unitat 8 sistemes d’alimentació i anticontaminació · 1 5 5 6 injecció indirecta multipunt...

135

Unitat 8

Sistemes d’alimentació i anticontaminació

8.1. Nivell d’entradaActivitat 1Ordena per ordre de preferència els següents factors de l’alimentació del motor.

• Potència

• Soroll

• Economia (potència-consum)

• Contaminació

• Depuració

• Olor (pudor)

• Purificació

• Bona combustió

Activitat 21. Vull conèixer els components de la pol·lució dels vehicles.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

2. Tinc interès a conèixer els elements contaminants del vehicle.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

3. Vull conèixer i aplicar els sistemes anticontaminants del vehicle.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

4. Vull saber com s’apliquen els instruments d’anàlisi dels contaminants.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

5. Vull conèixer i aplicar la normativa vigent en matèria de contaminació.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

Fes la interpretació dels resultats obtinguts.

136

Unitat 8 Sistemes d’alimentació i anticontaminació

8.2. Circuit d’alimentació de gasolinaLa funció del circuit d’alimentació és proporcionar al motor la quantitat necessària d’aire i gaso-lina en funció de les necessitats de circulació del vehicle. El circuit inclou els òrgans necessarisper portar la barreja d’aire i gasolina fins al motor.

8.2.1. Elements del circuit d’alimentació

L’aire s’agafa de l’exterior i el combustible, d’un dipòsit. D’aquesta manera, el sistema quedaformat per (fig. 8.1):

• Un filtre d’aire, que el depura de les partícules abrasives de l’exterior.

• Un dipòsit de combustible, on s’emmagatzema la gasolina.

• Una bomba d’alimentació, per transportar el combustible fins al sistema d’injecció.

• Un sistema d’injecció, per proporcionar al motor la quantitat de combustible necessari, enfunció d’uns paràmetres.

• Uns col·lectors d’admissió, per on passa la mescla per entrar als cilindres.

8.2.2. Motor Otto. Combustible i combustió

El combustible utilitzat en els motors Otto és la gasolina. La gasolina ha d’acomplir unes exi-gències tècniques mínimes que es recullen a la norma DIN 51.600. Entre d’altres, les principalscaracterístiques normalitzades són la densitat, la volatilitat, la resistència a la detonació i elsadditius.

Resistència a la detonació: Una de les característiques més importants de la gasolina és l’ín-dex d’octà (N0), que defineix el poder antidetonant, és a dir, la temperatura a la qual pot arribarquan es comprimeix sense que s’autoencengui. A mesura que augmenta el N0, disminueix elrisc de detonació.

137


Fig. 8.1

Circuit elemental d’alimentació

Boca d’ompliment de gasolina

Dipòsit degasolina

Tub de gasolina

Bomba de gasolina Filtre d’aire

Sistema d’injecció

La detonació o “picat”, conseqüència d’una combustió anormal, es produeix quan el combusti-ble s’inflama de manera espontània, independentment de la guspira. La relació de compressiód’un motor està en funció del poder antidetonant del combustible utilitzat.

L’autoencesa és un fenomen produït per la combustió instantània d’una porció determinada dela mescla, provocada per algun punt calent a dins de la cambra de combustió.

Aquests fenòmens resulten perjudicials per al motor, ja que es produeixen de manera incontro-lada.

Per aconseguir una combustió completa s’ha de barrejar l’aire i la gasolina amb una proporcióexacta, que es calcula a partir de la formulació química de la gasolina i l’aire amb una relació depes de 14,7 g d’aire per cada gram de gasolina. Aquest relació s’anomena relació estequiomè-trica, es representa amb el símbol lambda (λ) i serveix per definir si una mescla és pobra o rica enbenzina.

λ és el resultat de dividir la quantitat d’aire cremat al motor per la quantitat d’aire teòric (14,7 g).Així, si el valor λ és inferior a 1, diem que la mescla és rica (excés de benzina), i si el valor de λ éssuperior a 1, llavors la mescla és pobra (manca de benzina).

Al motor s’ha de fer compatible un bon rendiment (màxima potència lliurada amb el mínimconsum) amb una emissió mínima de gasos contaminants. Això fa que hagi de treballar ambriqueses diferents segons el règim de funcionament, fet que estableix tres etapes característi-ques:

• Etapa de ralentí: Cal una mescla rica per mantenir el motor en funcionament.

