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Gases de Escape y Sistemas Anticontaminación

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Sistema de inyección adicional de aire en el escape
El sistema de inyección de aire en el escape es un dispositivo postcombustión, cuyo objetivo es introducir un cierto volumen de aire en el colector de escape, con el fin de completar la combustión de los gases expulsados del cilindro, antes de su salida al exterior. El oxigeno aportado de esta manera se combina fácilmente con los hidrocarburos que salen del cilindro sin quemar a gran temperatura, completando su combustión, y con el monóxido de carbono, transformandolo en bióxido de carbono. Asi, pues, 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 inyección de aire, ya que no se quema todo el combustible en los cilindros, sobre todo cuando el motor arranca en frío, durante los primeros kilómetros. Por lo tanto el sistema de inyección 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.
Los primero motores que utilizaron el sistema de inyección de aire utilizaban dos sistemas: bomba de aire y válvula de pulsair

Las bombas de aire: generalmente utilizadas son del tipo rotativo de paletas, en las que el caudal y la presión de envío son proporcionales a la velocidad de rotación. El movimiento lo toman del motor, por medio de una correa trapezoidal generalmente. En su funcionamiento, la bomba toma aire a través del propio filtro del motor y lo envía a presión al colector de escape, a través de una válvula de retención, que permite el paso del aire solamente en el sentido bomba-escape. Una segunda válvula, llamada de derivación, interrumpe el funcionamiento de la primera y la inyección del aire en el escape en las fases de retención del motor, momento éste en que no es necesario.

El sistema de válvula pulsair: es más sencillo que el anterior y no requiere para su funcionamiento el empleo de bomba de aire, con lo cual resulta más económico y por ello fue el mas utilizado en el pasado. El pulsair es una válvula oscilante en la que una membrana de acero obtura o libera un conducto de paso. Las oscilaciones de la membrana se producen gracias a las pulsaciones de los gases de escape en su recorrido hacia el exterior. Las variaciones de presión en el sistema de escape se producen como consecuencia de las aperturas cíclicas de las válvulas y, como en los motores de cuatro cilindros (los mas utilizados) hay un sincronismo de ellos dos a dos, se utiliza normalmente una válvula pulsair para cada dos cilindros, a cuyos colectores de escape se conectan por un lado.
En el funcionamiento del motor, la salida de gases quemados del cilindro en el tiempo de escape, genera una presión que se aplica a la válvula pulsair, cuya membrana obtura el paso de aire en este momento. Inmediatamente después del cierre de la válvula de escape, la velocidad adquirida por los gases provoca una depresión en la válvula pulsair (del lado conectado al colector de escape), cuya membrana se deforma, permitiendo el paso del aire desde el filtro hacia el sistema de escape.
En combinación con la válvula pulsair se dispone una válvula de derivación que interrumpe la inyección de aire en las fases de deceleración del motor para evitar detonaciones en el escape.

 

Gestión electrónica de la inyección de aire en el escape
Con la llegada de la gestión electrónica al sector del automóvil, la inyección de aire en el escape empezó a ser controlado mediante sistemas electrónicos. En estos sistemas la bomba que impulsa de aire es de accionamiento eléctrico. Las válvulas que abren y cierran el paso a la inyección de aire, son de accionamiento eléctrico combinadas con otras válvulas neumáticas.
En la figura inferior se ve un esquema de estos, donde una bomba de aire eléctrica (1) aspira aire a través del filtro de aire (8) del motor, este aire impulsado por la bomba se envía al colector de escape del motor, pero antes tiene que atravesar por una válvula de corte neumática (2) controlada por vacío. La válvula de corte es controlada a su vez por la electroválvula de control (4) que recibe ordenes de la ECU (Unidad Electrónica de Control del motor). La electrovalvula de control esta conectada al colector de admisión donde transmite el vacío que se crea bajo la mariposa y lo transmite a la válvula de corte cada vez que se lo ordena la ECU. La válvula de aire (3) recibe el aire de la bomba y lo envía al escape del motor. Esta válvula evita que la contrapresión del escape pueda retroceder a través del circuito de aire.

 

En el esquema inferior se puede ver un sistema moderno de inyección gasolina Motronic de un VW Beettle 2.0 ltr. El funcionamiento del sistema de inyección de aire en el escape, es igual que el anterior, en este caso, la válvula combinada para el aire secundario (20), reúne en un mismo conjunto la válvula de corte y la válvula de aire.

 

Funcionamiento
En la fase de arranque en frío de un motor son relativamente elevadas las concentraciones contaminantes de hidrocarburos sin quemar, ya que no hay oxigeno suficiente para quemar todo el combustible, no habiéndose alcanzado todavía la temperatura de servicio del catalizador.
Para reducir las emisiones contaminantes en esta fase se utiliza el sistema de aire secundario. Inyectando aire (secundario) adicional en los gases de escape se enriquecen éstos con oxígeno. A raíz de ello se produce una recombustión térmica de las partículas de monóxido de carbono (CO) y de hidrocarburos (HC) sin quemar que están contenidos en los gases de escape.
Por otra parte, el catalizador alcanza más rápidamente su temperatura de servicio, gracias al calor producido con la recombustión.

Como se aprecia en la figura inferior a partir del filtro de aire (1) la bomba de aire secundario (2) sopla aire adicional directamente detrás de las válvulas de escape durante el arranque del motor.
El sistema trabaja en acción conjunta de los siguientes componentes:

Las magnitudes de entrada para la unidad de control del motor son:

Descripción de las funciones
El sistema de inyección de aire en el escape sólo se activa por tiempo limitado y en dos estados operativos:

Lo activa la unidad de control del motor en función de las condiciones operativas dadas.

Estado operativo
Temperatura liquido refrigerante
Tiempo activado
Arranque en frío
5 ......33ºC
100 s
Arranque en caliente en ralentí
Hasta max. 96ºC
10 s

 

La bomba de aire secundario recibe tensión a través del relé que tiene asignado. La unidad de control del motor excita paralelamente la válvula de inyección de aire secundario, a través de la cual se acciona
entonces la válvula combinada, por medio de la depresión “p“.
A través de la bomba de aire secundario se impele brevemente el aire en el flujo de los gases de escape, detrás de las correspondientes válvulas de escape.
En estado no activado, los gases de escape calientes también están aplicados a la válvula combinada. Esta válvula cierra el paso de los gases de escape hacia la bomba de aire secundario.
El sistema se comprueba por medio del autodiagnóstico, aprovechando la excitación.
La regulación lambda tiene que activarse durante esa operación, debido a que la mayor concentración de oxígeno en los gases de escape reduce la tensión de la sonda.
Estando intacto el sistema de aire secundario, las sondas lambda tienen que comprobar la existencia de una mezcla extremadamente pobre.

 



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