mas la señal del medidor de la masa de aire y la señaldel sensor de presión para gases de escape constituyen una unidad indivisible para la

determinación del estado de saturación en que se encuentra el filtro de partículas.

La señal se emplea asimismo como protección, es decir, para proteger el filtro de

partículas contra temperaturas excesivas de los gases de escape.


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Efectos en caso de ausentarse la señalSi se ausenta la señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, laregeneración del filtro de partículas se efectúa de forma cíclica, en función del recorrido

efectuado o de las horas de servicio.

Sin embargo, el filtro de partículas no se puede regenerar de forma fiable de este modo a

largo plazo. Después de un número de ciclos específico se enciende primeramente el

testigo luminoso para filtro de partículas diésel y más tarde parpadea el testigo luminoso

de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. Esto señaliza al conductor la necesidad

de acudir al taller.

Sensor de temperatura antes del turbocompresor

El sensor de temperatura antes del turbocompresor es un sensor PTC. Va situado en el

ramal de escape ante el turbocompresor y mide allí la temperatura de los gases de

escape.La unidad de control del motor necesita la señal procedente de este sensor, para calcular

con ella el momento y la dosificación de la post-inyección durante el ciclo de regeneración.De esa forma se consigue el aumento necesario de temperatura de los gases de escape

para poder quemar las partículas de hollín. Con esta señal se protege adicionalmente el

turbocompresor contra temperaturas excesivas durante el ciclo de regeneración.


Si se avería este sensor deja de ser posible proteger el turbocompresor contra

temperaturas inadmisiblemente altas. En ese caso ya no se produce el ciclo de

regeneración para el filtro de partículas Diésel.

El testigo de precalentamiento se enciende para indicar al conductor la necesidad de que

acuda al taller. Para reducir las emisiones de hollín se procede a desactivar la recirculaciónde los gases de escape.

Sonda lambda La sonda lambda es una versión de banda ancha. Va situada en el colector de escape


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antes del catalizador de oxidación.

Con la sonda lambda es posible determinar el contenido de oxígeno en los gases de

escape, disponiendo para ello de un extenso margen de medición. Con relación al sistema

de filtración de partículas diésel, la unidad de control del motor emplea la señal de la sondalambda para el cálculo exacto de la cantidad y el momento de la postinyección para el ciclo

de regeneración. Para que la regeneración del filtro de partículas sea eficaz se necesita uncontenido mínimo de oxígeno en los gases de escape a una alta temperatura uniforme.

Esta regulación se posibilita con ayuda de la señal de la sonda lambda, puesta en relación

con la señal procedente del sensor de temperatura ante el turbocompresor.


La regeneración del filtro de partículas resulta menos exacta, pero sigue siendooperativamente fiable. La avería de la sonda lambda puede provocar un aumento de las

emisiones de óxidos nítricos.

Medidor de la masa de aire

El medidor de la masa de aire por película caliente va instalado en el conducto de

admisión. Con ayuda del medidor de la masa de aire, la unidad de control del motordetecta la masa de aire efectivamente

aspirada. Con relación al sistema de filtración de partículas diésel se utiliza la señal paracalcular el caudal volumétrico de los gases de escape y poder determinar de ahí el estado

de saturación del filtro de

partículas.

La señal del medidor de la masa de aire, mas la señal del sensor de temperatura ante el

filtro de partículas y la señal del sensor de presión para los gases de escape constituyen

una unidad indivisible para determinar el estado de saturación del filtro de partículas.


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Si se ausenta la señal del medidor de la masa de aire, la regeneración del filtro de

partículas se efectúa de forma cíclica, en función del recorrido o de las horas de servicio.

Sin embargo, a largo plazo el filtro de partículas no se puede regenerar de forma fiable de

este modo.

Tras una cantidad definida de ciclos se enciende primeramente el testigo luminoso para

filtro de partículas diésel y luego parpadea el testigo luminoso de precalentamiento en el

cuadro de instrumentos. Con ello se indica al conductor la necesidad de acudir a un taller.

Sensor de falta de aditivo para el combustible

El sensor de falta de aditivo para el combustible se encuentra en el depósito de aditivo. A

partir de un contenido residual definido en el depósito de aditivo, la señal del sensor defalta de aditivo en el combustible activa en el cuadro de instrumentos el testigo luminoso de

precalentamiento. De esa forma se indica al conductor que existe un fallo en el sistema defiltración de partículas diésel y que es necesario acudir al taller.

Si la cantidad disponible de aditivo es demasiado baja se suprimen además los ciclos de

regeneración para el filtro de partículas y se reduce la potencia del motor.


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En el vástago del sensor de falta de aditivo para el combustible va montado un contacto de

Reed. Sus contactos se accionan por el efecto del anillo magnético que va instalado en el

flotador.