• Etapa de mig règim: Durant aquesta etapa es pot treballar amb mescles pobres.Correspondria, per exemple, a règims de creuer, en què no es necessita un gran parellmotor.

• Etapa de plena càrrega: Durant aquesta fase s’ha d’enriquir una altra vegada la mescla,perquè la corba de potència no caigui en picat.

8.2.3. Sistemes d’injecció de gasolina

Les necessitats actuals pel que fa a consums i l’estricta normativa europea sobre emissió degasos contaminants obliguen a disposar de sistemes d’alimentació que resolguin satisfactòria-ment aquestes exigències legals.

Els sistemes d’injecció de gasolina (fig. 8.2) acompleixen aquest objectiu, dosificant exactamentla quantitat de combustible necessària per a cada circumstància i d’aquesta manera optimen elrendiment del motor, amb un consum i un nivell d’emissions contaminants més baix.

A continuació presentem unes quantes classificacions segons alguns paràmetres que intervenenen els sistemes d’injecció de gasolina:

Segons el sistema de regulació de la mescla:•Mecàniques: Un sistema de mesura de l’aire dosifica la gasolina injectada. La correcció de lamescla es fa de forma mecànica.

138


• Electromecàniques: És una variant de l’anterior, però la correcció de la mescla la fa de mane-ra electrohidràulica una UEC.

• Electròniques: Un processador, mitjançant informació de diferents sensors, determina laquantitat de gasolina que cal injectar.

Segons el nombre d’injectors:•Monopunt: Un sol injector

•Multipunt: Tants injectors com cilindres tingui el motor

Segons la durada i sincronització:• Contínua: L’injector està obert permanentment. S’utilitza en els sistemes mecànics i electro-mecànics.

• Discontínua: S’utilitza en els sistemes electrònics. L’injector injecta petites quantitats cadacicle. La discontínua es pot dividir en:

Simultània: Tots els injectors injecten a la vegada.

Seqüencial: Cada injector s’activa de forma individual i sincronitzada amb l’obertura dela vàlvula d’admissió corresponent.

Semiseqüencial: S’utilitza en motors de nombre de cilindres parells en què s’activen elsinjectors de cursa simultània.

Segons el lloc on s’injecta:• Indirecte: Al col·lector d’admissió

• Directe: Directament a la cambra de combustió

139


Fig. 8.2

Sistemes de formació de mescla

1. Combustible2. Aire

3. Papallona4. Col·lector d’admissió

5. Vàlvules d’injecció6. Motor

43

1

5

6

2

43

14

3

51

5

6

Injecció IndirectaMultipunt (externa)

Injecció Monopunt (externa)

Injecció Directa (interna)

22

Injeccions electròniques

La normativa vigent sobre emissió de gasos contaminants imposa als fabricants d’automòbils eldesenvolupament de sistemes de regulació de mescla electrònics, perquè només d’aquestamanera és possible una regulació eficaç.

Actualment, quan parlem d’un sistema d’injecció electrònica, parlem d’un sistema electrònic degestió completa del motor, on no només es gestiona la injecció, sinó també l’encesa, els siste-mes antipol·lució, els sistemes d’augment del rendiment, els sistemes de confort de marxa, etc.

D’aquesta manera, la injecció electrònica funciona en tres blocs:

• Sensors: Un nombre important de sensors repartits per la perifèria del motor informen laUEC de les diferents condicions de funcionament del motor: rpm, càrrega, T del motor, etc.D’aquesta manera, els sensors converteixen diverses magnituds físiques en senyals elèctrics.

140


Fig. 8.3

Sistema d’injecció Motrònic seqüencial actual

1. Calculador2. Captador de règim3. Captador de pressió d’admissió4. Potenciòmetre de papallona5. Sonda de temperatura motor6. Sonda de temperatura d’aire7. Captador de velocitat8. Sonda lambda9. Bateria10. Relé doble12. Dipòsit de gasolina13. Bomba de gasolina14. Filtre de gasolina

15. Rampa d’injecció16. Regulador de pressió17. Injectors18. Dipòsit de carbó actiu19. Electrovàlvula canister20. Caixa de la papallona21. Resistència d’escalfament d’aire22. Motor ralentí23. Testimoni test injecció24. Connector de diagnosi25. Captador de “picat”26. Caixetí intercalat de la velocitat del vehicle

A. Pressió atmosfèricaB. Pressió d’admissióC. GasolinaD. Retorn carburantE. Vapors carburantF. Gasos d’escapament

• Unitat de comandament amb microprocessador (UEC): Processa la informació i, en fun-ció de determinats algoritmes de regulació, respon amb senyals elèctrics de sortida.

