teoria de aire combustible capitulo3

7/17/2019 Teoria de Aire Combustible Capitulo3

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TEORÍA AIRE COMBUSTIBLE CAPITULO 3

Diagnóstico del Regulador de Presión de Combustible

Inspeccione el regulador de presión de combustible por si tuviera fugas internas y

externas. Para verificar fugas internas, desconecte la manguera de vacío y observedentro de la manguera si existe gasolina liquida. No debe haber gasolina liquida. Undiafragma con fuga del regulador de presión de combustible puede permitir que hayagasolina dentro de las mangueras de vacío y dentro del múltiple de admisiónocasionando una operación con una condición de mezcla rica. Con el motorfuncionando, la presión del combustible debe incrementarse cuando la manguera devacio sea desconectada y regresar el valor de presión original que tenia antes de que lamanguera fuera desconectada, cuando la manguera sea reconectada.

La mayoría de los reguladores de presión de los sistemas de inyección electrónica decombustible de tipo puertos múltiples (multi-port fuel injection fuel pressure regulators)están instalados sobre o cerca del riel de los inyectores o en la línea de retorno decombustible del riel de los inyectores. En la mayoría de los motores equipados con elsistema de inyección al cuerpo del acelerador (throttle body engines), el regulador de

presión puede ser localizado en la unidad TBI en si misma y no esta compensada pormedio del vacío del motor .

Relación entre la Presión de Combustible y el Vacío

Cuando la presión del combustible es verificada con el motor funcionando, en lossistemas de inyección electrónica de tipo puertos múltiples (port fuel injection Systems)que utilizan reguladores de presión controlados por medio del vacío del motor, loscambios en la carga sobre el motor causaran cambios en la presión del combustible.Cuando una carga es ejercida en el tren de fuerza, la presión en el múltiple de admisiónse incrementa y el vacio del motor disminuye.

• Para cada dos libras (aprox. 950 gramos) disminuidas del vacío del múltiple deadmisión, debe haber aproximadamente una libra (aprox. 450 gramos) de

presión de gasolina incrementada dentro del riel de combustible.

El regulador de presión de combustible en los motores equipados con sistemas deinducción de aire forzado (tubo cargadores y súper cargadores) actuara en forma



diferente cuando la presión positiva este presente en el múltiple de admisión. El sistemade aire forzado “llenara” el múltiple de admisión con aire, y estará bajo condiciones desobrepresión (under boost conditions), lo cual podría crear una presión positiva en elmúltiple de admisión. Una vez que este presente la presión positiva dentro del múltiplede admisión y en el regulador de presión de combustible, habrá una libra (aprox. 450

gramos) incrementada de presión de combustible por cada libra (aprox. 450 gramos)adicional de presión de aire presente. Esto es necesario para mantener la misma presióndiferencial máxima efectiva entre la presión del combustible y la presión del múltiple deadmisión en las toberas de los inyectores de tal manera que la gasolina pueda servaporizada adecuadamente.

CONVERTIDORES CATALITICOSConvertidor Tipo MonolíticoDentro de una coraza de acero inoxidable se encuentran un difusor de flujo, un panalmonolítico, y una malla de acero inoxidable. Los gases del escape entran al convertidorcatalítico de tipo monolítico, encontrándose primero con el difusor de flujo. El difusor

esta diseñado para extender, o disolver, los gases del escape dejándolos mucho masfluidos a través del elemento monolítico.

El elemento monolítico es de un diseñador de tipo panal. Este tiene cientos de pequeños pasajes a través de los cuales fluyen los gases del escape. Se utiliza un material decerámica para conformar este elemento monolítico. Este material de cerámica estaimpregnado con una capa muy delgada de platino y paladio. El recubrimiento es laclave para la operación del convertidorcatalítico.

Alrededor del elemento monolítico seencuentra una malla de acero inoxidable. Lamalla es utilizada para alojar el elementomonolítico. La malla protege el elemento frágilde cerámica de los daños debido a golpes yvibraciones.

Convertidor de Tipo Balines

Este convertidor contiene pantallas, placas de pantalla,

aisladores y balines de oxidode aluminio dentro de sucoraza de acero inoxidable.Al entrar los gases del escapeal convertidor, estos sondesviados hacia arriba sobreuna pantalla. La única formade que los gases fluyandentro del convertidor es

pasando a través de losagujeros en la placa de la

pantalla.



Los gases posteriormente pasan a través del substrato de los balines de óxido dealuminio, y son dirigidos fuera del convertidor por medio de otra pantalla.

El convertidor de tipo balines también tiene un aislador en su coraza para mantener lasaltas temperaturas. Los balines de óxido de aluminio están impregnados con platino y

paladio, como el elemento de cerámica del convertidor de tipo monolítico.

Catalizadores

Un catalizador es una sustancia utilizada para acelerar una reacción química. El platinoy el paladio son los agentes catalizadores en el convertidor de tipo oxidante. Amboscatalizadores oxidantes, el de tipo monolítico y el tipo balines, utilizan cerca del 70 porciento del platino y el 30 por ciento del paladio.

