Service Training
Programa autodidáctico 330
Sistema de filtración de partículas diésel con aditivo Diseño y funcionamiento
Está visto que la combustión seguirá siendo durante cierto tiempo un método importante para la transformación energética, tanto en las centrales eléctricas como en los automóviles o como fuego para la chimenea.
Estos aspectos y las estrictas normativas legales sobre las emisiones contaminantes dan motivo a nuestros ingenieros para que dirijan especial atención a establecer unas emisiones de partículas cada vez más bajas.
Todo fuego genera productos nocivos, derivados de la combustión, entre los cuales figuran las partículas de hollín.
Una posibilidad para reducir las partículas de hollín la ofrece el filtro de partículas diésel.
El objetivo consiste en evitar riesgos para el medio ambiente y para la salud a raíz de la generación y liberación del hollín.
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Para más información sobre el tema de las emisiones de escape consulte los siguientes Programas autodidácticos: ● ● ●
SSP SSP 124: 124: Mo Moto torr dié diése sell cat catal aliz izad adoo SSP 230: 230: Emisiones Emisiones contam contaminante inantess en vehículos vehículos de motor motor SSP 315: 315: Eurodi Eurodiagn agnosi osiss de a bordo bordo para para motor motores es diése diésell NUEVO
El Programa autodidáctico informa sobre diseños y modos de funcionamiento de nuevos desarrollos. No se actualizan los contenidos.
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Para las instrucciones de actualidad relativas a comprobación, ajustes y reparación se consultará la documentación del Servicio Postventa prevista específicamente para ello .
Atención Nota
Referencia rápida Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Diseño Diseño y funcionam funcionamiento iento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Estructura Estructura del del sistema sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Sensores y actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Esquema Esquema de funcione funcioness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Límites del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Pruebe sus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
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Introducción Aspectos generales Con motivo de la combustión del gasoil, como combustible de los motores diésel, se generan residuos de la índole más variada. Los componentes directamente perceptibles perceptibles de los gases de escape de un motor frío son los hidrocarburos no oxidados o sólo parcialmente oxidados, que se manifiestan como pequeñas gotitas en forma de humo blanco o azul, y los aldehidos de olor intenso.
Los motores motores diésel, aparte de los contaminantes gaseosos, también emiten sólidos pulverulentos en sus gases de escape, cuyo término genérico es el de las «partículas», que ha entrado asimismo en la discusión pública sobre las sustancias nocivas para la salud y para el medio ambiente.
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Volkswagen persigue una estrategia a largo plazo en la reducción de las emisiones de escape – y no sólo en lo que respecta a las partículas del diésel, sino también a todos los demás componentes de los gases de escape, como son los hidrocarburos y los óxidos nítricos. Volkswagen viene emprendiendo desde hace años grandes esfuerzos por optimizar los procesos de combustión internos en los motores y reducir así las emisiones de hollín de los motores diésel. El éxito de estos esfuerzos se manifiesta en que en 1999 Volkswagen pudo ofrecer como primer fabricante de automóviles el Lupo 3L TDI, que es un vehículo que cumple con la severa norma Euro 4 sobre las emisiones contaminantes – seis años antes de entrar en vigor esta normativa para el año 2005.
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Volkswagen se ha encargado de promover de forma decisiva el desarrollo del motor diésel higiénico, haciendo frente así a su responsabilidad por la protección del medio ambiente. Ejemplos a este respecto son la eficiente tecnología TDI de motores de consumos reducidos y baja sonoridad, así como el sistema de inyección por inyectores-bomba. Volkswagen seguirá mejorando también en el futuro la combustión interna de sus motores, como un centro de enfoque esencial, para seguir reduciendo asimismo el consumo de combustible y las emisiones, directamente en la fuente que los produce. Volkswagen complementará paso a paso estos esfuerzos con la implantación de sistemas para la filtración de partículas de los motores diésel.
Gases de escape Normas sobre emisiones de escape En la República Federal de Alemania, así como a niveles europeo y mundial se han emitido decretos y leyes que persiguen la meta de reducir las emisiones contaminantes en el aire. Existen las normas europeas sobre emisiones de escape EU1 hasta E U4. Establecen para la industria de automoción los límites límites de las emisiones de escape para la homologación de nuevos modelos de vehículos.
EU3
EU4
Desde el año 2000 rige la norma de emisiones de escape EU3 para vehículos de nueva matriculación.
La norma EU4 entrará en vigor a partir del 2005 y sustituirá a la EU3. Supone una mayor reducción de los valores límite para la homologación.
Con respecto a la norma predecesora EU2 se distingue por especificar condiciones más rigurosas para las pruebas en el banco de rodillos, por exigir una reducción de los valores límite.
Más de un 65 por ciento de los vehículos Volkswagen Volkswagen con motor diésel matriculados en Alemania ya cumplen desde ahora con la norma sobre emisiones de escape EU4.
Límites de emisiones de escape autorizados para motores diésel g/km 0,8 0,64 0,6
0,56 0,50
0,50
0,4
0,30
0,25
0,2
E U3
EU4
CO Monóxido de carbono
E U3
E U4
HC + NOX Hidrocarburos y óxidos nítricos
E U3
E U4
0,05
0,025
E U3
E U4
NOX
PM
Óxidos ní nítricos
Partículas de de ho hollín
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Previsión de futuro En un futuro se pretende que entre en vigor la EU5, una norma aún más estricta . Si bien todavía no están definidos los límites que establecerá esta norma, desde ahora se sabe, sin embargo, que serán rebajados una vez más. El límite de las emisiones de partículas para turismos con motor diésel será rebajado de forma impor tante según ello. Por ese motivo es preciso que en el futuro todos los turismos con motor diésel vayan equipados con un filtro de hollín.
