RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE (EGR)
Para cumplir con los valores límite actuales y futuros de óxido de nitrógeno, además de las medidas de retratamiento de escape, como la reducción catalítica selectiva (SCR) o los convertidores catalíticos de óxido de nitrógeno, también se requiere una clara reducción de las emisiones brutas.
Los óxidos de nitrógeno perjudiciales para el medio ambiente se crean a altas temperaturas de combustión. Cuanto mayor sea la temperatura de combustión y cuanto más largo sea el período por encima de 2000 °C, mayor será la proporción de óxidos de nitrógeno en los gases de escape también.
La relación aire/combustible es un criterio decisivo para ello. En el caso de una relación aire/combustible λ inferior a 1 (es decir, una mezcla rica) el contenido de óxido de nitrógeno es muy bajo, ya que las moléculas de oxígeno son necesarias para la oxidación de las moléculas de carbono e hidrocarburos.
En una relación aire/combustible λ mayor que 1 (que es una mezcla cada vez más magra) las emisiones de óxido de nitrógeno aumentan a medida que aumenta la cantidad de oxígeno libre disponible. Aquí el oxígeno se une con el nitrógeno del aire de combustión para formar monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2).
La recirculación de gases de escape es una medida interna del motor para reducir los óxidos de nitrógeno NOx. En este proceso, una cantidad definida de gases de escape correspondiente a la condición de funcionamiento se mezcla con el aire fresco.
La proporción de aire fresco reducida por la recirculación de los gases de escape da como resultado:
- Una menor participación de oxígeno en la cámara de combustión
- Reducción de la temperatura máxima de combustión hasta en 500 °C por el aumento del componente de gas inerte Este efecto se amplifica por el enfriamiento de los gases de escape recirculados.
En los motores diesel, un enfriador de recirculación de gases de escape también refuerza el efecto.
El uso de la recirculación de gases de escape también conduce a un conflicto de objetivos de garantizar bajas emisiones de óxido de nitrógeno y, al mismo tiempo, minimizar las emisiones de partículas. Las bajas emisiones de óxido de nitrógeno se pueden lograr mediante altas tasas de recirculación de gases de escape, sin embargo, esto promueve la creación de partículas de hollín durante la combustión.
Para evitar esto, por un lado, la recirculación de gases de escape se controla mediante la medición de la masa de aire en combinación con la regulación del sensor de oxígeno.
En la actualidad se utilizan los dos métodos siguientes de recirculación de gases de escape:
- Recirculación de gases de escape a alta presión
- Recirculación de gases de escape a alta y baja presión.
MOTOR DE GASOLINA
RECIRCULACIÓN INTERNA DE GASES DE ESCAPE
Con el control de sincronización variable del árbol de levas VANOS, se efectúa una recirculación interna de los gases de escape mediante el cambio de la superposición de válvulas. Es posible un desbordamiento de los gases de escape desde el escape hasta el puerto de admisión durante la fase de superposición. Particularmente en el rango de carga parcial, esto reduce los óxidos de nitrógeno dañinos. También se logra lo siguiente:
- Calentamiento más rápido del convertidor catalítico
- Menores emisiones contaminantes durante el arranque en frío
- Reducción del consumo.
RECIRCULACIÓN EXTERNA DE GASES DE ESCAPE
Hay una característica específica en los motores de gasolina que se inyectan directamente y funcionan de manera delgada como el motor N53. En relación con un motor de funcionamiento homogéneo, los gases de escape se enriquecen con oxígeno en grandes partes. Este oxígeno ahora se retroalimenta parcialmente de nuevo a los cilindros a través de la recirculación de gases de escape. Esto reduce la temperatura de combustión y reduce las emisiones de óxido de nitrógeno.
En el motor N53, la recirculación externa de gases de escape se utiliza además de la recirculación interna de gases de escape. Aquí, los mayores volúmenes de gases de escape se devuelven intencionalmente al sistema de admisión y se mezclan con el aire fresco antes de que fluya hacia el cilindro.
La válvula de recirculación de gases de escape está unida por debajo del sistema de admisión diferenciado (DISA) e introduce los gases de escape devueltos en el sistema de admisión a la altura de la válvula del acelerador.
Para determinar la masa de oxígeno, la Electrónica Digital del Motor (DME) utiliza el contenido de oxígeno en los gases de escape en función de las señales de los sensores de oxígeno, así como la señal de posición de la válvula de recirculación de gases de escape.
