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Sistemas Anticontaminación


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EGR (Exhaust gas recirculation) - válvula de recirculación de los gases de escape

La implantación de normas anticontaminación cada vez más exigentes y lo concienciación ecológica de los fabricantes hizo que en los 90 en Europa y bastante antes en USA se empezara a implantar en los motores un dispositivo llamado EGR iniciales de Exhaust Gas Recirculation, que es como se conoce la válvula de recirculación de gases de escape.
Actualmente su uso es prácticamente total en los motores Diesel y cada vez mayor en los de gasolina.

En los gases de escape de los motores diesel nos encontramos con los siguientes contaminantes: 

De los tres primeros contaminantes se encarga de reducirlos el catalizador de oxidación. El oxido de nitrógeno no se ve afectado por la instalación de un catalizador por lo que dicho contaminante hay que tratarlo antes de que llegue al escape. Esta es la razón por la que se utiliza el sistema EGR en los motores.
Para reducir las emisiones de gases de escape, principalmente el oxido de nitrógeno (Nox), se utiliza  el Sistema EGR que reenvía una parte de los gases de escape al colector de admisión, con ello se consigue que descienda el contenido de oxigeno en el aire de admisión que provoca un descenso en la temperatura de combustión que reduce el oxido de nitrógeno (Nox). Sin embargo hay que precisar que la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx) en los motores Diesel solamente es posible reducirla por este método alrededor de un 50% y para mayores tasas de reducción debe recurrirse a otros sistemas, como el empleo de catalizadores. En el caso de los motores diesel disminuye además la formación de partículas de hollín en alrededor de un 10%.
Un exceso de gases de escape en el colector de admisión, aumentaría la emisión de carbonilla.

 

Resumen de EGR
Motor diesel (todos los tipos
de inyecciones)
Motor de gasolina (inyección a
través del tubo de aspiración)
Motor de gasolina (inyección directa)
Efectos
Óxidos de nitrógeno -50%
Partículas -10%
Menos hidrocarburos
Menos ruidos
Óxidos de nitrógeno -40%
Consumo -3%
Menos CO2
Óxidos de nitrógeno -50...60%
Consumo -2%
Menos CO2
Tasas de reciclaje máx.
65% máx.
25% máx.

50% (en el caso de carga estratifi cada) máx.

30% (en el caso de funcionamiento homogéneo)

Otros
Los automóviles con clase de
peso más elevado requieren
el enfriamiento por EGR
Enfriamiento por EGR
en discusión
Altas tasas de EGR con carga elevada

 

Cuando debe activarse el sistema EGR y cual es la cantidad de gases de escape que deben ser enviados al colector de admisión, es calculado por la ECU, teniendo en cuenta:

Normalmente el sistema EGR solamente esta activado a una carga parcial y temperatura normal del motor, nunca con el motor frío o en aceleraciones.

En la figura inferior se puede ver el esquema básico de un sistema EGR, donde la válvula EGR (5) envía una parte de los gases de escape al colector de admisión, todo ello controlado por la ECU que decide cuando y que cantidad de gases de escape se hacen recircular.

 

Válvulas EGR
La válvula EGR dosifica el caudal de gases de escape reciclados. El sistema está instalado en el colector de gases de escape o en el sector de aspiración o también puede ir ubicado en un tubo termoresistente que conecta el colector de escape con el colector de admisión.
Las válvulas EGR pueden ser neumáticas o eléctricas Las válvulas neumáticas EGR se activan mediante vacío a través de las válvulas electromagnéticas (electroválvulas):
En los sistemas sencillos que utililzan electoválvulas para la activación (EUV), la válvula EGR cumple solamente la función de abrir o cerrar. El vacío es captado en el tubo de aspiración o generado por una bomba de vacío.
Las válvulas EGR eléctricas o electromagnéticas están controladas directamente por el instrumento de mando (son autónomas) y ya no necesitan más el vacío ni las válvulas soleinoides.

Las válvulas EGR de los vehículos diesel (figura inferior) tienen grandes diámetros de abertura debido a las elevadas tasas de reciclaje.

 

Las secciones transversales en las válvulas EGR en los motores de gasolina (figura inferior) son mucho más pequeñas.