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Introducción Origen de los contaminantes en el ciclo de la combustión La generación de contaminantes, y especialmente de las emisiones de partículas de hollín, se ven influenciadas por el proceso de la combustión en el motor diésel. Este proceso depende de numerosos factores tanto del diseño como propios del combustible y de las condiciones atmosféricas. A continuación se expone un cuadro general sobre los componentes de entrada y salida que intervienen en el ciclo de combustión del motor diésel.
Combustible inyectado: HC Hidrocarburos ros S Azufre
aprox. 12%
SO2
CO2 N2
aprox. 11%
H2O O2
Aire aspirado: O2 Oxígeno N2 Nitrógeno H2O Agua (humedad del aire)
aprox. 0,3% aprox. 10%
aprox. 67%
PM HC NOX CO S330_108
Gases de escape: O2 Oxígeno N2 Nitrógeno H2O Agua gua CO2 Dióxido de carbono
CO HC SO2 NOx PM
Monó Monóxi xido do de carb carbon onoo Hidrocarbu rburos ros Dióxido de azufre Óxidos nítricos Partíc artícul ulas as de holl hollín ín
(PM = paticulate matter)
En lo que respecta a los efectos nocivos para el medio ambiente y la salud, los gases de escape del motor diésel contienen diversos componentes evaluables. Son calificables de inofensivos los componentes que ya existen en la atmósfera, y que son el oxígeno, el nitrógeno y el agua.
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El dióxido de carbono, contenido como un gas natural en la atmósfera, se encuentra dentro de un margen límite en lo que respecta a su catalogación. Si bien no se trata de un gas tóxico, a medida que aumenta su concentración, sin embargo, se considera como el causante del «efecto invernadero». En cambio, son nocivos el monóxido de carbono, los hidrocarburos, el dióxido de azufre, los óxidos nítricos y las partículas de hollín.
Contaminantes en los gases de escape El monóxido de carbono (CO) se genera a raíz de una combustión incompleta de combustibles con contenido de carbono al faltar el oxígeno necesario. Es un gas incoloro, inodoro e insípido.
CO Monóxido de carbono
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Se da el nombre de hidrocarburos a una multiplicidad de combinaciones diversas (por ejemplo C6H6, C8H18), que se originan por consecuencia de una combustión incompleta.
HC Hidrocarburos
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El dióxido de azufre tiene su origen al quemarse un combustible con contenido de azufre. Es un gas incoloro, de olor penetrante. Los contendidos de azufre en los combustibles vienen siendo cada vez menores.
SO2 Dióxido de azufre
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Los óxidos nítricos (por ejemplo NO, NO 2, ...) surgen a causa de una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. motor.
NOx Óxidos nítricos
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Por falta de oxígeno se producen partículas de hollín a causa de una combustión incompleta.
Partículas de hollín
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Introducción Partícula Entiéndese aquí por partícula el término genérico de todas las partes ínfimas de sólidos o líquidos que se originan por abrasión, trituración, erosión, condensación o por una combustión incompleta. Estos procesos generan partículas de diferentes formas, tamaños y estructuras.
Las partículas vienen a ser sustancias contaminantes en el aire si son tan pequeñas, que están en condiciones de flotar en gases y en el organismo.
Partículas de hollín En el proceso de la combustión en un motor diésel se producen partículas de hollín. Son esferas microscópicas de carbono, con un diámetro aproximado de 0,05 µm. En su núcleo constan de carbono puro. En este núcleo se asocian diversas combinaciones de hidrocarburos, óxidos metálicos y azufre.
Ciertas combinaciones de hidrocarburos se catalogan como sustancias críticas para la salud. La composición exacta de las partículas de hollín depende de la tecnología aplicada en el motor, motor, las condiciones de aplicación y el combustible empleado.
SO4 (sulfato)
Hidrocarburos
Azufre y óxidos metálicos
Carbono
H2O (agua)
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Originación de las partículas de hollín El origen de las partículas de hollín en el motor diésel está supeditado a las diferentes operaciones que caracterizan a la combustión en el motor diésel, como son la alimentación de aire, la inyección o la propagación de la flama. La calidad de la combustión depende del modo en que se genere la mezcla de combustible y aire. Puede suceder que la mezcla sea demasiado rica en determinadas áreas de la cámara de combustión, por no haber suficiente oxígeno disponible. En ese caso la combustión se mantiene incompleta y se produce la generación de partículas de hollín.
S330_013 Partícula típica de hollín, que se produce con motivo de la combustión en el motor diésel
La masa de las partículas y su cantidad dependen básicamente, por tanto, de la calidad de la combustión en el motor. motor. El sistema de inyección por inyector bomba trabaja con alta presión y tiene un desarrollo de la inyección que corresponde con las necesidades del motor para contar con una combustión eficiente, con lo cual viene a reducir la generación de partículas de hollín en el proceso de la combustión. Una alta presión de la inyección y la correspondiente fina pulverización del combustible, sin embargo, no conducen necesariamente a que las partículas sean más pequeñas. En mediciones se ha manifestado, que el reparto de los tamaños de las partículas en los gases de escape es independiente del principio de combustión aplicado en el motor, motor, es decir, decir, que son muy parecidos los resultados, indistintamente de que se trate de motores de cámara de turbulencia, common rail o inyector-bomba.
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Introducción Medidas para la reducción de las emisiones de partículas La reducción de las emisiones de gases de escape del motor diésel constituye un objetivo importante que se plantea a la hora de desarrollar el motor más a fondo. Existe una serie de soluciones técnicas para la reducción de las emisiones de escape. A este respecto se diferencia entre las medidas endomotrices y las ectomotrices.
Medidas endomotrices Es posible conseguir una reducción de las emisiones por medio de medidas endomotrices.
Una optimización eficaz de la combustión se encarga de que desde un principio no se generen sustancias contaminantes.
