MCI

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGA Y MECNICACARRERA DE INGENIERA MECNICA

TRABAJO INDIVIDUAL (Sistema de Escape)

Asignatura:MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

Alumno: QUISHPE CHICAIZA FAUSTO DANILO

Tutor:ING. GUILLERMO CABRERA

Nrc:1725

Fecha de entrega:18 de FEBRERO del 2015

SISTEMA DE ESCAPEINTRODUCCIN31.Definicin de Sistema de Escape62.Funciones y Caractersticas del Sistema de Escape63.Fluido de Trabajo de los Sistemas de Escape: Los Gases de Escape73.1.Definicin de Gases de Escape73.2.Gases contaminantes y efectos nocivos73.2.1.Monxido de Carbono73.2.2.Hidrocarburos73.2.3.xidos de Nitrgeno83.2.4.Plomo83.3.Composicin de los Gases de Escape83.3.1.Motor a gasolina83.3.2.Motor a diesel94.Partes del Sistema de Escape94.1.Vlvulas de escape104.2.El mltiple de escape.114.3.Header124.4.Catalizador134.4.1.Partes de un catalizador144.4.2.Precauciones en el catalizador154.4.3.Clases de catalizadores154.5.Sensor de oxgeno o sonda Lambda194.6.El silenciador204.6.1.Funcionamiento del silenciador204.7.Resonador224.8.Tubos de Escape224.8.1.El tubo de cola.234.8.2.Los tramos de tubo244.9.Sensores en el sistema de escape con acumulador de NOx244.9.1.Sensor de temperatura244.9.2.Sensor de NOx255.Sistema de recirculacin de gases de escape - EGR275.1.Vlvulas EGR285.2.Sistema EGR refrigerado306.Sistema de Inyeccin de aire adicional en el escape316.1.Gestin electrnica de la inyeccin de aire en el escape326.2.Activacin del sistema de inyeccin de aire en el escape327.Averas en el Sistema de Escape338.Bibliografa34

INTRODUCCIN

El sistema de escape es el encargado de transportar los gases quemados por el motor desde el interior de los cilindros hasta la atmsfera, reduciendo el sonido generado y transformando parte de las sustancias contaminantes de dichos gases en no txicas.

Es por ello que el sistema de escape del motor de combustin interna desempea un rol importantsimo en la conservacin medio ambiental.

Finalmente, el sistema de escape del motor tiene estrecha relacin en lo que se refiere a la optimizacin del rendimiento del motor, ya que para lograr un funcionamiento ms eficiente del motor se debe alejar los gases residuales del proceso de combustin.El espacio disponible debajo del vehculo determina la configuracin del sistema de escape, entonces debido a que el diseo de cada automvil es distinto, la configuracin del sistema de escape para cada vehculo tambin ser distinta.Si el diseo del sistema de escape es incorrecto entonces el flujo de gases se puede restringir, y si dicha restriccin en el flujo de los gases es excesiva puede: Disminuir la potencia del motor. Reducir el millaje por galn y el rendimiento. Daarse el motor.

Figura 1.- Sistema de EscapeLa vida til del sistema de escape no se puede determinar de manera precisa, pero se estima que el sistema de escape de un motor de combustin interna tiene una vida til de 2 a 3 aos aproximadamente.La vida til del sistema de escape se ve influencia por los siguientes factores:

Los componentes del sistema de escape de un motor de combustin interna pueden fallar debido a:

El sistema de escape o alguno de sus componentes debe ser sustituido cuando:

Las consecuencias de un Sistema de Escape en mal estado son:

1. Definicin de Sistema de Escape

El sistema de escape es el conjunto de elementos y partes que hacen posible la salida apropiada de los gases que son producto de las explosiones que genera la combustin del motor; es uno de los sistemas ms importantes para el buen funcionamiento del mismo.

2. Funciones y Caractersticas del Sistema de Escape

En el diagrama 1 se pueden ver las principales funciones y caractersticas del sistema de escape:

Diagrama 1: Funciones y caractersticas del sistema de refrigeracin.

3. Fluido de Trabajo de los Sistemas de Escape: Los Gases de Escape

3.1. Definicin de Gases de Escape

Los gases de escape son el material residual en forma de gas que ya no tiene utilidad y que se genera como consecuencia del proceso de combustin.