Los convertidores catalíticos oxidantes, son utilizados para controlar las emisiones de

los hidrocarburos y el monóxido de carbono, no controlan las emisiones de los óxidosde nitrógeno (NOx). Los óxidos de nitrógeno (NOx) se forman cuando se quemagasolina en la cámara de combustión, bajo condiciones que causan que la temperaturaexceda 2500ºF (1400ºC). El nitrógeno (N) es convertidor en oxido nítrico (NO), y endióxido de nitrógeno (NO2). Para controlar las emisiones de los NOx, es necesario uncatalizador reductivo para reducir, o cambiar, los compuestos químicos que hayan sidooxidados y transformarlos de vuelta a su condición no oxidada. El catalizador reductivoconvertirá el NO y el NO2 de nuevo a nitrógeno (N), y oxigeno (O2), ambos gases noson perjudiciales.

La sección de deducción de un convertidor contiene rodio, un metal noble muy raro. Elrodio es un catalizador el cual puede causar que los NOx reaccionen con el CO paraformar N2 (nitrógeno) y CO2 no perjudiciales. La mezcla optima para el proceso dereducción esta en un rango de aire/combustible de 14.7:1 se permite que el convertidorreductivo convierta efectivamente los NOx en emisiones más bajas, y que el convertidoroxidante convierta los HC y el CO en emisiones más bajas de una manera efectiva.

Convertidores Catalíticos de Tres Vías y de Substrato Doble

Para reducir las emisiones de los óxidos de nitrógeno de una manera efectiva, así como

las emisiones de HC y CO, es necesario utilizar dos tipos de catalizadores: unoreductivo y uno oxidante. Existen dos convertidores, con escasas variaciones, quereducen los tres tipos de contaminantes –los convertidores catalíticos de substrato doble.El convertidor catalítico de substrato doble es, de hecho, un convertidor oxidante y unconvertidor reductivo a la vez combinado en una sola coraza. Los convertidorescatalíticos de tres vías toman su nombre porque su primera etapa, de hecho, reduce yoxida los tres contaminantes al mismo tiempo. Los dos tipos de convertidores sonutilizados, el de tipo panal monolítico y el de balines de tres vías. Los automóvilesequipados con un sistema de control de combustible con el Sensor de Oxigeno/Sistemade Retroalimentación utilizan este tipo de convertidor.



El convertidor de substrato doblefunciona de dos maneras. Primero, losgases del escape pasan por el agentereductor. Un proceso de reducción

química convierte las emisiones de NOx a N2 y por el agente oxidante.Los HC y el CO ahora se combinancon el oxigeno, producto de lareacción de la reducción, formándosedióxido de carbono (CO2) y vapor deagua (H2O). sin embargo, no se

produce el oxigeno suficiente por el proceso de reducción para satisfacer el proceso de oxidación. Por esa razón, esnecesario suministrar oxigeno adicional por medio de una fuente de aire exteriorcontrolada (el Sistema de Inyección de Aire Secundario-AIR system). El nitrógeno (N)

es un gas inerte, y pasa a través del segundo substrato del convertidor sin reaccionar. Elconvertidor catalítico de tres vías causa una reacción química complicada entre losóxidos de nitrógeno y el CO; posteriormente se oxidan las emisiones restantes en lasegunda etapa.

El rango optimo de la mezcla de aire/combustible de 14.7:1 requerido para unareducción eficiente de los tres contaminantes es difícil de mantenerse bajo todas lascondiciones de operación del motor. Loos carburadores convencionales, y aun lossistemas de inyección electrónica de combustible, no pueden hacerlo confiablemente.Ahora estamos viendo la utilización de sistemas de entrega de combustible controlados

por un microcomputador para superar el problema.

La bomba de inyección de aire requerida con un convertidor catalítico de substratodoble debe estar conectada en un punto del convertidor mismo. Esto es realizado de talforma que no exista ningún tipo de alimentación de oxigeno a la sección de reducciónde los NOx del convertidor durante la operación de calentamiento del motor, durante lacual es cuando el motor produce emisiones de NOx. Para la operación en frio, pararealizar esto, se pueden utilizar una válvula de conmutación de aire, junto con lasmangueras de conexiónrequeridas. Debemos mencionaraque ciertos fabricantes no

permiten la inyección de aire alconvertidor en un motor calientesi el vehiculo ha sido dejado enmarcha minima de uno o tresminutos. La razón de esto esevitar sobrecalentar elconvertidor durante lascondiciones de marcha minimacon una mezcla rica. Arranquede nuevo el motor y acelérelo

por 30 segundos antes de

verificar otra vez.



El convertidor necesita calor para prenderse; y por esta razón esta colocado en el flujodel gas del escape, tan cerca como sea posible del múltiple de escape. El convertidor no

prendera hasta que las temperas del gas del escape alcancen aproximadamente 500ºF(251ºC). Cuando el catalizador (CAT) no prende, se lleva a cabo un quemado delsistema de inyección de aire secundario, lo cual nos da un calor extremo. La

temperatura que la quema usualmente estara cercana a 200ºF (93ºC) mas caliente que latemperatura del escape.

Cuando el vehículo esta funcionando normalmente, la temperatura dentro delconvertidor catalítico será aproximadamente 1400ºF (750ºC); la coraza exterior secalentara cerca de 700ºF (350ºC).

