Sistemes d'Alimentació i Anticontaminació en Motors

Sistemes d'Alimentació en Motors Tèrmics

Tot motor tèrmic necessita:

• Combustible (gasolina o gasoil)
• Comburent (O₂ = aire)

Els encarregats de proporcionar al cilindre aquests dos components són els sistemes d'alimentació respectius. Dins del cilindre es produirà l'explosió o la combustió, que generarà la força per impulsar el pistó.

Motor Otto

Per una banda tenim aire i per l'altra gasolina. Aquests es mesclen abans d'entrar al cilindre (tret de la injecció directa).

Aire: Aspirat durant el descens del pistó. Filtrat pel filtre d'aire, que ha de filtrar les partícules suspeses en l'aire. Normalment són de paper plegat en forma d'acordió (augmentant la superfície).

• Un cabalímetre o mesurador de massa MAF informa de la quantitat d'aire que entra.
• Informació molt important per determinar la quantitat de combustible a «injectar».

Gasolina: Extreta del dipòsit per una bomba de baixa pressió i filtrada. Arriba a una rampa d'injecció (1 injector per cilindre muntats sobre el col·lector d'admissió). És injectada (en el temps que li correspon) al col·lector indicat perquè es barregi amb l'aire.

Motor Dièsel

Sempre per una banda entrarà l'aire i per l'altra entrarà el gasoil (injector).

Aire: Molt similar al motor Otto. L'aire és aspirat durant el descens del pistó, filtrat pel filtre d'aire i introduït al cilindre.

Gasoil: Del dipòsit, una bomba de baixa pressió l'extreu, passa pel filtre i l'envia cap a la bomba d'alta pressió, d'aquí a la rampa d'injecció i llavors cada injector obre en el temps que li correspon.

En els motors dièsel podem dir que existeixen dos tipus d'injecció:

• Indirecta: S'injecta dins del cilindre però en una precambra.
• Directa: S'injecta sobre el cap del pistó. Usat actualment.

Components del Sistema Dièsel

• Bomba de baixa pressió: Bomba elèctrica que extreu el gasoil del dipòsit i l'envia a la bomba d'alta pressió (-+7 bars).
• Filtre de gasoil: Filtra les impureses que pugui portar el gasoil i decanta l'aigua que pugui portar condensada.
• Escalfador de combustible: Incorporat al filtre, pot funcionar de diferents maneres. A baixes temperatures el gasoil es congela i cristal·litza. A l'hivern ens pot generar problemes.
• Bomba d'alta pressió: Mecànica, rep el gasoil filtrat i l'envia a la rampa comuna elevant la pressió a uns 2000 bars.
• Rampa comuna: Alimenta a tots els injectors.

Manteniment del Sistema de Combustible

Verificar les possibles fuites del sistema de gasoil.

Substitució del filtre de gasoil: Depenent del tipus de motor resultarà més o menys costosa.

1. Extracció dels tubs de gasoil.
2. Retirada del filtre vell.
3. Omplim el filtre nou amb gasoil net (permet arrencar millor el motor).
4. Col·loquem el filtre i els tubs.
5. Si porta bomba de sagnat, accionar-la fins que endureixi.
6. Posar el motor en marxa un minut mínim i verificar que no perdi.

Netejar/substituir el filtre d'aire.

Precaucions: El sistema d'alta pressió de combustible sol treballar a molta pressió (2.000 bar).

Sobrealimentació en Motors

Fins ara hem vist sistemes atmosfèrics. Existeixen sistemes per millorar el rendiment del motor, sobretot en dièsel, la sobrealimentació. Es tracta d'introduir la màxima quantitat d'aire dins del cilindre, augmentem la quantitat d'aire en l'admissió, permetent que puguem augmentar la quantitat de gasoil a injectar. Ho aconseguim introduint l'aire a pressió.

Dos sistemes:

• Compressor: Rep el moviment del motor.
• Turbocompressor: Rep el moviment de la pressió generada pels gasos d'escapament.

Funcionament del Turbocompressor

Els gasos d'escapament que surten a pressió, mouen la turbina del turbo, aquesta està unida per un eix a una altra turbina que aspira i impulsa els gasos frescos a dins del motor. En comprimir els gasos frescos, aquests augmenten de pressió i a la vegada de temperatura i volum. Això és un problema, dificulta l'ompliment correcte del cilindre, per tant hem de refredar aquest aire: Intercooler (radiador).