Los gases emitidos por un motor de combustin interna son, principalmente, de dos tipos: inofensivos y contaminantes. Los primeros estn formados, fundamentalmente, por Nitrgeno, Oxgeno, Dixido de Carbono, vapor de agua e Hidrgeno. Los segundos o contaminantes estn formados, fundamentalmente, por el Monxido de Carbono, Hidrocarburos, xidos de Nitrgeno y Plomo.

Estas sustancias nocivas representan slo una parte mnima de todas las emisiones de un motor moderno: slo el 1,1 % en los motores de gasolina y el 0,2 % en los motores disel. En su mayor parte, los gases de escape estn compuestos de nitrgeno, agua y dixido de carbono. Pero es importante convertir en inofensivas tambin las sustancias nocivas cuyas cantidades son, en comparacin, mucho ms pequeas. Para reducir considerablemente estas sustancias txicas se utiliza el catalizador.

3.2. Gases contaminantes y efectos nocivos

3.2.1. Monxido de Carbono

El monxido de carbono (tambin denominado anhdrido carbonoso), en cuanto se inhala y llega al sistema circulatorio, impide la unin de las molculas de oxgeno a la hemoglobina de la sangre. A partir de una concentracin de 1,28 % de monxido de carbono en el aire se produce la muerte por asfixia en un intervalo de entre 1 y 2 minutos.

3.2.2. Hidrocarburos

Los hidrocarburos son compuestos qumicos que slo contienen carbono (C) e hidrgeno (H). Se pueden encontrar en grandes cantidades en el petrleo, el gas natural y el carbn, en los que representan los autnticos portadores de la energa. Dependiendo de su estructura molecular, presentan diferentes efectos nocivos. El Benceno, por ejemplo, es venenoso por s mismo, y la exposicin a este gas provoca irritaciones de piel, ojos y conductos respiratorios.

3.2.3. xidos de Nitrgeno

No slo irritan la mucosa sino que en combinacin con los hidrocarburos contenidos en el smog y con la humedad del aire producen cidos nitrosos, que posteriormente caen sobre la tierra en forma de lluvia cida y contaminan grandes reas.

3.2.4. Plomo

Es el metal ms peligroso contenido en los aditivos del combustible. Inhalado puede provocar la formacin de cogulos o trombos en la sangre, de gravsimas consecuencias patolgicas.

3.3. Composicin de los Gases de Escape

3.3.1. Motor a gasolina

En el motor a gasolina, la composicin en porcentajes de los gases de escape se muestra en la figura 1:

Figura 1: Composicin de los gases de escape en el motor a gasolina.

3.3.2. Motor a diesel

Para el motor a diesel, la composicin en porcentajes de los gases de escape se muestra en la figura 2:

Figura 2: Composicin de los gases de escape en el motor a diesel.

4. Partes del Sistema de Escape

En la figura 3 se muestra un diagrama de bloques de un sistema de escape, en el cual se observa sus partes constitutivas:

Figura 3: Partes del sistema de escape.

Como se muestra en la figura 3, los gases muy calientes (hasta 700C), que abandonan el motor se hacen converger en el mltiple de escape, y se conducen a travs de tuberas a los distintos dispositivos que componen el sistema, hasta terminar en la atmsfera a travs del tubo de cola, a ms de 100C.

4.1. Vlvulas de escape

Las vlvulas de escape se someten a altas prestaciones mecnicas, ya que se mueven a alta velocidad cuando el motor gira rpido, y su principal misin es la de cerrar hermticamente la salida de lacmara de combustin. Estos elementos estn en el medio del paso de gases a ms de 700C cuando el motor trabaja con carga y velocidad elevadas.

Las vlvulas de escape se hacen deacerosmuy especiales, como se observa en la figura 4, y son capaces de resistir por largo tiempo la accin erosionante y corrosiva de los gases de salida y tambin las altas temperaturas de trabajo, pero aun as deben estar provistas de un sistema de enfriamiento.

Figura 4: Vlvulas de escape.

Las vlvulas de escape son de menor dimetro que las de admisin para asegurar su rigidez. El vstago se hace hueco e incluso la cabeza para rellenarlos en parte con sodio consiguiendo rebajar la temperatura de funcionamiento unos 150C consiguiendo por tanto que la vida de las vlvulas se prolongue.