• Actuadors: Converteixen en magnituds mecàniques els senyals elèctrics de sortida de la uni-tat de comandament: electroinjectors, estabilitzadors de ralentí, electrovàlvules de recirculacióde gasos d’escapament, etc.

Injecció directa

La injecció directa (fig. 8.4) és la versió més actual de les injeccions electròniques, amb consumsi emissions de contaminants a l’atmosfera inferiors. L’increment de la temperatura de combustióen aquests motors, però, fa aparèixer òxids de nitrogen, la qual cosa obliga a fer servir vàlvulesEGR, que reenvien gasos d’escapament a l’admissió per tal de reduir els NOx. També calen cata-litzadors més complexos.

Aquest sistema injecta directament a l’interior de la cambra de combustió a una pressió moltmés elevada que la injecció indirecta (entre 60 i 120 bars) i pot treballar de forma homogènia oestratificada (amb mescles molt pobres). Això vol dir que s’ha de concentrar un petit volum demescla al voltant de la bugia perquè s’encengui i, a partir d’aquí, el front de flama faci cremar laresta de la mescla, molt més pobra. És el sistema més nou i l’estan comercialitzant diferentsmarques.

141


Fig. 8.4

Principi de la injecció directa

Biela

Pistó

Doll d’injecció directa sobre laturbulència de la vena d’aire

Injector directe

Papallona admissió

Vàlvules

Bugia

Funcionen en dues etapes diferenciades (fig. 8.5):

• Etapa de mescles molt pobres: estratificada (1 g de gasolina per 40 g d’aire), a règimsbaixos i poca exigència del motor. La injecció es fa al temps de compressió i de forma estrati-ficada. El doll, de forma dinàmica, és enviat cap a la bugia per encendre la mescla especial i lacombustió inflama progressivament la resta de la mescla molt més pobra.

• Etapa de mescla normal: homogènia (1/15), per a règims superiors i de major exigènciadel motor. La injecció es fa al temps d’admissió, treballant de manera semblant a les injec-cions indirectes.

142


Fig. 8.6

Arquitectura d’un motor d’injecció directa

Bomba d’alta pressióRegulador d’alta pressió

Conducte d’admissió

Papallona

Injector d’alta pressió

Corbatura del cap del pistó

Fig. 8.5

Les dues etapes d’injecció segons la demanda al motor

1.S’injecta enfo-cant a la bugiaen el temps decompressió

Ignició a mescles molt pobres(1/40)

Ignició a mescles normals (1/15)

2. La bugia encénla barreja ricaen gasolina

3.S’injecta en eltemps d’admis-sió quan s’exi-geix potència

4.Alta temperatu-ra dels gasosresiduals

8.3. Motor dièsel. CombustiblePer funcionar, el motor dièsel utilitza gasoil. El gasoil és un carburant obtingut per destil·lació delpetroli, amb una densitat d’aproximadament 0,85 kg/l a 15 ºC i un poder calorífic que oscil·laprop de les 10.000 kcal/kg.

8.3.1. Característiques del gasoil

Les característiques més importants del gasoil són:

• Temperatura d’inflamació: El gasoil ha de tenir una temperatura d’inflamació baixa, perquèpugui inflamar-se ràpidament en entrar en contacte amb l’aire comprimit en el moment deser injectat. La facilitat d’inflamació es mesura per l’índex de cetà: com més alt sigui aquest,menor serà la temperatura necessària per inflamar-lo.

• Punt de congelació: És la temperatura a la qual un combustible líquid es solidifica. La visco-sitat, que augmenta en disminuir la temperatura, i el punt de congelació són de gran impor-tància, perquè el combustible ha de tenir prou fluïdesa per poder circular des del dipòsit a labomba i els injectors, amb temperatures crítiques de funcionament. El punt de congelació delgasoil és d’aproximadament -34º. En alguns motors es disposa en el filtre d’un sistema escal-fador de combustible.

• Additius: Suposen una millora considerable en la qualitat del combustible.

8.3.2. Sistemes d’alimentació del motor dièsel

El sistemes d’alimentació dièsel es poden classificar en funció de diferents paràmetres:

Segons on tingui lloc la injecció:• Directa, quan s’injecta directament al cap del pistó.

