Tecnologías de Reducción de Emisiones en Vehículos: Funcionamiento y Tipos

Gases Resultantes de la Combustión

Los gases resultantes de la combustión se pueden clasificar en tres categorías:

• Inocuos: Nitrógeno (N₂), Oxígeno (O₂), Agua (H₂O)
• Inocuos pero con efecto invernadero: Dióxido de Carbono (CO₂)
• Tóxicos: Monóxido de Carbono (CO), Óxidos de Nitrógeno (NO_x), Óxidos de Azufre (SO₂), Plomo (Pb), Hidrocarburos (HC), Material Particulado (MP)

Normativa EURO 6 (Desde 2014)

La normativa EURO 6 establece los límites máximos de emisiones para vehículos nuevos. A continuación, se detallan los valores para diferentes tipos de vehículos:

• Gasolina: CO: 1 g/km, HC: 0.1 g/km, NO_x: 0.06 g/km, MP: 0.5 g/km
• Diésel: CO: 0.5 g/km, HC: 0.09 g/km, NO_x: 0.08 g/km, HC+NO_x: 0.17 g/km, MP: 0.05 g/km
• Motos: CO: 2 g/km, HC: 0.3 g/km, NO_x: 0.15 g/km

Estrategias para Reducir las Emisiones

Existen diversas estrategias para reducir las emisiones contaminantes de los vehículos:

1. Reducción del Consumo

• Mejora de la aerodinámica
• Reducción del peso del vehículo
• Optimización del funcionamiento del motor y la transmisión

2. Tratamiento de las Emisiones Contaminantes

• Reciclado de vapores de aceite
• Reciclado de vapores de gasolina
• Tratamiento de los gases de escape

3. Optimización del Funcionamiento del Motor

Reciclado de Vapores de Aceite (PCV)

Los vapores de aceite se generan principalmente por el efecto *blow-by*. Este fenómeno ocurre cuando parte de los gases resultantes de la combustión se fugan a través de los segmentos y las guías de las válvulas hacia el cárter y la culata, provocando un aumento de presión. El sistema PCV introduce estos gases en la admisión para ser quemados y convertidos en CO₂ y H₂O.

Ventajas del Reciclado de Vapores de Aceite

• Recupera la mayor parte del aceite contenido en los vapores
• Reduce la emisión de hidrocarburos sin quemar
• Disminuye la formación de cenizas que afectan a los filtros de partículas

Etapas del Reciclado de Vapores de Aceite

• Separación gruesa
• Separación fina
• Amortiguación

Cánister: Reciclado de Vapores de Gasolina

El cánister es un dispositivo que se encarga de reciclar los vapores de gasolina.

Inyección de Aire en el Escape

Los gases de escape salen del motor muy calientes. Los hidrocarburos no quemados pueden entrar en combustión si se les aporta una cierta cantidad de oxígeno. De esta forma, se transforma parte de los HC en CO₂ y H₂O.

En motores diésel existen dos sistemas:

• Sistema con bomba de aire
• Sistema con válvula Pulsair (sin bomba de aire, utiliza una válvula de membrana que permite o impide el paso del aire hacia el colector)

Metales Utilizados en los Catalizadores

Los catalizadores utilizan metales nobles como:

• Platino
• Paladio
• Rodio

Reacciones Químicas en el Catalizador

Las sustancias contaminantes se transforman mediante procesos de oxidación o reducción:

• HC: Se oxidan con paladio para formar CO₂ y H₂O. Trabaja con exceso de oxígeno.
• CO: Se oxida con platino para formar CO₂. Trabaja con mezcla pobre.
• NO_x: Se reduce con rodio, separando el nitrógeno y el oxígeno. El N₂ y el oxígeno se recombinan con el CO₂.

Tipos de Catalizadores

• Catalizador de 2 vías (oxidación): Trata HC y CO. Trabaja con mezcla pobre. Se utiliza en motores diésel y en motores de gasolina con aportación de gases de escape.
• Catalizador de 3 vías sin regulación: Trata HC, CO y NO_x. Se utilizaba en motores de gasolina que no regulaban la mezcla estequiométrica. El primer monolito reduce los NO_x y el segundo monolito oxida los HC y CO. Necesita un sistema de aportación de aire secundario.
• Catalizador de 3 vías con regulación: Es el más utilizado en motores de gasolina. Trata HC, CO y NO_x en un solo elemento. Trabaja con mezcla estequiométrica (λ=1), regulado por la sonda lambda.

Partes del Catalizador

• Carcasa metálica
• Protector térmico
• Manta térmica expansible
• Monolito cerámico

Funciones de la Sonda Lambda de Banda Ancha en Diésel

• Determinar la cantidad de gases de escape recirculados por la EGR
• Verificar que se está admitiendo suficiente oxígeno para realizar la regeneración activa del filtro de partículas (si lo tiene)
• Reconocer el envejecimiento de los inyectores

Tipos de Mezcla

• Mezcla pobre: λ > 1, inferior a 450 mV
• Mezcla rica: λ < 1, superior a 450 mV
• Mezcla estequiométrica: λ = 1, 450 mV

Recirculación de Gases de Escape (EGR)

La EGR se encarga de reducir las emisiones de NO_x en motores de gasolina y diésel. Es un complemento al catalizador de 3 vías y es imprescindible en los motores diésel. Introduce parte de los gases de escape en la admisión, bajo ciertas condiciones, para reducir la concentración de oxígeno del aire aspirado. Esto disminuye la temperatura de combustión en el cilindro, reduciendo la formación de NO_x.

Un exceso de recirculación puede provocar:

• Disminución de las prestaciones y suavidad de funcionamiento del motor
• Incremento del consumo de combustible
• Aumento de las emisiones de HC, CO y partículas

Tipos de EGR

• Por vacío:
  • Con electroválvula gobernada por relé
  • Con electroválvula controlada por la unidad de control
• Eléctrica:
  • Con válvula controlada mediante una señal de tipo PWM
  • Con válvula de mariposa accionada por un motor eléctrico

DPF: Filtro de Partículas Diésel

El DPF almacena los hidrocarburos tóxicos para después quemarlos, reduciendo su tamaño hasta un punto en que se consideran no contaminantes.

Tipos de Filtros de Partículas

• Sin aditivo: Instalado cerca del motor para que los gases de escape tengan la temperatura suficiente para el quemado de las partículas. Modos de regeneración:
  • Pasiva/Continua
  • Activa/Intermitente
• Con aditivo: Instalado lejos de la salida de escape o si es necesario aumentar la eficiencia del filtro. Se añade un aditivo al combustible. Montado después del catalizador de oxidación. El aditivo contiene moléculas de hierro que reducen la temperatura de combustión de las partículas acumuladas en el filtro.

SCR (Reducción Catalítica Selectiva)

El sistema SCR se utiliza para reducir las emisiones de NO_x.

• Sistema seco: Incluye un catalizador de oxidación, un catalizador acumulador de NO_x y un catalizador SCR (encargado de reducir los NO_x con el amoníaco acumulado tras el proceso de regeneración).
• Sistema húmedo: Incluye un catalizador de oxidación y un filtro (trabaja igual que el sistema seco, pero en la misma carcasa) y utiliza el aditivo AdBlue.