MANUAL REFERENCIAL ASPECTOS TÉCNICOS BÁSICOS PARA DESARROLLAR

EL DIAGNÓSTICO DE DISTINTOS COMPONENTES DEL MOTOR DE

COMBUSTIÓN INTERNA – GASOLINA.

INTRODUCCIÓN

1.1 Presentación El presente documento corresponde a un Manual para la capacitación básica de mecánicos que ejecutan labores de diagnóstico, reparación y sustitución de componentes de motores de combustión interna en talleres automotrices. La elaboración y posterior aplicación de este manual en programas de capacitación, forma parte de la agenda establecida por la autoridad para la implementación de la nueva normativa para la fiscalización de emisiones en el proceso de revisiones técnicas vehiculares.

1.2 Objetivos del Manual El objetivo de este Manual es entregar los conocimientos técnicos necesarios para desarrollar un apropiado diagnóstico del estado de los distintos componentes del motor de combustión interna, principalmente orientado a las emisiones de contaminantes atmosféricos, de modo de aplicar las acciones oportunas en cuanto a reparación o recambio de componentes, según corresponda. Este manual constituye, en consecuencia, la base de programas de capacitación orientados a mecánicos de talleres de reparación de vehículos. Por las diferencias entre los diferentes modelos de vehículos la capacitación por parte de los fabricantes de vehículos es indispensable.

1.3 Descripción de Contenidos En el presente manual se presenta, en al Capítulo 2, una descripción general de los motores de combustión interna, lo que incluye una descripción de sus principales componentes y de los sistemas que se utilizan para la reducción y control de la s emisiones. El Capítulo 3, se explican los mecanismos a través de los cuales se forman los distintos contaminantes atmosféricos que emite el motor. El Capítulo 4, se refiere al diagnóstico y reparación de fallas que afectan a los sistemas que afectan al desarrollo y emisión de contaminantes.

A-1

2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SUS COMPONENTES

2.1 Generalidades Un motor de combustión interna es básicamente una máquina que mezcla oxígeno con combustible atomizado. Una vez mezclados íntimamente y confinados en un espacio denominado cámara de combustión, los gases son encendidos para quemarse (combustión). Debido a su diseño, el motor, utiliza el calor generado por la combustión, como energía para producir el movimiento giratorio.

El motor de combustión está constituido por los elementos principales que se muestran en la Figura 3.1. Estos elementos son:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1: eje de levas 7: eje cigüeñal 2: empujador de válvula 8: contrapeso 3: válvula 9: lubricante 4: bujía 10: culata 5: pistón 11: block 6: biela 12: cárter El ciclo Otto se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante. El ciclo de un motor Otto de cuatro tiempos, consta de cuatro procesos (ver diagrama presión - volumen de la Figura 3.2):

Figura 2.1 Elementos del motor Fuente: www.wikipedia.org Los cuatro procesos son los siguientes: 1-2: Compresión adiabática 2-3: Ignición, aporte de calor a volumen constante.

La presión se eleva rápidamente antes de comenzar el tiempo útil

3-4: Expansión adiabática o parte del ciclo que entrega trabajo

4-1: Escape, cesión del calor residual al medio ambiente a volumen constante Figura 2.2. Diagrama

P-V Ciclo Otto Fuente: www.todomotores.cl

En la Figura 2.3, se muestran la posición del pistón en cada uno de los cuatro tiempos antes señalados. En la carrera de admisión, se abre la válvula de admisión, el pistón baja hacia el punto muerto inferior (PMI) y el cilindro se llena de aire mezclado con combustible. En la carrera de compresión se cierra la válvula de admisión, el pistón sube hacia el punto muerto superior (PMS) y comprime la mezcla de aire/gasolina. En la carrera de ignición-expansión, se enciende la mezcla comprimida y el calor generado por la combustión expande los gases que ejercen presión sobre el pistón, constituyendo la carrera efectiva de trabajo del ciclo. Finalmente en la carrera de escape, se abre la válvula de escape, el pistón se desplaza hacia el punto muerto superior, expulsando los gases quemados.

A-2

ADMISIÓN COMPRESIÓN IGNICIÓN-EXPANSIÓN ESCAPE

Figura 2.3. Diagrama de los cuatro tiempos del motor ciclo Otto. Fuente: www.todomotores.cl

En la Figura 2.4 se presenta una configuración de motor ciclo Otto de cuatro tiempos y cuatro cilindros, donde se aprecia el orden típico de encendido de esta configuración. La eficiencia de un motor queda definida por la fracción de la energía química contenida en el combustible, que es efectivamente transformada en energía mecánica. Esta eficiencia está limitada por varios factores en la operación del motor.

Figura 2.4. Orden de encendido de un Motor ciclo Otto de cuatro cilindros Fuente: www.todomotores.cl En general, la eficiencia de un motor de este tipo depende de la relación de compresión, definida ésta como la proporción entre los volúmenes máximo y mínimo de la cámara de combustión. Esta proporción suele ser de 8 a 1 o 10 a 1 en la mayoría de los motores Otto modernos. Se pueden utilizar proporciones mayores, como de 12 a 1, aumentando así la eficiencia del motor, pero este diseño requiere la utilización de combustibles de alto índice octano. Una relación de compresión baja requiere un octanaje bajo para evitar los efectos de detonación del combustible, es decir, que se produzca una auto-ignición del combustible antes de producirse la chispa en la bujía. De la misma manera, una compresión alta requiere un combustible de octanaje alto para evitar el mismo problema. La eficiencia media de un buen motor Otto es de un 20 a un 25%, es decir sólo la cuarta parte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica.

A-3

2.2 El Proceso de Combustión Un proceso de combustión ideal o perfecta, consiste en la oxidación de un hidrocarburo (combustible). Como productos de esta combustión ideal se obtiene dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O) (véase figura 2.5). Para lograr esta combustión la relación aire/combustible debe ser 14.7:1, lo que se conoce como mezcla estequiométrica.

OXÍGENO02

HIDROCARBUROCxHy

+ COMBUSTIÓNIDEAL

CO2

H2O

Figura 2.5. Combustión Ideal

OXÍGENO02

HIDROCARBUROCxHy

+ COMBUSTIÓNIDEAL

CO2

H2O

Figura 2.5. Combustión Ideal

El proceso de combustión que tiene lugar en la cámara de combustión de un motor no es ideal, debido principalmente a que la reacción química dentro de la cámara de combustión se hace en condiciones variables y no se verifica una oxidación completa, que los combustibles tienen otros elementos, tales como azufre, plomo, además de carbono e hidrógeno y que el oxígeno utilizado proviene de aire

ambiente, que contiene otros elementos además de oxígeno. Una combustión real entonces, genera como productos, además del dióxido de carbono y vapor de agua, monóxido de carbono, CO; hidrocarburos sin quemas, HC; óxidos de nitrógeno, NOx; material particulado, MP; sulfuro de hidrógeno, H2S, SO2, entre otros.

OXÍGENO02

HIDROCARBUROCxHy

+ COMBUSTIÓNREAL

CO2H20COO2HC

NOxMPH2S

Otros

Figura 2.6. Combustión Real

OXÍGENO02

HIDROCARBUROCxHy

+ COMBUSTIÓNREAL

CO2H20COO2HC

NOxMPH2S

Otros

OXÍGENO02

HIDROCARBUROCxHy

+ COMBUSTIÓNREAL

CO2H20COO2HC

NOxMPH2S

Otros

Figura 2.6. Combustión Real

En todos los procesos de combustión existen límites máximo y mínimo de combustible que pueden ser mezclados con una cantidad específica de aire para lograr que dicha mezcla pueda incendiarse. En caso de la gasolina, la mezcla en la que se obtiene la menor cantidad de emisiones de los tres contaminantes criterio (monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno), con una potencia y rendimiento de combustible aceptable es la mezcla estequimétrica (14.7 partes de aire por una parte de gasolina). A esta relación se le corresponde un valor lambda igual a 1. Cuando en la mezcla aire–combustible se inyecta una mayor cantidad de aire a la establecida estequiométricamente, se dice que la misma está empobrecida y el valor de lambda supera la unidad.

2.3 Principales Sistema del Motor El motor de combustión interna, ciclo Otto, está compuesto por los siguientes sistemas principales, que están directamente relacionados con el control de la combustión y, en consecuencia, con las emisiones de contaminantes atmosféricos: • Sistema de alimentación de combustible • Sistema de encendido • Sistema de distribución • Sistema de escape • Sistemas de control de emisiones

A-4

2.3.1 Sistema de alimentación de combustible El sistema de alimentación de combustible está constituido por los siguientes elementos principales: 1. Depósito de combustible 2. Bomba de circulación 3. Filtro de combustible 4. Tubería de combustible 5. Distribuidor de combustible 6. Inyector 7. Regulador de presión 8. Tubería de retorno

Figura 2.7. Sistema de alimentación de combustible

12

3

45678

12

3

45678

De acuerdo a la ubicación de los inyectores, los sistemas de inyección se clasifican en monopunto, en que dispone un único inyector ubicado centralmente a la entrada del múltiple de admisión; multipunto, que corresponde a una configuración de un inyector por cilindro ubicados a la salida de cada uno de los ductos de admisión e inyección directa, donde la inyección es directa al interior de cada cámara de combustión. Según el régimen de trabajo el sistema de inyección puede ser pulsante o continuo. En el sistema pulsante, el inyector emite disparos intermitentes, que pueden ser simultáneos (todos los inyectores al mismo tiempo) o en secuencia (1-3-4-2). En el sistema continuo el inyector emite un disparo continuo de cantidad variable. En cuanto a la operación del inyector, los sistemas pueden ser eléctricos o hidráulicos, es decir, los inyectores son accionados por una señal eléctrica o por presión hidráulica, respectivamente.

2.3.2 Sistema de Encendido A través del sistema de encendido, se provee de la energía necesaria para que se verifique la ignición que hace explotar la mezcla aire-combustible dentro de la cámara de combustión. El sistema está compuesto por los siguientes elementos:

+ -

1

2 543 6

ARROLLAMIENTOSECUNDARIO

ARROLLAMIENTOPRIMARIO

+ -

1

2 543 6

ARROLLAMIENTOSECUNDARIO

ARROLLAMIENTOPRIMARIO

Figura 2.8. Sistema de encendido

1. Batería 4. Ruptor 2. Interruptor de arranque 5. Bobina 3. Leva del distribuidor 6. Bujía

La batería alimenta corriente al arrollamiento primario de la bobina, creando un fuerte campo magnético. Cuando la corriente se interrumpe, el campo magnético se colapsa hacia el núcleo y al atravesar el arrollamiento secundario se induce en éste un elevado voltaje que se dirige a las bujías. Este proceso de carga y descarga es repetido rápidamente y en forma continua mientras el motor funciona. Los contactos del ruptor (platinos) se juntan y se separan por efecto de levas giratorias que son tantas como cilindros tenga el motor. Cada vez que se juntan se cierra el circuito primario y se carga el transformador; al separarse, el circuito se

A-5

interrumpe, el campo se colapsa y en ese momento el secundario desarrolla el alto voltaje que se dirige a las bujías. Este proceso es instantáneo y en un motor de cuatro cilindros que gire a 4000 r.p.m. se repetirá 2000 veces por minuto. El encendido electrónico, que es ampliamente utilizado en los motores modernos, corresponde a tantos sistemas diferentes como recursos tecnológicos. Algunos sistemas son a base de transistores; otros con sistema Hall. Sin embargo todos realizan, a un nivel de alta tecnología, lo que el sistema mecánico de platinos realiza en los sistemas mecánicos. En la Figura 2.9 se muestra un esquema muy simplificado de un sistema de encendido electrónico donde la Unidad de Control se encarga de abrir y cerrar el circuito primario, con base en la información que le llega de los sensores indicándole las condiciones de funcionamiento del motor.

