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DIAGNÓSTICO Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIO

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reinaldo gonzalez quintero

on 21 October 2013

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CLASIFICACIÓN DE LAS EMISIONES DEL VEHÍCULO
las emisiones de los vehículos se clasifican en tres categorías:
2. Emisiones evaporadas:
Producidas por evaporación de combustible también contribuyen para la creación del smog, puesto que sus moléculas son de un peso molecular alto y tienden a estar más cerca del nivel del suelo. La gasolina tiende a evaporarse en algunas de estas formas:
SISTEMA DE VENTILACIÓN POSITIVA DEL CÁRTER PCV
Su función es la de extraer los gases o los vapores del cárter para introducirlos (recircularlos) en la cámara de combustión y así puedan ser quemados.
DIAGNÓSTICO Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIONES
CONTROL DE EMISIONES
El término control de emisiones en automóviles se refiere a las tecnologías que se utilizan para reducir las causas de contaminación del aire producida por los automóviles
HIDROCARBUROS
SISTEMAS DE CONTROL DE EMISIONES
1. Emisión de la tubería de escape:
hidrocarburos
oxido de nitrógeno (NOx)
monóxido de carbono (CO)
dióxido de carbono (CO2)

Partículas que no reaccionaron en la combustión o lo hicieron parcialmente, es el mayor contribuyente del smog, es altamente tóxico para la salud. Pueden causar daños y problemas en el hígado así como cáncer si se está continuamente expuesto a este elemento
MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
Es un resultado de la combustión incompleta debido a la ineficiencia de estas tecnologías. Uno de los efectos nocivos es que disminuye la capacidad natural de la sangre para cargar oxígeno en las células, lo que conlleva peligrosos riesgos de enfermedad cardíaca.
HIDRÓXIDO DE NITRÓGENO (NOx)
Son generados cuando el nitrógeno reacciona con el oxígeno del aire bajo las condiciones de alta temperatura y presión que se presentan dentro del motor. Contribuyen también a la creación del smog, así como a la formación de la lluvia ácida.
Son un aspecto de gran preocupación en el marco del calentamiento global puesto que es un gas que produce efecto invernadero, cada vez más común.
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
Ventilación del tanque de gasolina
Perdidas y fugas
Perdidas de recargas

3. Emisiones del ciclo de vida
Son producidos por todas las actividades asociadas con la manufactura, el mantenimiento y el desecho de un vehículo e incluye objetos como:

Recursos energéticos para la fabricación del vehículo.
Solventes volátiles (acabados de la pintura del automóvil, etc.).
Cambio de aceite o filtros, reemplazo de batería, etc.
Desechos lubricantes, llantas, metales pesados (plomo, cromo)

En cierto rango de rpm se abre la PCV que esta conectada al múltiple de admisión, creándose un vacío dentro del motor, que permite la entrada de aire fresco al mismo por medio de unos conductos desde el filtro de aire y la salida de los gases nocivos hacia la cámara de combustión pasando por el múltiple de admisión. El flujo de gases depende exclusivamente de la válvula PCV, y la abertura de este depende del vacío creado en el múltiple de admisión.
SISTEMA DE CONTROL DE EMISIÓN EVAPORATIVAS
Este sistema evita que los vapores generados en los depósitos de combustible salgan a la atmósfera, reteniéndolos o condensándolos en un Canister, para que posteriormente sean introducidos a la cámara de combustión y puedan ser utilizados (ver figura 6.3). De está forma se disminuye emisión de hidrocarburos livianos, causantes de la formación de smog en la atmósfera.

Este sistema cuenta con una válvula de salida de vapores del tanque, que regula el paso hacia el canister, y una válvula de purga conectada al múltiple de admisión o una electroválvula controlada por el computador en los vehículos con sistemas electrónicos, que permite que por vacío el vapor condensado salga del canister.
SISTEMA DE RECIRCULACIÓN PARCIAL DE LOS GASES DE ESCAPE (EGR)
Uno de los sistemas más complejo e importante; su función primordial es la de disminuir la cantidad de óxidos de nitrógeno que salen de la cámara de combustión.
Lo hace introduciendo una parte de los gases de escape nuevamente al motor, para que el CO2 absorba el calor y la temperatura de la cámara disminuya. Se utiliza principalmente en los motores Diesel, donde no es posible la utilización de convertidores catalíticos de tres vías para el control de las emisiones de CO, HC y NOx.