A las medidas endomotrices pertenecen:
●
●
●
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la geometría específica de los conductos de admisión y escape, para establecer condiciones de flujo óptimas
altas presiones de inyección por medio de la tecnología de inyectores-bomba inyectores-bomba
la geometría específica de la cámara de combustión, por ejemplo, la reducción del espacio nocivo y el diseño específico de la cámara en la cabeza del pistón.
Medidas ectomotrices Las medidas ectomotrices pueden impedir la liberación de las par tículas de hollín que se generan con motivo de la combustión. Se entiende por estas medidas la reducción de las partículas de hollín por medio de un sistema de filtración. Se distinguen dos diferentes sistemas – el filtro de partículas Diesel con aditivo y el filtro de partículas Diesel sin aditivo. En las páginas que siguen se explica exclusivamente la estructura y el funcionamiento del sistema de filtración de partículas Diesel con aditivo, que es el implantado actualmente por Volkswagen. Volkswagen.
Sistema con aditivo Este sistema se implanta en vehículos con el filtro de partículas alejado del motor. Debido al largo recorrido de los gases escape entre el motor y el filtro de partículas, la temperatura de encendido necesaria para la combustión de las partículas sólo se puede alcanzar agregando un aditivo.
750 °C
Temperatura de los gases de escape en esta zona, a carga parcial
Catalizador de oxidación
620 °C
Filtro de partículas
500 °C
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Sistema sin aditivo Este sistema será implantado en el futuro, en vehículos con el filtro de partículas instalado cerca del motor. El corto recorrido de los gases de escape entre el motor y el filtro de partículas permite que la temperatura de los gases de escape todavía sea suficientemente alta para la combustión de las partículas.
Temperatura de los gases de escape en esta zona, a carga parcial
750 °C Filtro de partículas con catalizador de oxidación integrado
620 °C
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Diseño y funcionamiento Sistema de filtración de partículas diésel con aditivo En el cuadro que se muestra más abajo se representan los componentes del sistema de filtración de partículas diésel. En las páginas siguientes se s e explica la arquitectura y el funcionamiento del sistema de filtración f iltración de partículas diésel con aditivo.
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3 2
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16 14
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11 12
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S330_030 1 2 3 4 5 6 7 8
Unidad Unidad de contr control ol en el el cuadr cuadroo de instr instrume umento ntoss J285 J285 Unid Unidad ad de de cont contro roll del del moto motorr Depó Depósi sito to de adit aditiv ivoo Sensor de falta falta de aditiv aditivoo para para el combusti combustible ble G504 Bomba Bomba para para aditiv aditivoo del filt filtro ro de partí partícul culas as V135 V135 Depó Depósi sito to de comb combus ustitibl blee Motor di diésel Sensor Sensor de tempe tempera ratur tura a ante ante turbocom turbocompr preso esorr G507 G507
9 10 11 12 13 14 15 16
Turbocomp ompresor Sond Sonda a lamb lambda da G39 G39 Cata Cataliliza zado dorr de oxid oxidac ació iónn Sensor de temper temperatur atura a ante ante filtro filtro de partícula partículass G506 Filt Filtrro de part partíc ícul ulas as Sensor Sensor de de presi presión ón 1 para para gase gasess de escap escapee G450 G450 Silenciador Medi Me dido dorr de de la masa masa de aire aire
El cuadro general muestra un sistema correspondiente a una instalación de escape monocaudal. En los sistemas de escape de varios ramales (por ejemplo en el motor V10 TDI ) hay en cada ramal de escape un filtro de partículas y los los sensores del sistema de escape.
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Filtro de partículas El filtro de partículas diésel (por ejemplo en el Passat con motor 2,0 l TDI) se monta en el ramal de escape, detrás del catalizador de oxidación. Se encarga de retener por filtración las partículas de hollín que van contenidas en los gases de escape del motor. S330_017
Arquitectura El filtro de partículas diésel consta de un u n cuerpo cerámico de carburo de silicio en diseño alveolar, alojado en una carcasa de metal. El cuerpo cerámico está dividido en múltiples canales microscópicos paralelos, cerrados alternadamente.
El carburo de silicio se caracteriza por las siguientes propiedades, que lo convierten en un buen material de filtración: ● ● ●
●
Alta resistencia a efectos mecánicos Muy buena resistencia a cambios de temperatura Capacidad de soportar cargas térmicas y conductividad Alta resistencia al desgaste
Cuerpo cerámico alveolar
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Funcionamiento Al pasar los gases por el filtro se retienen las partículas de hollín en los conductos de entrada, mientras que los componentes gaseosos del escape pueden atravesar las paredes porosas del filtro cerámico.
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Diseño y funcionamiento Regeneración El filtro de partículas diésel tiene que ser despejado de forma sistemática, eliminándose las partículas de hollín, para evitar que se obstruya y se afecte su funcionamiento. Durante el ciclo de regeneración, regeneración, las partículas de hollín retenidas en el filtro se someten a combustión, a una u na temperatura de 500 °C, aproximadamente. La temperatura propiamente dicha para el encendido del hollín es de unos 600650 °C. Esta temperatura de los gases de escape únicamente se puede alcanzar a plena carga en el motor diésel.
Para poder asegurar la regeneración del filtro de partículas diésel en todas las condiciones operativas operativas se procede a reducir la temperatura de ignición del hollín a base de agregar un aditivo, a la vez que se aumenta la temperatura de los gases de escape por medio de un ciclo de gestión específica del motor. motor. El ciclo de regeneración lo gestiona la unidad de control del motor.
Filtro de partículas vacío
Señales hacia la unidad de control del motor Medidor de la masa de aire G70
Sensor de temperatura ante filtro de partículas G506
Sensor de presión 1 para gases de escape G450
S330_042 Filtro de partículas vacío = Baja resistencia de flujo
Filtro de partículas saturado
Señales hacia la unidad de control del motor Medidor de la masa de aire G70
Sensor de temperatura ante filtro de partículas G506
Sensor de presión 1 para gases de escape G450
S330_044 Filtro de partículas saturado = Alta resistencia de flujo
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Durante el ciclo de regeneración se queman las partículas retenidas en el filtro. Según la forma de conducir, el ciclo interviene cada 500-700 kilómetros y tarda unos 5 a 10 minutos. El ciclo de regeneración regeneración no es perceptible para el conductor.