La vlvula de escape se monta como se muestra en la figura 5:

Figura 5: Montaje de la vlvula de escape.4.2. El mltiple de escape.

El mltiple de escape es un conjunto de conductos que hacen converger los gases quemados a un tubo nico dotado de un platillo de acople donde se une el tubo de escape.

Este elemento debe tener suficiente resistencia a la corrosin para ser duradero a las altas temperaturas de funcionamiento, lo que generalmente se logra con un proceso dealuminacin,silicacin,cromizacino la combinacin de estos procesos sobre un tubo de acero, o bien utilizando hierro fundidoaleado, adems debe impedir un elevado enfriamiento de los gases calientes, por eso, es comn que sea de paredes metlicas gruesas.

La forma y longitud de los tubos del mltiple de escape pueden jugar un papel notable a la hora de favorecer la limpieza del cilindro, y su diseo en particular est relacionado con las caractersticas del motor.

En la figura 6 se indica un mltiple de escape hecho por soldadura de un motor de cuatro cilindros.

Figura 6: Mltiple de escape.

En los mltiples de escape, la convergencia en "Y" al final del mismo se usa porque tiene ventajas con respecto a otras formas, como producir un cambio de direccin suave y poco pronunciado en la trayectoria de los gases, lo que introduce pocas prdidas por rozamiento y evita adems la posibilidad de rebote de las ondas de presin. Adems, realizan un efecto de succin, lo que produce limpieza adicional del cilindro

4.3. Header

Los headers tienen un mejor flujo de gases que los mltiples de escape, ya que, cada cilindro tiene su propio tubo primario, y los pulsos de los gases de escape no tienen que pelear por el espacio. Los primarios largos y de igual longitud son mejores que los cortos desiguales, porque llegan al colector en el mismo orden que el de disparo de los cilindros, y de hecho, los pulsos que llegan al colector ayudan a extraer los gases del siguiente cilindro por la creacin de una zona de baja presin, que los gases del siguiente cilindro se apuran en llenar. Sus nicos inconvenientes son el ruido y la durabilidad

Figura 7: Header.

4.4. Catalizador

El catalizador se sita en el interior del tubo de escape, y tiene como funcin reacondicionar los gases producidos en la combustin.

La utilizacin de este dispositivo se debe a la necesidad de eliminar hasta un alto porcentaje los gases txicos que acompaan al escape del motor. Solo est reglamentado su uso obligatorio en algunos pases, donde el trnsito vial es intenso y por consiguiente la contaminacin ambiental elevada.

El catalizador, mostrado en la figura 8, funciona como un acelerador de la reaccin qumica que combina los compuestos de los gases de escape para obtener dixido de carbono y vapor de agua como elementos finales. Para lograr este objetivo utiliza platino y rodio (tambin paladio) como elementos aceleradores de la reaccin qumica.

Figura 8: Catalizador.En los catalizadores por oxidacin el monxido de carbono lo convierte en dixido de carbono al volverlo a combinar con el oxgeno. Los hidrocarburos tambin se combinan con el oxgeno obteniendo de nuevo dixido de carbono y vapor de agua.

Los catalizadores por reduccin convierten los xidos de nitrgeno en nitrgeno y oxgeno libre que se utiliza en los procesos anteriores. Un catalizador de tres vas combina los sistemas anteriores pero necesita una temperatura superior a 400C para funcionar correctamente y que la mezcla de aire y gasolina sea la estequiomtrica. Tampoco puede ser utilizado con gasolina con plomo al anular este material la funcin de los elementos del catalizador.

Otro componente indeseable en la gasolina es elazufre, debido a que produce sulfuro de hidrgeno que tiene un olor desagradable. Existen otras reacciones adversas en el catalizador pero el diseo cada vez mejor de estos va resolviendo esos problemas.

4.4.1. Partes de un catalizador

En la figura 9 se muestra la vista en corte de un catalizador.

Figura 9: Vista en corte de un catalizador.

La parte fundamental del catalizador es un cuerpo en forma de panal de abejas que ocupa todo el ncleo, y por donde pasan los gases de escape a travs de las celdas. Este cuerpo puede ser de alguna aleacin metlica de alta resistencia a la corrosin y a la temperatura, o de cermica, y tiene recubierto el interior de las celdas con una capa que contiene los materiales catalizadores (sustrato activo).