UNIDAD DE CONTROL

SEÑAL DESDESENSORES

TRANSFORMADOR DE ENCENDIDO

+

Figura 2.9.Encendido Electrónico

UNIDAD DE CONTROL

SEÑAL DESDESENSORES

TRANSFORMADOR DE ENCENDIDO

+

UNIDAD DE CONTROL

SEÑAL DESDESENSORES

TRANSFORMADOR DE ENCENDIDO

+

Figura 2.9.Encendido Electrónico

2.3.3 Sistema de de Escape En la Figura 3.9, se muestra un esquema del sistema de escape donde se aprecian los distintos elementos que están directa o indirectamente relacionados con el control de la evacuación de gases producto de la combustión.

1. Cilindros 2. Inyectores 3. Válvulas de admisión 4. Válvulas de escape 5. Múltiple de escape 6. Sonda Lambda 7. Unidad de comando 8. Convertidor catalítico 9. Silenciador

Figura 2.10. Sistema de Escape

1 2 3 4

5 7 8 96

1 2 3 4

5 7 8 96

El múltiple de escape recolecta los gases producto de la combustión de cada cilindro y lo conduce a través del convertidor catalítico y el silenciador. La sondo lambda monitorea la cantidad de oxígeno y envía una señal a la unidad de comando, donde se determina si la mezcla es rica pobre, actuando sobre los inyectores para lograr una dosificación apropiada de combustible. El convertidor catalítico, que se verá con mayor detalle en el capítulo 5 de este manual, tiene por función reducir los gases contaminantes.

2.4 Sistemas técnicas de Control de Emisiones Existen varias opciones y dispositivos para el tratamiento de los gases de escape de un motor de combustión interna a gasolina con el objeto de reducir las emisiones de contaminantes atmosféricos. Entre los más utilizados en los motores modernos, están: el convertidor catalítico de tres vías; la válvula EGR y el uso de combustibles alternativos, como el gas licuado de petróleo (GLP) y gas natural comprimido (GNC)

A-6

2.4.1 Convertidor Catalítico El convertidor catalítico es un dispositivo que permite el contacto entre gases contaminantes y componentes activos (platino, paladio y rodio), disminuyendo las emisiones de CO; HC y NOx. Los convertidores catalíticos pueden tener diferentes configuraciones: sólo de oxidación; pre-convertidor mas convertidor; de reducción y oxidación con doble cama; catalizador de tres vías mas oxidación de dos camas y catalítico de tres vías

AIRE

PtRh

PtPdCO NOx HC CO2 N2 H2O O2

Figura 2.11. Convertidor catalítico con inyección de oxígeno

O2

AIRE

PtRh

PtPdCO NOx HC CO2 N2 H2O O2

Figura 2.11. Convertidor catalítico con inyección de oxígeno

O2

En los convertidores de oxidación, el Platino y Paladio son los agentes catalíticos que aceleran el proceso de oxidación de convertir HC y CO en CO2 y H2O. Existen dos diseños internos básicos utilizados por los convertidores catalíticos para la oxidación: el monolítico y el diseño en pellets (gránulos o bolitas de cerámica). Ambos tipos de convertidores de oxidación utilizan alrededor de 70% de platino y 30% de paladio. El convertidor monolítico consiste en un flujo difusor, un panal monolítico y una malla de acero inoxidable. El difusor de flujo esparce hacia fuera los gases de escape y los dirige a través de pequeños pasillos en el panal, proporcionando espacios para la conversión de gases. El elemento monolítico es un material cerámico cubierto con una capa muy delgada de platino y paladio. La malla de acero inoxidable protege del daño causado por vibraciones e impactos. El convertidor de tipo pellets consiste en deflectores, pellets de aislamiento y de oxido de aluminio. Un deflector desvía los gases de escape hacia arriba y luego hacia abajo a través de una cama de pellets de oxido de aluminio donde las emisiones son convertidas. Los pellets están cubiertos con platino y paladio. Un catalizador de reducción controla emisiones de NOx reduciendo los compuestos oxidados (NO y NO2) de regreso a sus componentes no oxidados (N2 y O2). El Radio es el metal catalizador que ayuda a reaccionar al NOx con el CO para formar N2 (nitrógeno), CO2 y O2 inofensivos. La mezcla optima para el proceso de reducción es un rango de mezcla aire/combustible ligeramente mas rico 14.7:1 porque la reacción necesita CO. Los convertidores de reducción aparecen en los sistemas de vehículos en dos formas: en pre-convertidores y en convertidores de dos camas. En vez de catalizador convencional de dos camas, algunos fabricantes de vehículos utilizan dos convertidores separados para reducir y oxidar gases de escape. El primer convertidor o pre-convertidor, como es comúnmente conocido, es en realidad un convertidor de reducción. Los pre-convertidores son más pequeños que los convertidores comunes y están situados más cerca del motor. Debido a que estos operan a una mayor temperatura que el convertidor principal, estos contienen una mayor cantidad de radio. El radio también oxida y tiene un punto más alto de fusión que el platino o el paladio. Una vez que el motor se calentó el pre-convertidor trabaja como la cama de reducción del convertidor principal. El segundo convertidor es un convertidor monolítico regular oxidante. Convierte HC y CO en H2O y CO2, tal como un sistema sencillo de convertidor. En muchos casos, el sistema inyecta aire adicional entre los dos convertidores para ayudar en el proceso de oxidación.

A-7

Un convertidor de dos camas es realmente un convertidor de reducción (para NOx) y de oxidación (para HC y CO) integrados en una sola concha. Primero, los gases de escape se mueven pasando el agente reductor, reduciendo NOx en N2 y O2. Luego los gases de escape se mueven pasando los agentes oxidantes, convirtiendo HC y CO en CO2 y H2O. Normalmente no hay suficiente oxigeno producido en el proceso de reducción para oxidar HC y CO profundamente, por lo que convertidores de dos camas generalmente obtienen oxigeno adicional de otra fuente, que frecuentemente es el sistema de aire. El N2 (nitrógeno) producido por el convertidor de reducción es inerte, entonces pasa a través de la segunda cama del convertidor sin reaccionar. Para convertir el HC, la reacción de oxidación necesita mas O2 de lo que normalmente hay disponible después de la reacción de reducción. En los convertidores de dos camas con bomba de aire, ésta se conecta al mismo convertidor. En un sistema de dos convertidores, el aire se inyecta entre el convertidor de reducción y el de oxidación. Esto suministra O2 a la segunda sección sin alimentar ninguno a la sección de reducción de NOx durante la operación con motor caliente. O2 extra en ninguno a la sección de reducción de NOx prevendrá al convertidor de reducir NOx. En sistemas con pre-convertidores, el aire es bombeado después de los pre-convertidores y antes que el convertidor principal. Ciertos vehículos no inyectan aire dentro del convertidor en un motor caliente si el vehiculo ha estado en ralentí de uno a tres minutos, para evitar el sobrecalentamiento del convertidor durante condiciones ricas en ralentí. Si usted esta probando un convertidor, tendrá que permitirlo para esta posibilidad. Vuelva a encender el vehiculo y córralo en ralentí alto por 30 segundos antes de volver a probarlo. Los convertidores de tres vías tienen ese nombre porque pueden reducir y oxidar las tres emisiones en el mismo punto. Los convertidores de tres vías trabajan eficientemente en vehículos con retroalimentación de oxigeno y suministro de combustible. La eficiencia dependerá del sistema de retroalimentación ajustando la mezcla. Los convertidores de oxidación requieren oxigeno extra para trabajar eficientemente. Usualmente estas dos condiciones no suceden al mismo tiempo. Pero en un sistema de retroalimentación de O2, la mezcla cambia de rica a pobre. Este cambio constante permite al convertidor reducir NOx al instante, y luego oxidar el HC y CO el siguiente. Algunos vehículos utilizan un diseño de tres vías, dos camas para aumentar sus propiedades de oxidación. Estos convertidores utilizan cama de tres vías en el frente y una cama oxidante en la parte de atrás del convertidor. La cama del convertidor de tres vías trabaja como un simple convertidor de tres vías. Reduce NOx cuando los niveles de O2 del escape están bajos, y oxida HC y CO cuando el O2 del escape es alto. Pero luego los gases entran en una segunda cama de oxidación, para reducir los niveles de HC y CO, incluso los siguientes. Un sistema de aire bombea aire adicional entre las camas del convertidor como un convertidor Standard de dos camas. Si la mezcla del combustible no es controlada por el sensor de O2 de retroalimentación, la mezcla de combustible se quedará dentro de un rango reducido, o en una bomba de convertidores de dos camas para funcionar apropiadamente. Esta banda va de 0.05 en el lado rico del ideal 14.7:1 del rango estequiométrico. Por lo que la banda es de 14.7:1 a 14.75:1. En el diagnostico de emisiones, lo debemos determinar con precisión si el vehiculo esta operando dentro de o cerca de esta banda. La cual es estrecha por dos razones:

A-8

En la Figura 2.12, se presenta un esquema de convertidor catalítico de tres vías donde se identifican sus principales componentes. El sustrato tiene la función en proporcionar la mayor superficie de contacto posible entre los gases de escape y los metales nobles y está constituido por un monolito cerámico que posee una serie de cavidades de tamaño aproximado de 0.15 mm por lado, con una densidad entre 200 y 500 celdas por in2, siendo un valor aceptable de 400 celdas por in2, para lograr eficiencias sobre el 80%. Sobre el sustrato se instala una capa de un material inorgánico denominado washcoat, mediante un proceso térmico que se realiza a una temperatura entre 400 a 500 °C, sobre el que se depositan los componentes activos (metales nobles). La carcasa corresponde al receptáculo donde se sitúa el monolito, cubierto por un aislante térmico de asbesto, que cumple, además, la función de protección ante eventuales golpes.

1 Sonda Lambda2 Monolito Cerámico3 Envoltura Protectora4 Carcaza Doble Aislante5 Estructura de Celdas6 Soporte Cerámico7 Material Base con Metales Nobles

1 2 3 4

5

6

7

1 2 3 4

5

6

71. Sonda lambda2. Monolito3. Envoltura4. Carcaza5. Soporte6. Metales nobles

Figura 2.12. Componentes del TWC

1 Sonda Lambda2 Monolito Cerámico3 Envoltura Protectora4 Carcaza Doble Aislante5 Estructura de Celdas6 Soporte Cerámico7 Material Base con Metales Nobles

1 2 3 4

5

6

7

1 2 3 4

5

6

71. Sonda lambda2. Monolito3. Envoltura4. Carcaza5. Soporte6. Metales nobles

1 Sonda Lambda2 Monolito Cerámico3 Envoltura Protectora4 Carcaza Doble Aislante5 Estructura de Celdas6 Soporte Cerámico7 Material Base con Metales Nobles

1 2 3 4

5

6

7

1 2 3 4

5

6

71. Sonda lambda2. Monolito3. Envoltura4. Carcaza5. Soporte6. Metales nobles

Figura 2.12. Componentes del TWC

La eficiencia del convertidor catalítico queda dada por la expresión siguiente:

( ) ( )( ) 100×−

=ei

sieicc e

eeη (2.1)

Siendo ηcc, la eficiencia del convertidor para el contaminante i; (ei)e, es la emisión del contaminante i a la entrada del convertidor y (ei)s, es la emisión del contaminante i a la salida del convertidor. Para un buen funcionamiento del convertidor, en términos de eficiencia, se requiere que la temperatura de los gases supere los 250 °C. Otro parámetro que incide sobre la eficiencia, es la relación aire/combustible, dado que las mejores eficiencias se consiguen cuando λ=1. Para que el convertidor funcione apropiadamente, los niveles de oxigeno de escape y el sistema de retroalimentación de O2 deben interactuar adecuadamente. Si la computadora no atiende al sensor de oxigeno, el sistema no mantendrá los niveles donde corresponden.