La EGR (ver figura 6.4), interconecta el múltiple de escape con el de admisión, y su apertura esta controlada por la cantidad de vacío que llega a la cámara superior de ésta, haciendo deflectar un diafragma que abre la válvula en el extremo inferior.

La cantidad de vacío esta regulada por el computador, por medio de uno o un conjunto de solenoides (electroválvulas) y por la señal de un potenciómetro localizado en la parte superior de la EGR, que le informa la posición de esta.
SISTEMA DE INYECCIÓN DE AIRE AL TUBO DE ESCAPE
Este sistema utilizado en los modelos de vehículos de los años 70 y algunos de los 80, inyecta aire al múltiple de escape y al convertidor catalítico, con el fin de controlar la temperatura de ambos dispositivos y de quemar los HC y CO remanentes en los gases de escape. Consta de un compresor (ver figura 6.5), que introduce aire a la tubería del sistema y un conjunto de electroválvulas de vacío controladas por la computadora, que dirigen el aire del compresor hacia el múltiple de escape y el convertidor catalítico.
Cuando el motor está frío, el aire se dirige hacia el múltiple de escape para generar allí la oxidación de los HC y el CO de los gases de escape, generando así una reducción de la contaminación y el calentamiento rápido del tubo de escape, y por ende del sensor de oxigeno y el catalizador.
Figura 6.5 Sistema de inyección de aire
Cuando se ha calentado el motor, el aire se dirige hacia el catalizador para evitar su sobrecalentamiento y contribuirle en la reacción química de oxidación que en él se produce
EL CONVERTIDOR CATALÍTICO
La función del convertidor catalítico es la de evitar la salida de gran porcentaje de gases contaminantes a la atmósfera, generando en su interior una combustión de baja presión y por reacciones químicas de sus componentes. Específicamente evita la salida de más de un 90% de CO, HC y NOx.


Está compuesto por un monolito cerámico (ver figura 6.6), el cual lleva incrustado materiales catalizantes como el Rodio, el Paladio y el Platino, que permiten realizar dos reacciones de oxidación:

C0 + 02 = C02
HC + 02 = CO + H20

y una de reducción

NOx = N 2 + O2

De esta forma, un vehículo puede estar equipado con un catalizador de oxidación o con dos catalizadores, uno de reducción seguido de uno de oxidación, o con un catalizador de tres vías que hace las tres reacciones pero en una sola unidad.
PLAN DE MANTENIMIENTO O CHEQUEO PERIÓDICO
Mantenimiento de sistema de control de emisiones controlados por computadora
Válvula de PCV
Válvula EGR
Sensor de O2
Catalizador
Emisiones evaporativas canister
30.000 km
30.000 km
25.000 km
25.000 km
50.000 km
50.000 km
ANÁLISIS DE GASES DE ESCAPE
Del resultado del proceso de combustión del motor se obtienen diversos gases y productos, entre ellos los mas importantes son el CO (monóxido de carbono), el CO2 (dióxido de carbono), el O2 (Oxigeno) , Hidrocarburos no quemados (HC), Nitrógeno , Agua y bajo ciertas condiciones Nox (óxidos de Nitrógeno)
El analizador de gases de escape analiza la química de estos gases y nos dice en que proporciones se encuentran los mismos.
AIRE + COMBUSTIBLE ------>CO + CO2 + O2 + HC + H2O + N2 + Nox ( bajo carga)


Una combustión completa , donde el combustible y el oxigeno se queman por completo solo produce CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua).
Los valores normales que se obtienen a partir de la lectura de un analizador de gases conectado a un motor de un vehiculo de Inyeccion Electronica son los siguientes:

CO < 2 % O2 < 2%

CO2 > 12% HC < 400 ppm.