Se favorece las reacciones con la gran compartimentacin del ncleo, que hace que la superficie de contacto entre los gases de escape y los materiales catalizadores sea muy elevada, sin embargo, esto supone un elemento que adiciona resistencia al flujo de los gases, por lo que existe constante trabajo en el diseo y mejoras del ncleo.

El ncleo est hecho de un material frgil, recubierto de material refractario expandido para evitar su rotura durante las dilataciones y contracciones de todo el conjunto al calentarse y enfriarse. Por fuera del pao hay una cubierta metlica de proteccin, luego esta cubierta, a su vez, est rodeada de un material aislante para evitar el enfriamiento del catalizador, y, finalmente, viene la cubierta externa.

4.4.2. Precauciones en el catalizador

Las reacciones qumicas principales que se desarrollan en el catalizador son de tipo exotrmicas, es decir generan calor, por eso es normal que los gases de salida tengan una temperatura superior que los de entrada, si la cantidad de oxgeno sobrante e hidrocarburos sin quemar que llegan al convertidor es muy grande, se puede dar el caso de que se fundan parcialmente algunas partes del ncleo arruinando por completo el dispositivo.

4.4.3. Clases de catalizadores

En el diagrama 2 se indican las clases ms comunes de catalizadores.

Diagrama 2: Tipos de catalizadores.

4.4.3.1. Catalizador de tres vas

Los catalizadores de tres vas, llamados as porque actan eliminando los tres contaminantes principales en el mismo compartimento mediante acciones de oxidacin y reduccin, transformando a los mismos en compuestos no txicos: nitrgeno, agua y dixido de carbono.

Su mayor eficacia depende de forma importante de la mezcla de los gases en la admisin. La mezcla se debe mantener muy prxima a un valor estequiomtrico que se considera ptimo para l=1. Por ello, se emplea un dispositivo electrnico de control y medida permanente de la cantidad de oxgeno en los gases de escape, mediante la llamada sonda lambda, que efecta correcciones constantes sobre la mezcla inicial de aire y combustible segn el valor de la concentracin de oxigeno medida en el escape.

Este catalizador se emplea en los motores de inyeccin de gasolina, y se muestra en la figura 10.

Figura 10: Seccin de un catalizador de tres vas.

En la figura 11 se muestra un esquema de los procesos qumicos que se producen en un catalizador de tres vas.

Figura 11: Procesos qumicos que se producen en un catalizador de tres vas.

4.4.3.2. Catalizadores para sistemas de inyeccin directa de gasolina

El sistema de escape ha sido adaptado a las exigencias de un motor coninyeccin directa de gasolina. Hasta ahora era un gran problema el tratamiento de los gases de escape en motores con inyeccin directa de gasolina. Esto se debe a que con un catalizador convencional de tres vas no se pueden alcanzar los lmites legales de emisiones de xidos ntricos en los modos estratificado, pobre y homogneo-pobre. Por ello se incorpora para estos motores un catalizador-acumulador de NOx, como se indica en la figura 12, que almacena los xidos ntricos (NOx) en estos modos operativos. Al estar lleno el acumulador se pone en vigor un modo deregeneracin, con el cual se desprenden los xidos ntricos del catalizador-acumulador y se transforman en nitrgeno.

Figura 12: Sistema de escape para los motores de inyeccin directa de gasolina.

El catalizador acumulador de NOx, contiene en las capas catalticas materiales adicionales que pueden almacenar el NOx, como el xido brico. Todos los recubrimientos corrientes del acumulador de NOx contienen al mismo tiempo las propiedades de un catalizador de tres vas, de forma que el catalizador acumulador de NOx trabaja para lambda = 1 como un catalizador de tres vas.

La conversin de NOx en funcionamiento por mezcla estratificada pobre se lleva a cabo, primero formando NO2, que luego reacciona con los aditivos que hay en el recubrimiento en forma de nitratos (p.ej. nitrato de bario); posteriormente los xidos de nitrgeno almacenados se eliminan (desacumulacin) y son convertidos; por ltimo, se calcula la acumulacin y desacumulacin con un procedimiento modelo reforzado o se mide con un sensor NOx, o sonda lambda detrs del catalizador.