La válvula EGR es la encargada de hacer recircular los gases de escape del colector de escape al colector de admisión, y se clasifican según su funcionamiento en:

Neumáticas: Las válvulas EGR neumáticas son accionadas por depresión o vació. Están constituidas por una membrana empujada por un muelle, que abre o cierra una válvula a través de una varilla hueca en cuyo extremo lleva un punzón. La varilla esta acoplada a la membrana, que se mueve abriendo la válvula cada vez que la depresión actúa sobre la membrana y vence la presión del muelle.
Para controlar la depresión que actúa sobre las válvula EGR necesitamos de otra válvula separada en este caso eléctrica que será controlada por la ECU. En los esquemas estudiados anteriormente la válvula que controla la depresión o vació sobre la válvula EGR serian en el primer esquema el "Convertidor EGR" y en el segundo esquema la "Electrovalvula de inversión".

 

Hay otros sistemas EGR en los que la Válvula EGR y la electrovalvula que controla la depresión o vació (Convertidor EGR) van juntas es decir forman la misma pieza por lo que se simplifica el sistema como se ve en la figura inferior:

 

Eléctricas: Las válvula EGR eléctricas se caracterizan por no tener que utilizar una bomba de vacío para su funcionamiento por lo que trabajan de forma autónoma. Estas válvulas actúan de una forma muy similar al dispositivo "variador de avance de inyección" que utilizan las "bombas electrónicas" que alimentan a los motores de inyección directa diesel (TDi). Constan de un selenoide que actúa al recibir señales eléctricas de la UCE cerrando o abriendo un paso por el que recirculan los gases de escape. El mayor o menor volumen de gases a recircular viene determinada por la UCE, que tiene en cuenta ciertos parámetros como: la velocidad del coche, la carga y la temperatura del motor.

La válvula EGR eléctrica cuenta con un pequeño sensor de posición (1) en su interior que informa a la UCE en todo momento, la posición que ocupa el elemento que abre o cierra el paso de la recirculación de los gases de escape. Este tipo de electroválvula no se resiente de la depresión, por tanto puede abrirse con cualquier carga motor y con cualquier depresión en el colector. Interviene con temperatura liquido motor 55ºC, temperatura aire aspirado > 17 ºC y régimen motor incluido entre 1500 y .5600 (según las características del motor).
Para la compensación de la presión en la válvula durante las fases de regulación existe una comunicación directa (6) hacia la presión del aire del entorno a través del filtro de aire.


Durante la intervención del sistema EGR, los gases de escape "B" son interceptados y canalizados a través del conducto "C" hacia la válvula "D", que gobernada por la centralita, levanta la válvula "E" permitiendo que los gases de escape sean canalizados hacia la admisión a través del conducto "F".

 

Válvula EGR eléctrica desarrollada por Delphi Automotive.

 

Ejemplo de un sistema EGR en un motor TDi 1.9ltr.
El sistema de inyección directa diesel trabaja con altas temperaturas de la combustión y grandes contenidos de oxígeno, que promueven la producción de óxidos nítricos (NOx). Los óxidos nítricos generados no se pueden reducir con el catalizador de oxidación, en virtud de lo cual ya se los tiene que limitar desde el momento de su generación, a base de aplicar una recirculación de gases de escape (EGR).
Introduciendo una determinada cantidad de gases de escape en la mezcla de combustible y aire se reduce la temperatura de la combustión, bajando así el contenido de oxígeno en la cámara y reduciéndose las emisiones de NOx.
Agregando gases de escape, de forma regulada, se puede influir así sobre el comportamiento de las emisiones de escape en función de las condiciones de carga. Sin embargo, el ascenso de la concentración de hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO) y partículas sólidas marca los límites para la cantidad de gases de escape recirculables.

 

La unidad de control para sistema de inyección directa diesel (EDC 15V) comprueba el funcionamiento de la recirculación de los gases de escape, con ayuda del medidor de la masa de aire. El paso de la masa de aire se vigila al momento de un ciclo de recirculación de gases de escape y se compara con los valores teóricos en la unidad de control, en consideración de la señal procedente del transmisor de altitud.
El principio básico del control de funcionamiento está basado en la particularidad, de que, durante un ciclo de recirculación de gases de escape, el flujo de la masa de aire (aire atmosférico) debe ser inferior al flujo que existe al estar desactivada la recirculación de gases de escape.