Tipus de Turbocompressors

És necessari regular la pressió de «bufat» del turbo, per tant la velocitat de gir. Existeixen dos sistemes:

1. Wastegate (vàlvula)
2. Geometria variable (aletes mòbils)

Lubrificació del Turbo

• És molt important la seva lubrificació.
• La qualitat de l'oli pot influenciar en la seva vida.
• Les altes temperatures degraden l'oli.
• IMPORTANT: Després de conduir amb exigència del turbo és important NO aturar el motor de seguida sinó deixar-lo al ralentí 1 o 2 minuts.

I els motors de gasolina? També en tenen. És més complicat per auto-detonacions.

Sistemes Anticontaminació

El resultat de la combustió d'un combustible (hidrocarbur HC) i un comburent (Oxigen O₂) és:

HC + O₂ = CO₂ + H₂O

Però a l'aire hi ha altres gasos, com Nitrogen i en el combustible altres elements com el Sofre. A més a més la reacció no és sempre completa. Llavors en resulten diferents productes:

• Inocus
  • N₂
  • O₂
  • H₂O
  • CO₂ (efecte hivernacle)
• Tòxics
  • CO
  • NOx
  • SO₂
  • HC (hidrocarburs sense cremar)
  • PM (partícules «hollín»)

La contaminació dels automòbils a la UE va ser regulada a partir del 1970. Posteriorment va sorgir la norma EURO que regula la quantitat màxima de grams per quilòmetre.

Per reduir la contaminació tenim 3 aspectes fonamentals:

• Consum
  • Aerodinàmica
  • Pes
  • Optimització gestió motor
• Tractament d'emissions
  • Vapors d'oli (recirculació d'aquests vapors)
  • Vapors de gasolina (CANISTER, recupera vapors HC)
  • Gasos d'escapament
• Monitorització del motor
  • Sistema OBD: verifica en tot moment el correcte funcionament

Catalitzadors

Es distingeixen segons el número de vies (cada via un contaminant):

• De 2 vies: Catalitzadors d'oxidació, oxiden els HC i el CO (motors dièsel).
• De 3 vies amb regulació lambda: Transforma HC, CO i NOx (més utilitzat en els motors de gasolina).

EGR (Exhaust Gas Recirculation)

Tant en motors de gasolina com dièsel. Per reduir NOx.

• Gasolina: Com a complement als catalitzadors de 3 vies.
• Gasoil: Imprescindible ja que el catalitzador de 2 vies no redueix els NOx.

Els NOx es produeixen a causa de les altes pressions i altes temperatures a la cambra de combustió. La EGR és una vàlvula que introdueix gasos de l'escapament a l'admissió, reduint l'oxigen, reduïm la temperatura i baixen els NOx.

Catalitzador-acumulador de NOx

Trobem vehicles que ni amb el catalitzador de 3 vies ni amb la EGR són capaços de reduir els NOx. Aquest sistema acumula els NOx i un cop es satura els regenera.

Filtre de Partícules DPF (Diesel Particulate Filter) «FAP»

En certes condicions de plena càrrega, com per exemple en acceleracions, hi ha un excés d'hidrocarburs per la quantitat d'oxigen, per tant les cadenes d'hidrocarburs no es cremen totes i tendeixen a reagrupar-se generant «l'hollín».

Trobem 2 tipus de filtres:

• Filtre de partícules sense additiu
• Filtre de partícules amb additiu

Filtre de Partícules Sense Additiu

Situat prop del motor, té un recobriment catalític que amb l'alta temperatura dels gasos permet acabar oxidant i cremant les partícules, sigui de manera:

• Passiva: Recorreguts llargs on el motor assoleix temperatures de +350ºC, sense intervenir la gestió del motor.
• Activa: Sota demanda de la gestió del motor a conducció a altes rpm, a causa de circular per ciutat, trajectes curts on no arriba als 350ºC. Si no s'aconsegueix la regeneració entra en estat «limp home» i cal anar al taller.

Filtre de Partícules amb Additiu

Ubicat més lluny del motor, necessita l'ajuda d'un additiu per reduir la temperatura de combustió de les partícules. Aquest additiu va a un dipòsit a part i s'injecta al de combustible en cada repostatge de manera calculada. Autonomia d'entre 80.000 i 120.000 km (1 litre d'additiu per 2800 litres de gasoil).

Sistema de Reducció Catalítica SCR (Selective Catalytic Reduction)

Per tal de reduir encara més els NOx, quan no és possible en determinats casos. Catalitzador que regenera els NOx. Fins a un 95%.

Sistema humit: Necessita d'un additiu, UREA (32%) + AIGUA, comercialment AdBlue. Aquest AdBlue és injectat al tram d'escapament just abans del SCR. La reacció química transforma els NOx en nitrogen i aigua.