●Si el depósito contiene suficiente aditivo, el flotador se encuentra en el tope superior. El

contacto de Reed está abierto.●Si el depósito contiene muy poco aditivo, el flotador baja hasta el tope inferior, cerrando el

contacto de Reed por el efecto del anillo magnético. El testigo luminoso para

precalentamiento se activa.


Si se ausenta la señal del sensor de falta de aditivo para el combustible se inscribe unaavería en la memoria de la unidad de control del motor.


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Actuadores

Bomba para aditivo

La bomba para aditivo es una bomba de émbolo alternativo, que impele el aditivo hacia eldepósito de combustible. Va atornillada al depósito de aditivo.

Después de cada repostaje, la unidad de control del motor aplica una excitaciónperiodificada a la bomba, para dosificar el aditivo en la cantidad correcta.

Funcionamiento

La bomba sin corriente se halla cargada con aditivo. En cuanto la unidad de control del

motor excita la bomba, aplica corriente al bobinado electromagnético y el inducido se

encarga de desplazar el émbolo de la bomba superando la fuerza del muelle. El émbolo

cierra el taladro de afluencia hacia la cámara interior de la bomba e impele en dirección

hacia la bola de la válvula el aditivo que se encuentra la cámara interior. Esta operación

genera una presión, con la que la bola de la válvula abre la cámara interior de la bomba.

Ahora pasa al depósito de combustible la cantidad de aditivo definida con exactitud a

través del volumen creado en la cámara interior de la bomba.

Durante el ciclo aspirante entra el aditivo en la cámara del inducido. El bobinado

electromagnético no se encuentra excitado por la unidad de control del motor, por lo que el

muelle oprime el émbolo de labomba en retorno. La bola de la válvula cierra al mismo tiempo la cámara interior de la

bomba.


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Testigo luminoso para filtro de partículas Diesel

El testigo luminoso para filtro de partículas diésel se encuentra en el cuadro de

instrumentos. Se enciende cuando el filtro de partículas diésel no puede ser regenerado,debido a que el vehículo se somete a recorridos extremadamente cortos.

Misión

Si el vehículo se somete a recorridos cortos durante un largo plazo puede resultar afectada

la regeneración del filtro de partículas Diésel. Esto puede provocar daños en el filtro de

partículas en el motor. Si durante un tiempo relativamente prolongado, el motor no alcanza

la temperatura de servicio necesaria para quemar el hollín retenido en el filtro de

partículas, el testigo luminoso se enciende en el cuadro de instrumentos.Con esta señal se indica al conductor la necesidad de que conduzca durante un período

relativamente breve a una velocidad superior constante. El aumento de temperatura en los

gases de escape que seconsigue de esa forma puede provocar la inflamación del hollín en el filtro de partículas. El

testigo luminoso se debe apagar después de esa medida.

Testigo de exceso de contaminación K83 (MIL)

Los componentes del sistema de filtración de partículas diésel que tienen relevancia para

la composición de los gases de escape se someten a verificación con motivo de la

Eurodiagnosis de a bordo (EOBD) en lo que respecta a averías y funciones anómalas. El

testigo de exceso de contaminación (MIL = malfunction indicator light) señaliza las averías

detectadas por el sistema EOBD.


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Esquema eléctrico

Sistema de filtración de partículas diesel sin aditivo


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También denominado como sistema del filtro de partículas diesel con recubrimiento

catalítico. Se implanta en vehículos donde el filtro de partículas esta instalado cerca delmotor. Debido a los cortos recorridos de los gases de escape entre el motor y el filtro de

partículas, la temperatura de los gases de escape todavía es suficiente para la combustiónde las partículas.

En la figura inferior se muestra un sistema con escape monocaudal. En los sistemas de

escape de caudal múltiple (dos o mas tubos de escape), los filtros de partículas y los

sensores se implantan respectivamente una vez en cada ramal de gases de escape.

Constitución del filtro de partículas

El filtro de partículas diesel con recubrimiento catalítico va situado en el ramal de escape,

cerca del motor, detrás del turbocompresor.

Se han combinado dos componentes en la misma unidad: el catalizador de oxidación y el

filtro de partículas, dando por resultado el filtro de partículas diesel con recubrimiento

catalítico. Este sistema combina la

función del catalizador de oxidación con la del filtro de partículas diesel en un solo

componente.


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El filtro de partículas diesel se encarga de retener las partículas de hollín contenidas en losgases de escape. En su función de catalizador de oxidación se encarga de depurar los

gases de escape en lo que respecta a los contenidos de hidrocarburos (HC) y monóxidode carbono (CO). Estos contaminantes se transforman en agua (H2O) y dióxido de

carbono (CO2).