Pueden darse temperaturas muchosmayores cuando ciertas cantidadesexcesivas de combustible alcancenel convertidor. El combustible

excesivo puede estar presentecuando el motor esta funcionandocon una falla de encendido; esto

podría también ser resultado deuna falla, o un ajuste inadecuadodel carburador. Por esta razón, losvehículos equipados con convertidores catalíticos no deben funcionar con bujías ocables de bujías defectuosos. Si por propósitos de diagnostico se pone en corto una

bujía, o se desconecta, el motor no debe ser operador por mas de 30 segundos.Cualquier otra condición que permita una mezcla sobre-enriquecida que alcance alconvertidor catalítico, debe ser corregida inmediatamente, para prevenir daños.

Toda vez que el convertidor catalítico puede alcanzar temperaturas muy altas, algunosfabricantes han protegido la parte inferior de sus vehículos. Generalmente, se utilizan

protectores de calor para proteger los componentes en la parte inferior del vehiculo delcalor adicional del convertidor catalítico. Así mismo, los vehículos diseñados para unaoperación de servicio pesado, tales como remolques, tienen un aislamiento especialdebajo del piso de los mismos. Esto disminuirá la formación de calor dentro delvehiculo.Debemos, ahora, entender básicamente los sistemas de protección requeridos para elconvertidor catalítico. Sin embargo, debemos estar al tanto de que los sistemas de

protección del catalizador variaran considerablemente dependiendo los modelos y losfabricantes a nivel individual. Por estarazón, deberemos siempre consultar elmanual de servicio del fabricante.Todos los vehículos que utilizan unconvertidor catalítico deben utilizargasolina sin plomo o gasolina libre de

plomo. Esto se debe a que el plomo, enla gasolina con plomo, recubrirá losmateriales catalizadores del platino y el

paladio. Este recubrimiento de plomo

destruirá la efectividad del convertidor catalítico por lo que el catalizador necesitara serreemplazado.



Inspección del Sistema

La inspección del sistema del

convertidor catalítico debe serrealizada periódicamente, antes decualquier prueba de emisiones. Estainspección no requiere deherramientas o instrumentos,tardándose pocos minutos enrealizarse. Muchos problemas puedenser evitados o corregidos siguiendoestos pasos.

1.observe que todos los componentes estén instalados adecuadamente en el motoy que no se le hayan hecho modificaciones. El convertidor catalítico o los convertidoresdeben estar en su lugar. No deben existir fugas en los tubos del escape o en losempaques en entre el motor y el convertidor.

2. verifique el convertidor catalítico por su hubiera daños físicos. Busqueabolladuras, rupturas o perforaciones. También verifique las evidencias de unsobrecalentamiento de el convertidor. La decoloración o la caída de la pinturadebajo ceder vehiculo son signos de que el convertidor esta calentándose demasiadosi usted encuentra evidencia de sobrecalentamiento, sospeche del sistema de

protección del convertidor.3. verifique los componentes del sistema de protección del catalizador. Verifique lasmangueras de conexión buscando posibles rajaduras deterioros y conexiones flojas.

Las fugas de aire en las mangueras del sistema de protección del catalizadorreducirán su efectividad. Las fugas de aire excesivas causaran que el sistema esteinoperante, pudiendo causar una falla de encendido con mezcla pobre.

Si el convertidor catalítico ha sido dañado excesivamente, este fallara en sufuncionamiento y, por consecuencia, ha de ser reemplazado.

Verificación del sistema. Para una información especifica sobre la verificación y ajuste de los componentes delsistema de protección del catalizador, es recomendable que sea utilizado el manual de

servicio del fabricante del vehiculo o un buen manual de control del sistema de las



emisiones. Esto es necesario a causa de la variación de los sistemas de protección entrelos diversos modelos y fabricantes.TEORIA DE LOS GASES DEL ESCAPE

Cada partícula de la mezcla de aire/combustible que entra al motor sale del mismo en

forma-diferente. El análisis de los gases es un proceso de medición de los derivados dela combustión (by-products of combustión) para determinar la eficiencia del proceso delquemado en relación con la carga de aire entrante.

Cuando analizamos los gases del escape, es importante recordar donde están siendotomados los gases. Los gases tomados en el tubo del escape serán cambiados por elconvertidor catalítico, por eso, no pueden ser interpretados igual a como son tomadoslos gases antes del catalizador. Cuando analizamos los gases tomados en el tubo delescape, recuerde que el proceso de conversión se lleva a cabo en el convertidorcatalítico.

El rango estequiometrico de aire/combustible

La base de todas las técnicas de control de las emisiones es el control del rango de lamezcla de aire/combustible. Al estar cerca del rango de la mezcla de aire/combustible,el motor puede oxidar eficientemente la carga de aire/combustible, asegurando que elconvertidor catalítico funciona en su máxima eficiencia. Las diversas condiciones deoperación requieren diversos rangos de aire/combustible. Sin un balance de losdiferentes rangos de aire/combustible, el convertidor catalítico podría dañarse. Este

balance ideal es llamado estequiometrico (ilustración 4-46). Como muestra lailustración, el punto estequiometrico es un promedio del rango del aire y de la gasolinade aproximadamente 14.7:1. el objetivo del sistema de control del motor es mantener elrango estequiometrico proporcionando un balance ideal entre las emisiones, el consumode combustible, y el funcionamiento del vehiculo. Al verificar el nivel del oxigeno enlos gases del escape, el PCM puede mantener el rango estequiometrico y proteger elconvertidor catalítico.