• Indirecta, quan s’injecta a una precambra on es fa una precombustió per cremar-ne desprésla resta a sobre del pistó.

Segons el tipus de regulació: • Regulació mecànica.

• Regulació electrònica.

Segons el tipus de bomba: • Bomba d’elements en línia.

• Bomba rotativa.

• Injector bomba.

• Injector electrònic o Common Rail.

143


Segons el tipus d’admissió d’aire:

• Per admissió atmosfèrica, quan l’aire entra per efecte de la succió mateixa del motor.

• Per admissió forçada:

– Per compressor volumètric, que arrossega pel cigonyal del motor i introdueix aire apressió per a l’admissió, augmentant la quantitat d’aire per cada cicle.

– Per turbocompressor, on una turbina a l’escapament moguda pels gasos de sortidamou un compressor tipus turbina que incrementa la pressió d’admissió i, per tant, elvolum d’aire admès.

Sistemes d’injecció dièsel controlats electrònicament

Els sistemes electrònics d’injecció Dièsel, de forma anàloga als de gasolina, es basen en la infor-mació que diferents sensors proporcionen a la UEC sobre les condicions de funcionament delmotor: rpm, massa d’aire aspirada, temperatura del motor, etc. La unitat de control processaaquesta informació i actua en conseqüència enviant senyals elèctrics als diferents actuadors.D’aquesta manera, la dosificació de combustible injectat és molt precisa i en el moment adequat.

1. Bomba injectora rotativa Bosch VE amb regulació electrònica (fig. 8.7)D’estructura i funcionament molt similar a la versió amb regulació mecànica, aquesta bombaincorpora, però, importants millores pel que fa a la regulació del cabal i l’avanç de la injecció.Aquestes millores permeten reduir considerablement el consum de combustible i el nivell d’e-missió de gasos contaminants. Les principals diferències es concreten en:

• La pressió de treball (800 bars aproximadament)

• Control electrònic del cabal que cal injectar

• Control electrònic de l’avanç d’injecció

144


Fig. 8.7

Regulador electrònic de bomba injectora

1. Transductor de carrera de l’anellde regulació

2. Mecanisme regulador de cabal3. Èmbol d’alimentació4. Vàlvula electromagnètica d’inici

d’injecció5. Anell de regulació de cabal

2

5 4 3

1

El sistema de control (fig. 8.8) regula a partir del funcionament normal de la bomba, que enviael combustible a través de l’electrovàlvula 2 des de la bomba de transferència 1 al mecanismed’avanç 3 i al capçal hidràulic. La unitat de control 6 rep informació sobre el nombre de revolu-cions a, l’inici de la injecció b (injector sensor), la temperatura c, la pressió de transferència d i laposició del pedal de gas e. Amb aquesta informació processa les dades i emet un senyal elèctricde comandament, d’una banda cap al dispositiu de regulació 5 de la bomba, governant la posi-ció de l’anell de regulació de cabal 4, i de l’altra, cap a l’electrovàlvula d’avanç.

2. Sistema injector bomba Aquest sistema d’injecció directa (fig. 8.9) integra l’injector i la bomba en un sol element i estàgovernat electrònicament. Necessita una lleva específica mecanitzada en l’arbre de lleves de ladistribució del motor que proporcioni la impulsió de cadascun dels injectors-bomba de cadacilindre del motor. Pot injectar a pressions altíssimes, de l’ordre dels 2.000 bars.

Funcionament: La lleva està sincronitzada amb el temps d’injecció. La durada real d’injeccióestà governada per una unitat de control que, mitjançant impulsos de corrent a la bobina decontrol de l’injector bomba a través del connector 5, bobinat 6, 10 i induït 9 (fig.8.9), descarre-ga la pressió interna de la cambra d’alta pressió 25 cap al retorn 11. D’aquesta manera, es potproduir una injecció de la manera més adequada a cada estat de funcionament del motor,avançant o retardant l’inici d’injecció, així com la durada.