MOTOR DIÉSEL
Se hace una distinción entre
la recirculación de gases de escape de
alta presión y la baja presión, por lo que los dos sistemas también se utilizan en combinación dependiendo de la motorización.
Una combinación de recirculación de gases de escape de alta y baja presión también aumenta la eficiencia del turbocompresor de escape y, por lo tanto, la del motor.
Dependiendo del tipo de vehículo y la resistencia a la conducción, solo se utiliza la recirculación de gases de escape de alta presión o la combinación de recirculación de gases de escape de alta presión y baja presión.
La siguiente tabla proporciona una visión general rápida de las diferencias entre los dos sistemas de recirculación de gases de escape utilizados.
GENERAL
La válvula de recirculación de gases de escape es controlada por el DDE en forma de la posición objetivo. La posición real se devuelve al DDE a través del sensor de posición en la válvula de recirculación de gases de escape.
Si la válvula de recirculación de gases de escape es activada por el DDE, la cantidad de gases de escape recirculados influye en el volumen de admisión de aire actual. Es decir, cuanto más se recirculan los gases de escape, menos aire limpio se atrae. Para hacer esto, la válvula de recirculación de gases de escape se acciona de acuerdo con la condición de funcionamiento del motor, de modo que se alcanza el valor de punto de consigna de masa de aire de acuerdo con el mapa de características EGR.
La señal del medidor de masa de aire es utilizada por el control de recirculación de gases de escape como una de las principales variables en la determinación del volumen de gases de escape realmente recirculados. Además, la señal del sensor de oxígeno aguas arriba del convertidor catalítico (control de emisiones del sensor de oxígeno) se incorpora al cálculo para excluir las tolerancias de medición en el medidor de masa de aire de película caliente. La tasa de recirculación de los gases de escape se ajusta de acuerdo con el valor lambda determinado.
Además, se detectan los siguientes valores reales para calcular el valor preciso de la masa de aire objetivo para cada punto de operación:
- Velocidad del motor
- Cantidad de inyección de combustible
- Temperatura del refrigerante
- Presión ambiental
- Temperatura del aire de admisión
- Temperatura de escape aguas abajo del módulo de recirculación de gases de escape
- Presión de los gases de escape aguas arriba del turbocompresor de escape
- Presión de carga
La recirculación de los gases de escape no sería posible en puntos de carga bajos y a alta presión de carga, ya que la presión de los gases de escape es demasiado baja. El gradiente de presión requerido para poder recircular la velocidad EGR necesaria se logra mediante el estrangulamiento selectivo del aire de carga por la válvula del acelerador.
El DDE puede calcular un valor preciso para el volumen recirculado de gases de escape de la presión de los gases de escape aguas arriba del turbocompresor de escape y la temperatura de escape aguas abajo del enfriador de recirculación de gases de escape de alta presión junto con el ángulo de apertura de la válvula de recirculación de gases de escape. Esto es decisivo para una regulación precisa del sistema.
CONTROL DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE DEL MOTOR BX7 (SOLO RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE A ALTA PRESIÓN)
El control de EGR se basa en modelos, lo mismo que el control de presión de carga (MCC = control de carga basado en modelos). Cuando el motor está en marcha, se forman valores de consigna comparables de cantidades estáticas de aire a través de un mapa característico en el DDE que corresponden a la operación actual del motor. Estos se transfieren a la operación dinámica teniendo en cuenta los límites de control físico.
En el lado de la activación, el sistema funciona con dos actuadores diferentes (control multivariable). La válvula del acelerador y la válvula de recirculación de los gases de escape se pueden activar simultáneamente, en función de las variables del mapa de características calculadas.
Las ventajas de la activación paralela a través de los dos controladores diferentes son:
- Se evita el estrangulamiento excesivo del aire de admisión, lo que aumenta la eficiencia.
- La transición entre la operación del acelerador para la regeneración del filtro de partículas y la operación EGR se puede coordinar perfectamente.
- Las variables de perturbación, como un enfriador de recirculación de gases de escape obstruido, se pueden ajustar mediante el control multivariable.
Los volúmenes de gases de escape recirculados se pueden determinar con mucha precisión utilizando un sensor de temperatura de los gases de escape aguas abajo del enfriador de recirculación de gases de escape y el sensor de presión de gases de escape en el colector de escape. Esto es importante principalmente en una operación rica, ya que aquí los volúmenes de aire fresco y los gases de escape recirculados deben ajustarse entre sí exactamente.
