Contaminación en motores gasolina y diésel

Para tener un punto de partida sobre la contaminación que produce el uso del automóvil por los gases de escape que emite, se va a tratar en este artículo la contaminación de los motores de gasolina y diésel y sus soluciones, describiendo la función elemental de estas.

Contaminación del motor de gasolina

Se utiliza como imagen el Mazda RX7 bi rotor Wankel con ubicación longitudinal delantera.

El orden de exposición de la siguiente animación es el siguiente:

    • Motor Wankel bi rotor (color gris) con dos entradas de admisión y dos salidas de escape por rotor. En la imagen, para la explicación, es como si se tratase de un motor de 4 cilindros en línea
    • Sistema de admisión con los colectores y el filtro de aire (azul claro)
    • Sistema de escape con los colectores, la línea de escape y tres silenciadores en este caso (naranja)
    • Pedales; acelerador (rojo oscuro, con el control de aceleración sobre el motor), freno y embrague (blancos)
    • Depósito de gasolina con el tubo de llenado y alimentación al motor (rojo oscuro)

Los gases contaminantes;

    • CO; monóxido de carbono
    • HC; hidrocarburos no quemados
    • NOx; óxidos de nitrógeno
    • SOx; óxidos de azufre
    • CO2; dióxido de carbono

Tecnologías para reducir la contaminación del motor de gasolina

    • Control electrónico de la alimentación de gasolina (azul oscuro); para mantener la proporción aire – gasolina menos contaminante
    • Catalizador de tres vías o funciones y sonda de oxígeno o lambda (verde); respectivamente, reduce la emisión de CO, HC y NOx y mide la calidad de los gases de escape para proteger al catalizador
    • Recuperador de vapores de gasolina (“canister”), con su filtro y válvula de control (amarillo); evita la salida al exterior de los vapores de gasolina
    • Segunda sonda lambda o de oxígeno tras el catalizador (rojo); detecta contaminación en la salida al exterior de los gases de escape
    • Acelerador electrónico; la actuación del conductor sobre el pedal es “amortiguada” por el control electrónico para reducir la contaminación en aceleraciones transitorias (azul oscuro)
    • Los SOx se producen por el azufre en la gasolina; se reduce su emisión disminuyendo el contenido de azufre en el combustible
    • El CO2 potencia el efecto invernadero y es proporcional al consumo de combustible; aproximadamente cada litro de gasolina consumida supone entre 23 y 24 gramos de CO2 por kilómetro emitido. Se reduce con menos consumo de gasolina

Como se miden los gases contaminantes

    • CO; en %
    • NOx; partes por millón (ppm)
    • HC; ppm
    • CO2; gramos por kilómetro (g/Km)
    • SOx; ppm en la gasolina

Elementos anticontaminantes del motor de gasolina

En la imagen siguiente se ven los elementos anticontaminación del motor de gasolina que se han explicado:

Contaminación

Los elementos contaminantes

1. Control electrónico de la alimentación de gasolina; cuatro inyectores, la rampa de inyección, el calculador electrónico de inyección (y encendido) y el regulador de presión de gasolina

2. Catalizador de tres vías o funciones (CO, HC y NOx)

2. Primera sonda lambda o de oxígeno

2. Segunda sonda lambda o de oxígeno

3. Acelerador electrónico

4. Acumulador de vapores de gasolina (“canister”)

 

Videos relacionados con la contaminación del motor de gasolina

Inyección multipunto y sistemas anticontaminación

Motor de inyección directa con catalizador y dos sondas lambda o de oxígeno

Contaminación del motor diésel

La imagen seleccionada es un Volvo S80 D5 con 5 cilindros en linea

El orden de exposición de la siguiente animación es este:

    • Motor de 5 cilindros en línea delantero transversal (gris)
    • Circuito de admisión con los colectores y el filtro de aire (azul claro)
    • Sistema de escape con los colectores, la línea de escape y dos silenciadores (naranja)
    • Pedales; acelerador (rojo, con el control de aceleración sobre el motor), freno y embrague (blancos)
    • Depósito de gasóleo con el tubo de llenado y alimentación al motor (rojo)
  • Los gases contaminantes;
    • CO; monóxido de carbono (menos que el motor de gasolina)
    • HC; hidrocarburos no quemados (menos que el motor de gasolina)
    • NOx; óxidos de nitrógeno (más que el motor de gasolina)
    • Mp; micropartículas de hollín
    • SOx; óxidos de azufre
    • CO2; dióxido de carbono (menos que el motor de gasolina)