El nitrogeno normalmente asi como entra en el motor , sale del mismo y en la medida que el motor no este bajo una carga importante no forma Oxidos de Nitrogeno.
GASES ANALIZADOS
MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
El Monoxido es resultado del proceso de combustion y se forma siempre que la combustion es incompleta , es un gas toxico, inoloro e incoloro.Valores altos del CO, indican una mezcla rica o una combustion incompleta.Normalmente el valor correcto esta comprendido entre 0,5 y 2 % , siendo la unidad de medida el porcentaje en volumen.
DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
También es resultado del proceso de combustión , no es toxico a bajos niveles, es el gas de la soda, el anhídrido carbónico.

El motor funciona correctamente cuando el CO2 esta a su nivel mas alto, este valor porcentual se ubica entre el 12 al 15 %. Es un excelente indicador de la eficiencia de la combustión.

Como regla general, lecturas bajas son indicativas de un proceso de combustión malo, que representa una mala mezcla o un encendido defectuoso.
HC (HIDROCARBUROS NO QUEMADOS)
Este compuesto representa los hidrocarburos que salen del motor sin quemar.

La unidad de medida es el ppm , partes por millon de partes, recordemos que el porcentaje representa partes por cien partes y el ppm , partes por millon de partes.

La conversion seria 1%=10000 ppm.

Se utiliza el ppm, porque la concentracion de HC en el gas de escape es muy pequeña.

Una indicacion alta de HC indica :

Mezcla rica , el CO tambien da un valor alto.

Mala combustion de mezcla pobre.

Escape o aceite contaminado.

El valor normal esta comprendido entre 100 y 400 ppm.
O2 (OXIGENO)
Este compuesto es el oxigeno del aire que sobro del proceso de combustión.

Un valor alto de Oxigeno puede deberse a mezcla pobre, combustiones que no se producen o un escape roto.

Un valor de 0% significa que se ha agotado todo el oxigeno, si el Co es alto es indicativo de un mezcla rica. Normalmente el Oxigeno debe ubicarse debajo del 2 %.
Nox (OXIDOS DE NITRÓGENO)
Siendo la "x" el coeficiente correspondiente a la cantidad de átomos de Nitrógeno, puede se 1, 2,3 etc.

Surgen de la combinación del oxigeno y el nitrógeno del aire, se forman a altas temperaturas y bajo presión. Este fenómeno se lleva a cabo cuando el motor se encuentra bajo carga, y con el objetivo de disminuir dicha emisión de gases, los motores incorporan el sistema EGR ( recirculación de gas de escape).

El sistema EGR disminuye las emisiones de óxidos de nitrógenos, por una baja significativa en la temperatura de la cámara de combustión, como consecuencia del ingreso del gas de escape a la misma.
RELACIÓN LAMBDA
Se define a la relación Lambda como Rel. Lambda = R. Real / 14.7

Siendo R.Real la relacion en peso aire- combustible real que tiene el motor en ese momento.

La relación ideal aire-combustible es de 14.7 gr. de aire y 1 gr. de nafta.

Supongamos que el motor esta funcionando con una mezcla un poco rica , por ejemplo con una relación 13.8:1 , entonces la relación lambda sera R. Lambda= 13.8/14.7

Vemos que este valor sera 0.9.

En resumen una relación lambda menor que 1 , significa que la mezcla aire combustible se esta produciendo en una condición de riqueza.

Una relación lambda mayor que 1, significa que la relación
aire combustible se esta efectuando en una condición de pobreza.
"Una relación lambda=1 , significa que el aire y el combustible han sido mezclados en la proporción exacta, lo que no implica que el motor después queme bien esos productos"

Esto puede interpretarse como que a pesar que la mezcla es correcta, el motor puede tener deficiencias y quemar mal esa mezcla.

