SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIONEn la Figura se muestra un esquema del sistema de escape donde se aprecian los distintos elementos que estn directa o indirectamente relacionados con el control de la evacuacin de gases producto de la combustin.1. Cilindros 2. Inyectores3. Valvulas de admisin4. Valvulas de escape 5. Multiple de escape6. Sonda lambda7. Unidad de comando8. Convertidor analtico9. SilenciadorEl mltiple de escape recolecta los gases producto de la combustin de cadacilindro y lo conduce a travs del convertidor cataltico y el silenciador. La sondolambda monitorea la cantidad de oxgeno y enva una seal a la unidad decomando, donde se determina si la mezcla es rica pobre, actuando sobre losinyectores para lograr una dosificacin apropiada de combustible. El convertidorcataltico, que se ver con mayor detalle en el captulo 5 de este manual, tiene porfuncin reducir los gases contaminantes.SISTEMAS DE EMISIONES PARA MOTORES DE GLP Y GNCEn general los motores de los vehculos de gas natural producen emisiones de COrelativamente mas bajas que los a gasolina y diesel, debido al bajo contenido decarbn del combustible, la ausencia del enriquecimiento de la mescla en elarranque en frio, y a la baja temperatura en los productos de la combustin de lasemisiones de escape.Los motores de gas natural tambin son capaces de conseguir niveles de NOx tanbuenos como los de los mejores motores de gasolina, y de 50 a 80% ms bajosque los niveles de NOx de los motores diesel. La emisin de partculas esextremadamente baja.Existen varias opciones y dispositivos para el tratamiento de los gases de escapede un motor de combustin interna a gasolina con el objeto de reducir lasemisiones de contaminantes atmosfricos. Entre los ms utilizados en los motoresmodernos, estn: el convertidor cataltico de tres vas; la vlvula EGR y el uso de combustibles alternativos, como el gas licuado de petrleo (GLP) y gas naturalcomprimido (GNC)-CONVERTIDOR CATALITICOEl convertidor cataltico es un dispositivo que permite el contacto entre gasescontaminantes y componentes activos (platino, paladio y rodio), disminuyendo lasemisiones de CO; HC y NOx.Los convertidores catalticos pueden tener diferentes configuraciones: slo deoxidacin; pre-convertidor mas convertidor; de reduccin y oxidacin con doblecama; catalizador de tres vas mas oxidacin de dos camas y cataltico de tresvas.