2.4.2 Válvula EGR El sistema EGR (Exhaust Gas Recirculation), regula la producción de NOx, diluyendo el aire de admisión con gases de escape, hasta en un 20%, reduciendo tanto la temperatura máxima de llama como el contenido de O2 en los gases quemados, reduciendo, en consecuencia las emisiones de NOx. El sistema consiste en una colección (3) de los gases de escape (6) y su inyección el aire de admisión (1), controlada por la mariposa (2). Esta colección se hace a

1

2

3 5 6 3

4

Figura 2.13. Sistema EGR

1

2

3 5 6 3

4

Figura 2.13. Sistema EGR

A-9

través de la válvula EGR (5), activada por una unidad de control (4) La mayoría de los sistemas EGR no funcionan cuando el motor se encuentra operando a baja velocidad, ni durante el encendido (calentamiento inicial). El sistema no es necesario en estas condiciones de operación, debido a que las temperaturas de combustión son bajas, aparte de poder producir un mal funcionamiento del motor en esas condiciones. También se corta el funcionamiento del sistema cuando se requiere potencia, debido a que el sistema reduce la potencia y además, en los valores máximos de potencia del motor, la mezcla es generalmente rica, lo que implica que no hay suficiente oxígeno para la formación de NOx.

2.4.3 Sensor de Oxígeno El sensor de oxigeno es una entrada de la unidad electrónica de control de combustible que indica a la unidad de control si los gases de escape están en una mezcla rica o pobre. En virtud de que existen varios tipos de sensores (calentados o no calentados, de titanio o de circonio), todos operan básicamente de la misma forma, es decir, responden al monto de oxigeno en el escape. En general los sensores de oxigeno son sensores de zirconio, que producen su propia señal de voltaje, basándose en la diferencia del nivel de oxígeno que hay dentro del escape y en el aire exterior. Estos sensores de oxígeno son los que se utilizan en automóviles como los General Motors, Ford, etc. Los fabricantes asiáticos generalmente utilizan sensores de titanio. Los sensores de oxígeno de titanio no producen sus propias señales de voltaje, sino que el sistema manda una señal de un volt al sensor y el sensor actúa como un reóstato variable, controlando el nivel de voltaje en la computadora.

2.4.4 GLP Vehicular En general, la oferta de vehículos nuevos a GLP (Gas Licuado de Petróleo), incorpora tanto vehículos dedicados (es decir, vehículos diseñados para trabajar exclusivamente con GLP) como vehículos duales, que pueden operar con gasolina y con GLP (de manera alternada) a gusto del usuario. Ambos sistemas están actualmente disponibles en el mercado. Por otro lado, existen numerosas y diversas compañías que ofrecen sistemas de conversión para que los vehículos originalmente diseñados a gasolina, de cualquier año y tecnología, puedan tener la opción de operar con GLP mediante una conversión “aftermarket”. Los sistemas de conversión se clasifican en “generaciones” de acuerdo a la tecnología base a la cual son aplicadas, siendo los de primera generación aquellos que se aplican en motores carburados y los de quinta generación los se aplican en motores modernos disponibles hoy en día en el mercado. Los equipos de quinta generación, son sistemas de inyección secuencial en fase gaseosa, que permiten la conversión de vehículos de última generación, con sistemas más sofisticados y permiten cumplir con la normativa Euro IV de emisión de contaminantes. Estos sistemas de conversión son similares al sistema “common rail” utilizado para los sistemas de inyección de motores diesel, lo que significa que cuenta con una línea de alta presión que abastece de combustible a cada uno de los inyectores del motor.

A-10

Uno de los principales objetivos de la implementación de sistemas OBD es asegurar un adecuado funcionamiento de todos los sistemas de control del vehículo. Estos sistemas son capaces de detectar problemas que afectan diferentes variables operativas y también el nivel de emisiones, y que generalmente pudieran ser pasados por alto en una inspección técnica. Cuando el sistema de diagnóstico a bordo detecta una anomalía en el sistema, se almacena un código de falla en la Unidad de Control Electrónica del motor, y una luz en el tablero informa al conductor del problema que afecta al vehículo y que éste necesita ser revisado en un taller autorizado, que cuente con herramientas necesarias y adecuadas para intervenir la Unidad de Control del vehículo, de manera tal de extraer los códigos de falla y asociarlos a problemas específicos. La siguiente figura representa el sistema Prins VSI, de quinta generación, el cual posee el sistema de diagnóstico a bordo.

Fuente: Prins Gas System.

Figura 2.14 Sistema de quinta generación con diagnóstico a bordo.

2.4.5 GN Vehicular Al igual que el caso del GLP vehicular, la oferta de vehículos a GNC (Gas Natural Comprimido), contempla vehículos dedicados (que opera solo a GNC) y vehículo dual (que opera con GNC o gasolina). La única diferencia principal entre un vehículo a gasolina y un Vehículo a GNV es el sistema de combustible. El gas natural se comprime a entre 3.000 y 3.600 psi (200 bar) y se almacena en el vehículo en cilindros instalados en la parte trasera, en el chasis o en el techo. Cuando el motor requiere gas natural, sale de los cilindros, pasa a través de una válvula de bloqueo manual y se traslada a través de un regulador de combustible ubicado en el compartimiento del motor. El gas natural se inyecta a presión atmosférica a través de un mezclador de gas natural

A-11

especialmente diseñado, donde se le mezcla adecuadamente con aire. El gas natural fluye entonces hacia la cámara de combustión del motor y se inflama para crear la energía requerida para la impulsión del vehículo. Válvulas especiales operadas por solenoide impiden que el gas entre al motor cuando éste está apagado. En la Figura 2.15, se muestra un esquema con los principales componentes de un equipo de conversión GNC. El GNV fluye en el vehículo desde un cilindro de almacenamiento (que en el caso del automóvil va instalado en la maletera) a través de la tubería llega al recinto del motor. En el mismo hay un regulador de presión que reduce la presión a un valor cercano a la presión atmosférica. Luego se mezcla con aire en un mezclador de gas/aire y fluye a través del carburador al motor. Un selector de combustibles se encuentra ubicado en el tablero de instrumentos. Además se dispone de un instrumento electrónico de variación de avance de encendido y mecanismos auxiliares en algunos modelos para prever el funcionamiento adecuado tanto en gasolina como en GNV.

Figura 2.15. Sistema de conversión a GNC.

A-12

3 MECANISMOS DE FORMACIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Uno de los factores determinantes en la formación de contaminantes en un motor de combustión interna ciclo Otto, es la relación aire/combustible, lo que queda gobernado por el sistema de inyección. En efecto, cuando se tiene una mezcla muy rica, es decir un valor lambda menor a la unidad, la combustión será incompleta. Come se señaló en secciones anteriores, el parámetro lambda (λ) determina la razón entre relación aire/combustible real y la estequiométrica, de tal manera que cuando la mezcla es rica, se verifica que λ< 1; cuando la mezcla es pobre, λ> 1 y cuando la mezcla es estequiométrica, λ=1. El rango de trabajo normal de un motor Otto con inyección de combustible es λ=1 ± 0,2 para motores sin control de Lambda. En las secciones siguiente se explica en forma general, los mecanismos que conducen a la formación de los principales contaminantes atmosféricos emitidos por un motor de combustión interna a gasolina.

3.1 Monóxido de carbono, CO La formación de monóxido de carbono (CO) en los motores a gasolina, está controlada casi exclusivamente por la relación aire/combustible. Este control se lleva a cabo por el grado de mezcla y su empobrecimiento. Un rol fundamental en este control lo tiene la sonda lambda, la que verifica el valor λ y envía una señal a los inyectores a través de la unidad de comando, tal como se explicó en secciones precedentes.

3.2 Hidrocarburos, HC Los hidrocarburos, HC, incluyen una amplia variedad de compuestos, entre los cuales se pueden mencionar los aldehídos, cetonas, fenoles, alcoholes y el benceno. Son el resultado de una combustión incompleta. Su formación está ligada a mezclas ricas, sin embargo también se forman cuando la mezcla es demasiado pobre, debido a una combustión deteriorada y encendidos fallidos que pueden tener lugar en alguno de los cilindros. Los principales mecanismos que contribuyen a la formación de HC en un motor son los siguientes: • La llama que se verifica en el proceso de combustión, toma contacto con

paredes frías extinguiéndose y dejando HC sin quemar en la superficie de éstas • La elevada presión durante la compresión, impulsa los gases a zonas frías

donde el frente de llama no es capaz de quemarlos • Vapores de gasolina son adsorbidos por el lubricante y luego son expulsados en

la carrera de expansión • Condiciones de operación inapropiada, como baja rotación, mezclas demasiado

pobres o retardo en la combustión, producen una combustión incompleta.

A-13

3.3 Óxidos de Nitrógeno, NOx Los óxidos de nitrógeno pueden ser NO y NO2 siendo la mayor cantidad NO, producto de la oxidación del nitrógeno del aire utilizado en la combustión y, en menor grado, del nitrógeno presente en el combustible. La formación de NO está gobernado por la llama, produciéndose en el frente de ésta y también post-llama. Las altas presiones comprimen los gases elevando su temperatura a niveles superiores a las temperaturas alcanzadas en la propia combustión (superiores a 2.500°C). De esta forma se puede decir que altas temperaturas y altas concentraciones de oxígeno aumentan la formación de NO.

3.4 Sulfuro de Hidrógeno (H2S) Este contaminante se origina por alto contenido de azufre en el combustible y por una elevada relación aire/combustible que se verifica durante el calentamiento del motor, con el motor en vacio o con el motor acelerado. Se caracteriza por un olor a “huevo podrido” y es producto de la combustión y el convertidor catalítico. Si el convertidor tiene reducidos niveles de níquel en el metal base, esto puede agravar el problema. (Los fabricantes están ayudando a resolver este asunto del olor a “huevo podrido”, reemplazando el convertidor catalítico por uno que tenga una base de metales diferente).

