Sistemas de inyección de aire: Reducción de emisiones de escape explicada

La inyección de aire es técnica para reducir emisiones de escape inyectando aire en cada puerto de escape del motor, donde mezcla con gases calientes y oxida HC y CO. Se forman H₂O y CO₂. En inicios del control de emisiones, era fácil cumplir normas con inyección de aire. Uno de los primeros dispositivos añadidos para oxidar HC y CO, también llamado sistema de bomba de aire.

En este artículo aprenderás definición, componentes, diagrama, funcionamiento, ventajas y desventajas de un sistema de inyección de aire.

¿Qué es un sistema de inyección de aire?

Para reducir emisiones HC y CO, bombea aire fresco a puertos de escape. Humos contienen combustible sin quemar y parcialmente quemado. Este sigue ardiendo por oxígeno del sistema. Componentes principales: bomba aire, válvula derivadora (diverter), colector distribución aire, válvula retención aire.

Rudolf Diesel ideó el concepto. Figura 1 muestra configuración. Durante suministro gasolina, aire y combustible inyectados en cilindro. Presión aire para inyección ~70 bar o más.

En motor combustión interna, inyección combina combustible con aire. Sistemas tienen diversos objetivos funcionales, pero todos alimentan combustible a combustión. Objetivos: producción potencia, consumo, emisiones, fiabilidad, suavidad, arranque, costes operación/mantenimiento.

Componentes del sistema de inyección de aire

• Bomba de aire con filtro
• Colectores y boquillas de aire
• Válvula anti-retroceso (Anti backfire)
• Válvula de retención (Check valve)
• Mangueras de conexión

Bomba de suministro de aire:

Bombas accionadas por correa desde cigüeñal, en frontal del motor. Aspiran aire fresco por filtro externo y lo envían por mangueras a cada puerto escape a baja presión. Al añadir este aire extra a HC y CO calientes en colector, se oxidan, convirtiendo a H₂O y CO₂.

Colectores y boquillas de aire:

Sistemas tempranos usaban dos métodos para alimentar aire a escape:

• Motores pequeños: colector externo suministra aire a puerto escape cerca de cada válvula por tubos inyección
• Motores grandes: colector interno por túneles en culata o colector escape lleva aire a puerto cerca de cada válvula

Válvula anti-retroceso:

Alto vacío admisión en desaceleración permite mezcla rica. Aire fresco inyectado en escape durante desaceleración mezcla con gasolina sin quemar, causando retroceso (backfire). Combustión rápida gases sin quemar puede destruir silenciador. Válvula anti-retroceso (supresora) previene cortando flujo aire durante desaceleración. Válvula "gulp" y derivadora (diverter) usadas para detener flujo.

Válvula de retención (Check valve):

Válvula unidireccional evita reflujo gases escape a través de bomba aire. Entre colector aire y válvula derivadora/gulp. Resorte cierra válvula bloqueando reflujo cuando presión escape > presión inyección o si bomba falla. En motores línea, una válvula; en V, dos (una por bancada). Algunos V solo una.

Sistema de inyección secundaria tiene partes adicionales:

• Filtro aire
• Bomba aire secundaria
• Unidad control motor (ECU)
• Relé control
• Válvula cambio (Change-over valve)
• Válvula combinada (Combination valve)

Diagrama de sistema de inyección secundaria:

[Se recomienda insertar diagrama esquemático]

Principio de funcionamiento

Funcionamiento menos complejo y fácil. Bomba aire impulsa aire a válvula derivadora al girar motor. Si vehículo no desacelera, aire pasa por derivadora, válvula retención, colector inyección, a motor. Aire fresco golpea válvulas escape. Válvula derivadora impide aire a colector escape durante desaceleración. Evita retroceso potencial que dañaría escape. Derivadora libera presión excedente cuando necesario.

Sistema de inyección secundaria:

Durante fase arranque en frío, cuando convertidor catalítico no funciona, reduce más HC y CO. En motores gasolina estequiométricos, convertidor 3-vías logra conversión >90%. En arranque frío, hasta 80% emisiones se liberan. Pero convertidor solo efectivo entre 300-350°C, así que emisiones deben reducirse en fase fría con diversos métodos. Sistema aire secundario hace eso.

Cuando hay oxígeno residual en escape y temperatura suficiente, HC y CO reaccionan generando CO₂ y H₂O en reacción secundaria.

En fase arranque frío, mezcla muy rica, aire inyectado en flujo escape asegura oxígeno para reacción. Sistema secundario se apaga tras ~100 segundos en vehículos con convertidor 3-vías y control lambda. Calor de reacción secundaria eleva rápidamente temperatura trabajo de convertidor.

Suministro aire suplementario activo o pasivo. Pasivo usa oscilaciones presión en escape. Por vacío causado por caudal tubo escape, aire adicional entra por válvula temporizada. Activo: bomba inyecta aire secundario. Mayor control.

Mira el video a continuación para aprender más sobre el sistema de inyección de aire:

[Insertar video explicativo]

Ventajas y desventajas del sistema de inyección de aire

Ventajas:

• Mejor atomización y distribución de combustible
• BMEP mayor que otros sistemas por combustión más completa
• Permite uso de combustibles menos costosos

Desventajas:

• Compresor requiere mecanismo complejo
• Peso motor aumenta
• Parte de potencia motor necesaria para accionar compresor, reduciendo BHP

Esto concluye el artículo sobre definición, componentes, diagrama, funcionamiento, ventajas y desventajas del sistema de inyección secundaria de aire. Espero que hayas aprendido mucho; si es así, compártelo con otros estudiantes. ¡Gracias por leer, nos vemos!