Gases del escape

Como dijimos anteriormente, cuando lacombustión “es perfecta” se producen tres

elementos:• calor (heat)• dióxido de carbono (CO2)• vapor de agua (H2O)

si ocurriera un combustión perfecta, lasmoléculas de carbón de los hidrocarburos(HC) se combinarían con el oxigeno (O2)del aire para formar dióxido de carbono

(CO2). Las moléculas de hidrógenos de loshidrocarburos de combinarían con el



oxigeno (O2) del aire para formar vapor de agua (H2O). no quedaría combustibleremanente y todo el oxigeno disponible seria utilizado. En otras palabras, habría unacantidad exacta de oxigeno para oxidar los elementos del HC en la gasolina.

Adicionalmente, el 78% del aire que esta siendo succionado hacia el motor esta

compuesto de nitrógeno. De una manera ideal, durante una combustión perfecta, elnitrógeno permanece inafectado atravesó del proceso de oxidación y sale por el escapesin cambio alguno.

En realidad, la combustión perfecta raramente ocurre debido a inconsistencias en el proceso del quemado y las variaciones en el flujo del aire que entre al motor. Lagasolina, aun en sus mezclas de mayor calidad, pueden tener impurezas que puedencontribuir a una combustión imperfecta. Aun cuando el rango del aire y la gasolina seacorrecto, a la carga de aire/combustible puede no siempre ser completamente oxidada.Cuando sucede una combustión incompleta, los niveles de los gases dañinos seincrementan. Así mismo, el nitrógeno en la carga del aire, expuesta a elevadas

temperaturas, se combinara químicamente con el oxigeno y producirá emisiones dañinas NOx.

Ya que en el mundo real la combustión no es perfecta, cada motor produce lossiguientes gases en cantidades variables:

• vapor de agua (HO2)• dióxido de carbono (CO2)• monóxido de carbono (CO)• oxigeno (O2)•

óxidos de Nitrógeno (NOx)Vapor de agua (H2O)

El vapor de agua es un derivado favorable de la combustión. Durante el proceso de laoxidación, dos moléculas de hidrogeno se combinan con una molécula de oxigeno.

Dióxido de carbono (CO2)

El dióxido de carbono es un derivado “deseable” de la combustión, y es valioso paradeterminar la eficiencia de la combustión. El dióxido de carbono es el resultado de una

molécula de carbono unida con dos moléculas de oxigeno durante la oxidación. Eldióxido de carbono no es toxico cuando esta en niveles bajos (nosotros exhalamosdióxido de carbono cuando respiramos), y este es típicamente medido en porcentaje(%). Cuando el motor esta funcionando bajo condiciones estequiometrias, el CO2alcanza niveles de un 13 a 16 por ciento siendo un 13 por ciento considerado el nivelmas bajo de rango aceptable. Los altos niveles de dióxido de carbono presentes en elescape son una indicación de una combustión eficiente. Una combinación de control delmotor eficiente, una combustión eficiente, y el funcionamiento del catalizador, tambiéneficiente, nos pueden proporcionar niveles de CO2 tan altos como un 16.0%.



Hidrocarbono

(HC)

Gasolina sin quemar,resultado

DIOXIDO DE CARBONO

(co2)

Un indicador de eficiencia del motor

Medido en% Por Volumen

Hidrocarburos (HC)

El elemento principalcombustible en la gasolina son

los elementos gaseosos de loshidrocarburos. Cualquiera delos elementos de loshidrocarburos remanentes enel escape “indeseable”, esgasolina no quemada porcausa de una combustiónincompleta. Cualquiercondición que ocasione que lacarga de aire/combustible nose queme nos dará niveles elevados de hidrocarburos. Las emisiones de hidrocarburos

(HC) también pueden ser liberadas de un vehiculo a causa de una evaporación (porejemplo: el tanque del combustible, fugas de combustible) y fugas del Carter del motor(por ejemplo: tapón de llenado de aceite faltante).

Las emisiones de los hidrocarburos pueden producirse como un resultado de las áreasapagadas en la cámara de combustión. Las áreas apagadas ocurre donde el frente de lallama no puede alcanzar adecuadamente toda la carga de aire/combustible permitiendoque los vapores de la gasolina se condensen, convirtiéndose en grandes gotas que no

podrán ser oxidadas. En los modelos de autos recientes con controles de emisiones y en buena condición mecánica, los niveles de los hidrocarburos pueden aun ser medidos enel tubo del escape aunque normalmente esténmuy bajos.Los hidrocarburos normalmente son medidosen partes por millón (ppm) por volumen. Porejemplo, un valor de 100 ppm significa que porcada parte de millón de gas del escape, 100

partes están compuestas de hidrocarburos.