4.5. Sensor de oxgeno o sonda Lambda

Para ser ptima, la catlisis requiere una mezcla aire/combustible muy precisa que permita regular la temperatura del catalizador (entre 600 y 800).

La sonda Lambda, que se muestra en la figura 13, tiene como misin medir el contenido de oxgeno de los gases de escape e informar de ello al calculador o centralita. Este ltimo corrige la cantidad de gasolina suministrada al motor para obtener una mezcla ptima.

Figura 13: Sonda Lambda.

Estos dispositivos solo se usan en los automviles dotados deinyeccin de gasolinay algunosdiesel.

Segn los datos recibidos de la sonda, la centralita enriquece o empobrece la mezcla para conseguir la proporcin adecuada de elementos en los gases de escape (necesaria para el correcto funcionamiento del catalizador).

La sonda Lambda est formada por dos electrodos que son capaces de generar una corriente elctrica cuando se produce una notable diferencia de oxgeno entre ellos. Un electrodo (cubierto de platino) est en contacto con los gases de escape, mientras que el otro electrodo est en contacto con la atmsfera. La sonda Lambda se coloca en el conducto de escape y cerca del colector para mantener sus electrodos a una temperatura superior a los 200C. Con la tensin generada, la centralita electrnica conoce la riqueza de la mezcla y establece las correcciones necesarias.4.6. El silenciador

El silenciador, que se indica en la figura 14, acta como un amortiguador del ruido que se producira si la onda mecnica de choque generada cuando se abre la vlvula de escape llegase directamente al exterior.

Figura 14: Silenciador.

Hay infinidad de diseos de silenciadores con mejor o peor eficiencia acstica, pero todos sin excepcin, lo que buscan es convertir el flujo pulsante de ondas de choque de los gases de escape a un flujo continuo y silencioso.

4.6.1. Funcionamiento del silenciador

La clave para el funcionamiento de este elemento radica en conducir los gases de escape que salen del motor, como ondas de choque desde cada uno de los cilindros, a una cmara donde estas ondas choquen y se reflejen desde las paredes y acten de manera destructiva sobre las ondas entrantes.

En la figura 15 se representa un esquema simplificado de como se atenan las ondas dentro del silenciador.

Figura 15: Atenuacin de las ondas en un silenciador.

El silenciador es una cmara cerrada, con una entrada por donde se introducen los gases del motor y una salida al resto del tubo de escape. Adentro tiene un tabique separador para formar dos cmaras (pueden llegar hasta 4), a una de las cmaras se introduce la mezcla entrante (rojo), formada por una serie de pulsos de presin u ondas de choque, estas ondas se mueven por la cmara hasta alcanzar la pared de donde se reflejan (azul).

Si la distancia desde la boca del tubo de entrada hasta la pared del fondo se calcula bien, teniendo en cuenta la velocidad de propagacin de las ondas en ese medio, se puede lograr que las ondas de rebote interacten con las de entrada interfirindolas de modo destructivo, con la consiguiente disminucin de la amplitud.

Despus de haber pasado por la primera cmara, pasan a la otra, donde el efecto se repite, y al final del silenciador salen los gases con las ondas (equivalentes al ruido) muy atenuadas.

Para favorecer la atenuacin de ondas, en los silenciadores reales se utilizan otros mecanismos, como llenar de perforaciones los tubos interiores para convertir la onda de choque en mltiples ondas (una por cada agujero), que al moverse y rebotar dentro de la cmara producen un intenso patrn de interferencia.Tambin se suele llenar el espacio interior del silenciador con un material fibroso que absorbe y atena las ondas sonoras.

4.7. Resonador

Es un dispositivo con funcionamiento anlogo al silenciador, y que refuerza el trabajo de eliminacin de ruidos para obtener un escape ms silencioso. El resonador es el que controla las ondas de presin que van y vienen dentro del tubo de escape permitiendo que tengan las caractersticas ptimas para el funcionamiento del motor. Se muestra en la figura 16. No todos los vehculos tienen resonador, se reserva su uso para los automviles ms caros y silenciosos.

Figura 16: Resonador.