Regeneración del filtro de partículas
Señales hacia la unidad de control del motor Medidor de la masa de aire G70 Sensor de presión 1 para gases de escape G450 Sensor de temperatura temperatura ante filtro de partículas G506
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Diseño y funcionamiento Aditivo El aditivo es un activador de contenido férrico, que se disuelve en una mezcla de hidrocarburos. En el Passat se aloja en un depósito de material plástico, instalado aparte en la cavidad para la rueda de repuesto.
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Depósito de aditivo
El aditivo asume la función de reducir la temperatura de combustión de las partículas de hollín, con objeto de posibilitar el ciclo de regeneración para el filtro de partículas, también a régimen de carga parcial. La temperatura temperatura de ignición del hollín es de unos 600650 °C. Los gases de escape del motor diésel sólo alcanzan estas temperaturas al funcionar a plena carga. Con el aditivo se reduce la temperatura de ignición del hollín a unos 500 °C.
El aditivo entra automáticamente en el depósito de combustible a través de la tubería de retorno después de cada repostaje. Esto sucede por medio de una bomba para aditivo del filtro de partículas, gestionada por la unidad de control del motor. La cantidad repostada se determina analizando en la unidad de control del motor las señales procedentes del sensor de nivel de combustible. Después de cada ciclo de dosificación concluido viene dada una concentración de 10 ppm (partes por millón) de moléculas de hierro en el combustible. Esto equivale a una relación de mezcla de aprox. 1 litro de aditivo sobre 2.800 litros de combustible.
Aditivo
Partícula de hollín
El aditivo agregado al combustible pasa conjuntamente con el hollín al filtro de partículas. Allí se deposita entre las partículas de hollín.
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Cargas de hollín en el filtro de partículas La unidad de control del motor vigila continuamente las cargas de hollín en el filtro de partículas a base de calcular la resistencia de flujo del filtro. Para determinar la resistencia de flujo se procede a poner en relación el caudal volumétrico de los gases de escape ante el filtro f iltro de partículas con respecto a la diferencia de presión antes y después del filtro de partículas.
Diferencia de presión La diferencia diferencia de presión del caudal de aire antes y después del filtro de partículas se determina por medio del sensor de presión 1 para los gases de escape.
Caudal volumétrico de los gases de escape El caudal volumétrico de los gases de escape es calculado por la unidad de control del motor, motor, recurriendo a las señales de la masa de aire en el conducto de escape y de la temperatura de los gases de escape ante el filtro de partículas. La masa de aire de los gases de escape es aproximadamente equivalente a la masa de d e aire que fluye por el conducto de admisión y que se determina con ayuda del medidor de la masa de aire. El volumen de la masa de aire de los gases de escape depende de su temperatura momentánea. Ésta se determina con ayuda del sensor de temperatura ante el filtro de partículas. En consideración de la temperatura de los gases de escape, la unidad de control del motor puede calcular el caudal volumétrico de los gases de escape, tomando como base el flujo de la masa de aire de éstos.
Resistencia de flujo en el filtro de partículas par tículas ) r a b m ( p
∆
n ó i s e r p e d a i c n e r e f i D
300 250 200 150 100 50 0 0
100
200
300
400
500
600
700
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Caudal volumétrico (m3/h) Filtro de partículas diésel: Saturado Vacío Averiado
La unidad de control del motor pone en relación la diferencia de presión con respecto al caudal volumétrico de los gases de escape y obtiene de esa forma la magnitud de resistencia de flujo en el filtro de partículas. Con ayuda de la resistencia de flujo, la unidad de control del motor detecta las cargas de hollín en el filtro.
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Diseño y funcionamiento Gestión del motor durante el ciclo de regeneración Conociendo la resistencia de flujo del filtro, la unidad de control del motor deduce de ahí el estado de saturación del filtro. Una intensa resistencia de flujo indica que el filtro tiende a obstruirse. A raíz de ello, la unidad de control del motor pone en vigor el ciclo de regeneración. A esos efectos:
●
se desactiva la recirculación de gases de escape, para aumentar la temperatura de la combustión.
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●
tras una inyección principal con una dosificación reducida, 35° del cigüeñal después del punto muerto superior del pistón, pone en vigor un ciclo de post-inyección, para subir la temperatura de los gases de escape. S330_126
●
regula con la mariposa eléctrica la alimentación del aire aspirado.
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●
adapta la presión de sobrealimentación, para evitar que el par del motor se altere de forma perceptible para el conductor durante el ciclo de regeneración.
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Estructura del sistema Estructura del sistema: filtro de partículas diesel con aditivo CAN-Bus de datos Unidad de control para sistema de inyección directa diésel J248
Sensor de presión 1 para gases de escape G450 Testigo luminoso para filtro de partículas diesel K231
Testigo lumin. p. tiempo de precalentamiento precalentamiento K29
Sensor de temperatura ante filtro de partículas G506
Sensor de temperatura temperatura ante turbocompresor G507 Unidad de control para sistema de inyección directa diésel J248
Bomba para aditivo del filtro de partículas V135
Sonda lambda G39 Calefacción para sonda lambda Z19
Medidor de la masa de aire G70
Conector para diagnósticos
Inyectores-bomba N240-N243
Sensor de falta de aditivo para el combustible G504
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Bloque de válvulas electromagnéticas con: válvula para recirculación de gases de escape N18, electroválvula para limitación de la presión de sobrealimentación N75
Sensor de nivel de combustible G Motor para chapaleta en el colector de admisión V157
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Sensores y actuadores Sensores Sensor de presión 1 para gases de escape G450 El sensor de presión 1 para gases de escape trabaja según el principio piezoeléctrico.
