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Nov 15, 2023

EGR, Inyección de Aire Secundario y Gestión de Emisiones

El vehículo de combustión interna perfecto sería capaz de poner la cantidad exacta de

El vehículo de combustión interna perfecto podría poner la cantidad exacta de combustible y aire en la cámara de combustión en el momento exacto.

Si ocurriera el evento de combustión perfecta, no obtendría nada más que agua y dióxido de carbono como subproducto, lo que daría como resultado que no hubiera combustible ni oxígeno sin quemar. La combustión ocurriría a la temperatura adecuada para que los óxidos (oxígeno "hiperactivo" activado por temperaturas más altas) no se combinaran con nitrógeno y carbono para formar óxidos nítricos (NOx) y monóxido de carbono (CO). Este automóvil perfecto no necesitaría un convertidor catalítico ni ningún otro dispositivo de control de emisiones.

¿Qué se necesita para que esto suceda? La inyección directa en la cámara de combustión es un buen comienzo. También necesitaría la cámara de combustión perfecta sin puntos calientes: áreas de turbulencia no deseada o acumulación de carbono.

Pero, el ingrediente más importante que necesitará es una computadora de control del motor y sensores que puedan medir el aire y el combustible perfectamente para calcular el mejor momento de encendido y la combustión óptima. Esto requeriría la capacidad informática de la supercomputadora para hacer millones de cálculos que cambiarían constantemente debido a la velocidad y la carga del motor.

No tenemos esta tecnología, pero cada año los diseños de las cámaras de combustión mejoran, las computadoras del motor mejoran y los sensores se vuelven más sensibles.

Mientras tanto, contamos con sistemas de recirculación de gases de escape (EGR), inyección de aire secundario y convertidores catalíticos para reducir las emisiones.

Estos sistemas ponen una pequeña cantidad de gas inerte en la cámara de combustión para controlar las temperaturas. Dado que los gases de escape normalmente no se queman, esto reduce la temperatura de combustión y reduce las emisiones de NOx del motor.

Cuando las cosas se calientan en la cámara de combustión a temperaturas de alrededor de 1300 °C o 2500 °F, el oxígeno y el nitrógeno comienzan a combinarse entre sí y forman NOx y CO.

Al introducir los gases de escape en la cámara de combustión, los gases de escape inertes diluyen la mezcla de aire y combustible. Esto ralentiza el proceso de combustión y reduce las temperaturas de combustión a niveles en los que no se forman NOx.

A diferencia de los sistemas EGR más antiguos, los sistemas EGR modernos funcionan constantemente, no solo durante las condiciones de desaceleración o aceleración cerrada. Tenga esto en cuenta cuando trate de resolver un problema de pérdida de potencia o tropiezo.

Los vehículos más nuevos con sincronización variable de válvulas en los árboles de levas de admisión y escape pueden ajustar la sincronización para que una pequeña cantidad de gas de escape sea succionada hacia la cámara durante la carrera de admisión.

Los sistemas de inyección de aire secundarios bombean aire exterior hacia la corriente de escape para que se pueda quemar el combustible no quemado. Los primeros sistemas tienen una bomba de aire accionada por correa. Los sistemas de aspiración más nuevos utilizan el vacío creado por un pulso de escape para introducir aire en la tubería. Los últimos sistemas utilizan un motor eléctrico para bombear aire. Estos sistemas son críticos para la vida útil del convertidor catalítico.

Los sistemas de motor eléctrico se pueden encontrar en muchos vehículos nuevos como la serie GM LS, los Toyota V8 y los Ford 3.8L V6 de emisiones de California. Estos sistemas suelen estar activos durante los primeros 20 a 120 segundos de funcionamiento del motor al forzar el aire corriente abajo hacia los colectores de escape para oxidar los hidrocarburos y el monóxido de carbono creados por el funcionamiento rico en el arranque. Esto puede reducir drásticamente el tiempo de apagado de los precatalizadores. El sistema inyecta la cantidad correcta de aire utilizando entradas como la temperatura del refrigerante, la temperatura del aire y los sensores de oxígeno.

El convertidor catalítico necesita dos elementos proporcionados por los sistemas EGR e inyección de aire: temperaturas adecuadas para reducir los NOx y oxígeno para quemar los hidrocarburos. En condiciones ideales, un catalizador de tres vías puede reducir entre el 50 y el 95 por ciento de las emisiones de NOx y el 99,9 por ciento del combustible no quemado.

Es la última parada para los contaminantes y, si un sistema de emisiones aguas arriba se ve comprometido, solo puede compensar hasta cierto punto antes de que aumenten las emisiones del tubo de escape.

Para diagnosticar correctamente un vehículo con altas emisiones, debe mirarlo como un ingeniero mirando todo el sistema, desde la entrada de aire hasta el tubo de escape. Cuando se diseña un vehículo, debe cumplir con un nivel de emisión específico. Para ello, un equipo de ingeniería equilibrará los sistemas y hará que funcionen en armonía para que el precio sea asequible.

Si un vehículo tiene un diseño de cámara de combustión que tiene temperaturas más altas de lo normal, los ingenieros equilibrarán la cantidad de gases de escape introducidos en la cámara de combustión con el tamaño del convertidor para que el vehículo cumpla con los niveles de emisión obligatorios y el período de garantía.

Si el platino, el paladio y otros metales preciosos no fueran tan caros, probablemente veríamos convertidores más grandes y menos dispositivos de control de emisiones que se centren en lo que sucede dentro de la cámara de combustión. Pero, con los precios del platino en torno a los 1.300 dólares la onza, esta no es una solución económica viable.

Si su taller está reemplazando un convertidor catalítico defectuoso sin abordar los problemas anteriores, también está utilizando una solución que no es económicamente viable para el consumidor porque tendrá que reemplazar el convertidor antes.