Hay una variante del resonador que hace todo lo contrario, lo que busca es cambiar el patrn de ruido y hacerlo de mayor volumen y con una frecuencia modificada que da la impresin sicolgica de un motor ms potente. Estos resonadores no vienen nunca de fbrica en los automviles, se compran y montan por los amantes a esos ruidos. Lo ms comn es que se coloquen en el lugar del tubo de cola.

4.8. Tubos de Escape

El tubo de escape se encarga de dirigir los gases de la combustin y el vapor recolectados del mltiple de escape o header hacia otro componente, y puede ser de los tipos mostrados en el diagrama 3:

Diagrama 3: Tipos de tubos de escape.

4.8.1. El tubo de cola.

Durante su trayectoria a lo largo de todo el laberinto anterior en el tubo de escape, los gases se han enfriado, este enfriamiento, en ciertos casos de funcionamiento a poca potencia, permite que los gases puedan llegar a una temperatura menor de 100C dentro del tubo de escape, lo que implica que el abundante vapor de agua que contienen pueda condensarse como agua lquida, ms probablemente en el tubo de cola que est al final. Debido a que el agua en este estado puede formar soluciones con las otras sustancias que contienen los gases de escape, para producir agentes muy corrosivos, el tubo de cola debe fabricarse con materiales altamente resistentes a la corrosin. Adems de este factor funcional, el tubo de cola es el elemento visible del tubo de escape, como se muestra en la figura 17, y se construye de materiales vistosos.

Figura 17: Tubo de cola.

4.8.2. Los tramos de tubo

No son tramos de un tubo cualquiera, son en general de paredes muy finas para que sean de poco peso, y relativamente flexibles, de modo que se pueda evitar cargas adicionales a las partes integrantes durante las dilataciones y contracciones, por el notable cambio de temperatura entre reposo y funcionamiento. Adems reciben un tratamiento protector superficial, generalmente aluminado, que les permite resistir condiciones adversas por largo tiempo.

4.9. Sensores en el sistema de escape con acumulador de NOx

4.9.1. Sensor de temperaturaEl sensor de temperatura de los gases de escape va atornillado en el tubo de escape detrs del catalizador. Mide la temperatura de los gases de escape y transmite esta informacin a la unidad de control del motor, como se muestra en la figura 18.

Figura 18: Sensor de temperatura.

Con ayuda de la seal procedente del sensor de temperatura de los gases de escape, la unidad de control del motor calcula, entre otras cosas, la temperatura en el catalizador-acumulador de NOx. Esto es necesario porque dos razones: el catalizador-acumulador de NOx slo puede almacenar xidos ntricos a una temperatura operativa entre los 250C y 500C; el azufre se almacena interinamente en el catalizador-acumulador de NOx, y para desprenderlo nuevamente en los puntos de retencin es preciso que la temperatura en el catalizador-acumulador sea de 650 C como mnimo.

En el sensor se encuentra una resistencia de medicin con coeficiente negativo de temperatura (NTC). Eso significa, que a medida que aumenta la temperatura se reduce su resistencia y la tensin de la seal aumenta, como muestra la figura 19. Esta tensin de la seal est asignada a una temperatura especfica en la unidad de control del motor.

Figura 19: NTC y su curva caracterstica.

4.9.2. Sensor de NOx

Va atornillado en el tubo de escape, directamente detrs del catalizador-acumulador de NOx. En ste se determina el xido ntrico (NOx) y el contenido de oxgeno en los gases de escape y se transmiten las seales correspondientes a la unidad de control para sensor de NOx.

Consta de dos cmaras, dos celdas de bomba, varios electrodos y una calefaccin. El elemento sensor consta a su vez de dixido de circonio, como se observa en la figura 20.

El circonio presenta la particularidad de que, al tener una tensin aplicada, los iones negativos de oxgeno del electrodo negativo se desplazan hacia el electrodo positivo.

Figura 20: Sensor NOx.

Con la ayuda de la seal proveniente del sensor NOx se detecta y comprueba:

Si es correcto el funcionamiento del catalizador. Si es correcto el punto de regulacin lambda = 1 de la sonda lambda de banda ancha en el precatalizador o si se tiene que corregir. Cundo est agotada la capacidad de acumulacin en el catalizador-acumulador de NOx y cundo se tiene que iniciar un ciclo de regeneracin de NOx o de azufre.

