SISTEMAS PARA REDUCIR LAS EMISIONES DE ESCAPE DE LOS MOTORES DIÉSEL

La recirculación de gases de escape (EGR, por sus siglas en inglés) es una parte fundamental del sistema de control de un motor diésel, ya que su elevada eficiencia tiene un impacto continuo muy positivo en la reducción de la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx). Este procedimiento introduce los gases de escape en el sistema de admisión del motor para reducir la cantidad de oxígeno y la temperatura de combustión. Al ser gases inertes, los gases de escape contienen una gran cantidad de vapor de agua, lo que contribuye a reducir la temperatura del motor precalentado, mientras que la recirculación de los gases de escape aumenta la temperatura de este en frío durante los primeros minutos de funcionamiento. 

 

Existen dos tipos básicos de sistemas de recirculación: 

• Sistemas de recirculación de alta presión, que toman los gases de escape del colector de escape y los introducen en el colector de admisión.
• Sistemas de recirculación de baja presión, que toman los gases de escape tras pasar por el filtro de partículas y los introducen antes del turbocompresor.
  

2.1. Sistema de recirculación de alta presión

 

La recirculación de alta presión es un sistema clásico que ha evolucionado ampliamente en la industria automovilística. Los sistemas de recirculación actuales son complejos: además de la válvula EGR propiamente dicha, suelen incluir un radiador y un sistema de conmutación que permite apagarlos. El regulador de admisión de aire también es un componente importante que permite que la unidad de control del motor pueda forzar una mayor entrada de gases de escape durante el proceso de recirculación. La práctica totalidad de los coches diésel modernos incorporan una válvula de recirculación de gases de escape, ya que es altamente eficiente a la hora de reducir los óxidos de nitrógeno durante la fase de funcionamiento del motor.

El gas de escape caliente del colector de escape se envía al radiador 5 o a la válvula adicional 6 a través de la válvula 7. Si la válvula 6 está cerrada, el gas de escape se redirige a través del radiador; cuando la válvula 6 está abierta, el gas de escape lo circunvala. En el rango de temperatura del motor de hasta ≈30 °C, es recomendable derivar el radiador de gases de escape, ya que la cámara de combustión se calienta más rápidamente. El algoritmo de gestión puede variar según el sistema, ya que el radiador de gases de escape también se usa con frecuencia para calentar el refrigerante del sistema de calefacción del habitáculo. A temperaturas de funcionamiento y cargas del motor elevadas, la función del radiador es necesaria para reducir la temperatura del gas de escape circulante y, en consecuencia, su volumen. Este proceso contribuye a unas bajas emisiones de óxidos de nitrógeno y, al mismo tiempo, tiene un impacto positivo en el proceso de combustión, el motor emite mucho menos ruido y funciona con mayor “suavidad”. La introducción de gases de escape en el colector de admisión reduce el volumen de aire aspirado a través del sistema de admisión del motor. La unidad de control del motor registra el cambio de volumen en la masa de aire mediante un caudalímetro (componente 10) y ajusta el funcionamiento de la válvula EGR. Si el volumen de escape es insuficiente, la unidad de control del motor cierra el regulador de admisión para forzar el flujo adicional de gases de escape. Cuando se exige una carga de trabajo elevada del motor, es necesario desactivar la recirculación de gas de escape para que no interfiera con el turbocompresor; en ese caso, además, el motor necesita la máxima cantidad de aire. Si se da esta circunstancia, las emisiones de óxidos de nitrógeno aumentan drásticamente.

 

2.2. Sistema de recirculación de baja presión

 

Además de la recirculación a alta presión, los vehículos que cumplen con la normativa Euro 6 también emplean una EGR de baja presión, es decir, el aire de gas recirculado se toma del sistema de escape y se introduce en el sistema de admisión del motor antes del turbocompresor (Fig. 2).

El gas de escape se introduce delante del rodete de compresión del turbocompresor, que debe estar muy limpio, por lo que este tipo de EGR requiere un filtro adicional. Esta función la desempeña el filtro de partículas ya incorporado (componente 6). Este sistema también emplea un radiador de gases de escape (9) instalado permanentemente que no puede desconectarse (desviarse). La válvula EGR tiene la forma de una válvula de gases de escape (8). Debido a la escasa diferencia de presión entre el tubo de escape y la entrada del compresor, se emplea una solapa de acumulación de gases de escape para forzar que el gas fluya adecuadamente. Cuando el motor se somete a una demanda de potencia elevada (funcionamiento del turbocompresor), la solapa de gases de escape se desconecta. El control del flujo de gas de escape se realiza por medio del caudalímetro. Los sistemas mixtos (EGR BP + EGR AP) incorporan un “sensor de presión diferencial para la recirculación de baja presión” instalado entre la salida del filtro de partículas y la entrada del compresor.

Según el código DTC (Diagnostic Trouble Code), el problema puede deberse a un fallo del caudal, un bloqueo mecánico, una señal incorrecta del sensor de posición o una tensión de salida muy elevada o muy baja, entre muchos otros. La siguiente lista de ejemplos enumera códigos de avería DTC relacionados con el sistema de recirculación de gases de escape.