Las emisiones excesivas de hidrocarburos en el tubo del escape pueden ser resultado de:Cuestiones acercade compresión/contención(falla mecánica)

*si el motor es incapaz de adecuadamente comprimir y/o contener la cargade aire/combustible, la disminución en presión y temperatura promoveráuna combustión incompleta.*combustible crudo que quede pasado los anillos del pistón causa aumentode niveles de elementos de hidrocarbono en el Carter del cigüeñal lo queenriquece la mezcla como resultado de una función normal del PCV

Cuestiones acercade la mezclaAire-Combustible

*mezclas excesivamente pobres que no contiene suficiente gasolina, noaguantan la combustión en un cilindro determinado y la poca gasolina queentre al cilindro, no quemara,*las mezclas ricas desplazan el oxigeno que normalmente son arrastradasadentro del cilindro. Cuando todo el oxigeno es consumido, las emisiones

de HC aumentaran.Chispa/Eléctrica *un voltaje adecuado para iniciar la combustión de la carga de



Monóxido de carbono

(CO)Un exceso de CO es el resultado de combustible queesta siendo quemado sin aire suficiente que permitauna combustión completa

Medido en% por volumen

aire/combustible al momento idóneo es esencial para promover una quemacompleta. Una deficiencias en los voltajes primarios y secundarios tienenun efecto negativo en la calidad de la chispa. Unos componentes deignición desgastados son la principal fuente de reducción de la chispa.*una sincronización de ignición sobre avanzada enciende la mezcla deaire/combustible antes de que sea apropiadamente comprimida. Tal comoocurre con las cuestiones de compresión, unas presiones mas bajas promueven una combustión incompleta.*una sincronización retardada de la chispa aumenta las emisiones de HCal no proveer suficiente tiempo para completar una combustión en elcilindro. La combustión de la carga de aire/combustible no es completaantes de que la válvula de escape abra y los hidrocarburos entren almúltiple del escape.

Monóxido de Carbono (CO)

El monóxido de carbono es un gas toxico que es incoloro, inodoro e insípido. El respirarconcentraciones del 0.3% por volumen puede causar la muerte en 30 minutos. Unosniveles mas bajos pueden causar dolores de cabeza, nauseas y somnolencia. Debido a sutoxicidad, el monóxido de carbono es identificado como un gas “no deseable”

producido en el proceso de la combustión y esta, en cantidades limitadas, siempre presente.

El monóxido de carbono se forma cuandono existe el oxigeno suficiente para apoyaruna combustión completa. Cuando ocurreesta falla de oxigeno, no hay suficientesmoléculas de oxigeno disponibles paracrear dióxido de carbono y vapor de agua.Un motor, en buenas condiciones deoperación, produce relativamente bajosniveles de CO típicamente medidos en

porcentaje (%) por volumen.

•

1 % de CO lo que significa que un uno por ciento de la totalidad de los gases delescape, son gases CO

Algunas de las causas mas comunes para los altos niveles de CO son:

• Filtro de Aire Restringido• Presión de Combustible Excesiva• Inyectores con fugas• Deposito de Carbón Activo del Sistema EVAP Saturado• Actividad de Purga Inadecuada• Tiempo Inicial de Encendido Sobreadelantado•

Señal Inadecuada de algún Sensor• Sistema PCV con una Falla



• Un control de salidas Inadecuado• Falla en el Sistema de Inyección del Aire Secundario, AIR ( cuando este

equipado en el vehiculo)• Aceite del Motor Diluido• Un Mantenimiento Inadecuado de los Dispositivos del control de las Emisiones•

Mezcla de aire/combustible Rica

Oxygen (O2)

El 21 % del aire atmosférico que entra al motor esta compuesto de oxigeno (a nivel delmar). Un suministro adecuado de oxigeno debe estar presente para que haya unacombustión eficiente y también una operación del catalizador eficiente también. Todavez que el catalizador almacena y utiliza oxigeno, los niveles bajos de oxigeno (O2) sondeseables cuando se miden en el tubo del escape. El oxigeno libre del tubo del escape enun motor afinado adecuadamente y en buena condición de operación, típicamente estaentre el 0.3 y el 1.0 por ciento del gas del escape.

Utilizando las señales de los sensores de oxigeno, la computadora calcula la mezcla deaire/combustible para proporcionar el oxigeno adecuado para el catalizador sin causarque el catalizador se recaliente. Sin los niveles adecuados de oxigeno, el convertidor no

puede oxidar los HC o el CO de una forma afectiva. El sistema de Inyección del Airesecundario (AIR Sistema) puede ser utilizado para suministrar oxigeno adicional alconvertidor, incrementando su eficiencia. Al volverse mas eficiente el convertidor, losniveles de las emisiones del escape de HC y CO deberán disminuir.

El oxigeno en el escape es un indicador del rango del aire/combustible. Cuando unmotor esta funcionando con una mezcla pobre, el oxigeno (O2) se incrementara

proporcionalmente al incrementarse el rango del aire/combustible. Este incrementocontinuara hasta el punto de la falla de encendido por causa de una mezcla pobre.Cuando el motor funciona con o por encima del punto de la falla de encendido conmezcla pobre, los niveles de oxigeno (O2) se elevaran dramáticamente, al incrementarsela falla de encendido.