El funcionamiento del sensor de NOx se basa en la medicin de oxgeno y se puede derivar del de una sonda lambda de banda ancha.

5. Sistema de recirculacin de gases de escape - EGR

Este sistema se utiliza actualmente su uso en prcticamente todos los motores Diesel y cada vez ms en los de gasolina.

Para reducir las emisiones de gases de escape, principalmente el xido de nitrgeno (NOx), se utiliza el Sistema EGR que renva una parte de los gases de escape al colector de admisin, con ello se consigue que descienda el contenido de oxgeno en el aire de admisin que provoca un descenso en la temperatura de combustin que reduce el xido de nitrgeno (NOx). Sin embargo hay que precisar que la emisin de xidos de nitrgeno (NOx) en los motores Diesel solamente es posible reducirla por este mtodo alrededor de un 50% y para mayores tasas de reduccin debe recurrirse a otros sistemas, como el empleo de catalizadores.En el caso de los motores diesel disminuye adems la formacin de partculas de holln en alrededor de un 10%. Un exceso de gases de escape en el colector de admisin, aumentara la emisin de carbonilla.El momento de activacin del sistema EGR se calcula por la ECU, teniendo en cuenta:

El rgimen motor. El caudal de combustible inyectado. El caudal de aire aspirado. La temperatura del motor. La presin atmosfrica reinante.

Normalmente el sistema EGR solamente est activado a una carga parcial y temperatura normal del motor, nunca con el motor fro o en aceleraciones.

En la figura 21 se puede ver el esquema bsico de un sistema EGR, donde la vlvula EGR enva una parte de los gases de escape al colector de admisin, todo ello controlado por la ECU que decide cuando y que cantidad de gases de escape se hacen recircular.

Figura 21: Sistema EGR tpico.5.1. Vlvulas EGR

La vlvula EGR es la encargada de hacer recircular los gases de escape del colector de escape al colector de admisin, es decir, dosifica el caudal de gases de escape reciclados. El sistema est instalado en el colector de gases de escape o en el sector de aspiracin o tambin puede ir ubicado en un tubo termoresistente que conecta el colector de escape con el colector de admisin.

Las vlvulas EGR pueden clasificarse de acuerdo a su funcionamiento en dos tipos:

Las vlvulas neumticas EGR se activan mediante vaco a travs de las vlvulas electromagnticas (electrovlvulas), como se muestra en la figura 22. Una vista en corte de una vlvula EGR neumtica se muestra en la figura 23.

Figura 22: Vlvulas EGR neumticas.

Figura 23: Seccin de una vlvula EGR neumtica.

Las vlvulas EGR elctricas o electromagnticas estn controladas directamente por el instrumento de mando (son autnomas) y ya no necesitan ms el vaco ni las vlvulas solenoides, como se indica en la figura 24.

Figura 24: Vlvula EGR elctrica.La vlvula EGR elctrica cuenta con un pequeo sensor de posicin en su interior que informa a la UCE en todo momento, la posicin que ocupa el elemento que abre o cierra el paso de la recirculacin de los gases de escape. Su vista en corte se muestra en la figura 25.

Figura 25: Seccin de una vlvula EGR elctrica.5.2. Sistema EGR refrigerado

Un radiador para recirculacin de gases de escape se encarga de que se reduzca an ms la temperatura de la combustin a base de refrigerar los gases de escape que se realimentan y posibilita la recirculacin de una mayor cantidad de gases de escape. Este efecto se intensifica con la recirculacin de gases de escape a baja temperatura. El sistema se esquematiza en la figura 26.

Figura 26: Sistema EGR refrigerado.6. Sistema de Inyeccin de aire adicional en el escape

El sistema de inyeccin de aire en el escape es un dispositivo postcombustin, cuyo objetivo es introducir un cierto volumen de aire en el colector de escape, con el fin de completar la combustin de los gases expulsados del cilindro, antes de su salida al exterior.

El oxgeno aportado de esta manera se combina fcilmente con los hidrocarburos que salen del cilindro sin quemar a gran temperatura, completando su combustin, y con el monxido de carbono, transformndolo en bixido de carbono. Entonces, este sistema reduce el contenido de HC y CO de los gases de escape.