A-14

4 DIAGNOSTICO Y REPARACIÓN DE FALLAS

4.1 Pruebas de emisiones Las pruebas de emisiones resultan de gran ayuda para detectar fallas en un motor. Valores sobre los estándares indican la necesidad de reparación y las propias pruebas de emisiones son un instrumento muy efectivo para conducir las reparaciones. El único elemento concreto para verificar el buen funcionamiento del motor es la prueba con un analizador de gases, que permite determinar la Línea Base del vehículo. Línea Base es un término que se da a los valores de un conjunto de puntos de inspección y sistemas de monitoreo que se obtienen antes de realizar cualquier reparación. El objetivo de la determinación de la Línea base es disponer de elementos para comparar resultados cuando haya concluido las reparaciones y ajustes necesarios. De esta forma es posible partir desde un punto inicial para medir el progreso y así probar si las reparaciones fueron efectivas o no. Cuando se determina la Línea Base es importante crear un conjunto de parámetros de pruebas que ayudarán a corregir la razón por la cual el vehículo no pasó la prueba de emisiones y así se podrá comprobar fácilmente cuando haya terminado el servicio del vehiculo que las reparaciones han sido exitosas. Esto no significa que sea necesario duplicar las pruebas de emisiones del vehículo que presentó fallas, aunque siempre es útil obtener las pruebas más exactas a la situación en que se llevaron a cabo. Estos parámetros se deben incluir en un equipo completo de 5 gases, de lectura de emisiones de escape en ralentí y a 3.000 RPM. Es importante señalar que esta serie de lecturas de la Línea de Base serán utilizadas con el propósito de compararse, lo que significa que tanto las lecturas de la Línea Base y de post reparación serán tomadas en cuenta de la misma manera, es decir, con el mismo analizador y el mismo ciclo de manejo, desarrollados por el mismo técnico, con el motor a la temperatura normal de operación (el ciclo del ventilador encendido o apagado cuando aplique), de manera que si las reparaciones hechas reducen las emisiones a la mitad, los resultados finales de las pruebas serán una reducción del 50%. Suponiendo que el vehiculo no pasa la prueba de emisiones y sobrepasa en dos veces los niveles de emisión de CO y si los resultados comprueban que las reparaciones redujeron las emisiones un 50% o más, el vehiculo debería pasar la nueva prueba. Las reparaciones que reducen menos de un 50% probablemente son inadecuadas. Existe otra razón muy importante para determinar la Línea Base de cada vehiculo, antes de cualquier reparación o ajuste. Los gases de escape afectan directamente a uno y otro siendo común que algunas reparaciones que intentan disminuir un gas, aumenten otro. De esta forma, solo comparando los resultados de las pruebas con la prueba inicial, se podrá determinar si el vehículo puede pasar o no una nueva prueba de emisiones. En efecto si por ejemplo, el vehiculo no pasa la prueba de emisiones por exceso de CO y el HC está justo bajo el limite permitido, entonces se deberá verificar los resultados finales del HC una vez realizada la reparación que disminuye las emisiones de CO. Si el HC muestra un porcentaje notable de incremento entre la Línea Base y la prueba final, se deberá enfocar el HC antes de que el vehiculo sea presentado a una nueva prueba aunque inicialmente no haya fallado esa parte de la prueba de emisiones.

A-15

Para realizar la Línea Base de un vehiculo se requiere disponer de algunas herramientas básicas, a saber: un voltímetro para monitorear la señal del sensor de oxigeno y un scanner para leer señales del sistema de inyección,en buen estado. Si el vehiculo no proporciona datos del scanner, un dwellmeter le permite controlar los comandos del combustible de la computadora. El procedimiento consiste en realizar las siguientes acciones: - Conectar el voltímetro al cable de la señal del sensor de oxigeno - Conectar el scanner en el punto correspondiente. Si el vehiculo no soporta el

dato escaneado utilizar el dwellmeter para medir el comando de combustible. - Conducir el vehiculo hasta alcanzar la temperatura normal de operación. Si el vehiculo funciona correctamente, el voltaje del sensor de oxigeno debe oscilar por los 450 mV, por lo menos una vez cada par de segundos. El control del combustible o lecturas del dwell indicarán los sistemas de control de flujo de combustible, oscilando en algún lado cerca de la mitad del rango. Si la lectura del sensor de oxigeno o el control del sistema de combustible se queda rico o pobre, esto lo conoceremos mientras el desarrollo de la Línea Base. Y el scanner o el dwell le permitirán comparar la lectura del sensor de oxigeno. Este método sencillo para determinar la Línea Base de emisiones de un vehiculo, sólo sirve para encontrar fallas asociadas a altas emisiones de monóxido de carbono. Para otros problemas, se requiere usar diferentes métodos para determinar la Línea Base del vehiculo. Un osciloscopio digital proporciona una mejor manera para determinar la Línea Base de un vehiculo que no pasó la prueba de emisiones. El osciloscopio muestra con mayor precisión el funcionamiento del vehiculo y pude ayudar a determinar la Línea Base con altos niveles de HC y de CO. Esto se debe a que una falla de encendido, sin importar que tan leve sea, se mostrará en la forma de onda del sensor de oxigeno como una señal de alta frecuencia, lo que permite determinar si el sistema se quedó fijo en rico o pobre y también si se quedó alto en hidrocarburos. Además, se puede utilizar un osciloscopio para medir el ancho del pulso del inyector, para así comparar las señales de salida de los controles de combustible antes y después de las reparaciones. La limitante de este método es que no ayuda para determinar fallas asociadas a altas emisiones de NOx. Ni el voltímetro ni el osciloscopio miden las emisiones de gases, pero si son una buena forma de examinar la operación del sistema, no hay otra manera para ver si las reparaciones limpiaron alguna emisión, mientras se incrementa otra. Si un vehículo, por ejemplo presenta altas emisiones de CO, sus reparaciones deben ser muy efectivas a la hora de limpiar el problema del CO, pero más tarde, el vehiculo puede comenzar a producir altos niveles de NOx. En este caso, la única manera para determinar exactamente de qué manera las reparaciones afectan las emisiones de escape, es a través de la utilización de un analizador de gases. Un procedimiento recomendable para medir emisiones es el denominado Acceleration Simulation Mode Test (ASM), cuyo procedimiento en detalle se incluye en un Anexo I del presente manual. El procedimiento básico es el siguiente:

A-16

- Con el motor operando en ralentí a temperatura normal de operación, se imprime un reporte completo de lecturas de los cinco gases (HC, CO, CO2, O2 y NOx).

- Se acelera hasta que las RPM del motor alcancen los 3.000 RPM. Se mantiene hasta que el motor se estabilice lo mas cerca de la marca de las 3.000 RPM y se imprime un reporte completo de lecturas de los cinco gases (HC, CO, CO2, O2 y NOx).

- Se opera el vehiculo al Modo 1, prueba ASM 5015 y se imprime un reporte completo de las lecturas de los cinco gases.

- Se opera el vehiculo al Modo 2, prueba ASM 2525 y se imprime un reporte completo de las lecturas de los cinco gases.

La afinación de la Línea Base dependerá del tipo de falla de emisiones que se haya incurrido, y/o cualquier problema detectado durante la prueba de calle. Otra opción seria utilizar un osciloscopio digital de almacenamiento (DSO) para monitorear el sensor de oxigeno durante las pruebas del Modo 1 o Modo 2, conectando un analizador de ignición para monitorear la calidad de la chispa. Añadiendo un manómetro de vacío para monitorear el vacío real, o conectando el scanner al vehículo durante cualquier parte de la prueba. Hay que recordar que existen algunos vehículos que se van a un estado especial de diagnostico cuando el scanner es conectado. Este estado del diagnostico puede fijar el tiempo, fijar las RPM en ralentí, hasta afectar el comportamiento del sistema de inyección, por lo cual hay que tener cuidado ya que puede afectar adversamente las lecturas de la Línea Base que usted esta tratando de obtener. Con el procedimiento anterior se obtiene un conjunto de lecturas de Línea Base que se pueden utilizar para calificar las reparaciones. Como primer paso en cualquier reparación se debe realizar una inspección visual para asegurarse que los dispositivos originales instalados por el fabricante estén presentes y en buen estado. Adicionalmente, es necesario llevar a cabo una prueba de funcionamiento rápido referente a la operación básica del motor. Esta prueba funcional debe incluir la velocidad de ralentí, tiempo de ignición y la operación de EGR. En la Tabla 4.1, se entrega una guía para el diagnóstico de fallas en base a las mediciones de emisiones de 4 gases.

Tabla 4.1. Guía de fallas con analizador de 4 gases RALENTI 1500 RPM 2500 RPM POSIBLES CAUSAS GASES

C/CONV S/CONV C/CONV S/CONV C/CONV S/CONV HC(PPM) 0-150 75-250 0-135 50-200 0-75 25-150 CO(%) 0-1 0.5-3 0-1 0.5-2 0-0.8 0.1-1.5 CO2(%) 10-12 10-12 --- --- 11-13 11-13 O2(%) 0.1-2 0.1-2 1-2 1-2 0.1-1.25 0.1-2

LECTURA DE GASES NORMAL

HC(PPM) 0-150 75-250 0-135 50-200 0-75 0-100 CO(%) >3 >4 >3 >3.5 >3 >3 CO2(%) 8-10 8-10 --- --- 9-11 9-11

O2(%) 0-0.5 0-0.5 0-0.5 0-0.5 0-0.5 0-0.5

- Ralentí rica - Chone set no abre o muy rico - Fuga val. Adm - Nivel flotador arriba - Filtro aire tapado - PVC restringida - Cranckase contaminado

HC(PPM) 0-150 75-250 0-135 50-200 0-75 0-100 CO(%) 0-1 0-1 0-0.8 0-0.9 0-0.25 0-0.75 CO2(%) 8-10 8-10 --- --- 9-11 9-11

O2(%) 1.5-3 1.5-3 1-2.5 1-2.5 1-2 1-2

- Nivel flotador bajo - Ralentí pobre - Crucero pobre - Fugas en escape - Mang vacío rotas - Altos NOx - Filtro comb tapado

HC(PPM) 50-850 400-1200 50-850 400-1200 50-750 400-1200 CO(%) 0-0.3 0-0.75 0-0.3 0-0.75 0-0.3 0-0.75 CO2(%) 5-9 5-9 --- --- 6-10 6-10 O2(%) 4-9 4-9 4-9 2-7 2-7 2-7

- Fugas mayores en escape - Bugía o cables defectuosos - PCV atascata - Inyectores sucios - Tiempo encendido

desajustado

HC(PPM) 50-850 >1000 50-850 >1000 50-750 >1000 CO(%) 1-1.5 5-3 0-1.1 0.5-2 0-0.8 0.1-1.5 CO2(%) 6-8 6-8 --- --- 8-10 8-10 O2(%) 4-12 5-12 4-12 5-12 4-12 5-12

- Encendido en mal estado - Tiempo ign. Adelantado - Cable de bugía defectuosos - EGR en mal estado

A-17

4.2 Fallas Asociadas a Elevadas Emisiones de NOx El oxígeno solo comprende aproximadamente 20% del aire que entra al motor. Casi 80% de la entrada de aire está compuesta de nitrógeno. Cuando el vehículo ha recorrido miles de kilómetros y el motor cientos de horas de operación, generando condiciones que favorecen la formación de NOx, cómo lo son altas temperaturas en la cámara de combustión. Cuando estas temperaturas exceden los 1,371º C ó 2,500º F, el nitrógeno se puede combinar con el oxígeno y formar “óxidos de nitrógeno” o NOx. Hay dos formas para controlar la producción del NOx: en la pre-combustión y en la post-combustión. El método primario del NOx es en la pre-combustión el que se complementa manteniendo la temperatura de la cámara de combustión debajo de 1,371º C ó 2,500º F. Algunos de los métodos de control de pre-combustión de NOx consisten en lograr bajos rangos de comprensión, mezclas ricas de combustible y la operación de la válvula EGR. Todos estos son cambios de diseño que apuntan a reducir la temperatura en la cámara de combustión. Hay otros tipos de controles de pre-combustión, varios de éstos están incorporados y programados en el módulo de control del motor, como el tiempo retardado, mezclas ricas, etc. El control de la post-combustión de NOx se lleva a cabo en los convertidores catalíticos de doble cama y tres vías. Esto es solo un método secundario de controlar NOx. Aún si el convertidor está trabajando perfectamente existen limitantes a su capacidad, éste no puede resolver el problema de un motor que genera un exceso de NOx. Son varios sistemas los que pueden causar elevadas emisiones de NOx, algunos de ésto pueden ser verificados rápidamente y otros requieren un diagnóstico más complejo. Para determinar y reparar problemas de NOx a un costo adecuado y efectivo en los resultados, es necesario verificar los siguientes sistemas en el orden que se indica: Tiempo de ignición o encendido Verificar el tiempo de ignición y la curva de avance. El tiempo de avance en ciertas RPM y carga pueden provocar un sonido agudo o “ping”. En motores con circuito de detonación y chispa (sensores knock), hacer pruebas de funcionamiento del circuito. Si los circuitos no están trabajando apropiadamente, el tiempo en la computadora avanzará demasiado. Sistema (EGR) de recirculación de gases del motor Un sistema EGR que no está en operación, no permite la recirculación de los gases de escape en la toma de aire y puede aumentar las emisiones de NOx. Sin la recirculación de gases, la combustión ocurrirá demasiado rápido en el cilindro, produciendo NOx. Los gases de escape reducen la temperatura de combustión, debido a que estos gases son bajos en oxígeno, haciendo más lenta la combustión y reduciendo la temperatura de la misma. Se debe verificar si existe algún bloqueo en los conductos de la válvula EGR, su correcta operación y la señal de la válvula EGR. Octanaje de la gasolina Un octanaje incorrecto del combustible (muy bajo) pueda causar mayores emisiones de NOx. Un combustible de bajo octanaje se enciende más rápido que un combustible de alto octanaje. En un motor con alta compresión, un combustible con bajo octanaje explota en vez de un encendido controlado. Esta explosión causa