Las fuentes adicionales de oxigeno disponibles para la combustión y/o para elconvertidor catalítico incluyen:

• El Sistema de Inyección del Aire Secundario (AIR System)• Fallas de Encendido• Una pobre Aplicación o Distribución del Combustible• Los Múltiples del Escape Rajados• Componentes del Sistema del Escape con Conexiones pobres• Un Alto contenido de Alcohol en el Combustible• Componentes Defectuosos del Sistema de Inyección de Aire Secundario



Óxidos de Nitrógeno (NOx)

Cualquier combinación de nitrógeno y oxigeno incluyendo NO y NO2 soncolectivamente conocidos como los óxidos de nitrógeno (NOx). El monóxido de

nitrógeno (NO) es un gas incoloro, inodoro e insípido que es convertido fácilmente endióxido de nitrógeno (NO2). El dióxido de nitrógeno es un gas venenoso color caférojizo, con olor penetrante, que destruye los tejidos de los pulmones.

Teoría de los NOx:En el proceso de la combustión, la producción de los óxidos de nitrógeno ocurre

proporcionalmente con las temperaturas de la combustión. Cuando las temperaturas dela combustión exceden los 2500ºF (1400ºC), la producción de los NOx se incrementadramáticamente. En la presencia de temperaturas y presiones elevadas de la combustión,los NOx se forman cuando las moléculas de nitrógeno se unen químicamente con lasmoléculas del oxigeno. Con el motor bajo carga, la producción de los NOx puede

exceder 2500 partes por millón por volumencuando ocurren fallas.

Los niveles de los Nox son afectados

mayormente por la temperatura del motor,

pero también tienden a variar con los

niveles de la mezcla. En un motor

funcionado normal, los NOx están más

altos cuando la mezcla se encuentra

ligeramente mas pobre de 14.7:1.

Debido a que la formación de los Noxdepende de la temperatura, las mezclas pobres,las cuales hacen que el motor funcione mascaliente, pueden causar alta producción de los NOx. Al empobrecerse la mezcla deaire/combustible mas de 14.7:1, la producción de los NOx se incrementa, hasta que elrango de aire/combustible alcance aproximadamente 16:1-entonces los NOx caen denuevo. Los niveles de los NOx desminuyen en el rango de 16:1 porque la cantidadreducida de combustible evita la combustión y como resultado, se reduce la temperaturade los cilindros.

Cualquiera de las siguientes condiciones o una combinación de las mismas puedeocasionar niveles elevados de Nox:

• Fallas del sistema de Inyección del Aire Secundario que proporcionen oxigenoexcesivo al flujo superior del escape del convertidor catalítico

• Tiempo inicial de Encendido Sobreadelantado• Temperaturas del Motor Elevadas• Operación Inadecuada del Termostato/Termostato faltante• Valores Inadecuados del Sensor de la Temperatura del Refrigerante del Motor• Valores Inadecuados del Sensor de la Presión Barométrica• Sensores de Detonación Defectuosos•

Tiempo de Encendido Extremadamente Atrasado• Mezclas de Aire/Combustible pobres



• Rangos de comprensión Altos• Depósitos de Carbón en la Cámara de Combustión• Un Convertidor catalítico de Tes Vías defectuoso• Computadora Defectuosa• Rango de Calor Inadecuado de la Bujías

Control de los niveles de los NOx:Existen dos maneras de controlar la producción de los NOx: antes de la combustión(pre-combustión) y después de la combustión (post-combustión). Evitar la formación delos Nox es más efectivo que controlarlo, después de que este haya sido producido. Poresa razón, el objetivo principal para el control de los niveles de los Nox estriba en elcontrol de la cantidad de Nox producida por el motor por medio de ciertos métodos quese realizan antes de la combustión (pre-combustión methods).

El control antes de la combustión de los Nox es el método preferido para controlar los Nox al conservar temperaturas de la combustión mas frías. Una compresión mas baja, eltiempo retrasado, mezclas mas ricas, el flujo del EGR, y el traslape de válvulas, puedenser empleados en combinaciones variadas para disminuir la producción de los Nox.

Los gases del escape que son recirculados y enviados de regreso a las cámaras decombustión ayudan a limitar la producción de los Nox al desplazar una parte de la cargade aire/combustible. Cuando una parte de la carga de aire/combustible es desplazada, secrea una “mezcla mas rica” de una manera efectiva. Esta “mezcla mas rica” enfría latemperatura de la combustión.

•

En los vehículos de fabricación mas reciente, equipados con un sistema OBD II,la producción de los NOx debe permanecer por debajo de los 500 ppm bajocondiciones de carga cuando el tren de fuerza, sus controles y el convertidorestén funcionando en su máxima eficiencia.

El control después de la combustión (post-combustión) de los Nox ocurre en la secciónde la reducción de los convertidores catalíticos. Este es únicamente un métodosecundario de controlar los Nox – aun si el convertidor catalítico estuviera funcionadocorrectamente, este no será capaz de reciclar una producción excesiva de los Nox.