En los convertidores de oxidacin, el Platino y Paladio son los agentes catalticos que aceleran el proceso de oxidacin de convertir HC y CO en CO2 y H2O.Existen dos diseos internos bsicos utilizados por los convertidores catalticos para la oxidacin: el monoltico y el diseo en pellets (grnulos o bolitas de cermica). Ambos tipos de convertidores de oxidacin utilizan alrededor de 70%de platino y 30% de paladio. El convertidor monoltico consiste en un flujo difusor,un panal monoltico y una malla de acero inoxidable. El difusor de flujo esparce hacia fuera los gases de escape y los dirige a travs de pequeos pasillos en el panal, proporcionando espacios para la conversin de gases. El elemento monoltico es un material cermico cubierto con una capa muy delgada de platino y paladio. La malla de acero inoxidable protege del dao causado por vibraciones e impactos. El convertidor de tipo pellets consiste en deflectores, pellets deaislamiento y de oxido de aluminio. Un deflector desva los gases de escape haciaarriba y luego hacia abajo a travs de una cama de pellets de oxido de aluminiodonde las emisiones son convertidas. Los pellets estn cubiertos con platino y paladio.Un catalizador de reduccin controla emisiones de NOx reduciendo loscompuestos oxidados (NO y NO2) de regreso a sus componentes no oxidados (N2y O2). El Radio es el metal catalizador que ayuda a reaccionar al NOx con el COpara formar N2 (nitrgeno), CO2 y O2 inofensivos. La mezcla optima para elproceso de reduccin es un rango de mezcla aire/combustible ligeramente masrico 14.7:1 porque la reaccin necesita CO. Los convertidores de reduccinaparecen en los sistemas de vehculos en dos formas: en pre-convertidores y enconvertidores de dos camas.En vez de catalizador convencional de dos camas, algunos fabricantes devehculos utilizan dos convertidores separados para reducir y oxidar gases deescape. El primer convertidor o pre-convertidor, como es comnmente conocido,es en realidad un convertidor de reduccin. Los pre-convertidores son mspequeos que los convertidores comunes y estn situados ms cerca del motor.Debido a que estos operan a una mayor temperatura que el convertidor principal,estos contienen una mayor cantidad de radio. El radio tambin oxida y tiene unpunto ms alto de fusin que el platino o el paladio. Una vez que el motor secalent el pre-convertidor trabaja como la cama de reduccin del convertidorprincipal. El segundo convertidor es un convertidor monoltico regular oxidante.Convierte HC y CO en H2O y CO2, tal como un sistema sencillo de convertidor.En muchos casos, el sistema inyecta aire adicional entre los dos convertidorespara ayudar en el proceso de oxidacin.Un convertidor de dos camas es realmente un convertidor de reduccin (paraNOx) y de oxidacin (para HC y CO) integrados en una sola concha. Primero, losgases de escape se mueven pasando el agente reductor, reduciendo NOx en N2 yO2. Luego los gases de escape se mueven pasando los agentes oxidantes,convirtiendo HC y CO en CO2 y H2O. Normalmente no hay suficiente oxigenoproducido en el proceso de reduccin para oxidar HC y CO profundamente, por loque convertidores de dos camas generalmente obtienen oxigeno adicional de otrafuente, que frecuentemente es el sistema de aire. El N2 (nitrgeno) producido porel convertidor de reduccin es inerte, entonces pasa a travs de la segunda camadel convertidor sin reaccionar.Para convertir el HC, la reaccin de oxidacin necesita mas O2 de lo quenormalmente hay disponible despus de la reaccin de reduccin. En losconvertidores de dos camas con bomba de aire, sta se conecta al mismoconvertidor. En un sistema de dos convertidores, el aire se inyecta entre elconvertidor de reduccin y el de oxidacin. Esto suministra O2 a la segundaseccin sin alimentar ninguno a la seccin de reduccin de NOx durante laoperacin con motor caliente. O2 extra en ninguno a la seccin de reduccin deNOx prevendr al convertidor de reducir NOx. En sistemas con pre-convertidores,el aire es bombeado despus de los pre-convertidores y antes que el convertidorprincipal. Ciertos vehculos no inyectan aire dentro del convertidor en un motorcaliente si el vehculo ha estado en ralent de uno a tres minutos, para evitar el sobrecalentamiento del convertidor durante condiciones ricas en ralent. Si ustedesta probando un convertidor, tendr que permitirlo para esta posibilidad. Vuelva aencender el vehculo y crralo en ralent alto por 30 segundos antes de volver aprobarlo.Los convertidores de tres vas tienen ese nombre porque pueden reducir y oxidarlas tres emisiones en el mismo punto. Los convertidores de tres vas trabajaneficientemente en vehculos con retroalimentacin de oxigeno y suministro decombustible. La eficiencia depender del sistema de retroalimentacin ajustandola mezcla. Los convertidores de oxidacin requieren oxigeno extra para trabajareficientemente. Usualmente estas dos condiciones no suceden al mismo tiempo.Pero en un sistema de retroalimentacin de O2, la mezcla cambia de rica a pobre.Este cambio constante permite al convertidor reducir NOx al instante, y luegooxidar el HC y CO el siguiente.Algunos vehculos utilizan un diseo de tres vas, dos camas para aumentar suspropiedades de oxidacin. Estos convertidores utilizan cama de tres vas en elfrente y una cama oxidante en la parte de atrs del convertidor. La cama delconvertidor de tres vas trabaja como un simple convertidor de tres vas. ReduceNOx cuando los niveles de O2 del escape estn bajos, y oxida HC y CO cuando elO2 del escape es alto. Pero luego los gases entran en una segunda cama deoxidacin, para reducir los niveles de HC y CO, incluso los siguientes. Un sistemade aire bombea aire adicional entre las camas del convertidor como un convertidorStandard de dos camas.Si la mezcla del combustible no es controlada por el sensor de O2 deretroalimentacin, la mezcla de combustible se quedar dentro de un rangoreducido, o en una bomba de convertidores de dos camas para funcionarapropiadamente. Esta banda va de 0.05 en el lado rico del ideal 14.7:1 del rangoestequiomtrico. Por lo que la banda es de 14.7:1 a 14.75:1.En el diagnostico de emisiones, lo debemos determinar con precisin si el vehculoesta operando dentro de o cerca de esta banda. La cual es estrecha por dosrazones.