A-18

NOx. En consecuencia se debe usar el combustible recomendado por el fabricante del vehículo. Temperatura de aire de combustión La temperatura del aire en la mezcla aire/combustible en el cilindro puede producir NOx si la temperatura inicial de carga es muy alta. Durante el tiempo de la compresión, el aire/combustible es comprimido y la temperatura alcanza casi un punto de auto-ignición. Si la mezcla excede la temperatura de auto-ignición, la mezcla se enciende por sí sola. Se debe verificar las temperaturas de entrada de aire, o la existencia de un sobre calentamiento del monoblock del motor. Se debe verificar si la compuerta de aire está caliente, si existen problemas de termostato o en el ducto de aire. Se debe verificar, además, el ventilador del sistema de enfriamiento, el termostato y nivel de refrigerante. Generación de carbón en el motor Si se han verificado todas los aspectos anteriores y persiste las elevadas emisiones de NOx, se debe revisar la posible acumulación de carbón en la cámara de combustión. La acumulación de carbón reduce el volumen de la cámara de combustión, resultando un incremento en la presión de la compresión, lo que puede derivar en que la mezcla aire/combustible exceda la temperatura de auto-ignición durante la compresión. Las pruebas para detectar la acumulación de carbón no son siempre concluyentes. Si se sospecha de la acumulación de carbón, se debe aplicar un tratamiento para extraerlo y observe si el problema de NOx es corregido. Una acumulación severa de carbón se puede detectar en el diagnóstico como: alta presión en la compresión de arranque y un alto amperaje en la gráfica del arrancador. La forma más fácil de remover el carbón, es aplicando un limpiador de carbón a través del motor para suavizarlo o aflojarlo y posteriormente ser expulsado fuera del motor. En motores con severa carbonización se debe aplicar un segundo tratamiento. Si es necesario, dejar reposar el vehículo toda la noche entes de volver a encender el motor. Siempre terminar aplicando un aditivo para gasolina especial para reducir la acumulación de carbón en el motor. En los casos severos de carbonización, la aplicación de un tratamiento no será suficiente. Se deberá desarmar el motor y extraer el carbón a base de raspar o cepillar. Operación de la bomba de aire Durante la “desaceleración”, la salida de la bomba de aire se supone que ventea hacia la atmósfera. Pero si el sistema de aire continúa enviando aire al catalizador catalítico durante la desaceleración, la presión en el sistema de aire vencerá a la presión de salida de gases de escape en el convertidor catalítico. El flujo de aire regresará hacia la parte reducida del convertidor catalítico, incrementando la producción de NOx. Inyectores de gasolina Existen dos motivos por los cuales los inyectores de combustible sucios pueden afectar la formación de NOx, sin causar incremento en los niveles de HC y CO. Primero, la suciedad en el inyector puede afectar el patrón de atomización. Este cambio en el patrón de atomización puede causar altos niveles de NOx. El segundo motivo en que un inyector puede afectar los niveles de NOx es que esté tapado. El resto de los inyectores pueden mantener los niveles de HC y CO, pero la temperatura del cilindro pobre se incrementa, causando la formación de NOx. Operación del motor con una mezcla pobre La operación “pobre” del motor es una causa común del sonido agudo en el motor y de la formación de NOx. Cualquier condición que cause que el motor opere “pobre”, es probablemente la causa de incremento de producción de NOx.

A-19

4.3 Verificación del Sensor de Oxígeno Estando el sensor de oxigeno en buenas condiciones y el motor funcionando adecuadamente, el voltaje mínimo debe ser menor de 0.175 volts. El voltaje máximo debe estar por lo menos en 0.800 volts y el promedio debe andar alrededor de 0.450 volts. En la Tabla 4.2 se muestran valores de referencia para detectar fallas asociadas a este elemento Hay que recordar que si los voltajes están mal, no significa que el sensor de oxigeno se dispara. Si el motor esta pobre, no se obtendrá un voltaje lo suficientemente alto. Si esta funcionando demasiado rico, probablemente el volta esta demasiado elevado en el rango. El promedio del voltaje es una buena pista para darnos cuenta como esta funcionando el motor ante todo. Asegúrese que el resto del motor esta funcionando correctamente antes de que deseche en sensor de oxigeno.

Tabla 4.2. Interpretación de fallas según valores de voltaje en sensor de O2

VOLTAJE MÍNIMO

VOLTAJE MÁXIMO

PROMEDIO RESULTADOS

<175 mV >800 mV 400-500 mV El sensor de oxígeno opera correctamente

>175 mV No importa 400-500 mV Reponer el sensor No importa <800 mV 400-500 mV Reponer el sensor <175 mV >800 mV <400 mV Mezcla pobre >175 mV <800 mV <400 mV Mezcla pobre. Se debe enriquecer la

mezcla para ver si el sensor de oxígeno reacciona, sino, reponer el sensor

<175 mV >800 mV >500 mV Mezcla rica. Dejar salir la mezcla para ver si el sensor de oxígeno reacciona; si no reponer el sensor

4.4 Convertidor Catalítico

4.4.1 Generalidades El convertidor catalítico, como se ha señalado en secciones anteriores, forma parte de un complejo sistema que tiene por objeto reducir las emisiones contaminantes y bajar el consumo de combustible, todo loa anterior sin perjudicar las prestaciones generales del motor, como por ejemplo el desarrollo de potencia. Por esta razón se hace necesario contar con herramientas que permitan evaluar el desempeño del convertidor, a través de operaciones sistemáticas de diagnóstico, para detectar fallas. Lo anterior permite identificar las fallas atribuibles al convertidor, diferenciándolas de aquellas que se originan en otros sistemas del motor. En otras palabras, el convertidor no puede compensar fallas que se producen en el sistema de alimentación de combustible o en el sistema de encendido. Un análisis mecánico integral del motor, debe considerar verificaciones tales como: • Quemado de aceite producto de desgaste excesivo de anillos y cilindros, lo que

produce una contaminación de la mezcla de aire/combustible, con lubricante,

A-20

generando una combustión del mismo aumentando las emisiones de contaminantes y, eventualmente, obstruyendo el convertidor catalítico

• Fallas en el sistema de encendido que pueden originar combustión incompleta generando mayores emisiones de HC y mayores temperatura de los gases de escape lo que puede dañar el convertidor

• Fallas en el sistema de alimentación de combustible, particularmente, relaciones aire/combustibles muy distantes a la mezcla estequimétrica. Una relación rica de la mezcla aire-combustible puede producir excesivos HC y CO y una mezcla pobre de aire-combustible produce HC

• Fallas en el sistema computarizado de control que gobierna y relaciona la inyección, el encendido y la admisión de aire con las emisiones de escape

Un convertidor puede fallar teniendo como origen de esta falla uno o mas de los aspectos antes señalados y si no se corrigen antes del reemplazo del convertidor, se repetirá la falla al poco tiempo de su reemplazo.

4.4.2 Cuidados del Convertidor Catalítico El convertidor catalítico es un componente delicado que requiere ciertos cuidados para su correcta operación y su inhabilitación no solo propicia una mayor tasa de contaminantes emitidos, sino también puede afectar el buen funcionamiento del motor, tal como la pérdida de potencia. A continuación se mencionan los elementos que pueden dañar total o parcialmente a los convertidores catalíticos

4.4.2.1 Uso de gasolina con plomo Aunque en Chile no se distribuye gasolina con plomo siempre es importante que si usara este tipo de gasolina el plomo se deposita en los canales del material cerámico cubriendo la superficie catalítica y formando un revestimiento, situación que impide el contacto de los gases contaminantes con los metales que realizan la catálisis, afectando la eficiencia del convertidor e incluso inutilizando al mismo. Estudios realizados muestran que el uso de gasolina con plomo, aún en bajas concentraciones pueden afectar hasta en un 30% la eficiencia del convertidor catalítico cuando esta se consume periódicamente, en tanto que concentraciones altas de plomo inutilizan al mismo aún con el consumo de un par de tanques de gasolina.

4.4.2.2 Exceso de hidrocarburos en el gas de escape Cualquier falla o condición operativa en los motores que provoque una emisión alta de hidrocarburos (fallas en el encendido electrónico, operación con mezclas ricas, bujías dañadas, paso de aceite a la cámara de combustión, etc.), provoca una mayor actividad catalítica que eleva la temperatura a valores cercanos a los 1.400 ºC, lo cual puede provocar derretimiento de la base cerámica.

4.4.2.3 Golpes al convertidor catalítico En ciudades donde se utilizan los sistemas de “topes” viales para inducir a los conductores a bajar la velocidad, es común que algunos conductores que desconocen la vialidad pasen a alta velocidad estas barreras viales generando un golpe en la parte interna del vehículo, pudiendo quebrar la base cerámica del convertidor catalítico.

A-21

4.4.2.4 Control de la mezcla aire – combustible La reducción de los óxidos de nitrógeno se ve seriamente afectada cuando existen mezclas pobres, situación por la que el uso de convertidores catalíticos de tres vías se complementa con sistemas computarizados que monitorean continuamente el contenido de oxígeno en el gas de escape y, con base en ese dato, inmediatamente ajusta la relación aire – combustible que ingresa en la cámara de combustión.

4.4.2.5 Altas Temperaturas Temperaturas extremadamente altas pueden dañar a los convertidores catalíticos. Cuando los vehículos operan normalmente, la temperatura dentro del convertidor es cercana a los 1.400° F ó 760° C. Si la temperatura se eleva todavía mas, el substrato se fundirá bloqueando y restringiendo el flujo del escape. Ocurrirán temperaturas internas mucho mas elevadas cuando las cantidades excesivas de HC alcancen al convertidor, porque mientras mas HC se tenga mas se quemara. Cualquier condición que permita un escape excesivamente “rico” en el convertidor catalítico debe de ser corregido inmediatamente, para prevenir daños al convertidor. Si el vehiculo tiene unas bujías defectuosas o cables de las bujías en malas condiciones, un funcionamiento prolongado en estas condiciones, daña al convertidor. Si es necesario desconectar una bujía con el propósito de realizar un diagnostico, el motor no debe funcionar por mas de 30 segundos.