Tecnologías para reducir la contaminación del motor diésel

    • Control electrónico del acelerador (azul oscuro); para “amortiguar” movimientos bruscos del acelerador
    • Catalizador de dos vías o funciones (verde); reduce la emisión de CO y HC
    • Recirculación de gases de escape EGR (marrón); envía parte de los gases de escape quemados de nuevo a la admisión del motor para reducir la generación de NOx en circulación urbana intensa y bajas RPM
    • Control electrónico de la alimentación de gasóleo (“common rail” o inyector – bomba, azul oscuro); para dosificar, aportar gradualmente y de forma precisa el caudal de gasóleo inyectado
    • Filtro antipartículas (FAP, morado) y sensores de presión (antes y después); acumula las micropartículas en su interior en uso urbano intenso quemándolas después al circular por carretera o mediante sistemas de auto limpieza programados. El FAP precisa una elevada temperatura para quemar las micropartículas, auto regeneración
    • Aditivo Eolys (según marcas y modelos); se aporta al depósito de gasóleo automáticamente al repostar. Reduce la temperatura a la que el FAP se auto regenera. Periódicamente hay que rellenar el producto (verde oscuro y el FAP pasa a rojo)
    • Catalizador SCR (“trampa de NOx”, girs claro) con aditivo AdBlue (depósito verde claro), sensor de saturación (gris claro) e inyector del aditivo (verde); cuando el catalizador SCR está saturado se inyecta en su interior AdBlue provocando una reacción química que le limpia
    • Sensor de calidad de combustión (amarillo); para adaptar la inyección y lograr menos contaminación, ruido y vibraciones
    • Los SOx se producen por el azufre en el gasóleo; se reduce su emisión disminuyendo el contenido de azufre en el combustible
    • El CO2 potencia el efecto invernadero y es proporcional al consumo de combustible; aproximadamente cada litro de gasóleo consumido supone entre 25 y 27 gramos de CO2 por kilómetro emitido. Se reduce con menos consumo de gasóleo
    • Por el funcionamiento del motor diésel, con exceso de aire, las normas anticontaminación suponen una extremadamente sensible merma de prestaciones, por lo que se incorpora el turbocompresor como un elemento más e imprescindible (negro)

Como se miden los gases contaminantes

    • Mp; en ppm (partes por millón)
    • SOx; en ppm en el gasóleo

Elementos anticontaminantes del motor diésel

En las tres imágenes siguientes se ven los elementos explicados para  reducir la contaminación del motor diésel.

1. Acelerador electrónico

2. Calculador electrónico de inyección diésel

3. Catalizador de dos vías o funciones (CO y HC)

4. Turbocompresor

5. EGR (NOx)

6. Control electrónico de inyección (“common rail”)

7. Sensor de calidad de combustión

Contaminación

Los elementos anticontaminantes

 8. Catalizador de dos vías o funciones y filtro antipartículas; en un conjunto, monobloque. En el detalle se ven los dos, 8C es el catalizador (CO y HC) y 8F el FAP (micropartículas)

9. Sensores de presión delante y detrás de conjunto catalizador – FAP

10. Calculador electrónico de inyección diésel (2 en la imagen anterior)

11. Dosificador del aditivo (eolys) en el depósito de gasóleo; automáticamente y proporcional al combustible repostado

12. Alimentación de gasóleo y aditivo a los inyectores

Contaminación

Los elementos anticontaminante

13. Catalizador de dos vías o funciones (CO y HC)

14. Filtro antipartículas con sus sensores (micropartículas)

15. Catalizador SCR (NOx)

16. Inyección del aditivo (AdBlue)

17. Depósito del aditivo (AdBlue)

Contaminación

Los elementos anticontaminantes

Conclusiones sobre la contaminación de los motores de gasolina y diésel

Después de estas explicaciones se constata que “limpiar” los gases de escape del motor diésel es bastante más complejo que en el motor de gasolina, además estos elementos anticontaminantes son muy sensibles al tipo de uso del automóvil. La utilización que más fatiga y desgasta a los sistemas anticontaminación es la circulación urbana intensa y recorridos cortos en los que el motor no trabaja a su temperatura óptima. Circulando habitualmente por carretera y recorridos medios o largos es lo mejor para que un diésel “limpio” no presente desgaste prematuro de su sofisticado sistema anticontaminante. Este comportamiento de fatiga de los sistemas anticontaminantes según la utilización  también se produce en el motor de gasolina, pero con bastante menos trascendencia.

Para uso urbano exclusivamente parece más adecuado el motor de gasolina, al menos con la tecnología actual.

 

Videos relacionados con contaminación del motor diésel

EGR refrigerada

Bluetec Mercedes

Catalizador con aditivo Eolys de Peugeot

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