Relaciones entre los Gases

Los HC y el Rango de Aire/combustible

La ilustración muestra la relación entre el rango del aire/combustible y los HC. Cuandola combustión es controlada adecuadamente, los niveles de los HC son bajos,generalmente. A un rango aproximado de 17:1 y por encima de esto, empieza unacondición de falla de encendido con mezcla pobre y los valores de los HC seincrementan cuando son medidos antes del convertidor catalítico. El punto real de lafalla de encendido variara, dependiendo de la configuración del motor y de las

condiciones de operación actuales. Algunas configuraciones del motor están diseñadas



para funcionar con rangos de aire/combustible tan bajos como 20:1 bajo condiciones deoperación muy específicas sin causar fallas de encendido con mezcla pobre.

El CO y el Rango del

Aire/combustible

La ilustración muestra la relaciónentre el CO y el rango delaire/combustible. El CO es un buenindicador de que un motor estafuncionado con una mezcla rica entre10:1 y 14.7:1. Por encima de 15:1, elCO no cambia apreciablemente. Poresa razón, el CO por si solo es un malindicador de cuando los rangos del aire/combustible están pobres.

HC/CO

Durante la combustión, si la cantidadde oxigeno y de gasolina disponible escorrecta, los elementos de loshidrocarburos son descompuestos enmoléculas de hidrogeno y carbono.Dos moléculas de hidrogeno unidasquímicamente con una comedura deoxigeno se convierten en vapor deagua (H2O), y una molécula decarbono unida químicamente con dosmoléculas de oxigeno se convierten endióxido de carbono (CO2). Cuando noexiste el suficiente oxigeno disponible, se dice que la mezcla de aire/combustible estarica. Durante ligeras condiciones de continuar incrementándose las condiciones demezcla rica (la cantidad de oxigeno disponible disminuye posteriormente), el nivel delmonóxido de carbono continua elevándose. En algún punto, no habrá el suficienteoxigeno disponible para apoyar la combustión y los hidrocarburos pasaran a través delos cilindros del motor sin cambio

alguno.Cuando realicemos el ajuste delaire/combustible, la idea es ajustar lamezcla en un punto donde los niveles delos HC y del CO sean mínimos cuandosean medidos antes del convertidor.La ilustración muestra la relación de losniveles de los HC y del CO antes delconvertidor.



* Algún punto entre 14.4:1 y 15:1 es el rango de la máxima eficiencia.* Mas rico que aproximadamente 15:1 significa que el CO se incrementa

establemente y los HC se incrementan hasta cierto grado.* Mas pobre que 14.4:1 significa que el CO se estabiliza abajo y los HC se

incrementan.

Los convertidores catalíticos, cuando funcionan adecuadamente, son tan efectivos que pueden virtualmente eliminar los HC y el CO del gas de escape cuando estos sonmedidos en el tubo del escape. Esta reducción puede algunas veces causar confusióndurante el análisis de los gases del escape. La ilustración muestra los efectos que elconvertidor catalítico puede tener en los niveles de los HC y el CO en el tubo delescape.

• Los niveles del CO son muy bajos, y los HC ya no sonefectivos para indicar una falla de

encendido en un motorfuncionando con una mezcla

pobre.• Hay una marcada falta de

incremento de los HC en el puntode la falla de encendido conmezcla pobre.

Es función de los sistemas de control delmotor ajustar el rango delaire/combustible y verificar su eficiencia. Toda vez que los vehículos equipados con elconvertidor deben funcionar con una mezcla pobre para ser efectivos, algún indicador,aparte del CO, debe ser utilizado para determinar la pobreza de la mezcla al verificar elrango del aire/combustible. Los niveles del oxigeno llegan a ser un indicador importantede una mezcla pobre. De hecho, este es un buen indicador de que el sistema de controldel motor utiliza un sensor de oxigeno en el flujo del escape para calcular los cambiosnecesarios para el ancho del pulso del inyector.

El oxigeno O2 – es un Indicador de una Mezcla Pobre

Al utilizar los valores del CO y del O2, se puede verificar la eficiencia del rango del

aire/combustible.

• Si el porcentaje de CO excedierael porcentaje del O2, se diría queel motor del vehiculo estafuncionando en el lado rico del

punto estequiometrico. Siocurriera esta condición por

periodos prolongados, elcatalizador estará inefectivo yfalto de oxigeno para reducir los

HC/CO. Esto no necesariamentesignifica que el convertidor este



defectuoso. Esto puede simplemente mostrar sus necesidades de recibir masoxigeno para que trabaje mejor.

El oxigeno O2 – es un Indicador de una Mezcla Pobre

•

Si el porcentaje de O2 excediera el porcentaje de CO, se diría que el motor delvehiculo esta funcionando en el lado pobre del punto estequiometrico. Se el O2excede los valores del CO y el valor del CO es de .5% o por encima a esto, hay

posibilidad de que el catalizador este dañado o ineficiente ya que estaalmacenando suficiente oxigeno, pero no esta reduciendo el CO. Los valores delos HC están también normalmente altos bajo esta condición.

Utilizando los Valores del CO2 y el O2

Refiriéndonos a la ilustración, es aparente de que el punto estequiometrico ocurrecuando el CO2 esta en el lado pobre del rango de aire/combustible de aproximadamente

14.7:1. al mismo tiempo, los valores de CO y de O2 son aproximadamente los mismos.Debemos observar que el punto estequiometrico ocurre justo en el momento cuando elO2 empieza a incrementarse y el CO2 empieza a disminuir. La idea es verificar losvalores del CO2, CO, y O2 del vehiculo para determinar el control del aire/combustibleadecuado.