Estructura

El filtro de partículas diesel consta de un cuerpo cerámico alveolar de carburo de silicio,


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alojado en una carcasa de metal. El cuerpo de cerámica está dividido por una gran

cantidad de pequeños conductos paralelos, cerrados de forma alternativa. De ahí resultan

conductos de admisión y escape separados por las paredes filtrantes. Las paredes

filtrantes de carburo de silicio son porosas.El cuerpo de carburo de silicio está recubierto con una combinación de óxido de aluminio y

óxido de cerio. Esta combinación se utiliza como sustrato para el catalizador. El sustratoestá recubierto con el metal noble del platino, que hace las veces de catalizador.

Un catalizador es una sustancia que respalda o inhibe una reacción química, sin

experimentar ella misma ninguna modificación por ese motivo.

Funcionamiento

En virtud de que los conductos están cerrados alternadamente en dirección de entrada y

salida, los gases de escape con cargas de hollín que tienen que pasar por las paredes

filtrantes porosas de carburo de silicio. En contraste con los componentes gaseosos, las

partículas de hollín son retenidas en los conductos de entrada.

Zonas de recubrimiento en el filtro de partículas diesel

El filtro de partículas diesel debe tener una longitud específica para contar con una grancapacidad de retención de hollín. Asimismo se lo tiene que recubrir con una determinada

cantidad de platino para conseguir el efecto catalítico deseado.El recubrimiento catalítico del filtro de partículas diesel está dividido por zonas sobre la

longitud del filtro.

En la zona anterior hay una gran cantidad de platino, mientras que en la zona posterior la

cantidad de platino es baja. El recubrimiento definido por zonas supone las siguientes

ventajas:


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●Al funcionar el motor en condiciones normales, el filtro de partículas diesel se calienta

rápidamente en la zona anterior. Debido a la alta concentración del platino, como material

catalizador, en esta zona anterior, el filtro cuenta con una acción catalítica rápida. Se habla

aquí también de un comportamiento de respuesta rápido por parte del filtro de partículasdiesel

●En la fase de regeneración, la parte posterior del filtro de partículas diesel adopta altas

temperaturas a raíz de la combustión del hollín. Estas altas temperaturas suponen un

ataque a largo plazo contra el platino. Por ese motivo se renuncia a dotar la zona posterior

de un recubrimiento grueso con esta materia prima del platino, que supone un coste alto.

●Otro motivo por el cual se implanta la baja cantidad de platino en la zona posterior reside

en el envejecimiento del filtro de partículas diesel

Durante su período de vida útil es cada vez mayor la cantidad de residuos de la

combustión que se depositan en la parte posterior, afectando con ello el efecto catalítico

del platino.

Fase de regeneración

El filtro de partículas diesel tiene que ser despejado de forma sistemática de las partículas

de hollín, para evitar que resulte afectada su capacidad de funcionamiento. Durante el ciclo

de regeneración se procede a quemar (oxidar) las partículas retenidas en el filtro. En elcaso de la regeneración del filtro de partículas con recubrimiento catalítico se diferencia

entre la regeneración pasiva y la regeneración activa. El ciclo de regeneración discurre sin

que el conductor se percate de ello.

Regeneración pasiva

En el ciclo de regeneración pasiva las partículas de hollín se queman de forma continua,

sin intervención por parte de la gestión del motor. El posicionamiento cercano al motor, del

filtro de partículas, permite que por ejemplo los gases de escape alcancen temperaturas de

350-500 °C al circular por autopista. Las partículas de hollín son transformadas, por medio

de una reacción con dióxido nítrico, en dióxido de carbono. Esta operación gradual se

desarrolla de forma lenta y continua a través del recubrimiento de platino, que hace aquí

las veces de material catalizador.


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Funcionamiento:

●A partir de los óxidos nítricos (NOX) y el oxígeno (O2) contenidos en los gases de escape

se genera dióxido nítrico (NO2) con ayuda del recubrimiento de platino.NOX + O2 reacciona produciendo NO2

●El dióxido nítrico (NO2) reacciona con el carbono (C) de la partícula de hollín,

generándose monóxido de carbono (CO) y monóxido de nitrógeno (NO).NO2 + C reacciona produciendo CO + NO

●El monóxido de carbono (CO) y el monóxido de nitrógeno (NO) se combinan con el

oxígeno (O2), produciendo dióxido nítrico (NO2) y dióxido de carbono (CO2).

CO + NO + O2 reacciona produciendo NO2 + CO2

Regeneración activa

Con motivo de la regeneración activa se procede a quemar las partículas de hollín, para locual la gestión del motor se encarga de producir un aumento específico de la temperatura

de los gases de escape. Al circular por ciudad a baja carga del motor, las temperaturas delos gases de escape son demasiado bajas como para poder practicar un ciclo de

regeneración pasiva en el filtro de partículas. En virtud de que deja de ser posible degradarlas partículas de hollín se produce una saturación de hollín en el filtro. En cuanto se

alcanza una saturación específica de hollín en el filtro, la gestión del motor pone en vigor

un ciclo de regeneración activa. Esta operación tarda unos 10 minutos.