145


Fig. 8.8

Esquema de la regulació electrònica

146


Fig. 8.9

Injector bomba

1. Cargol esfèric2. Molla de retorn3. Èmbol de la bomba4. Cos de la bomba5. Connector6. Nucli magnètic7. Molla de compensació8. Agulla de l’electrovàlvula9. Induït10. Bobina de l’electroimant

11. Retorn de combustible12. Junta tòrica13. Filtre14. Topall hidràulic (amortidor)15. Seient de l’agulla16. Volandera estanquitat17. Cambra de combustió18. Agulla injector19. Femella de fixació20. Injector integrat

21. Culata motor22. Molla d’injector23. Èmbol acumulador24. Cambra acumuladora25. Cambra d’alta pressió26. Molla de l’electrovàlvula27. Arbre de lleves específic28. Balancí de rodet

3. Sistema d’injecció d’acumulador Common RailAquest sistema és un dels més utilitzats actualment, tant en turismes com en vehicles industrials(fig. 8.10). No disposa de bomba injectora i presenta, igual com els sistemes descrits anterior-ment, diversos avantatges respecte a la injecció convencional, gràcies al governament totalmentelectrònic del sistema, del qual destaquem que:

• La generació de pressió i el control de la injecció estan separats.

• La pressió d’injecció i el cabal poden treballar independentment per a cada situació deservei del motor.

El sistema consta bàsicament de:

• Electroinjectors: controlats per la UEC, tenen la funció d’injectar el combustible necessari peral funcionament del motor.

• Acumulador de pressió (Rail): muntat sobre la culata, serveix de suport en els altres ele-ments del circuit d’alta pressió: sensor de pressió, limitador de flux, tubs d’alimentació delselectroinjectors, etc. Compleix també les funcions de:

– Emmagatzemar el combustible a alta pressió.

– Esmorteir les variacions de pressió generades pel subministrament de la bomba i la injec-ció.

• Bomba d’alta pressió: aquesta bomba, accionada pel motor a través de la corretja de la dis-tribució, és l’encarregada de generar l’alta pressió per al funcionament del sistema.

• Unitat de control: avalua les condicions de funcionament del motor, a través de la informa-ció que li proporcionen els sensors, i activa els diferents actuadors: electroinjectors, electrovàl-vula limitadora de pressió de sobrealimentació, electrovàlvula de recirculació de gasos d’esca-pament, etc.

• Sensors: informen la UEC de les diferents condicions de funcionament del motor:

– Transmissor de règim del motor

– Mesurador de massa d’aire

147


Fig. 8.10

Esquema de la injecció Common Rail

1. Bomba d’alta pressió2. Vàlvula desconnexió

element3. Vàlvula reguladora

de pressió4. Filtre de combustible5. Dipòsit amb filtre i bomba6. Unitat de control

7. Bateria8. Acumulador d’alta pressió9. Sensor de pressió Rail10. Sensor de temperatura

combustible11. Injector12. Sensor temperatura motor13. Sensor rpm cigonyal

14. Sensor pedal accelerador15. Sensor rpm eix lleves16. Mesurador de massa d’aire17. Sensor pressió

sobrealimentació18. Sensor temperatura aire19. Turbocompressor

– Sensor de fase

– Transmissor de posició del pedal accelerador, etc.

La injecció es produeix en diferents etapes. Primer, fa una injecció prèvia que té les funcions decondicionar la cambra per a una millor combustió posterior i per originar un augment de lapressió de compressió. Aquest augment de la pressió redueix el retard de l’encesa i les puntesde pressió de la combustió, i produeix, en conseqüència, una combustió més suau. Tot seguit, télloc la injecció principal, que és la fase de treball pròpiament dita, amb la particularitat de fer lainjecció a la mateixa pressió durant tot el temps d’injecció. Es pot afegir una injecció posteriorper resoldre casos d’excés de NOx a l’escapament.

Sobrealimentació

La sobrealimentació consisteix a augmentar el volum d’aire dins del cilindre, mitjançant un incre-ment de la pressió de l’aire a l’admissió, per sobre de la pressió atmosfèrica.

Per a un mateix volum, el valor de la massa d’aire és tant més gran com menor sigui la tempe-ratura de l’aire. Per això és interessant combinar amb la sobrealimentació un refrigerador de l’ai-re de càrrega (intercooler, fig. 8.10b).

148


Turbocompressor per gasos d’escapament amb regulació de sobrepressió

Fig. 8.11

Fig. 8.10b

1. Compressor d’aire2. Turbina de gasos d’escapament3. Canal Bypass4. Vàlvula reguladora de la pressió

de sobrealimentació

AireGasos d’escapament

Sistemes de sobrealimentació:• Compressors volumètrics: els acciona el motor mecànicament. La potència absorbida per lapropulsió del compressor fa disminuir la potència útil del motor. Per resoldre aquest problema,s’intercala un embragatge que només es connecta quan s’ha de posar en funcionament.