 

Electroválvula EGR
Esta electroválvula transforma las señales de la unidad de control para sistema de inyección directa en una presión de control. A esos efectos se alimenta con vacío del motor, el cual lo conduce hacia la válvula EGR al recibir la señal correspondiente por parte de la unidad de control. La proporción de período de la señal de control viene a determinar la magnitud del índice de recirculación de gases de escape.
Si se avería la electroválvula se desactiva la recirculación de gases de escape.

Válvula EGR
La válvula EGR va integrada en el tubo de admisión, conjuntamente con la chapaleta en el colector de admisión.
En cuanto la electroválvula de recirculación de gases de escape le aplica el vacío, la válvula EGR abre y deja pasar gases de escape hacia el colector de admisión.
La válvula EGR no se excita eléctricamente, en virtud de lo cual el diagnóstico de a bordo no puede comprobar directamente su funcionamiento.

 

Sistema EGR refrigerado
Un radiador para recirculación de gases de escape se encarga de que se reduzca aún más la temperatura de la combustión a base de refrigerar los gases de escape que se realimentan y posibilita la recirculación de una mayor cantidad de gases de escape. Este efecto se intensifica con la recirculación de gases de escape a baja temperatura.

 

Al estar cerrado el termostato, el radiador para recirculación de gases de escape (figura inferior) es alimentado directamente con líquido refrigerante frío procedente del radiador del motor. El mayor gradiente de temperatura que ello supone permite recircular una mayor cantidad de gases de escape. De esa forma pueden reducirse las temperaturas de la combustión y, por consecuencia, las emisiones de óxidos nítricos en la fase de calentamiento del motor.



 

Recomendaciones para la búsqueda de averías
La causa más frecuente de las averías en el sistema EGR son las válvulas EGR adheridas o carbonizadas. Los gases de escape reciclados contienen también partículas de hollín además de los contaminantes gaseosos sobre todo en los automóviles diesel.
El aceite en el aire de aspiración puede causar las carbonizaciones o las adhesiones contra las cuales la fuerza ejercida por la válvula dejará de funcionar en cualquier momento – la válvula EGR no podrá entonces abrirse o permanecerá abierta. Las consecuencias: sacudidas, ralentí brusco o potencia deficiente.
Las causas que provocan que el aire de aspiración o de carga sea muy aceitoso pueden residir en averías dentro del sistema de purga del cárter del cigüeñal, en cojinetes desgastados, tubos de retorno obstruidos en el turbocompresor, retenes de válvulas o guías desgastados, uso de aceites motrices de mala calidad o nivel muy elevado de aceite en el motor.
El sistema de inyección puede fallar también debido a la presencia de cantidades inhabituales de sedimentos.

Las válvulas EGR pueden dañarse ocasionalmente por el calor aunque ellas estén concebidas para resistir altas temperaturas en el sistema de gases de escape. Las causas en este respecto pueden provenir
de un mando erróneo, una contrapresión demasiado elevada o una válvula de descarga ("wastegate valve") del turbocompresor que no se abra. En estos casos posiblemente ha habido una manipulación ("tuning") para elevar la presión de carga.
En el caso de las válvulas EGR neumáticas, la causa posible de las fallas puede hallarse en todo el sector del mando de vacío (bomba y tuberías de vacío, válvulas solenoides).
Las válvulas EGR eléctricas y las solenoides se activan la mayoría de las veces mediante un sistema de diagnóstico con elemento regulador efectuado por el sistema comprobador del motor.
La conexión de una válvula que funciona produce un ruido que se puede escuchar levemente cuando el motor está parado.

Si se monta una nueva EGR después de haber reparado una avería y el automóvil sigue comportándose como si la válvula no hubiera sido cambiada, el instrumento tendrá que volver a "aprender" los datos del mapa necesarios para el funcionamiento. Este aprendizaje se efectúa haciendo una prueba prolongada de rodaje o a través de un punto especial del programa del comprobador del motor, p.ej. en "Ajustes básicos".

¡No es recomendable limpiar los componentes EGR!
Si un componente está efectivamente dañado, limpiarlo no solucionará el problema. Si los componentes que funcionan bien son tratados de dicha manera pueden dañarse al limpiarlos.
Un componente defectuoso debe ser cambiado siempre y sustituido por uno nuevo.


 

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