Los motores que trabajan con mezcla rica son los que necesitan del sistema de inyeccin de aire, ya que no se quema todo el combustible en los cilindros, sobre todo cuando el motor arranca en fro, durante los primeros kilmetros. Por lo tanto el sistema de inyeccin de aire en el escape se utiliza en los motores Otto (gasolina) y no en los motores Diesel, que trabajan con mezclas pobres con exceso de aire.

6.1. Gestin electrnica de la inyeccin de aire en el escape

Con la llegada de la gestin electrnica al sector del automvil, la inyeccin de aire en el escape empez a ser controlado mediante sistemas electrnicos. En estos sistemas la bomba que impulsa de aire es de accionamiento elctrico. Las vlvulas que abren y cierran el paso a la inyeccin de aire, son de accionamiento elctrico combinadas con otras vlvulas neumticas.

En la figura 27 se ve un esquema de inyeccin de aire en el escape controlado electrnicamente.

Figura 27: Esquema de un sistema de inyeccin de aire en el escape con gestin electrnica.

6.2. Activacin del sistema de inyeccin de aire en el escape

El sistema de inyeccin de aire en el escape slo se activa por tiempo limitado y en dos estados operativos:

Arranque en fro. Al ralent tras el arranque en caliente, para efectos de autodiagnstico.

Lo activa la unidad de control del motor en funcin de las condiciones operativas dadas en la tabla 1:

Estado operativoTemperatura lquidorefrigeranteTiempoactivado

Arranque en fro5 - 33C100 s

Arranque en caliente en ralentHasta mx. 96C10 s

Tabla 1: Condiciones para la activacin del sistema de inyeccin de aire.

7. Averas en el Sistema de Escape

Las fallas ms comunes de este sistema son el taponamiento de los conductos, por el depsito de partculas carbonosas, producto de una mala combustin, la obstruccin o contaminacin de un catalizador o la rotura de un sensor.

Las reparaciones posibles son fundamentalmente la limpieza de los conductos, para extraer los depsitos de carbn, o el remplazo de un componente como el catalizador si est contaminado, el silenciador si est roto, o un sensor si la seal es defectuosa.

Las precauciones a tomar cuando se trabaja en este sistema son principalmente esperar a que se enfre, si se realizan observaciones con el motor en marcha debe hacerse en un lugar ventilado ya que las emanaciones de gases son nocivas a la salud. Para disminuir emanaciones de gases nocivos al medio ambiente, deben controlarse los parmetros que intervienen en la combustin, y en los casos con catalizador, que no se encuentre obstruido ni contaminado.

8. BibliografaAlonso, J. M. (2000). Tcnicas del automvil. Espaa: Paraninfo.catalizadores. (s.f.). Obtenido de http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi99/autos-y-polucion/cataliza.htmCatalizadores. (s.f.). Obtenido de AFICIONADOS A LA MECANICA.EGR (Exhaust gas recirculation) - vlvula de recirculacin de los gases de escape. (s.f.). Obtenido de AFICIONADOS A LA MECANICA: http://www.aficionadosalamecanica.com/sistema_egr.htmGases de escape y gases contaminantes. (s.f.). Obtenido de nkg: http://www.ngk.de/es/tecnologia-en-detalle/sondas-lambda/aspectos-basicos-de-los-gases-de-escape/gases-de-escape-y-gases-contaminantes/Qu es el convertidor cataltico? Cmo funciona? (s.f.). Obtenido de AUTOCENTRO INGENIERIA AUTOMOTRIZ: http://www.automotrizmiga.com.mx/page_1176400236625.htmlSistema de Escape. (s.f.). Obtenido de Seguridad activa y pasiva: http://4b2010am.blogspot.com/2010/06/sistema-de-escape.htmlSistema de inyeccin adicional de aire en el escape. (s.f.). Obtenido de AFICIONADOS A LA MECANICA: http://www.aficionadosalamecanica.com/escape-inyeccion-aire.htmSistemas de escape. (s.f.). Obtenido de PROAUTO: http://proauto.com.mx/servicio-mecanico-automotriz/sistemas-de-escape/Tipos de gases producidos en la combustion y sus consecuencias. (s.f.). Obtenido de http://www.biodisol.com/medio-ambiente/tipos-de-gases-producidos-en-la-combustion-y-sus-consecuencias-energias-renovables-contaminantes-medio-ambiente-efecto-invernadero/