• Compressors centrífugs: el turbocompressor (fig. 8.11), consta bàsicament d’una turbina iun compressor, muntats sobre el mateix eix. La turbina 2 és accionada pels gasos d’escapa-ment del motor posant, d’aquesta manera, en rotació el compressor 1, que introdueix aire apressió en els col·lectors d’admissió. Giren per sobre de les 100.000 rpm i, per evitar un excésde pressió, s’hi munta una vàlvula de descàrrega 4.

Dispositius d’ajuda a l’arrencada

Durant l’arrencada en fred, el motor dièsel es troba amb un seguit d’inconvenients, com ara:pèrdues de calor a la carrera de compressió a través de les parets fredes del cilindre, la culata i elpistó; una major resistència dels elements en moviment perquè l’oli és més espès; la baixa tem-peratura del combustible, etc.

Per pal·liar aquests inconvenients, calen diverses ajudes:

• Escalfament del combustible per resistències elèctriques (fig.8.12).

• Instal·lacions d’ajut a l’arrencada (fig. 8.13), formades per un sistema de bugies d’incandes-cència, inserides a la cambra de combustió que escalfen la cambra durant un temps determi-nat mitjançant un relé temporitzador específic. Aquest temporitzador controla el temps d’ali-mentació als escalfadors en funció de la temperatura del motor, podent seguir escalfant (pos-tescalfament) una vegada s’hagi engegat el motor per disminuir l’efecte de picat.

• Adaptació de la injecció: augmentant el cabal d’injecció i variant l’avanç per compensar elretard típic d’encesa amb motor fred.

149


Fig. 8.12 Fig. 8.13

Sistema d’escalfament de combustible Bugia d’incandescència

1. Dipòsit de combustible2. Calefactor dièsel3. Filtre de combustible4. Bomba injectora

1. Injector2. Bugia d’incandescència

8.4. AnticontaminacióLa pol·lució és l’acumulació a l’aire de productes tòxics que poden provocar efectes nocius al’organisme dels éssers humans, els animals i la vegetació.

Les emissions contaminants a l’atmosfera dels automòbils tenen tres orígens: els gasos d’esca-pament, els gasos del càrter i les evaporacions del carburant.

• Els gasos d’escapament: els components dels gasos d’escapament que es formen en lacombustió dels motors de gasolina es poden dividir en:

– Substàncies innòcues: nitrogen (N2), oxigen (02), diòxid de carboni (C02) i vapor d’aigua(H20). El nitrogen, amb més del 70%, és el principal component de l’atmosfera; entra almotor amb l’aire d’admissió i en surt majoritàriament sense haver participat en el procésde combustió. L’oxigen surt per l’escapament quan no es necessita, quan la mescla ésmassa pobra o per un defecte en la turbulència de la cambra de combustió. Pel que fa alvapor d’aigua i el diòxid de carboni, són productes finals de la combustió.

– Substàncies nocives: monòxid de carboni (C0), hidrocarburs (HC), òxids de nitrogen(N0x), plom (Pb), diòxid de sofre (S02) i matèries sòlides (per exemple, sutge).

• Gasos provinents del càrter: al càrter del motor hi van a parar tant part dels gasos frescos(durant la compressió) com cremats (durant l’explosió) a través dels segments. Aquests gasos,juntament amb els vapors d’oli, creen una pressió que pot dificultar el moviment descendentdels pistons i contaminar l’oli.

• Evaporacions de combustible: la gasolina és un producte d’alta volatilitat que, quan s’eva-pora, allibera a l’atmosfera hidrocarburs no cremats.

150


Fig. 8.14

Efecte hivernacle

Calor sobrant

Emissions de CO2i altres contaminants

Calor reflectidaper la capa deCO2

Calor reflectidaper la terra

Estrats acumulats de CO2i altres contaminants

La proporció de productes emesos dels tres orígens és aproximadament la següent:

Els motors dièsel emeten pràcticament els mateixos elements contaminants. No obstant això,cal tenir en compte que produeixen:

• Menys CO i HC, pel fet que la combustió en el motor dièsel es produeix amb excés d’oxigen.

• Més NOx: aquest compost es forma a temperatures molt altes, pròpies del motor dièsel.