La relación del CO y del O2

En el lado rico del punto estequiometrico, la parte del escape medida es mas alta enmonóxido de carbono y mas baja en el contenido de oxigeno. Al acercarse al mezcla al

punto estequiometrico, el CO disminuye establemente, al salir los niveles del del O2 deltubo del escape conservándose relativamente consistentes en aproximadamente 0.6%.en el lado pobre del punto estequiometrico, el CO se estabiliza y el O2 aumenterápidamente al incrementarse el rango. Eventualmente la mezcla se vuelve tan pobreque esta no puede ayudar a la combustión.Esto crea una falta de encendió por causa de una mezcla pobre que permite que ciertacantidad de combustible sin quemar pase a través del proceso de la combustión, sincambio alguno.

ESTUDIOS DE CASOS REALESPrueba de Crucero Alta

La tabla nos muestra los valores de los gases del escape de un vehiculo a una velocidadde RPM de crucero con el sistema de inyección de aire habilitado. En un motorfuncionado adecuadamente, las emisiones de los HC y del CO típicamente disminuiránen la velocidad de crucero, porque la eficiencia de la combustión mejora alincrementarse al velocidad del motor.Como podemos comprobar, los limites máximos de las emisiones en el analizador paraestos dos contaminantes, los HC y el CO han sido excedidos, lo cual indica la razón por

la que el equipo ha remarcado ambos gases.



Resultados Limite MAX

RPM 2500

HC PPM 863* 220

CO % 6.58* 1.2

O2% 3.45

CO2% 10.46

Un porcentaje alto del monóxido de carbono indica que el rango del aire/combustibleesta demasiado rico. De hecho, la mezcla esta tan rica que el motor esta sufriendo unafalla de encendido ya que todo el oxigeno disponible ha sido consumido como loevidencia la alta concentración de los hidrocarburos. Aunque el sistema de inyección deaire esta funcionando, el suministro de oxigeno adicional no puede ser utilizado de unamanera efectiva utilizando la combustión secundaria. Esto es debido a que la mezclarica esta ocasionando que el sistema de escape este “frio”, cual no fomentara la post-combustión adecuadamente. Los valores del O2 y del CO2 son una evidencia de esto.

Prueba de Ralentí (o Marcha Minima)

la tabla muestra los valores de los gases del escape de un vehiculo en ralentí con elsistema de inyección de aire deshabilitado. Como podemos ver, los valores de los dosgases de los HC y del CO están muy por debajo de los limites máximos en elanalizador.

Resultados Limite MAXRPM 750HC PPM 34 220

CO % 0.01 1.2O2 % 0.34

CO2 % 14.30

Los valores mostrados representan los gases reales de la combustión, los cuales han sidoalterados por un sistema de inyección de aire activo y un convertidor catalítico caliente.Por esa razón, los valores de estos gases pueden ser el resultado de un sistema deentrega de combustible, un sistema de encendido, y un sistema de control de las

emisiones todos funcionando perfectamente. Debemos observa que, virtualmente, todoel oxigeno disponible ha sido utilizado para la combustión y que el porcentaje de los



valores del CO2 esta alto. De hecho, cuando el rango del aire/combustible es controladoen un promedio de 14.7:1, el dióxido de carbono debe estar cercano al 14.5% sin elSistema de Inyección de Aire Secundario (secondary AIR).Prueba ASM 5015

La tabla muestra los valores de los gases del escape de un vehiculo obtenidos duranteuna prueba ASM 5015, una prueba de emisiones con carga. Como podemos comprobar,el limite máximo de las emisiones para los NOx ha sido excedido, razón por la cual elequipo de prueba lo ha remarcado. Este vehiculo no esta equipado con un sistema deinyección de aire secundario.

Resultados Limite MAXHC PPM 66 155

CO % .39 1.31 NOx PPM 1629* 1046

Los gases de HC y CO están dentro de los limites aceptables indicando que la oxidacióndentro de los cilindros es eficiente. Los niveles altos de las emisiones de los NOxindican temperaturas excesivas en el proceso de la combustión y/o que esta ocurriendouna falta de reducción en el convertidor catalítico.

Prueba IM240

La tabal muestra los valores de los gases de un vehiculo obtenidos durante una pruebade muestreo de volumen constante IM240, una prueba de emisiones con carga. Como

podemos ver, los limites máximos de las emisiones para los des gases, los HC y el COhan sido excedidos, por lo cual el equipo ha remarcado a los dos. Este vehiculo no estaequipado con un sistema de inyección de aire secundario.

Resultados Limite MAXHC GPM 11.78* 0.8CO GPM 292.14* 15.0

NOx GPM 0.14 2.0

Los altos niveles de monóxido de carbono indican que el rango del aire/combustibleesta demasiado rico. De hecho, la mezcla es tan rica que el motor esta teniendo una falla

de cilindros (misfire) porque todo el oxigeno disponible ha sido consumido como esmostrado, evidentemente, por la alta concentración hidrocarburos. Durante el procesode oxidación, la mezcla rica produce menos calor que una mezcla pobre, y puede causarque se observen bajos niveles de NOx.

teoria de aire combustible capitulo3

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