En la Figura anterior, se presenta un esquema de convertidor catalticode tres vas donde se identifican sus principales componentes. Elsustrato tiene la funcin en proporcionar la mayor superficie de contactoposible entre los gases de escape y los metales nobles y est constituidopor un monolito cermico que posee una serie de cavidades de tamaoaproximado de 0.15 mm por lado, con una densidad entre 200 y 500celdas por in2, siendo un valor aceptable de 400 celdas por in2, paralograr eficiencias sobre el 80%. Sobre el sustrato se instala una capa deun material inorgnico denominadowashcoat , mediante un procesotrmico que se realiza a una temperatura entre 400 a 500 C, sobre elque se depositan los componentes activos (metales nobles). La carcasacorresponde al receptculo donde se sita el monolito, cubierto por unaislante trmico de asbesto, que cumple, adems, la funcin deproteccin ante eventuales golpes.Para un buen funcionamiento del convertidor, en trminos de eficiencia, serequiere que la temperatura de los gases supere los 250 C. Otro parmetro queincide sobre la eficiencia, es la relacin aire/combustible, dado que las mejoreseficiencias se consiguen cuando =1. Para que el convertidor funcione apropiadamente, los niveles de oxigeno deescape y el sistema de retroalimentacin de O2 deben interactuaradecuadamente. Si la computadora no atiende al sensor de oxigeno, el sistema nomantendr los niveles donde corresponden.-VALVULA AGR El sistema EGR (Exhaust GasRecirculacin), regula la produccinde NOx, diluyendo el aire deadmisin con gases de escape,hasta en un 20%, reduciendo tantola temperatura mxima de llamacomo el contenido de O2 en losgases quemados, reduciendo, enconsecuencia las emisiones deNOx. El sistema consiste en unacoleccin (3) de los gases deescape (6) y su inyeccin el aire deadmisin (1), controlada por lamariposa (2). Esta coleccin sehace a travs de la vlvula EGR (5), activada por una unidad de control (4) La mayora de los sistemas EGR no funcionan cuando el motor se encuentraoperando a baja velocidad, ni durante el encendido (calentamiento inicial). Elsistema no es necesario en estas condiciones de operacin, debido a que lastemperaturas de combustin son bajas, aparte de poder producir un malfuncionamiento del motor en esas condiciones. Tambin se corta elfuncionamiento del sistema cuando se requiere potencia, debido a que el sistemareduce la potencia y adems, en los valores mximos de potencia del motor, lamezcla es generalmente rica, lo que implica que no hay suficiente oxgeno para laformacin de NOx.-SENSOR DE OXIGENOEl sensor de oxigeno es una entrada de la unidad electrnica de control decombustible que indica a la unidad de control si los gases de escape estn en unamezcla rica o pobre. En virtud de que existen varios tipos de sensores (calentadoso no calentados, de titanio o de circonio), todos operan bsicamente de la mismaforma, es decir, responden al monto de oxigeno en el escape.En general los sensores de oxigeno son sensores de zirconio, que producen supropia seal de voltaje, basndose en la diferencia del nivel de oxgeno que haydentro del escape y en el aire exterior. Estos sensores de oxgeno son los que seutilizan en automviles como los General Motors, Ford, etc.Los fabricantes asiticos generalmente utilizan sensores de titanio. Los sensoresde oxgeno de titanio no producen sus propias seales de voltaje, sino que elsistema manda una seal de un volt al sensor y el sensor acta como un restatovariable, controlando el nivel de voltaje en la computadora.La mayora de los sistemas EGR no funcionan cuando el motor se encuentraoperando a baja velocidad, ni durante el encendido (calentamiento inicial). Elsistema no es necesario en estas condiciones de operacin, debido a que lastemperaturas de combustin son bajas, aparte de poder producir un malfuncionamiento del motor en esas condiciones. Tambin se corta elfuncionamiento del sistema cuando se requiere potencia, debido a que el sistemareduce la potencia y adems, en los valores mximos de potencia del motor, lamezcla es generalmente rica, lo que implica que no hay suficiente oxgeno para laformacin de NOx.-SENSOR DE OXIGENOEl sensor de oxigeno es una entrada de la unidad electrnica de control decombustible que indica a la unidad de control si los gases de escape estn en unamezcla rica o pobre. En virtud de que existen varios tipos de sensores (calentadoso no calentados, de titanio o de circonio), todos operan bsicamente de la mismaforma, es decir, responden al monto de oxigeno en el escape.En general los sensores de oxigeno son sensores de zirconio, que producen supropia seal de voltaje, basndose en la diferencia del nivel de oxgeno que haydentro del escape y en el aire exterior. Estos sensores de oxgeno son los que seutilizan en automviles como los General Motors, Ford, etc.Los fabricantes asiticos generalmente utilizan sensores de titanio. Los sensoresde oxgeno de titanio no producen sus propias seales de voltaje, sino que elsistema manda una seal de un volt al sensor y el sensor acta como un restatovariable, controlando el nivel de voltaje en la computadora.