Además, el sensor de temperatura de escape aguas abajo del enfriador de recirculación de gases de escape también se utiliza en el diagnóstico para detectar un bypass EGR posiblemente atascado.
CONTROL DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE DEL MOTOR BX7 (RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE DE ALTA Y BAJA PRESIÓN)
El control de la recirculación de gases de escape de alta y baja presión se basa en modelos, lo mismo que el control de presión de carga (MCC = control de carga basado en modelos).
Los cuatro actuadores siguientes deben activarse de acuerdo con la recirculación de gases de escape de alta y baja presión que está presente:
- Válvula de recirculación de gases de escape de alta presión
- Válvula de mariposa
- Válvula de recirculación de gases de escape de baja presión
- Solapa de restricción de gases de escape.
La sección de control de la recirculación de gases de escape de baja presión es considerablemente más larga que la de la recirculación de gases de escape de alta presión. Esto da como resultado un retraso de tiempo entre el punto de consigna y el valor real durante el control especificado por el DDE.
El control basado en modelos se ha ampliado con los dos nuevos actuadores de recirculación de gases de escape de baja presión. La aleta de restricción de gases de escape estrecha la sección transversal del tubo de escape de manera controlada, aumentando así la presión de los gases de escape en el sistema de emisión de escape. Debido al control simultáneo de la aleta de recirculación de gases de escape y el controlador de recirculación de gases de escape de baja presión, el volumen requerido de gases de escape se recircula en todos los rangos de operación.
Para el DDE, esto significa un valor de consigna adicional que determina la distribución de todo el flujo másico EGR en la sección de alta y / o baja presión.
SENSORES
SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL
El sensor de presión diferencial se ha utilizado durante mucho tiempo para detectar la carga del filtro de partículas diesel. Los sensores de presión diferencial utilizados en los actuales motores diésel de la serie B, con recirculación de gases de escape a baja presión, están diseñados de manera diferente. El siguiente gráfico muestra los dos sensores y su asignación.
Como los dos sensores suministran diferentes valores medidos al DDE, están equipados con diferentes tecnologías de transmisión. La siguiente tabla muestra las diferencias entre los dos sensores.
Sensor de presión diferencial, filtro de partículas diésel
La electrónica digital diésel (DDE) utiliza las señales del sensor de presión diferencial para controlar la regeneración del filtro de partículas diésel. El sensor de presión diferencial mide la diferencia entre dos presiones absolutas, la presión diferencial. La medición se realiza aguas arriba y aguas abajo del filtro de partículas diesel. Si la presión diferencial supera un valor predefinido, se superará el estado de carga del filtro de partículas diésel y se iniciará la regeneración.
Sensor de presión diferencial EGR de baja presión
El sensor de presión diferencial de la recirculación de gases de escape de baja presión registra las siguientes presiones:
- Presión de los gases de escape aguas arriba del enfriador de recirculación de gases de escape de baja presión
- Presión de aire de admisión (presión entre el filtro de aire y el compresor en la carcasa de derivación del compresor).
En el sensor de presión diferencial, ambas presiones se utilizan para determinar la presión diferencial de recirculación de gases de escape de baja presión. Además de la presión diferencial determinada, la presión del aire de admisión del DDE también se informa como una presión relativa. El DDE requiere esto para controlar la recirculación de gases de escape de baja presión y la aleta de escape.
La interfaz SENT se utiliza para transmitir la presión diferencial y la presión del aire de admisión al DDE. Esto permite la transmisión de dos variables medidas sin cambios en el número de líneas.
SENSOR DE PRESIÓN DE GASES DE ESCAPE AGUAS ARRIBA DEL TURBOCOMPRESOR DE ESCAPE
El DDE requiere el sensor de presión de los gases de escape aguas arriba del turbocompresor de escape para el control óptimo de la tasa de recirculación de los gases de escape. El DDE puede controlar la tasa de recirculación de gases de escape de manera más precisa y eficiente utilizando el sensor de presión de gases de escape y el sensor de temperatura de escape aguas abajo del enfriador de recirculación de gases de escape de alta presión. Un diafragma de lámina en el sensor de contrapresión de escape convierte la contrapresión de escape en recorrido.