4.4.3 Diagnóstico del Convertidor Catalítico El corazón de la mayoría de los sistemas de emisiones es el convertidor catalítico de tres vías. Este dispositivo realmente limpia el exceso de hidrocarburos, monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno en el escape. Para funcionar eficientemente depende en una estrategia de tres puntos: el “triangulo de emisiones”. Los tres puntos del triangulo son: -Los niveles de oxigeno del escape -El sistema de retroalimentación -El convertidor catalítico de tres vías Cuando los tres puntos del triángulo de emisiones trabajan adecuadamente, las emisiones estarán en sus niveles mas bajos. Pero si algún punto del triángulo no funciona de la manera en que supuestamente lo haría, las emisiones estarán altas. Los dos puntos activos del triángulo son los niveles de oxigeno del escape y el sistema de retroalimentación de O2. Cuando trabajan juntos apropiadamente, ajustan las condiciones necesarias para que el convertidor de tres vías realice su trabajo eficientemente. El sistema de retroalimentación de O2 controla – y es controlado por – los niveles de oxigeno del escape, lo cual significa que el sensor de oxígeno constantemente monitorea la cantidad de oxigeno en el escape y envía una señal a la computadora indicando este valor. Cuando la mezcla aire/combustible es “pobre”, los niveles de oxigeno del escape son elevados. El sensor de oxigeno registra esta magnitud y entrega una señal a la computadora para añadir mas combustible a la mezcla. Luego, mientras que los niveles de oxigeno del escape estén bajos, las señales del sensor mostrarán a la computadora que la mezcla es ahora “rica”. La computadora

A-22

reduce la cantidad de combustible que añade a la mezcla, y la mezcla se vuelve ahora “pobre”. Esto se denomina CIRCUITO CERRADO. Cuando el motor está en “circuito cerrado”, se dice que la computadora esta en “control” de la mezcla, y es función de la computadora el mantener la mezcla correcta cerca del nivel estequiométrico. No solo es cuestión de mantener la mezcla en un nivel específico. De hecho, el ciclo va de un lado a otro de una ventana cerca del nivel estequiométrico que permite al convertidor de tres vías trabajar eficientemente. Existen dos cualidades específicas a observar cuando se evalúa cómo los niveles de oxigeno del escape ciclan: reacción y calibración. Reacción significa buscar que tan rápido los niveles de oxigeno ciclan. El rango de reacción está basado en que tan rápido el sensor de oxigeno puede detectar cambios en el nivel de oxigeno del escape, e indicarle a la computadora aquellos cambios. Para que el convertidor funcione apropiadamente, la mezcla tiene que cambiar – de ligeramente “rica” a ligeramente “pobre”. Si el sensor de oxigeno es demasiado lento, los niveles de oxígeno en el escape oscilan pasando las orillas de la ventana donde el convertidor controla mejor las emisiones del escape. Calibración significa buscar en como los niveles de voltaje que el sensor produce, se corresponden con los niveles de oxigeno del escape. Cuando la mezcla aire/combustible es correcta, la señal del sensor de oxigeno debe estar bien en 450 milivolts. Luego, como la mezcla varia ligeramente rica o pobre, el sensor debe cambiar mucho con ella. Suponiendo que un sensor de oxigeno esta ligeramente fuera de calibración, es decir que cuando la mezcla esta correcta en 14.7:1, el voltaje del sensor esta encima de los 450 mV. La computadora sabe que el voltaje del sensor de O2 debe promediar bien alrededor de 450 mV, por lo que ajusta la mezcla para tratar de mantener el sensor de oxigeno cerca de 450 mV. Pero al estar el sensor fuera de calibración, para mantener el voltaje adecuado del sensor cerca de 450 mV, la computadora mantiene el nivel de oxigeno del escape elevado – demasiado elevado para la mezcla para mantenerse en la ventana en torno a la mezcla estequimétrica. El voltaje del sensor sigue fluctuando de un lado a otro cerca de los 450 mV, pero ahora la ventana esta ligeramente “pobre”, y cuando la mezcla se mantiene así, los niveles de emisiones se incrementan. Se dice entonces que el sensor de oxígeno está ligeramente elevado. El sistema de retroalimentación de O2 mantiene los niveles de oxigeno del escape en un nivel apropiado y, para ello, el sensor de oxigeno debe de responder rápidamente y su calibración debe ser precisa. Para evaluar el desempeño del convertidor catárticos existen las siguientes pruebas, las que se describen en los párrafos siguientes.

4.4.3.1 Inspección del sistema El sistema del convertidor debe ser inspeccionado periódicamente, siguiendo el siguiente procedimiento recomendado: - Verificar que todos los componentes estén correctamente instalados y que no

hayan hecho modificaciones. No debería de haber fugas en el tubo de escape, en las bridas o en los empaques. Los sistemas instalados deben ser homologados por el 3CV.

A-23

- Inspeccionar en el convertidor catalítico por si hay presencia de daño físico. Se debe buscar abolladuras grandes, rupturas o pinchazos y además alguna evidencia del sobrecalentamiento del convertidor, como descoloración o quemaduras en la parte de abajo del vehiculo.

- Verificar los componentes del sistema de protección catalítica. Verificar si las mangueras de conexión tienen grietas, deterioro y conexiones flojas. Fugas de aire en el sistema de protección catalítica reducirán la eficiencia del convertidor.

4.4.3.2 Prueba de golpeo El convertidor catalítico se golpea suavemente con un mazo de goma debiéndose escuchar un sonido firme y sólido. En caso que al golpear se escuche un sonido hueco o de cascabel, esto significará que la base cerámica fue removida o que está rota, respectivamente.

4.4.3.3 Prueba de acidez Esta prueba sirve como indicador del uso de gasolina con plomo, pero no permite conocer el grado de afectación al dispositivo. La misma consiste en colocar un papel químicamente tratado en tubo de escape, con el motor en marcha para permitir que los gases lo impregnen, una modificación en la coloración del papel indicará la presencia de plomo en la gasolina y por ende en el convertidor catalítico.

4.4.3.4 Prueba de temperatura Consiste en colocar un pirómetro al inicio y final del convertidor catalítico, debiendo existir una mayor temperatura al final del convertidor catalítico (entre 25 y 93 ºC), lo cual indicará que el convertidor está realizando correctamente las reacciones de óxido - reducción.

4.4.3.5 Prueba de vacuómetro Con el motor operando a temperatura normal, se debe conectar un vacuómetro al cabezal vacío, así como desconectar y taponar la manguera que va hacia la válvula de recirculación de gases. En este punto la presión de vacío del cabezal en ralenti, deberá estar situada entre las 14 y 20 pulgadas de mercurio. Se deben incrementar las revoluciones lentamente hasta alcanzar las 2.500, en esta punto el vacío deberá permanecer estable y ser alto, pero en caso que el mismo caiga más de 3 pulgadas de mercurio, entonces existirá un taponamiento en el sistema de escape que pudiera deberse a un convertidor catalítico obstruido o derretido.

4.4.3.6 Prueba del manómetro Se debe instalar un manómetro en el acople del sensor de oxígeno y con el motor operando en ralentí a temperatura normal de operación, la presión no debe exceder de 1.25 libras por pulgada cuadrada. Acto seguido, se debe incrementar las revoluciones por minuto hasta alcanzar las 2.500, punto en el cual la presión no deberá exceder de 3 libras por pulgada cuadrada, de lo contrario existirá taponamiento en el sistema de escape.

A-24

4.4.3.7 Prueba de Sistema con Retroalimentación de O2 Para probar el convertidor catalítico en un CIRCUITO CERRADO, con sistema de retroalimentación de O2, se deben seguir los siguientes pasos: Paso 1: asegúrese de que no haya fugas en el sistema de escape y ponga fuera de uso el sistema de aire. Paso 2: que el motor alcance su temperatura normal de funcionamiento, en un CIRCUITO CERRADO. Paso 3: conecte su analizador de 4 ó 5 gases al sistema de escape. Paso 4: mantenga el motor en 2.000 RPM, y observe las lecturas de las emisiones de escape. Paso 5: cuando los números dejen de caerse, cheque los niveles de oxigeno. Si el nivel de oxigeno cae a 0%, vaya al Paso 6.

- No cae a 0% - ¿Habrá algo de CO en el escape? - Si. El convertidor seguramente no estará trabajando propiamente: vaya al Paso

6 para confirmar sus resultados. - No. Si el sistema esta “en control”, podría estar manteniendo el CO demasiado

bajo: desconecte el sensor de oxigeno para incapacitar su control de la mezcla. Si el CO sigue muy bajo, agregue propano hasta que el CO alcance 0.5%.

Paso 6: una vez que tiene una lectura de oxigeno sólido, acelere a fondo de golpe, luego deje que regrese a marcha mínima. Cheque el aumento de nivel de oxigeno mientras que el CO continua aumentando – el oxígeno no debe aumentar por encima de 1.2 %.

- Si aumenta por encima de 1.2%. El convertidor no esta funcionando apropiadamente: reemplácelo y vuelva a probarlo.

- Aumenta alrededor de 1.2%. El convertidor se esta debilitando: el vehiculo no pasar las inspecciones de emisiones contaminantes a menos que reemplace el convertidor.

- Se queda debajo de 1.2%. El convertidor esta en buen estado.

4.4.3.8 Prueba de Circuito Cerrado, Sistema de Retroalimentación de O2 Para comprobar el convertidor catalítico en vehículo de no retroalimentación con sistema de aire, se recomienda seguir los siguientes pasos: Paso 1: asegúrese de que no haya fugas en el sistema de escape y ponga fuera de uso el sistema de aire. Paso 2: cheque el nivel de oxigeno en el escape a 2.000 RPM. Si el oxigeno cae a 0%, salte al paso 4.

- No cae a 0% - ¿habrá algo de CO en el escape? - Si. El convertidor seguramente no estará trabajando adecuadamente: vaya al

Paso 4 para confirmar resultados - No. La mezcla es demasiado pobre para probar el convertidor.

Paso 3: Ponga la manguera de la herramienta enriquecedora de propano en la entrada del limpiador de aire, y agregue lentamente propano a la mezcla, hasta

A-25

que los niveles de CO en 2.000 RPM sean aproximadamente 0.5%. ¿El oxigeno cae a 0%?

- Si. - No. El convertidor no estar funcionando apropiadamente: vaya al Paso 4 para

confirmar sus resultados. Paso 4: una vez que tiene una lectura de oxigeno sólido, acelere a fondo de golpe, luego déjelo que regrese a marcha mínima. Cheque el aumento de nivel de oxigeno mientras que el CO continúa aumentando – el oxigeno no debe aumentar pasando del 1.2%.

- Aumenta por encima de 1.2%. El convertidor no esta funcionando apropiadamente: reemplácelo y vuelva a probarlo.

- Aumenta alrededor de 1.2 %. El convertidor se esta debilitando. El vehiculo no pasara las inspecciones de emisiones contaminantes a manos que reemplace el convertidor.

- Se queda debajo de 1.2%. El convertidor esta en buen estado.

4.4.3.9 Prueba de emisiones El vehículo debe encontrarse en condiciones normales de operación y someterse a una prueba dinámica de emisiones, mediante la cual se adquieren sus lecturas de la emisión de monóxido de carbono, oxígeno y bióxido de carbono. De acuerdo a la Resolución Exenta N° 1191/2007, las Plantas de Revisión Técnica deben implementar un procedimiento de medición de emisiones, incorporando la medición de CO; HC y NO, aplicando el ensayo ASM (Acceleration Simulation Mode), según indicaciones establecidas en el DS 149/23006.

