Anticontaminación en Los Motores de Gasolina

ANTICONTAMINACIÓN EN LOS MOTORES DE GASOLINA
La normativa internacional exige reducir la emisión de hidrocarburos no quemados

y monóxido de carbono (CO). Dichas emisiones provienen de tres puntos diferentes:
gases del cárter, gases de escape y vapores de gasolina.
Control anticontaminación de los gases del cárter
La contaminación es originada por las fugas de gases de compresión y de
combustión hacia el cárter a través de los segmentos. Actualmente estos gases son
ventilados de forma cerrada y devueltos de nuevo a los cilindros, sin verterlos al
exterior. Esto conlleva, aparte del efecto anticontaminante, ventajas mecánicas (los
vapores de agua aumentan el poder antidetonante, los de aceite lubrifican la cabeza
del pistón y los de gasolina mejoran la calidad de la mezcla).
Se emplean circuitos de ventilación cerrada: los vapores suben hasta la cámara de

balancines de donde son conducidos a un decantador (los vapores de aceite se
condensan y vuelven al cárter y los de gasolina se conducen al colector de
admisión).
CONTROL ANTICONTAMINACIÓN DE LOS GASES DEL ESCAPE

CONTAMINANTES
Los contaminantes emitidos por el motor están originados por combustiones
incompletas. Se distinguen dos tipos:
– Principales: nitrógeno, agua y dióxido de carbono (no nocivos puesto que son los
productos normales en una reacción de combustión).
– Secundarios: monóxido de carbono o CO (originado por combustiones con poca
presencia de comburente), hidrocarburos no quemados o HC (fracción del
combustible que no se quema completamente en el proceso de combustión), óxidos
de nitrógeno o NOx (producidos por la reacción del nitrógeno y el oxígeno del aire
a temperaturas elevadas) y óxidos de azufre o SOx (causados por la reacción del
azufre del combustible con el oxígeno del aire a temperaturas elevadas). En todos
los casos se trata de sustancias nocivas y por tanto no deseables en el proceso de
combustión.
Los factores influyentes en la emisión de contaminantes son múltiples:
– El régimen: cuanto mayor sea, mayor es el consumo y, por tanto, las emisiones.
– La carga: cuanto mayor sea, mayor será la temperatura de combustión y, por
tanto, la emisión de NOx, aunque se reducirá la de CO y HC.
– El coeficiente lambda: las mezclas ricas favorecen la emisión de CO, HC y NOx.
– El avance al encendido: a mayor avance, menor consumo, pero más emisión de
HC y NOx (el CO es independiente de este factor).
– La relación de compresión: cuanto mayor sea, mejor es el rendimiento, con lo que
baja el consumo, pero aumenta la emisión de NOx.
– La cámara de combustión: cuanto más compacta, menos HC se emite.
– La distribución: un cruce de válvulas controlado reduce la emisión de HC y NOx.
– La estratificación de la carga: reduce la emisión de NOx pero aumenta la de HC,
al ser mayor el tamaño de la cámara.
PROCEDIMIENTOS DE ANTICONTAMINACIÓN POR MODIFICACIONES EN EL

MOTOR
Cualquier sistema que consiga una combustión lo más completa posible, logrará un
efecto positivo en cuanto a la contaminación. Aunque sea una redundancia por
tratarse de conceptos ya explicados, las modificaciones a realizar en el motor serían
las siguientes:
– Empleo de cámaras de combustión compactas con recorridos de llama cortos y
bujías dispuestas en el centro.
– Disminución de la RC, compensando el aumento del consumo con una
configuración óptima del colector de admisión.
– Empleo de sistemas de estratificación de la carga tales como las cámaras de
combustión
divididas o la inyección directa.
– Control preciso del encendido.
– Empleo de dobles árboles de levas que permitan gestionar adecuadamente el
cruce de válvulas.
– Reducción de la demanda de potencia mediante la optimización de la lubricación,
la refrigeración, etc.
– Uso de válvulas deceleradoras en los motores de carburación o del corte de
inyección en retención en los motores de inyección.
PROCEDIMIENTOS DE ANTICONTAMINACIÓN POR TRATAMIENTO DE LOS