Aplicaciones de la señal El sensor de presión 1 para gases de escape mide la diferencia de presión en el caudal de los gases de escape antes y después del filtro de partículas. La señal del sensor de presión para gases de escape, la señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, así como la señal del medidor de la masa de aire constituyen una unidad indivisible en lo que respecta a la determinación del estado de las cargas en el filtro de partículas.
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Efectos en caso de ausentarse la señal Si se ausenta la señal del sensor de presión para gases de escape, la regeneración del filtro de partículas se lleva a cabo primeramente de forma cíclica, en función del recorrido efectuado o de las horas en funcionamiento. Sin embargo, a largo plazo no es posible regenerar así de forma operativamente segura el filtro de partículas.
Tras una cantidad de ciclos definida se enciende primeramente el testigo luminoso para el filtro de partículas diésel y luego parpadea el testigo de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. De ese modo se indica al conductor la necesidad de acudir al taller. taller.
Arquitectura El sensor de presión 1 para gases de escape tiene dos empalmes de presión. Uno lleva un tubo de presión hacia el caudal de los gases de escape delante del filtro de partículas y el otro hacia el caudal de los gases de escape detrás del filtro de partículas.
Diafragma con elementos piezoeléctricos
Señal hacia la unidad de control
El sensor contiene un diafragma con elementos piezoeléctricos, que actúan en función de las presiones de los gases de escape.
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Presión ante el filtro
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Presión tras el filtro
Así funciona: Filtro de partículas vacío
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Si el filtro de partículas tiene cargas muy bajas , la presión delante y detrás del filtro viene a ser casi idéntica. El diafragma con los elementos piezoeléctricos se encuentra en posición de reposo.
Elementos piezoeléctricos
S330_160 Presión ante el filtro = presión tras el filtro
Filtro de partículas saturado
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S330_162 Presión ante el filtro > presión tras el filtro
Si se ha depositado hollín en el filtro de partículas, la presión de los gases de escape ante el filtro aumenta, manifestándose en forma de un volumen de flujo menos intenso. La presión de los gases de escape detrás del filtro se mantiene casi invariable. El diafragma se deforma en función de la diferencia de presiones. Esta deformación modifica la resistencia eléctrica de los elementos piezoeléctricos, que van interconectados en forma de un puente de medición. La tensión de salida de este puente se acondiciona en la electrónica del sensor, se intensifica y se trasmite como señal de tensión a la unidad de control del motor. motor. Previo análisis de esta señal, la unidad de control del motor detecta el estado de saturación del filtro de partículas y pone en vigor un ciclo de regeneración regeneración para la limpieza del filtro.
El estado de saturación del filtro de partículas se puede consultar con el sistema de diagnosis, medición e información para vehículos VAS 5051 en un bloque de valores de medición, que aparece como «Coeficiente de cargas de partículas».
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Sensores y actuadores Sensor de temperatura ante el filtro de partículas G506
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El sensor de temperatura ante el filtro de partículas es un sensor PTC. En un sensor PTC (positive temperature temperature coefficient) la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura.
Va situado en el ramal de escape ante el filtro de partículas diésel y mide allí la temperatura de los gases de escape.
Aplicaciones de la señal
Efectos en caso de ausentarse la señal
Con ayuda de la señal procedente del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, la unidad de control del motor calcula el caudal volumétrico de los gases de escape y deriva de ahí el estado de saturación en que se encuentra el filtro de partículas.
Si se ausenta la señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, la regeneración regeneración del filtro de partículas se efectúa de forma cíclica, en función del recorrido efectuado o de las horas de servicio.
La señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, la señal del medidor de la masa de aire y la señal del sensor de presión para gases de escape constituyen una unidad indivisible para la determinación del estado de saturación en que se encuentra el filtro de partículas. La señal se emplea asimismo como protección, es decir, para proteger el filtro de partículas contra temperaturas excesivas de los gases de escape.
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Sin embargo, el filtro de partículas no se puede regenerar de forma fiable de este modo a largo plazo. Después de un número de ciclos específico se enciende primeramente el testigo luminoso para filtro de partículas diésel y más tarde parpadea el testigo luminoso de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. Esto señaliza al conductor la necesidad de acudir al taller. taller.
Sensor de temperatura ante el turbocompresor G507
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El sensor de temperatura ante el turbocompresor es un sensor PTC. Va Va situado en el ramal de escape ante el turbocompresor y mide allí la temperatura de los gases de escape.
Aplicaciones de la señal
Efectos en caso de ausentarse la señal
La unidad de control del motor necesita la señal procedente del sensor de temperatura ante el turbocompresor, compresor, para calcular con ella el momento y la dosificación de la post-inyección durante el ciclo de regeneración. regeneración. De esa forma se consigue el aumento necesario de temperatura de los gases de escape para poder quemar las partículas de hollín. Con esta señal se protege adicionalmente el turbocompresor contra temperaturas excesivas durante el ciclo de regeneración.
Si se avería el sensor de temperatura ante el turbocompresor deja de ser posible proteger el turbocompresor contra temperaturas inadmisiblemente altas. En ese caso ya no se produce el ciclo de regeneración regeneración para el filtro de partículas diésel. El testigo de precalentamiento se enciende para indicar al conductor la necesidad de que acuda al taller. taller. Para reducir las emisiones de hollín se procede a desactivar la recirculación de los gases de escape.
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Sensores y actuadores Sonda lambda G39 La sonda lambda es una versión de banda ancha. Va situada en el colector de escape ante el catalizador de oxidación.