Las partículas de hollín se queman, produciendo dióxido de carbono, a partir de una

temperatura de los gases de escape de 600-650 °C.


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FuncionamientoEn el caso de la regeneración activa se procede a quemar las partículas de hollín con

ayuda de la alta temperatura de los gases de escape. El carbono de las partículas de hollín

se somete a oxidación con el oxígeno, transformándose en dióxido de carbono. C + O2

reacciona transformándose en CO2.

Funcionamiento de la regeneración activa

Las partículas de hollín son retenidas en los conductos de entrada. La unidad de control

del motor puede detectar el nivel de saturación del filtro de partículas diesel a base de

analizar las señales procedentes del medidor de la masa de aire, de los sensores de

temperatura antes y después del filtro de partículas, así como del sensor de presión para

los gases de escape. Si la saturación de hollín ha alcanzado un límite específico, la gestióndel motor pone en vigor un ciclo de regeneración activa.


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Gestión del motor durante la puesta en vigor de la regeneración activa

La unidad de control del motor calcula el estado de saturación del filtro analizando la

resistencia de flujo en el filtro. Una alta resistencia de flujo hace suponer que el filtro tiende

a obstruirse. La unidad de control del motor pone en vigor el ciclo de regeneración activa.

A esos efectos:

●Se desactiva la recirculación de gases de escape, para subir la temperatura de la

combustión.

●Tras una inyección principal con dosificación reducida, se produce un ciclo de

postinyección a los 35° del cigüeñal después del punto muerto superior (PMS) del pistón,para subir la temperatura de los gases de escape.

●Se procede a regular la alimentación del aire de admisión a través de la válvula de

mariposa eléctrica.


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●Se adapta la presión de sobrealimentación, con objeto de que el par de giro del motor no

se altere de forma perceptible para el conductor durante el ciclo de regeneración.

Estas medidas conducen a un aumento específico y breve de la temperatura de los gases

de escape a unos 600 °C hasta 650 °C. En esta gama de temperaturas, el hollíndepositado se oxida, transformándose en dióxido de carbono. Tras esta regeneración

activa, el filtro de partículas vuelve a quedar dispuesto para el funcionamiento y puedevolver a retener el hollín de los gases de escape.

Saturación de hollín en el filtro de partículas

La saturación de hollín en el filtro de partículas es un aspecto que la unidad de control del

motor vigila continuamente a base de calcular la resistencia de flujo en el filtro. Para

determinar la resistencia de flujo se pone en relación el caudal volumétrico de los gases de

escape antes del filtro de partículas con respecto a la diferencia de presión antes y

después del filtro de partículas.

Diferencia de presión

La diferencia de presión del caudal de aire antes y después del filtro de partículas se

determina con el sensor de presión para gases de escape.

Caudal volumétrico de los gases de escape

El caudal volumétrico de los gases de escape es calculado por la unidad de control delmotor, tomando como base la corriente de las masas de aire en el conducto de escape y la

temperatura de los gases de escape antes del filtro de partículas. La corriente de las

masas de gases de escape equivale aproximadamente a la corriente de las masas de aireen el conducto de admisión, que se determina por medio del medidor de la masa de aire.

La masa de los gases de escape depende de su temperatura. Esta temperatura la

determinan los termosensores implantados antes y después del filtro de partículas.

Teniendo en cuenta la temperatura de los gases de escape, la unidad de control del motor

puede calcular el caudal volumétrico de los gases de escape, tomando como base la

corriente de las masas del gas de escape.

Resistencia de flujo en el filtro de partículas

La unidad de control del motor pone en relación la diferencia de presión con respecto al

caudal volumétrico de los gases de escape y obtiene con ello la resistencia de flujo en elfiltro de partículas. Con ayuda de la resistencia de flujo la unidad de control del motor

detecta el grado de saturación de hollín. En la gráfica inferior se compara el caudalvolumétrico de los gases de escape y la resistencia de los mismos a fluir por el filtro de

partículas.


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Ciclo de postinyección en la fase de deceleración

Al circular en tráfico urbano extremo, con cargas del motor intensamente cambiantes y un

alto porcentaje de fases de deceleración es preciso aplicar medidas especiales para lalimpieza del filtro. En virtud de que normalmente se deja de inyectar combustible en los

cilindros durante la fase de deceleración, los gases de escape no alcanzan la temperatura

Evolucion de La Contaminacion en El Sector Automovilistico

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