Este concepto es importante porque nos puede indicar problemas en el motor, como una mala puesta a punto de la distribución, un encendido defectuoso, combustiones desparejas por inyectores sucios, etc.
NOTA...
FUNCIÓN Y MANTENIMIENTO DEL SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA DE AIRE DE ADMISIÓN
La temperatura es controlada por el sensor de temperatura del aire de admisión (IAT) (intake air temperature).
Permite a la computadora corregir el tiempo de inyección con base en la densidad del aire que entra a las cámaras de combustión. Dependiendo de la temperatura del aire, será la cantidad de oxígeno que entra y la computadora tiene que regular la cantidad de gasolina para corregir el punto estequiométrico. Normalmente el sensor se localiza en la parte posterior del pleno de admisión.
Descripción del sensor IAT
El sensor IAT es un termistor (una resistencia que cambia con respecto a la temperatura). Entre más se calienta el sensor menor es su resistencia.
Localización
El sensor IAT está generalmente enroscado dentro del múltiple de la toma de aire, en el armazón del acelerador, en el conjunto posterior del filtro de aire.
Síntomas de falla
Cuando el sensor IAT falla, provoca lo siguiente:

• Encendido pobre con el motor frío
• Se enciende la luz Check Engine
• Alto consumo de combustible
• Pérdida de potencia.
Códigos del scanner
Cuando falla el sensor IAT el scanner reporta lo siguiente:
Código OBD II Descripción
P0112 Voltaje bajo del sensor de temperatura del aire de
admisión (IAT)
P0113 Voltaje alto del sensor de temperatura del aire de
admisión (IAT)
Nota: Estos códigos pertenecen a los vehículos Chrysler Neon
- Stratus R/T - Cirrus.
Inspección y mantenimiento
Revisa en cada afinación o cada 45,000 Km lo siguiente:
- Que el cableado no esté defectuoso (abierto o en corto
circuito), en caso necesario reemplázalo.
- Que el arnés no esté quebrado, oxidado o sulfatado, en
caso necesario reemplázalo.
- Que no existan depósitos de suciedad en la punta del
sensor ya que pueden provocar una mala señal, límpialo o
reemplázalo.
Prueba del sensor IAT con un probador de sensores
Calienta con una secadora la punta del sensor IAT y observa
que el indicador de “Test” disminuya conforme se calienta el
sensor, en caso de que la resistencia esté abierta o se quede
en un valor fijo, reemplaza el sensor.
Diagnóstico y mantenimiento de la admisión de aire caliente
El motor para acelerar abre la mariposa del acelerador, y eso permite que le entre aire al motor, y ese aire al mezclarse con la gasolina vaporizada entra en la cámara, se comprime y produce la explosión cuando la bujía hace chispa.

Por lo tanto podremos ganar potencia gracias a mejorar ese flujo de aire, y a que el aire que entra sea más fresco, pues el aire caliente sienta mal a los motores (picado de biela, detonación, etc.).

La famosa caja de plástico del filtro de aire suele ir conectada a algún tipo de tubería que entra en el vano motor. Esa tubería trae el aire de la atmósfera (habitualmente del interior de una aleta, aunque puede variar y venir del motor) y lo induce directamente en el filtro. Si el filtro se encuentra obstruido o muy sucio, la mayor parte del aire inducido se perderá por el vano. Entonces cuando la admisión "chupe" aire lo hará de lo que encuentre en el vano motor, y ese aire suele estar tremendamente caliente por el motor.
Temperatura de aire.
MANTENIMIENTO
Un sistema de filtrado ineficiente afectará de manera adversa el desempeño, las emisiones y la vida útil del motor
si el filtro de aire es de tipo seco, este tiene un elemento filtrante reemplazable, de lo contrario debemos reemplazarlo por uno nuevo.
no es aconsejable la limpieza, lo mejor es sustituirlo por uno nuevo y de las mismas especificaciones, ya que cuando hacemos cambios arbitrarios de estos, podemos obstruir la entrada de aire y remitirla al vano del motor lo que ocasionara la entrada de aire caliente que proviene del motor.
Función y mantenimiento del sistema de recirculación de gases de escape.
El sistema EGR esta diseñado para reducir las emisiones de NOx (óxidos de nitrógeno), al recircular una pequeña porción de gases de escape hacia el múltiple de admisión y mezclarla con el aire y gasolina normal del motor. al diluir la mezcla se disminuye la temperatura de la reacción de combustión y como resultado se obtiene una disminución del contenido de NOx en los gases de escape.Los NOx se forman en altas concentraciones cuando las temperaturas de combustión excedan 2500 Grados Farenheit
EGR
El propósito del Sistema EGR es regular de forma precisa el flujo de Gas EGR bajo diferentes condiciones de operación, así como eliminar su flujo bajo condiciones que comprometerían el buen desempeño del motor.
Si se excede la cantidad de Gas EGR necesaria suministrada, el motor fallará. Si por el contrario, el flujo de Gas EGR fuese muy poco o casi nada, el motor no tardaría en comenzar a cascabelear/detonar además de que contaminaría con gases NOx que son venenosos. El volumen teórico de Gas de Recirculación de Escape se conoce como Ratio EGR.