4.4.4 Recambio del Convertidor Catalítico Como se mencionó en párrafos precedentes, el convertidor catalítico debe ser reemplazado solo si las emisiones de gases contaminantes superan los estándares establecidos y una vez asegurado el buen funcionamiento de los sistemas de inyección, encendido y control de emisiones. Como norma general, los convertidores catalíticos deben ser reemplazados cumpliendo con los siguientes requisitos básicos: • Un convertidor catalítico debe ser reemplazado por uno original o uno de

reposición debidamente certificado, de acuerdo a lo establecido en la legislación vigente. En un sitio web1 la autoridad publica el listado de convertidores catalíticos de reposición certificados con indicación de la marca y modelo a los cuales son aplicables

• Deben instalados en la misma posición que los originales • El convertidor catalítico de reposición debe ser del mismo tipo del original (de

oxidación, tres vías+oxidación) • Los convertidores catalíticos de reposición u originales deber ser instalados

solamente en vehículos que especifica el fabricante del convertidor • El convertidor catalítico de reemplazo debe ser conectado adecuadamente a los

componentes de inyección de aire

1 http://www2.mtt.cl/cms/jsp/minisitio.jsp?secc=21&zona=41&ctnd=1269,

A-26

4.5 Diagnóstico de fallas a través e la prueba ASM Los siguientes procedimientos iniciales del diagnóstico aplican para ambos sistemas de retroalimentación (rango de aire/combustible controlado por un sistema OBD de computadora) y de no-retroalimentación. Los siguientes procedimientos están basados en el supuesto que el vehículo falló la inspección de emisiones ASM. Paso 1: Prepare una estimación del costo del diagnóstico de falla de emisiones: Primero complete una estimación precisa para diagnosticar la(s) falla (s) de emisiones y detállela bien. Tómese el tiempo necesario para identificar las actividades que llevará acabo para diagnosticar el problema del vehículo (scanner, osciloscopio, analizador de gases, etc.) Utilizando la hoja de datos de la información del vehículo: Inspeccione el vehículo y llene la información básica en la Hoja de Datos de Información del Vehículos (Tabla 4.3). Paso 2: Analice los resultados de la prueba en el Reporte de Inspección de Vehículo (RIV): Usando el manual específico del fabricante, lleve a cabo una inspección visual del equipo de control de emisiones requerido. Paso 3: Verificando la prueba de emisiones y pruebas de funcionamiento Realizar las pruebas de funcionamiento requeridas según el modelo/año del vehículo. Anote la información en la Hoja de Datos de Información del Vehículo (Tabla 4.3).

Tabla 4.3. Hoja de datos de información del vehículo

MARCA: MODELO: AÑO: N° VIN:

N° LICENCIA: N° CILINDROS: CILINDRADA: KM: N°PRUEBA:

Especificaciones Actual Especificaciones Actual Especificaciones Actual

MODO 1 HC:

HC:

CO: CO: NOx: NOx:

Especificaciones Actual Especificaciones Actual Especificaciones Actual MODO 2 HC:

HC:

CO: CO: NOx: NOx:

Paso 4: Desarrolle la prueba de emisiones “línea base” Realizar la prueba de emisiones ASM (ambas 50/15 y 25/25) en el BAR 97E/S en el modo manual. Se debe desarrollar la prueba de emisiones en dos velocidades - prueba de emisiones sin carga (BAR 90) en el modo manual para usarlo como comparación con la prueba de emisiones con carga. Al establecer los niveles de ese momento (lectura de emisiones “línea base”) se establecen puntos de referencias

A-27

para basar la estrategia de diagnóstico, y tener un indicador del éxito de las reparaciones. Al realizar las reparaciones para disminuir las emisiones, se debe comparar las lecturas de las mismas después de la reparación (nueva línea base de emisiones) con línea base de emisiones. Al comparar estas lecturas, se puede establecer si las emisiones del vehículo se han incrementado, disminuido o se han quedado en el mismo nivel. Registre toda la información de la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Si el vehículo pasa la prueba de emisiones ASM en el modo manual y pasa una inspección visual y de funcionamiento de los componentes revisados, proceda a informar al cliente y solicite autorización para realizar la verificación (si el vehículo pasa la prueba). Si el vehículo no pasa la prueba, proceda al Paso 5. Paso 5. Reparar sistemas alterados Verificar si existe alguna falta, modificación o desconexión (FMD) en el equipo de control de emisiones. Si no hay ninguna, continúe con el Paso 6. Si las hay, continúe con el siguiente procedimiento: las FMD deben ser la primera área de reparación, seguida de fallas de pruebas de funcionamiento. Efectuar las reparaciones y repita prueba de emisiones. Paso 6. Realice una inspección visual del sistema de operación del motor Revise los resultados de las emisiones RIV/ “línea base”. Note que las emisiones del escape (O2 y CO2) estén operando fuera de los parámetros normales de operación (no solo las emisiones que fallaron). Desarrolle la inspección visual de los componentes del sistema que puedan ser la causa de estas lecturas de emisiones. Ejemplo: CO = 3.5% (alto) HC = 1.75 (elevado) CO2 = 9% (bajo) O2 = o.5% (bajo) NOx = normal Conclusión: un rango rico de aire/combustible. Inspeccione visualmente los componentes de control del combustible (sensor MAP/MAF, TPS, regulador de presión del combustible, etc.) Busque por conexiones de cable defectuosas (incluyendo conexiones de tierra), mangueras de vacío agrietadas, componentes rotos, etc., cualquier cosa que pudiera ser perjudicial para los sistemas de rendimiento del motor. Registre los resultados de la inspección visual en la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Proceda al paso 7 Paso 7. Diagnóstico del sistema de ignición (diagnóstico de HC) Desarrolle una prueba de ignición de tiempo base (si es que no se ha realizado en la prueba de funcionamiento). Registre los resultados de la prueba en la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Compare las lecturas de HC con la especificación del punto máximo de corte (especificación impresa en el VIR). ¿Están las lecturas del HC debajo del punto de corte? Si las lecturas están debajo del punto de corte, continúe con el paso 8. Si las lecturas están por encima del punto de corte, continúe con el diagnóstico de HC: si durante la prueba de emisiones línea base, una condición de alto HC fue detectado, utilice un osciloscopio de ignición para determinar la causa de los altos niveles de HC. Si la causa de las altas emisiones de HC parece ser de naturaleza mecánica, siga con el método apropiado del diagnóstico (prueba de

A-28

balance del cilindro, prueba de compresión seca/mojada, prueba de fuga del cilindro, prueba de compresión en movimiento, etc.). Cuando el mal funcionamiento es localizado, registre estos datos en la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Los siguientes pasos se dividen en dos casos: sistemas de no-retroalimentación y sistemas de retroalimentación (NR y R respectivamente) Paso 8 (NR): Diagnóstico de problemas de CO Si el CO está debajo del punto de corte, determine si la lectura de CO es demasiado baja cuando esté probando las emisiones de NOx bajo carga, un problema puede resultar cuando el CO esta muy bajo, causando un incremento en las temperaturas de la cámara de combustión, y un incremento resultando en las emisiones de NOx. ¿La lectura de CO está demasiado pobre? Si es así, cheque las fugas de vacío, baja presión de combustible, y otros componentes que podrían causar una condición pobre. Si no se encuentran problemas en éstas áreas, proceda al Paso 9. NOTA. Las lecturas de bajo CO no necesariamente tienen que causar una condición pobre de falla de encendido para causar un problema de emisiones de NOx. Si las lecturas de CO están por debajo del punto del corte y no están demasiado pobres, proceda al paso 10. Si las lecturas están arriba del punto de corte, continúe con el diagnóstico de CO: Si las lecturas de CO están arriba del punto de corte, el rango de la mezcla aire/combustible está demasiado rica. Verifique las siguientes alternativas: un filtro de aire sucio, alta presión de combustible, canister de control evaporativo saturado, y otras fallas en los componentes que podrían causar una condición rica. Cuando el mal funcionamiento es localizado, registre estos datos en la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Si no se encontraron problemas en esta área, proceda al Paso 9 PASO 9 (NR): Verificar la operación del carburador Cuando se diagnostica el mal funcionamiento (para un vehiculo que no pasa la prueba de emisiones ASM) del carburador, todos los circuitos del carburador deben de ser considerados. Cheque el ajuste apropiado en idle para aire/combustible, ajuste del Choke, nivel del flotador, energía del a válvula de operación, etc. NOTA: es posible que un resorte de la válvula de energía haya cambiado en el pasado para improvisar el mejoramiento (tensión alterada del resorte), o se haya vuelto débil y ceda muy pronto. También considere la posibilidad de bajo vacío de motor (debido a anillos desgastados o asientos de válvulas inapropiados) permitiendo que la válvula de poder se accione muy pronto. Este problema debe ser más evidente en la parte 50/15 de la prueba de emisiones a modo de carga debido a una carga más pesada. Cuando el mal funcionamiento es localizado, registre este dato en la Hoja de Información del Vehículo. Cuando el diagnóstico esté completo, proceda al Paso 10. Paso 10 (NR):

A-29

Diagnosticar problemas de NOx Compare las lecturas de NOx con el punto de corte. Si las lecturas están debajo del punto de corte, continúe con el Paso 11. Si las lecturas están debajo del punto de corte, continúe con el diagnóstico de NOx: Explore cualquier sistema o componente defectuoso que no contribuya a mantener la temperatura de combustión debajo de los 2,500ºF o 1,371ºC. Verifique las capacidades de avance de ignición (centrífuga y vacío). Tiempo sobre avanzado debido a una falla del sistema de tiempo de ignición (resortes débiles de avance centrífugo) puede contribuir a emisiones excesivas de NOx. Referir con los manuales de servicio para procedimientos y especificaciones propias de inspección. Verifique la operación del sistema de recirculación del gas de escape (EGR) por los procedimientos del fabricante. Verifique la aplicación de vacío de la válvula EGR con carga. NOTA: es posible que un sistema de prueba de la válvula EGR no opere sobre carga a una baja velocidad (modo de prueba ASM 50/15) debido a una baja restricción de un mofle de repuesto. Por ejemplo: un vehículo es equipado con un convertidor original de fábrica y un mofle de repuesto de baja restricción. Durante la prueba 50/15, la contrapresión de la válvula EGR no transfiere vacío a la válvula EGR – no existe suficiente contrapresión de gases debido al mofle de baja restricción. Cheque el sistema de enfriamiento para una operación apropiada. Un enfriamiento pobre del motor y/o circulación restringida del refrigerante alrededor del cilindro(s) cámara(s) de combustión puede causar temperaturas excesivas en la cámara de combustión. El técnico debe checar por un termostato fuera de rango u obstruido, o restricciones en la circulación del refrigerante en el radiador, pobre flujo de aire del radiador, cámara de agua obstruida (viejas conexiones que permanecen en el block), etc. Usted querrá emplear un pirómetro electrónico de superficie para identificar “sitios calientes” en el sistema de enfriamiento. Aunque no es común, los problemas de NOx pueden ocurrir en un vehículo que tenía exceso de combustible por un periodo prolongado de tiempo. Cuando el técnico pone el sistema en control (estequiométrico), los depósitos de carbón excesivos, dejados por el problema de exceso de combustible, comienza a encenderse debido a la mezcla aire/combustible mas pobre (caliente). Cuando estos depósitos se encienden, forman un segundo frente de flama en la cámara de combustión (detonación). El segundo frente de flama causa que la temperatura de combustión se eleve – así como incremente el NOx. Puede ser posible remover estos depósitos de carbón utilizando un descarbonizador químico de alto nivel para motores. NOTA: el descarbonizador químico debe ser utilizado únicamente como último recurso, después de todos los otros diagnósticos que han sido explorados. Siga los procedimientos del fabricante. Registre los resultados de las pruebas en la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Proceda al paso 11. Paso 11 (NR): Verificación de la operación del sistema de inyección de aire (SIA) Si el vehículo no está equipado con un sistema SIA (sistema de inyección de aire), proceda al paso 12.