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Aplicaciones de la señal
Efectos en caso de ausentarse la señal
Con la sonda lambda es posible determinar el contenido de oxígeno en los gases de escape, disponiendo para ello de un extenso margen de medición. Con relación al sistema de filtración de partículas diésel, la unidad de control del motor emplea la señal de la sonda lambda para el cálculo exacto de la cantidad y el momento de la postinyección para el ciclo de regeneración. Para que la regeneración regeneración del filtro de partículas sea eficaz se necesita un contenido mínimo de oxígeno en los gases de escape a una alta temperatura uniforme. Esta regulación se posibilita con ayuda de la señal de la sonda lambda, puesta en relación con la señal procedente del sensor de temperatura ante el turbocompresor.
La regeneración regeneración del filtro de partículas resulta menos exacta, pero sigue siendo operativamente fiable. La avería de la sonda lambda puede provocar un aumento de las emisiones de óxidos nítricos.
Para información detallada sobre la sonda lambda de banda ancha consulte el Programa autodidáctico SSP 231 «Eurodiagnosis de a bordo para motores de gasolina».
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Medidor de la masa de aire G70 El medidor de la masa de aire por película caliente va instalado en el conducto de admisión. Con ayuda del medidor de la masa de aire, la unidad de control del motor detecta la masa de aire efectivamente aspirada.
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Aplicaciones de la señal
Efectos en caso de ausentarse la señal
Con relación al sistema de filtración de partículas diésel se utiliza la señal para calcular el caudal volumétrico de los gases de escape y poder determinar de ahí el estado de saturación del filtro de partículas.
Si se ausenta la señal del medidor de la masa de aire, la regeneración del filtro de partículas se efectúa de forma cíclica, en función del recorrido o de las horas de servicio.
La señal des medidor de la masa de aire, la señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas y la señal del sensor de presión para los gases de escape constituyen una unidad indivisible para determinar el estado de saturación del filtro de partículas.
Sin embargo, a largo plazo el filtro de partículas no se puede regenerar de forma fiable de este modo. m odo. Tras una cantidad definida de ciclos se enciende primeramente el testigo luminoso para filtro de partículas diésel y luego parpadea el testigo luminoso de precalentamiento en el cuadro de instrumentos. Con ello se indica al conductor la necesidad de acudir a un taller. taller.
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Sensores y actuadores Sensor de falta de aditivo aditivo para el combustible G504 El sensor de falta de aditivo para el combustible se encuentra en el depósito de aditivo.
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Aplicaciones de la señal A partir de un contenido residual definido en el depósito de aditivo, la señal del sensor de falta de aditivo en el combustible activa en el cuadro de instrumentos el testigo luminoso de precalentamiento. De esa forma se indica al a l conductor que existe un fallo en el sistema de filtración de partículas par tículas diésel y que es necesario acudir al taller. Si la cantidad disponible de aditivo es demasiado baja se suprimen además los ciclos de regeneración para el filtro de partículas y se reduce la potencia del motor.
Estructura Testigo luminoso de precalentamiento Cuadro de instrumentos
Contacto de Reed Anillo magnético Flotador
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Así funciona:
Aditivo
Flotador
Contacto de Reed
Anillo magnético S330_136
Aditivo
Flotador
Contacto de Reed
En el vástago del sensor de falta de aditivo para el combustible va montado un contacto de Reed. Sus contactos se accionan por el efecto del anillo magnético que va instalado en el flotador. Si el depósito contiene suficiente aditivo, el flotador se encuentra en el tope superior. superior. El contacto de Reed está abierto.
Si el depósito contiene muy poco aditivo, el flotador baja hasta el tope inferior, inferior, cerrando el contacto de Reed por el efecto del anillo magnético. El testigo luminoso para precalentamiento se activa.
Anillo magnético S330_134
Efectos en caso de ausentarse la señal Si se ausenta la señal del sensor de falta de aditivo para el combustible se inscribe una avería en la memoria de la unidad de control del motor. motor.
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Sensores y actuadores Actuadores Bomba para aditivo - filtro de partículas V135
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La bomba para aditivo - filtro de partículas es una bomba de émbolo alternativo, que impele el aditivo hacia el depósito de combustible. Va Va atornillada al depósito de aditivo.
Después de cada repostaje, la unidad de control del motor aplica una excitación periodificada a la bomba, para dosificar el aditivo en la cantidad correcta.
Así funciona: Elevación del aditivo Taladro de afluencia Inducido electromagnético
Cámara interior de la bomba
del depósito de aditivo
Bola de la válvula
Bobinado electromagnético Muelle
La bomba sin corriente se halla cargada con aditivo. En cuanto la unidad de control del motor excita la bomba para aditivo - filtro de partículas, aplica corriente al bobinado electromagnético y el inducido se encarga de desplazar el émbolo de la bomba superando la fuerza del muelle. El émbolo cierra el taladro de afluencia hacia la cámara interior de la bomba e impele en dirección hacia la bola de la válvula el aditivo que se encuentra la cámara interior.
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hacia el depósito de combustible
Émbolo de la bomba
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Esta operación genera una presión, con la que la bola de la válvula abre la cámara interior de la bomba. Ahora pasa al depósito de combustible la cantidad de aditivo definida con exactitud a través del volumen creado en la cámara interior de la bomba.
Aspiración de aditivo
Cámara del inducido Inducido electromagnético
Taladro de afluencia Cámara interior de la bomba
del depósito de aditivo
hacia el depósito de combustible
Bola de la válvula
Bobinado electromagnético Muelle
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Émbolo de la bomba
Durante el ciclo aspirante entra el aditivo en la cámara del inducido. El E l bobinado electromagnético no se encuentra excitado por la unidad de control del motor, motor, por lo que el muelle oprime el émbolo de la bomba en retorno. La bola de la válvula cierra al mismo tiempo la cámara interior de la bomba. bomba .