La presión de los gases de escape aguas arriba del turbocompresor de escape no se puede determinar si el sensor de presión de los gases de escape falla. El control de recirculación de gases de escape está desactivado ya que la regulación de recirculación de gases de escape necesita este valor medido para determinar la tasa de recirculación de gases de escape.
SENSOR DE TEMPERATURA DE ESCAPE AGUAS ABAJO DEL ENFRIADOR DE RECIRCULACIÓN DE GASES DE ESCAPE DE ALTA PRESIÓN
El sensor de temperatura de escape aguas abajo del enfriador de recirculación de gases de escape de alta presión contiene una resistencia dependiente de la temperatura. Esto tiene un coeficiente de temperatura negativo (NTC).
El sensor de temperatura EGR es necesario para determinar con precisión los gases de escape recirculados. Esto se hace junto con el medidor de masa de aire de película caliente y el sensor de presión de gases de escape aguas arriba del turbocompresor de escape.
Esto es importante principalmente en una operación rica, ya que aquí los volúmenes de aire fresco y los gases de escape recirculados deben coordinarse entre sí exactamente.
La temperatura ya no se puede determinar si hay una falla del sensor de temperatura de escape aguas abajo del enfriador de recirculación de gases de escape de alta presión. Dado que el control de recirculación de gases de escape requiere este valor medido para determinar la tasa EGR, el control se desactiva.
INFORMACIÓN DE SERVICIO
Las funciones del sistema de recirculación de gases de escape también se supervisan, ya que tienen una influencia directa en las características de emisión del vehículo.
Las siguientes funciones del sistema EGR son supervisadas por el DDE:
- Monitoreo de la recirculación de gases de escape
- Monitoreo de masa de aire usando el medidor de masa de aire de película caliente
- Monitoreo de la válvula
de recirculación de gases de
escape Cortocircuito a
B + / tierra (monitoreo eléctrico) Desviación de control de posición (monitoreo de posición real objetivo) Detección de interferencia (atascos de valor en posición abierta o cerrada).
La descripción general a continuación enumera las posibles fallas que pueden surgir en caso de una falla en el sistema EGR:
- Flujo másico de recirculación de gases
de escape demasiado bajo: flujo másico de aire desviación de medición positiva demasiado alta para el medidor de masa de aire de película caliente
- Válvula de recirculación de gases de escape atascada cerrada
- Fuga importante aguas arriba de la válvula de recirculación de gases de escape
- El enfriador de recirculación de gases de escape se soota.
- Flujo másico de recirculación de gases
de escape demasiado alto: flujo de masa de aire desviación de medición negativa demasiado baja para el medidor de masa de aire de película caliente
- Válvula de recirculación de gases de escape atascada.
La combustión es incompleta si el flujo másico de recirculación de gases de escape es demasiado alto. Esto tendría un efecto directo en el funcionamiento del motor. Los siguientes patrones de error pueden surgir en este evento:
- Ralentí errático
- Sacudidas cuando el vehículo está en movimiento
- El motor se apaga (arranca y se detiene de nuevo inmediatamente)
- Reducción de par (restricción de la cantidad de combustible inyectado)
- Se enciende la luz indicadora de mal funcionamiento (falla relevante para la emisión)
- Desactivada la función automática de arranque y parada del motor.
FUNCIONES DE SERVICIO
Posición de instalación de la válvula de recirculación de gases de escape
Comenzando con los vehículos de la serie B, es necesario acercarse a la posición de instalación al instalar la válvula de recirculación de gases de escape de alta presión. Esto es necesario para ajustar la válvula sin dañarla. La función de servicio "posición de instalación de la válvula de recirculación de gases de escape" se proporciona para este propósito.
Adaptaciones del sistema de emisiones de escape
Las adaptaciones al sistema de emisión de gases de escape ya no pueden eliminarse individualmente, sino solo simultáneamente. Para ello, el técnico de servicio selecciona el subsistema del sistema de emisión de gases de escape en la función de servicio.
La función de servicio de adaptación de valores del sistema de emisiones de escape deberá ejecutarse cuando se haya sustituido alguno de los siguientes componentes:
- Medidor de masa de aire de película caliente
- Válvula EGR
- Sensor de presión de gases de escape aguas arriba del turbocompresor de escape
- Sensor de presión de gases de escape (filtro de partículas diésel)
- Sensor de oxígeno.
Las adaptaciones del sistema de emisiones de escape también deben suprimirse si se ha rectificado una fuga en el sistema de emisiones de escape.