• Més partícules de carboni (fum negre).

8.4.1. Sistemes anticontaminació

• L’absorbidor dels vapors de gasolina (canister): és un filtre de carbó actiu, al qual arribenels vapors de gasolina provinents del dipòsit de combustible. El filtre absorbeix els contami-nants i aquests vapors, en certes condicions de funcionament, tornen al circuit d’alimentacióper ser introduïts al motor. (Fig. 8.15).

151


Escapament Càrter Evaporació

CO 95% 5% –

NOx 95% 5% –

HC 70% 20% 10%

Fig. 8.15

1. Dipòsit de gasolina2. Bomba de combustible3. Filtre de combustible4. Regulador de pressió5. Vàlvula d’injecció6. Sensor de temperatura d’aire7. Unitat de control (UEC)8. Actuador de ralentí9. Potenciòmetre de papallona10. Vàlvula canister11. Dipòsit de carbó actiu12. Sonda lambda13. Sensor temperatura motor14. Distribuïdor d’encesa15. Bateria16. Commutador d’arrencada17. Relé de comandament18. Connexió de diagnosi

152


• Recirculació de vapors del càrter: per evitar l’emissió a l’atmosfera del gasos provinents delcàrter, es recondueixen cap a l’admissió, mitjançant un conjunt de tubs. El sistema va dotattambé de recipients decantadors de l’oli (condensació), que el retornen al càrter del motor.(Fig. 8.16).

• Recirculació de gasos d’escapament o vàlvula EGR: és un dispositiu per reduir els NOx del’escapament, conseqüència de l’elevada temperatura de combustió. Consisteix a introduirpart dels gasos d’escapament en l’admissió i barrejar-los amb els gasos frescos. El resultat ésque la mescla s’empobreix, disminueix la temperatura màxima de combustió i, per tant, tam-bé els N0x. D’aquesta manera s’allibera per l’escapament nitrogen sol, totalment inofensiu.(Fig. 8.17).

Fig. 8.16

Sistema de recirculació de vapors del motor

1. Col·lector d’admissió2. Tub d’aire exterior3. Pas calibrat

4. Decantador de vaporsd’oli

5. Tub del pas calibrat a l’admissió

A. Pas calibrat cap a l’admissió

B. Aire fresc de l’exterior

Fig. 8.17

Recirculació de gasos d’escapament

Aire Filtre d’aire

Papallona

Electrovàlvula de pas de depressió

Vàlvula EGR

Gasos d’escapament

153


Fig. 8.18 Fig. 8.19

Convertidor catalític Secció catalitzador

Recipient metàl·lic

Monòlit ceràmic

Capa de matèria activa (platí, rodi, pal·ladi)

Capa aïllant

Monòlit ceràmic

• El convertidor catalític o catalitzador: És un element que es col·loca en el tub d’escapa-ment substituint al primer silenciós, i en el qual es produeixen diverses reaccions químiquesd’oxidació-reducció que actuen sobre el percentatge de diversos contaminants, en presènciad’un agent químic catalitzador. La seva funció és, doncs, transformar les emissions tòxiques,concretament de C0, HC i N0x, en productes innocus. (Fig. 8.18).

Està format (fig. 8.19) per un suport ceràmic amb multitud de forats amb forma de niu d’abe-lla que estan recoberts per dins per una fina capa de metalls nobles com platí i rodi o pal·ladi.

Hi ha diferents sistemes de catalitzadors, que es poden combinar entre ells; el de tres vies,però, és l’únic que té la propietat d’eliminar simultàniament els tres components nocius.

D’aquesta manera s’obté:

• Una oxidació del C0, que es transforma en C02.

• Una oxidació dels HC, que es transformen en H20 i C02.

• Una reducció dels N0x, que es transformen en nitrogen i oxigen.

La màxima eficàcia dels catalitzadors s’obté quan prenen una temperatura d’entre 400 ºC i800 ºC, temperatura que convé assolir tan aviat com sigui possible.

Tenen una duració de vida limitada i és preceptiu, en els vehicles catalitzats, utilitzar combusti-ble sense plom.

• Sonda d’oxigen o sonda Lambda: Proporciona al calculador d’injecció informació sobre elcontingut d’oxigen dels gasos d’escapament, perquè aquest pugui efectuar les correccions dedosificació necessàries. (Fig. 8.20).