Cámara del inducido Inducido electromagnético
Taladro de afluencia Cámara interior de la bomba
del depósito de aditivo
hacia el depósito de combustible
Bola de la válvula
Bobinado electromagnético Muelle
Émbolo de la bomba
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El émbolo de la bomba se s e mueve a la posición de partida. La depresión generada por ese motivo hace que se aspire aditivo a través del taladro de afluencia abierta, pasando éste así de la cámara del inducido hacia la cámara interior de la bomba.
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Sensores y actuadores Testigo luminoso para filtro de partículas diésel V231 El testigo luminoso para filtro de partículas diésel se encuentra en el cuadro de instrumentos. Se enciende cuando el filtro de partículas diésel no puede ser regenerado, debido a que el vehículo se somete a recorridos extremadamente cortos. S330_152
Misión Si el vehículo se somete a recorridos cortos durante un largo plazo puede resultar afectada la regeneración regeneración del filtro de partículas diésel. Esto puede provocar daños en el filtro de partículas y en el motor. Si durante un tiempo relativamente prolongado, el motor no alcanza la temperatura de servicio necesaria para quemar el hollín retenido en el filtro de partículas, el testigo luminoso se enciende en el cuadro de instrumentos.
Con esta señal se indica al conductor la necesidad de que conduzca durante un período relativamente breve a una velocidad superior constante. El aumento de temperatura en los gases de escape que se consigue de esa forma puede provocar la inflamación del hollín en el filtro de partículas. El testigo luminoso se debe apagar después de esa medida.
Para los datos específicos sobre el comportamiento dinámico al encenderse el testigo luminoso para filtro de partículas diésel consulte por favor el manual de instrucciones del vehículo. En todos los casos se deberán respetar los reglamentos de tráfico y las limitaciones de la velocidad.
Testigo de exceso exceso de contaminación K83 (MIL) (M IL) Los componentes del sistema de filtración de partículas diésel que tienen relevancia para la composición de los gases de escape se someten a verificación con motivo de la Eurodiagnosis de a bordo (EOBD) en lo que respecta a averías y funciones anómalas. El testigo de exceso de contaminación (MIL (M IL = malfunction indicator light) señaliza las averías detectadas por el sistema EOBD.
La información detallada sobre el testigo de exceso de contaminación y sobre el sistema EOBD figura en el Programa autodidáctico SSP 315 «Eurodiagnosis de a bordo para motores diésel». S330_188
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Esquema de funciones Esquema de funciones Kl. 30 Kl. 15 K231 J317 J533
J285
G S
S
S
S V157 N18
G39
V135
N75
Z19
J248
S330_170
G70
G G39 G70 G70 G450 G504 G506 G507 J248
G450
G504
Sens Sensor or para para indi indica cado dorr del del nive nivell de de com combu bust stib ible le Sonda lambda Medi Me dido dorr de de la la mas masa a de de air airee Sensor de presión presión 1 para gases de de escape escape Sensor de de falta falta de aditivo aditivo para para el el combustible combustible Sensor de de temperatu temperatura ra ante ante el filtro filtro de de partículas partículas Sensor de temper temperatur atura a ante ante el turbocompre turbocompresor sor Unidad Unidad de de control control para sistema sistema de de inyecci inyección ón direct directa a diésel J285 J285 Unidad Unidad de de contr control ol en el el cuadro cuadro de instr instrumen umentos tos J317 J317 Relé Relé par para a alim aliment entaci ación ón de tensió tensiónn borne borne 30 J533 J533 Interf Interfaz az de de diagn diagnosis osis para para bus bus de datos datos K231 K231 Testigo estigo lumino luminoso so para para filtro filtro de partícul partículas as diésel diésel N240-N243 Válvulas para inyector-bomba
G507
N18 N75 V135 V135 V157 V157 Z19 Z19
G506
N240 N241 N242 N243
Válvula Válvula para para reci recircu rculac lación ión de gases gases de de escap escapee Electr Electrová oválvu lvula la par para a limit limitaci ación ón de de la pres presión ión de de sobrealimentación Bomba Bomba para para adit aditivo ivo - filt filtro ro de partícul partículas as Motor Motor para para chap chapale aleta ta en el el colect colector or de admi admisió siónn Cale Calefa facc cció iónn para para sond sonda a lamb lambda da
Codificación de colores / leyenda = Señal de entrada = Señal de salida = Positivo = Masa = CAN-Bus de datos
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Límites del sistema Recorrido de trayectos breves b reves Para iniciar el proceso de regeneración en el filtro de partículas par tículas diésel se procede a elevar la temperatura de los gases de escape a base de una gestión específica del motor. Si se efectúan siempre solamente recorridos de trayectos breves breves no resulta posible elevar la temperatura de los gases de escape en la medida necesaria. La regeneración no se puede llevar a cabo con el éxito deseado. Las regeneraciones regeneraciones ulteriores que se efectúan entonces estando el filtro excesivamente saturado pueden provocar temperaturas excesivas al quemar el hollín y dañar el filtro de partículas . O bien puede suceder que el filtro se obstruya por cargas excesivas. Este bloqueo del filtro puede conducir a que el motor se detenga. Para evitar estos casos, a partir de un determinado límite de saturación del filtro o a partir de un número definido de ciclos de regeneración regeneración fracasados se procede a activar en el cuadro de instrumentos instrumentos el testigo luminoso para el filtro de partículas diésel.
Las explicaciones detalladas sobre el testigo luminoso para filtro de par tículas figuran en la página 27 de este Programa autodidáctico.
Idoneidad del combustible Para el funcionamiento intachable del sistema es necesario que la relación de aditivo y partículas de hollín en el filtro no baje por debajo de un mínimo específico. Es preciso tener en cuenta que el combustible corresponda con lo especificado en la norma DIN. Actualmente no es posible utilizar gasoil biológico con estos vehículos, debido a las condiciones actuales de la calidad de ese combustible y a su estabilidad claramente menor a efectos de oxidación. Si el combustible tiene un contenido de azufre muy alto, esto declina el funcionamiento del sistema de filtración de partículas, suponiendo un mayor consumo de combustible y un mayor número de ciclos de regeneración.