GASES DE ESCAPE
Los medios más empleados son los siguientes:
a) Regulación lambda
Sistema basado en medir los gases quemados y corregir la proporción
aire/combustible de la mezcla en función de la proporción de oxígeno presente en
ellos con respecto a la teórica. Para ello se emplea una sonda, la sonda lambda,
emplazada en el escape. La medición se basa en el principio de “Nernst”, según el
cual, si la proporción de oxígeno en aire a ambos lados de un electrodo de platino
varía, se genera una tensión en dicho electrodo. Esta tensión toma, en función de
la riqueza de mezcla, los siguientes valores:
– Para λ < 1 entre 800 y 1.000 mV.
– Para λ > 1 aproximadamente 100 mV.
– Para λ = 1 aproximadamente 450 mV
Esta señal generada por la sonda es enviada a la UEC de la inyección, la cual puede
modificar los tiempos de inyección para corregir la riqueza de la mezcla hacia
valores más adecuados, puesto que la proporción de oxígeno en los gases de
escape es un indicador del nivel de perfección de la combustión y, por tanto, del
nivel de emisiones contaminantes.
Las sondas lambda necesitan temperaturas de servicio de aproximadamente 600
ºC, por ello se suelen situar en la zona del escape más cercana al motor. A pesar
de ello, actualmente suelen ser de tipo calefactado (en el momento del arranque se
hace circular una corriente por una resistencia interna con el fin de elevar la
temperatura).
b) Depuración catalítica
Los catalizadores están constituidos por un bloque cerámico atravesado por
multitud de canales microscópicos recubiertos por una fina capa de materiales
preciosos (rodio, paladio y platino) que realizan la función catalizadora de las
reacciones químicas del tipo reducción/oxidación.
Como en el caso de las sondas lambda, tienen una temperatura de servicio elevada
(entre 400 y 800 ºC). A causa de ello se colocan en las cercanías de los colectores
de escape.
Predomina el uso de los siguientes tipos:
– Catalizadores de oxidación: oxida (recombustiona) CO y HC, por lo que debe
trabajar con exceso de aire para obtener el oxígeno necesario. Se adapta, pues, a
situaciones λ > 1 (mezclas pobres).
– Catalizadores de doble lecho o de tres vías con toma de aire: en el fondo son dos
catalizadores en serie: el primero de reducción para tratar el NOx y el segundo de
oxidación para tratar el CO y HC. La necesidad de oxígeno para el segundo paso
hace necesaria una toma de aire intermedia, previa a éste.
– Catalizadores de tres vías: eliminan simultáneamente CO, HC y NOx. El
tratamiento de los tres gases obliga a que trabajen con λ = 1. Necesitan combinarse
con la regulación lambda para garantizar esta proporción en los gases de escape.
– Catalizadores acumuladores de NOx: trabajan como un catalizador de oxidación,
con λ > 1, y por reacción química para el paso de los NOx a nitratos, que son
almacenados. Este almacenamiento de óxidos de nitrógeno se elimina con unos de
periodos (unos segundos) de funcionamiento con λ < 1. Con ello se consigue el
paso de los nitratos a oxígeno y nitrógeno libres.
c) Utilización de mezclas pobres (recirculación de gases de escape)
d) Recombustión térmica
Los HC y CO se pueden reducir si se completa su quemado después de la cámara
de combustión. Para ello es necesaria la inyección de aire en el escape,
empleándose las válvulas pulsair, que obturan o liberan un paso de aire en
proximidad de la válvula de escape, en función de las condiciones de
funcionamiento del motor (con gestión de la UEC). Actualmente se utiliza para
reducir el CO y el HC en la fase de calentamiento del motor, cuando el catalizador
aún no ha alcanzado la temperatura de servicio. Su uso también favorece el trabajo
del catalizador, puesto que la temperatura de los gases de escape se ve aumentada
por el requemado.
Este sistema permite la reducción de emisiones de NOx pero su acción debe

completarse con el empleo de un catalizador de oxidación para reducir el CO y los
HC. Ha sido más utilizado en motores diesel que en gasolina. El funcionamiento se
basa en el uso de mezclas pobres, puesto que éstas disminuyen la velocidad de
reacción y por tanto bajan la temperatura en la cámara (debe recordarse que el NOx
se origina por la combustión del nitrógeno del aire a altas temperaturas).
Su ejecución práctica es la válvula de recirculación (EGR). Está constituida por un
diafragma accionado por vacío que pone en comunicación escape con admisión en
determinadas condiciones. En motores más modernos, el control de la apertura de
la EGR lo realiza una electroválvula gobernada por la UEC y la apertura es
efectuada por un sistema de depresómetro en colaboración con el depósito de vacío
del servofreno. Se emplaza normalmente sobre el colector de admisión.
La EGR funciona generalmente en cargas parciales, desactivándose en los casos
siguientes:
– Marcha en ralentí.
– Marcha a plena carga.
– Temperatura del motor inferior a 60 ºC.
– Temperatura del aire de admisión inferior a 10 ºC.
– Diversas condiciones dependiendo del tipo de motor.
CONTROL ANTICONTAMINACIÓN DE LOS VAPORES DEL COMBUSTIBLE

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