Va muntada al col·lector o tub d’escapament, abans del catalitzador. La superfície exterior deltub ceràmic de mesura (fig.8.21) està sotmesa als gasos d’escapament, i la superfície interiorestà en contacte amb l’aire atmosfèric. El seu funcionament es caracteritza pel fet que indicales variacions en la composició de la barreja mitjançant variacions de tensió: baixa, si detectamolt d’oxigen (mescla pobra), i alta, si en detecta poc (mescla rica).

La ceràmica utilitzada condueix els ions d’oxigen a unes temperatures mínimes d’aproximada-ment 300 ºC, per la qual cosa convé afegir-hi una resistència calefactora per arribar amb elmínim temps a aquesta temperatura.

L’última generació de sondes són les de banda ampla. Les sondes tradicionals, anomenadesde salt de tensió, només coneixen dos estats: manca d’oxigen i excés d’oxigen. L’estreta esca-la de funcionament d’aquestes sondes (llindar de canvi) és prop de (=1, és a dir, 1 g de com-bustible per 14.7 g d’aire, dosificació perfecta per fer funcionar un motor clàssic de maneraòptima. Però la incorporació de les injeccions directes de gasolina ha fet possible el funciona-ment del motor amb mescles molt pobres (fins a 1/40 en forma estratificada), deixant forad’escala les sondes clàssiques. Els avantatges de les sondes de banda ampla són importants:transmeten una tensió de sortida de gran precisió i proporcional al contingut d’oxigen delsgasos d’escapament. A més a més, el temps de reacció i de posada en servei és molt curt.

154


Fig. 8.20 Fig. 8.21

Sonda Lambda calefactada Secció de la sonda Lambda

Zona de treball de la sonda

Mescla rica

Mescla pobra

Corba característica tensió sonda Lambda

Connector sonda 1. Cos de ceràmica

2. Cos metàl·lic3. Zona externa en con-

tacte amb els gasosd’escapament

4. Zona interna en contacte amb l’aireambient

5. Resistència elèctrica(sonda calefactada)

155


8.5. Activitats

8.5.1. Activitats de millora de la informació

1. Relaciona cadascun dels factors del sistemes d’alimentació del motor dièsel, amb les peculia-ritats tècniques i d’interès personal.

2. Omple aquest quadre comparatiu entre:

3. Completa aquesta taula:

Alimentació del motor

Peculiaritats tècniques

Interès personal Aportacions a la potència del motor

Sistemes anticontaminació

Elements contaminants

Nivell d’avaluació Participació personal

Efecte contaminant

Aspectes contaminats del vehicle

Mesura preventiva Resultats esperats

156


8.5.2. Activitats de millora de les destreses i actituds

Activitat 1Considera fins a quin punt els tres primers factors de l’alimentació del motor que has escollit alprincipi d’aquesta unitat valoren la potència en detriment de la contaminació.

Valora els resultats obtinguts en funció de la seguretat, el manteniment i l’eficàcia. Pots iniciarun debat amb els resultats obtinguts.

Activitat 2Demana als preconductors quins vehicles volen comprar-se. Valora el nivell de contaminaciódels vehicles d’aquests preconductors i la possibilitat de millora de la reducció dels contami-nants.

8.5.3. Nivell de sortida

Activitat 1Pregunta als preconductors quin tipus de vehicle escollirien en funció dels accessoris d’alimenta-ció.

Activitat 2Completa aquesta activitat de sortida: elabora’n les respostes, la tabulació i la interpretació.

1. Crec que m’agradarà conèixer els sistemes d’alimentació del motor dièsel.

2. Tinc interès a saber com funcionen els sistemes que donen potencia i força al vehicle.

3. Tinc interès a saber com controlar tots els aspectes del motor dièsel que donen potència,durabilitat i menys contaminació.

Activitat 3Contesta el següent qüestionari:

1. Conec els principals components de la pol·lució dels vehicles.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

2. Tinc interès a conèixer i reduir els elements contaminants del vehicle.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

3. Vull conèixer i aplicar els sistemes anticontaminants del vehicle.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

4. Crec que sé com s’apliquen els instruments d’anàlisi dels contaminants.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

5. Conec i crec que sé aplicar la normativa vigent en matèria de contaminació.

a. Gens

b. Poc

c. Bastant

d. Molt

Fes la interpretació dels resultats obtinguts.

157


unitat 8 sistemes d’alimentació i anticontaminació · 1 5 5 6 injecció indirecta multipunt...

Documents