Emisiones Durante el ciclo de conducción con regeneración se puede producir un mayor índice de emisiones. Al efectuarse la regeneración regeneración se desarrolla un procedimiento de oxidación del hollín, que se transforma en dióxido de carbono (CO2). Si no hay suficiente oxígeno disponible para este proceso también se produce monóxido de carbono (CO ). Para determinar las emisiones de los gases de escape se lleva a cabo un test de emisiones (NEFZ - Neuer Europäischer Fahrzyklus = nuevo ciclo europeo de prueba). A este respecto se analizan los valores de un ciclo sin proceso de regeneración y uno con proceso de regeneración. regeneración. El vehículo debe cumplir con lo especificado en la norma de emisiones contaminantes E U4, tomándose en cuenta la media de estos valores.
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Servicio Mantenimiento del filtro de partículas En el filtro de partículas, aparte de las partículas de hollín, también se retienen cenizas. Estas cenizas anorgánicas constan de residuos de la combustión de aceite y del aditivo ferroso agregado al combustible. En virtud de que las cenizas ya no son combustibles, conducen con el transcurso del tiempo en servicio a una reducción del volumen de filtración eficaz y afectan de ese modo el funcionamiento del filtro de partículas. La cantidad de cenizas retenidas en el filtro de partículas diésel es calculada por la unidad de control del motor. El valor de la masa de cenizas es consultable a través de un bloque de valores de medición en el sistema de diagnosis, medición e información para vehículos VAS VAS 5052 en el modo operativo «Funciones guiadas». Teniendo en cuenta un consumo medio específico de combustible, el filtro de partículas está diseñado para una vida útil de 120.000 km. Si el consumo de combustible supera la media calculada, el filtro de partículas diésel alcanza prematuramente el final de su vida útil y tiene que ser sustituido a los 90.000 km.
Después de la sustitución del filtro de partículas hay que poner a «0» el valor de masa de las cenizas, con ayuda del sistema de diagnosis, medición e información para vehículos VAS 5051. Si se sustituye la unidad de control del motor es preciso consultar con el VAS VAS 5051 la masa de cenizas memorizada en la unidad de control del motor antigua e inscribir ese valor a continuación en la unidad nueva. A este respecto hay que atenerse a las indicaciones exactas que se proporcionan en el sistema electrónico de información en el Servicio (EL (E LSA).
Mantenimiento del depósito de aditivo La capacidad del depósito de aditivo está prevista de modo que la cantidad de llenado sea suficiente para cubrir un consumo medio de combustible equivalente a un recorrido de 120.000 km. Si el consumo de combustible supera la media calculada, el sistema indica al conductor la necesidad de acudir al taller a partir de una cantidad residual de aditivo de 0,3 litros, a base de encenderse el testigo de precalentamiento y aparecer un texto de avería en la pantalla del cuadro de instrumentos. El aditivo se mantiene químicamente estable durante un intervalo de 4 años, incluso en condiciones climatológicas extremas. Al cabo de 4 años, años , 120.000 km o a partir del momento en que aparece el aviso en el cuadro de instrumentos es precisa una intervención por parte del Servicio en área del aditivo. A ello pertenece la aspiración de la cantidad residual y el llenado del depósito de aditivo.
Sírvase tener en cuenta las medidas de seguridad especificadas en el sistema E LSA para las intervenciones del Servicio en el área del depósito de aditivo.
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Servicio Nuevas herramientas especiales
Designación
Herramienta
Aplicación
VAS 6277/1 Dispositivo de extracción por succión
Para extraer por succión el aditivo líquido del depósito de aditivo
S330_164 VAS 6277/2 Dispositivo de llenado
Para llenar el depósito con aditivo líquido
S330_166 VAS 6277/3 Protector de rebose
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Pruebe sus conocimientos 1.
¿Qué función asume el aditivo? a) Con ayuda del aditivo se lentifica la operación operación de combustión en el el filtro de partículas. b) El aditivo asume la función de reducir la temperatura temperatura de combustión de las partículas de hollín a unos 500 °C, para posibilitar así un ciclo de regeneración en el filtro de partículas, también a carga parcial. c) Después de cada repostaje, repostaje, el aditivo se mezcla con con el combustible a través través del conducto de retorno. Esto hace que el combustible tenga una mejor combustión y se produzca una menor cantidad de partículas de hollín durante el proceso de combustión en el motor.
2.
Existe una serie de soluciones técnicas posibles para para la reducción de las emisiones contaminantes en los gases de escape. ¿Qué afirmación es correcta? a) Una reducción de las emisiones se puede conseguir mediante mediante medidas endomotrices. b) La liberación liberación de las partículas de hollín que se producen con motivo de la combustión también se puede reducir mediante medidas ectomotrices. c) La reducción reducción de las emisiones de escape escape se puede conseguir desactivando desactivando la recirculación recirculación interna de gases de escape.
3.
¿Las señales de qué qué sensores necesita la unidad de control del motor para determinar las cargas de hollín en el filtro de partículas? a) Sonda Sonda lambda lambda b) Medidor Medidor de la masa de de aire c) Sensor Sensor de temperatur temperatura a ante turbocompres turbocompresor or d) Sensor de presión presión 1 ante filtro de partículas e) Sensor de temperatura ante filtro de partículas
e , d , b ) . 3 b , a ) . 2 b ) . 1 s e n o i c u l o S
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© VOLKSWAGEN VOLKSWAGEN AG, Wolfsburg, VK-21 Service Training Training Reservados todos los derechos. Sujetos a modificaciones técnicas. 000.2811.46.60 Estado técnico: 05/04
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celulosa blanqueada sin cloro.