El catalizador se compone de un recipiente de chapa como cuerpo (6), un soporte(5) y el recubrimiento cataltico activo de metal precioso (4).

CATALIZADOR ACUMULADOR DE NOxFuncin:en los modos de funcionamiento con mescla pobre el catalizador de tresvas no puede transformar por completo los xidos de nitrgeno (NOx) que seproducen durante la combustin. En este caso el oxigeno para el proceso deoxidacin del monxido de carbono y de los hidrocarburos no se disocia de losxidos de carbono de otra manera.Estructura y Recubrimiento:el catalizador acumulador de NOx est estructuradode modo similar al catalizador de tres vas. Adicionalmente el recubrimiento conplatino, paladio y rodio, contiene aditamentos especiales que pueden acumularxidos de nitrgeno.Funcionamiento: Por razn del recubrimiento de metales preciosos, el catalizadoracumulador de NOxen el funcionamiento con = 1 acta como un catalizador detres vas. Adicionalmente transforma los xidos de nitrgenos no reducidos en losgases de escape pobres. Esta transformacin no se efecta sin embargo de modocontinuado como con el monxido de carbono y los hidrocarburos, sino quetranscurre en tres etapas:1.-Acumulacin de NOx2.-Desacumulacion de NOx3.-TransformacionExisten 2 posibilidades de reconocer cuando el catalizador est saturado y haterminado la fase de acumulacin:-El procedimiento basado en un modelo calcula la cantidad de NOx acumulado,tomando en cuenta la temperatura del catalizador.-Un sensor de NOx (6) dispuesto detrs del catalizador de NOx mide laconcentracin de NOx en los gases de escape.

-CIRCUITO DE REGULACION LAMBDAFuncin:con objeto de que en sistemas que trabajan solo con un catalizador detres vas la cuota de transformacin sea lo ms alta posible para los trescomponentes contaminantes, estos tienen que encontrarse en un equilibrioqumico. Eso exige una composicin de la mezcla en la relacin estequiometria de = 1 la ventana en la que ha de encontrarse la relacin aire y combustible es por eso muy pequea.

SISTEMAS PARA EL CONTROL DE EMISION PARA VEHICULOS DIESELCatalizadores de Oxidacin Diesel (DOC) Los DOC oxidan los hidrocarburos (HC), el monxido de carbono (CO) y lafraccin orgnica soluble de la materia particulada (PM). Un DOC tambin puedefuncionar a niveles de azufre superiores a 500 ppm, pero existe el riesgo de que elazufre contenido en el combustible tambin se oxide y forme un sulfato con lo cualen realidad aumentarn las emisiones totales de materia particulada. Cuanto msbajo sea el nivel de azufre en el combustible, ms eficiente ser el funcionamientodel DOC. Se estima que las reducciones de emisiones debido a la utilizacin delDOC se sitan entre alrededor de un 20% y un 50% en el caso de materiaparticulada y entre un 60% y un 90% en el caso de los hidrocarburos y delmonxido de carbono.Los DOC son la tecnologa de control de emisiones disel ms comn disponiblepara retroadaptacin, habindose instalado ms de 20,000 de ellos en autobusesy camiones que recorren grandes distancias en los Estados Unidos y en la UninEuropea

Los DOC reemplazan al silenciador (son del mismo tamao y peso) y suinstalacin dura unas dos horas. Esa instalacin es directa, ya que no se requierenotros cambios aparte del reemplazo del silenciador. El costo de la retro adaptacinde un DOC vara entre 600 dlares y 2.000 dlares para camiones pesados.Filtro de Partculas Diesel (DPFs) Los DPF funcionan capturando materia particulada en un filtro y oxidando (esdecir, quemando) esas partculas. Existen dos tipos de DPF, que varan segn laforma en que se oxidan la materia particulada. En un filtro pasivo, se utiliza uncatalizador que reduce la temperatura necesaria para que los gases de escapeoxiden la materia particulada. En un sistema activo, la materia particulada se oxidadebido al calor tan pronto como el filtro se llena. El calor se suministra de fuentesexternas, como un calentador elctrico. Actualmente, un modelo comn consisteen combinar un DOC y un DPF en un paquete nico. Los DPF (especialmente lossistemas pasivos) requieren por lo general niveles de azufre muy bajos (