A-30

Emisiones excesivas de CO y HC, y una inoperada operación del convertidor catalítico (algunos vehículos) puede ser debido a un defectuoso SIA. Verifique la operación del SIA para asegurarse que se está operando adecuadamente. Asegúrese que el SIA tiene presión de la bomba, y la válvula desviadora está aplicando y desviando los tiempos correctos. Registre el resultado de la prueba en la Hoja de Datos de Información del Vehículo. Proceda al Paso 12. Paso 12 (NR): Verificar la eficiencia del convertidor catalítico Determine la eficiencia real de operación del catalizador. Existen algunas pruebas de eficiencia de convertidores catalíticos descritos por editoriales automotrices. Estas pruebas de eficiencia pueden ser analizadas en dos categorías principales: Prueba con modificación y prueba sin modificación. Una prueba con modificación requiere que el técnico perfore hoyos en la pipa del escape (si no hay conexiones de fábrica disponibles) e inserte la sonda del analizador de emisiones en la corriente de gases. El técnico tomara una muestra de la emisión de gases antes del catalizador, y posteriormente tomará una muestra después del catalizador. Una Prueba sin modificación puede tomar la forma de analizar las emisiones de gases en el tubo de escape bajo ciertas condiciones inducidas (prueba de cranking de CO2, etc) para identificar la eficiencia del catalizador, o tomando las lecturas de la temperatura exterior en el frente o en la parte trasera del catalizador. Paso 13 (NR): Determine el diagnostico final Después de completar el procedimiento precedente del diagnostico, evalúe los resultados de la prueba registrados en la Hoja de Datos de información del vehiculo. Verifique que las fallas de emisión que coincidan con fallas anotadas en el diagnostico. A través del proceso de eliminación (lo que esta trabajando –vs- lo que no) usted podrá ser capaz de acotar su diagnostico para el sistema especifico o componente que esta causando el problema. Ejemplo: el vehiculo fallo por altas emisiones de NOx. La información en su hoja de datos nota que cualquier otro parámetro de operación esta dentro de las especificaciones excepto las siguientes: 1. Curva avanzada de ignición – falló (avanza 10 grados mas allá de las especificaciones). 2. Sistema de enfriamiento – falló (calor excesivo detrás del termostato) Usando los métodos de “causa y efecto” para determinar la causa de la falla en las emisiones, la razón mas probable para la falla de NOx es un débil distribuidor centrifugo de resortes vencidos y/o un termostato atascado cerrado. Paso 8 (R): Busque por fallas en los códigos de la computadora Cheque por cualquier código de falla almacenado siguiendo los procedimientos de extracción del código del fabricante. Si hubiese un código de falla que es

A-31

relacionado con la emisión proceda al Paso 9. Si no se encontraron códigos, o el código no fue relacionado con la emisión, proceda al Paso 10. Paso 9 (R): Confirme los códigos de falla de la computadora Para confirmar código de falla fuerte almacenado en la memoria de la computadora, borre los códigos de falla almacenados, y conduzca el vehiculo para ver si los ajustes se reestablecen (por procedimientos del fabricante). ¿Los códigos se reajustaron? Si es así, registre los datos en la Hoja de Datos de Información del vehiculo y determine la causa del mal funcionamiento. Determinar la causa del mal funcionamiento requerirá el uso de referencias apropiadas de operación y diagnostico de computadora del motor (definiciones de código de falla, diagrama de problemas, pruebas de diagnostico, etc.). Determine la causa raíz del mal funcionamiento y registre lo encontrado en la Hoja de Información del vehiculo. Proceda al Paso 10. Paso 10 (R): Verificar los parámetros de operación de la computadora Es posible que la computadora no almacene un código de falla, e inmediatamente el sistema no este operando dentro de parámetros de diseño aceptables: esto podrá ser la causa de la falla de las emisiones del vehiculo. Revise la operación del sistema de la computadora conectando un scanner y tomando una foto instantánea del dato mientras el vehiculo esta sobre carga. Revise la serie de datos para cualquier irregularidad (sensores de carga, tiempo de ignición, anchura de pulso del inyector, etc., que estén en parámetros fuera de operación de otros sensores y actuadores). Como cambios de carga en el motor, los sensores y actuadores deben responder apropiadamente a las condiciones cambiantes. Algunos de los primeros vehículos controlados por computadora no tienen previsto algún punto para integrar el scanner. En este tipo de vehiculo, el técnico debe observar las lecturas de voltaje/frecuencia de los sensores seleccionados (TPS, MAP, etc.) y actuadotes (bajo carga) que podrían ser responsables por falla de emisiones del vehiculo. Registe cualquier irregularidad en la Hoja de datos de Información del vehiculo. Proceda al Paso 11. Paso 11 (R): Verificar el control de combustible del vehiculo: prueba del sensor de oxigeno Para establecer si el vehiculo esta en control del combustible (estequiométrico), el técnico necesita analizar la forma de onda electrónica generada por el sensor de oxigeno utilizando un osciloscopio digital de almacenamiento (DSO) o un multímetro graficador. El osciloscopio necesitara estar conectado directamente al circuito del sensor de O2 antes de que entre el PCM. Determine si el sensor de O2 esta cambiando uniformemente arriba y debajo de los 450 mV, o el trazo se inclina rico (arriba de 450 mV) o pobre (debajo de los 450 mV). El patrón de forma de onda puede indicar cualquier otro problema del funcionamiento del motor (fallas de encendido, fugas de vacío, etc.). Registre lo encontrado en la Hoja de Datos de Información del Vehiculo. Paso 12 (R): Diagnosticar problemas de NOx Compare las lecturas de NOx con el punto de corte. Si las lecturas están bajo del punto de corte, continúe con el paso 13.

A-32

Si las lecturas están arriba del punto de corte, continúe con el diagnostico de NOx: Explore cualquier sistema o componente defectuoso que no este contribuyendo a mantener la temperatura de combustión bajo los 2.500°F ó 1.371°C. ¿Está el tiempo base dentro de las especificaciones? Tiempo base sobre avanzado puede contribuir a emisiones excesivas de NOx. Cheque la operación de recirculación de gas del escape (EGR) por procedimiento del fabricante. NOTA: es posible que un sistema de prueba de la válvula EGR no opere sobre carga con una baja velocidad (modo de prueba ASM 50/15) debido a una baja restricción de un mofle de repuesto. Por Ejemplo: un vehiculo es equipado con un catalizador de fabrica y un mofle de repuesto de baja restricción. Durante la prueba 50/15, la contrapresión EGR no transfiere vacío a la misma válvula – no suficiente contrapresión de gases se debe al mofle de baja restricción Verifique la aplicación de vacío de la válvula EGR con carga. Verifique el sistema de enfriamiento para una propia operación. Un pobre enfriamiento del motor y/o circulación restringida del refrigerante alrededor del cilindro(s)/cámara(s) de combustión pueden causar temperaturas excesivas en la cámara de combustión. Verifique las siguientes alternativas: un termostato fuera de rango, defectuoso o cerrado, restricciones del flujo de refrigerante del radiador, pobre flujo del aire del radiador, obstrucciones en la cámara de agua del radiador (viejas conexiones de refrigerante que se mantienen en el radiador), etc. Se puede emplear un pirómetro electrónico de superficie para identificar “puntos calientes” en el sistema de enfriamiento. Aunque no es común, los problemas de NOx pueden ocurrir en un vehiculo que tuvo exceso de combustible por un periodo prolongado de tiempo. Cuando se pone al sistema en control (estequiométrico), los depósitos de carbón excesivo, dejado por el problema de exceso de combustible, comienza a encenderse con una mezcla pobre (caliente) aire/combustible. Cuando estos depósitos se encienden, forman un segundo frente de flama en la cámara de combustión (detonación). El segundo frente de flama causa que la temperatura de combustión se eleve – así como incremente NOx. Puede ser posible remover estos depósitos de carbón utilizando un descarbonizador químico del motor. NOTA: el descarbonizador químico debe ser utilizado únicamente como ultimo recurso, después de todos los otros diagnósticos que han sido explorados. Siga los procedimientos del fabricante. Registre los resultados de las pruebas de la Hoja de Datos de Información del Vehiculo Paso 13 (R): Verificar la operación del sistema de inyección de aire (SIA) Si el vehiculo no esta equipada con un sistema SIA, proceda al paso 14. Emisiones excesivas de CO y HC, y una operación inapropiada del convertidor catalítico (algunos vehículos) puede ser debido a un defectuoso SIA. Verifique la operación del SIA para asegurarse que esta operando apropiadamente. Asegúrese que el SIA tiene presión de la bomba, y la válvula desviadora esta trabajando y desviando en los tiempos apropiados. Refiérase a los manuales de pruebas específicos. Registre los resultados de la prueba en la Hoja de Datos de Información del Vehiculo. Proceda al paso 14. Paso 14 (R):

A-33

Verificar la eficiencia del convertidor catalítico Desarrolle una prueba de eficiencia del convertidor catalítico. Existen algunas pruebas de eficiencia de convertidores catalíticos descritos por editoriales automotrices. Estas pruebas de eficiencia pueden ser analizadas en dos categorías principales: con modificación y sin modificación. Una prueba con modificación requiere que el técnico perfore hoyos en el tubo de escape (si no hay enchufe de fábrica disponible) e inserte la sonda de analizador de gases. El técnico tomará un ejemplo de la emisión del escape antes del catalizador, y después del catalizador. Una Prueba sin modificación puede tomar la forma de analizar las emisiones de gases en el tubo de escape bajo ciertas condiciones inducidas (prueba de cranking de CO2, etc) para identificar la eficiencia del catalizador, o tomando las lecturas de la temperatura exterior en el frente o en la parte trasera del catalizador. Este tipo de pruebas varían en precisión, dependiendo del tipo de vehiculo que esta siendo probado, y la prueba que esta siendo aplicada. El beneficio de este tipo de prueba es que no requiere perforación de un hoyo en el sistema de escape. Paso 15 (R): Determine el diagnóstico final Después de completar el procedimiento precedente del diagnostico, evalúe los resultados de la prueba registrados en la Hoja de Datos de información del vehiculo. Verifique que las fallas de emisión coincidan con fallas anotadas en el diagnostico. A través del proceso de eliminación (lo que esta trabajando –vs- lo que no) usted podrá ser capaz de acotar su diagnostico para el sistema especifico o componente que esta causando el problema. Ejemplo: el vehiculo fallo por altas emisiones de CO, y emisiones elevadas de HC – niveles de gas de NOx, O2 y CO2 están bajos. La información en su Hoja de Datos de Información del vehiculo muestra que otros parámetros de operación están dentro de especificaciones excepto las siguientes: 1. Modo de carga (BAR 97) y dos velocidades en idle (BAR 90) resultados de las pruebas – fallaron ambas pruebas por alto CO. 2. Código Nº 26 – mezcla rica aire/combustible Código Nº 22 – señal del sensor de temperatura del anticongelante 3. Sensor de O2 inclinado rico (siempre arriba de 450 mV) Usando los métodos de “causa y efecto” para determinar la causa de la falla en las emisiones, la razón mas probable para la falla de CO es una temperatura defectuosa del sensor o circuito del refrigerante. El código 22 indica que la temperatura del sensor y/o circuito del refrigerante no esta operando dentro de los parámetros señalados. La computadora esta interpretando que la señal en ese circuito, e iniciando una estrategia de enriquecimiento de combustible, evidenciando por una señal ligeramente rica del sensor de O2 (efecto). Debido a las lecturas constantes de O2, quedando un código 26 queda ajustado.

A-34