3.1. Interpretación de los códigos de avería DTC P0400-P0402

 

Los códigos de avería (DTC) P0400-P0402 hacen referencia a un flujo anormal. El diagnóstico de estos errores suele basarse en el funcionamiento del caudalímetro. La unidad de control del motor compara la masa de aire calculada con la masa de referencia/muestra derivada del mapa de control de la válvula EGR (Figura 4). El mapa de la válvula EGR presenta dos entradas y una salida. Las entradas son la velocidad del motor y la cantidad de combustible en mg/ciclo, mientras que la salida es la masa de aire necesaria dada también en mg/ciclo. La unidad de control del motor abre la válvula EGR para igualar dichas masas y, si existe una avería que contribuya a la interrupción del flujo (acumulación de carbonilla, radiador obstruido, válvula EGR defectuosa), a continuación, la ECU registra el código de avería correspondiente (DTC).

3.2. Interpretación de los códigos de avería DTC P0403-P0404

 

Los códigos de avería (DTC) P0403 y P0404 están relacionados con la mecánica del accionador de la válvula EGR. Después de aplicar una señal eléctrica PWM de polaridad variable (motor eléctrico de CC que acciona el mecanismo de la válvula), el módulo impulsor por CC del interior de la ECU analiza el consumo de tensión del motor y determina su posición empleando un sensor de posición con potenciómetro integrado. Si la llamada de tensión del motor eléctrico que impulsa el mecanismo de la válvula EGR es muy alta o muy baja, la ECU detecta el error P0403. Esto no solo se produce por un defecto en la propia válvula EGR, sino también por una avería en el sistema eléctrico. El error P0404 sucede cuando no se obtienen los valores de tensión necesarios del sensor de la válvula de posición durante el test de arranque-parada. El test de las posiciones finales del actuador se lleva a cabo muy a menudo, por ejemplo, al apagar el motor y quitar el contacto.

3.3. Problemas de diagnóstico adicionales del sistema EGR 

 

Si el diagnóstico ejecutado mostrara un defecto en la válvula de recirculación de gases de escape que requiriese sustituirla, no debe olvidarse que la unidad de control del motor efectúa el diagnóstico del sistema EGR completo, que consta de componentes adicionales que también deben verificarse. Durante el proceso de diagnóstico del sistema EGR, es imperativo prestar atención a dichos componentes, por ejemplo: tubos flexibles, conductos de gases de escape, radiador de gases de escape, regulador de admisión y caudalímetro. En coches con recirculación mixta, la lista se amplía para incluir componentes adicionales: la solapa de gases de escape, el radiador de aire de carga, el filtro de partículas con sensor de presión de gases de escape, el sensor de presión diferencial para la recirculación de baja presión y la propia válvula EGR de baja presión. Todos estos componentes pueden generar distintos códigos de error, así que hay que asegurarse de que funcionan correctamente.

 

Tras sustituir la válvula EGR, es necesario realizar una adaptación con un comprobador de diagnóstico para que la unidad de control del motor “aprenda” de nuevo los márgenes de funcionamiento del componente instalado. Si no se realiza la adaptación del sistema, la válvula podría volver a sufrir daños rápidamente. 

 

¿Cómo comprobar que el sistema de recirculación de gases de escape funciona correctamente? 

 

Cuando conozcamos la estructura y el principio de funcionamiento del sistema de recirculación, podremos centrarnos en analizar su funcionamiento. Para ello, se necesita un comprobador de diagnóstico que pueda leer muchos o, preferiblemente, todos los valores medidos posibles, denominados “parámetros en tiempo real” (valores reales). El análisis puede realizarse con el vehículo detenido o durante la conducción. En el dispositivo de diagnóstico, debe buscar parámetros como los siguientes:

• valor requerido de masa de aire
• valor medido de masa de aire (del caudalímetro)
• presión del colector de entrada (presión de sobrealimentación)
• valor requerido de presión de sobrealimentación
• posición de apertura de la válvula EGR de alta presión
• posición de apertura de la válvula EGR de baja presión
• posición de la solapa de gases de escape (en EGR de baja presión)
• cantidad de inyección de combustible- relación lambda (sonda lambda de banda ancha)
• concentración de NOx (si no hay sonda NOx)
• flujo de gas de escape requerido para la recirculación de alta presión (sucede en tipos específicos)
• flujo de gas de escape requerido para la recirculación de baja presión (sucede en tipos específicos)
• flujo de gas de escape real para la recirculación de alta presión (sucede en tipos específicos)
• flujo de gas de escape real para la recirculación de baja presión (sucede en tipos específicos)
• carga de los cilindros (relevante para la recirculación de baja presión)
  

 

Además de estos elementos, existen muchos otros que se ven afectados de forma indirecta por la recirculación de gases de escape.

 

Mostraremos cómo analizar la exactitud de los parámetros detallados de los sistemas EGR de alta presión, de baja presión y mixtos de varios sistemas de postratamiento de gases de escape en próximos artículos.

 

Referencias:

[1] Konrad Reif. : Diesel Engine Management Systems and Components, Bosch Professional Automotive Information, Springer Fachmedien Wiesbaden 2014.