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 Gases de escape 1
Casi todo lo descrito hasta ahora funcionaba sin control de emisiones. Entonces, ¿fueron las regulaciones de emisiones más estrictas el detonante del desarrollo de la inyección de gasolina, o no?. Después
de todo, varios modelos de automóviles alemanes no superaron las primeras regulaciones de emisiones estadounidenses. En ocasiones, el propio director tuvo que viajar para salvar, en la medida de lo
posible, ciertas situaciones. En un caso concreto, el fabricante prometió introducir la inyección de gasolina en los vehículos que se iban a probar en un plazo de seis meses y, de este modo, recibió una
homologación de emergencia.
Sin embargo, aún existen otras desventajas del carburador y el deseo de aumentar la potencia de forma más sencilla. Al fin y al cabo, la inyección multipunto es comparable a un sistema de carburadores
múltiples. ¿Alguna vez has intentado ajustar un sistema de esos?. Es más fácil arrear un saco de pulgas. Las regulaciones de emisiones simplemente garantizan que los sistemas existentes se amplíen con
estas funciones y sustituyan al carburador de forma mucho más rápida y completa.
La base del sistema de purificación de gases de escape que aún existe hoy en día es el catalizador de tres vías y doble etapa con control lambda, siendo el primero un requisito previo para el segundo. 'De
tres vías' simplemente significa que los contaminantes más importantes, monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC) y óxidos de nitrógeno (NOX), llegan al catalizador en una proporción de masa tal que
pueden equilibrarse entre sí mediante una reacción favorecida por el catalizador.
La palabra 'doble' se refiere a la oxidación y reducción simultáneas de gases. El resultado final es casi exclusivamente dióxido de carbono (CO?), agua (H?O) y nitrógeno (N?). Sin embargo, la importancia
radica en el requisito previo para el éxito de este proceso: la proporción de masa correcta. En resumen, esta proporción de masa se alcanza cuando ? (lambda) = 1, lo que significa que 1 kg de combustible
se quema con 14,8 kg de aire, produciendo nuevamente sólo COCO2, HCO2O y N.
Esto suena más complicado de lo que realmente es. De hecho, la proporción de masa podría calcularse sin la necesidad de realizar ensayos; sólo se necesitaría conocer la distribución entre NO y
NO2. Por eso, en la bibliografía se encuentran valores como '14,5'. Si todos los átomos se hubieran combinado en ? = 1, el tratamiento posterior mediante el catalizador no sería necesario.
Sin embargo, existen dos obstáculos principales: la mezcla insuficiente y el tiempo disponible extremadamente corto. En resumen, el platino o el rodio del catalizador garantizan que las reacciones faltantes
puedan continuar. Cabe mencionar que no participa en la reacción propiamente dicha; simplemente necesita estar en contacto con los componentes y, por ejemplo, no debe estar contaminado con aditivos de
plomo.
Debemos centrarnos en la parte del sistema de purificación de gases de escape responsable de crear una mezcla aire-combustible específica. El componente más importante para esto es el sensor lambda,
más precisamente el sensor de dos puntos. En su primera versión, consiste en una pequeña cavidad recubierta por una gruesa capa de dióxido de circonio. La cavidad está conectada al aire exterior, mientras
que los gases de escape recién recogidos tienen acceso alrededor del dióxido de circonio.
Por lo tanto, una sonda lambda tampoco contiene partes móviles, sólo un cable conectado a una capa de platino dentro del dióxido de circonio. Una segunda capa idéntica en el exterior está conectada a la
masa del motor o del vehículo. El dióxido de circonio cerámico también se denomina 'electrolito sólido'. En las baterías de plomo, el electrolito líquido es capaz de transportar ionenes. Esto es precisamente lo
que ocurre con los ionenes de oxígeno en el dióxido de circonio. Estos atraviesan la cerámica tan pronto como se produce una diferencia en la concentración de oxígeno entre los gases de escape y el aire
ambiente.
De forma similar a una batería, el sensor lambda, con sus dos terminales, se convierte esencialmente en una fuente de tensión. Sin embargo, la intensidad de la corriente sólo es suficiente para un multímetro
convencional, lo cual sería suficiente para la resolución de problemas. En resumen, una mezcla rica con bajo contenido de oxígeno en el tubo de escape genera un voltaje cercano a 1 voltio, mientras que una
mezcla muy pobre genera un voltaje cercano a 0 voltios.
La pronunciada pendiente de la curva de voltaje entre estos dos estados es crucial para la unidad de control del motor (ECU). Regula el suministro de combustible para que el voltaje oscile constantemente
entre valores cercanos a 0 y 1 voltio. Conectando un instrumento de medición analógico antiguo, se puede observar esta oscilación en ralentí. Por supuesto, la inercia de la aguja omite los valores intermedios,
por lo que un multímetro digital no es tan adecuado.
Sin embargo, el dióxido de circonio necesita alcanzar una temperatura específica para funcionar. Normalmente, esta sería de 600 °C o más, pero se reduce a unos 300 °C mediante el dopaje con itrio. Todo el
sistema de control lambda no puede funcionar hasta que se alcance esta temperatura. Por lo tanto, cuando se introdujo el control por sonda lambda, la homologación se realizaba siempre con los vehículos
calentados a 20 °C. Más tarde, con el endurecimiento de las normativas sobre emisiones, se han generalizado temperaturas significativamente más bajas, por ejemplo, 7 °C.
Dado que los gases de escape se recogen durante las pruebas de homologación, a diferencia de las pruebas de emisiones (por ejemplo TÜV), los gases recogidos al inicio de la prueba distorsionan
significativamente el resultado de la medición. Por lo tanto, se han implementado diversas medidas para acortar al máximo esta fase inicial. Además de colocar el sensor lambda directamente en el colector
de escape, la calefacción eléctrica es actualmente la tecnología más avanzada. Sin embargo, el catalizador presenta un problema similar, ya que sólo empieza a funcionar a unos 450 °C.
Para el resto de este capítulo, asumimos que un motor de gasolina casi siempre está controlado por la sonda lambda. Sin embargo, además de la excepción del motor frío, existen otros casos. Por ejemplo,
un motor de gasolina de aspiración natural sólo puede acelerarse enriqueciendo brevemente la mezcla de combustible. Puede haber motores turboalimentados más modernos donde, en ciertos rangos de
funcionamiento, existe tanta presión residual en el sistema de escape que es posible la aceleración.
Esto sería posible con un control adecuado del compresor en casi todos los rangos de funcionamiento. Sin embargo, por lo general, la mezcla se enriquece, ya sea adicionalmente o de forma exclusiva,
abandonando brevemente la ventana lambda. Esto también se aplica al funcionamiento a plena carga. Los fabricantes rara vez renuncian a los valores de catálogo favorables en aras de reducir las emisiones.
Sobre todo porque no se monitorizan ni se penalizan. La aceleración requerida en la prueba de emisiones es baja porque debe ser alcanzable por todos los vehículos. Esto también se aplica a la velocidad
máxima, actualmente de 120 km/h. A partir de ahí, el fabricante tiene libertad para actuar como desee. Al fin y al cabo, las unidades de control son ahora lo suficientemente inteligentes. Cabe suponer que
incluso reconocen con relativa rapidez que se encuentran en la prueba de emisiones y ajustan sus valores en consecuencia. Durante los arranques en frío, el calentamiento, la aceleración y a plena carga, las
mediciones de la sonda lambda generalmente no suelen tener ningún efecto.
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