COMPONENTES DEL EGR
Para que se logre el control diseñado de recirculación de gases de escape, el sistema usa
los siguientes componentes:

* Válvula EGR Controlada por Vacío o Eléctricamente

* Ensamblaje del Modulador de Vacío

* Válvula Switch de Vacío (VSV) Controlada por la PCM
válvula EGR
La Válvula EGR se usa para regular el flujo de gas de escape hacia el múltiple de admisión
por medio de un vástago unido a un diafragma en la válvula misma. Una señal de vacío y un
resorte calibrado en un lado del diafragma están balanceados contra la presión atmosférica
actuando en un lado del diafragma. A medida que la señal de vacío aplicado a la válvula se
incrementa, la válvula es jalada más lejos de su asiento
VALVULA SWITCH DE VACIO (VSV) CONTROLADA POR LA PCM

Además del Modulador de Vacío EGR, la válvula VSV controlada por la PCM se utiliza para
inhibir la operación de la Válvula EGR durante condiciones donde podría afectar de forma
adversa el desempeño del motor e impactar negativamente la manejabilidad del vehículo.

MODULADOR DE VACIO
Debido a que la contrapresión se incrementa proporcionalmente con la carga de trabajo del motor, el modulador de vacío EGR usa este principio para controlar con precisión la fuerza de la señal de vacío que se aplica a la Válvula EGR
SISTEMA DE DETECCION DE FALLAS EGR

Se ha incorporado un sistema de detección de mal funcionamiento del EGR en la mayoría de los sistemas controlados por PCM's para advertirle al conductor que el sistema EGR no esta funcionando apropiadamente. El sistema usa un sensor de medición de temperatura del gasEGR en el lado del múltiple de admisión de la válvula EGR donde está expuesto al gas de escape en cualquier momento que la válvula EGR se abra, o como en el caso de los vehículos Ford que vienen equipados con un sensor DPFE, (Diffrential Pressure Feedback Sensor) que con su exclusivo sistema de detección le indica a la PCM sobre el flujo de Gas EGR.
Función y mantenimiento del sistema de inyección de aire.
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. Por lo tanto el sistema de inyección de aire en el escape se utiliza en los motores Otto y no en los motores Diesel, que trabajan con mezclas pobres con exceso de aire.
Medición del caudal de aire
El regulador de mezcla cumple dos funciones, medir el volumen de aire aspirado por el motor y dosificar la cantidad correspondiente de combustible para conseguir una proporción aire/combustible adecuada.



Sensor de Volumen de Aire:
Dado que el motor quema una mezcla de aire-combustible, debe conocer la cantidad de aire que ingresa por el múltiple de admisión en cada momento para así administrar la cantidad correcta de combustible. Existen varios sensores capaces de realizar dicha medición, entre ellos el Sensor MAP (Presión Absoluta del Múltiple de Admisión) y el Sensor MAF (Flujo de Masa de Aire), por sus siglas en inglés. Estos sensores generan señales eléctricas proporcionales a la cantidad de aire que ingresan al motor en tiempo real.
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