330-El filtro de partículas diesel

Service Training

Programa autodidáctico 330

Sistema de filtración de partículas diéselcon aditivo

Diseño y funcionamiento

2

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.

Todo fuego genera productos nocivos, derivados de la combustión, entre los cuales figuran las partículas de hollín. El objetivo consiste en evitar riesgos para el medio ambiente y para la salud a raíz de la generación y liberación del hollín.

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.

Una posibilidad para reducir las partículas de hollín la ofrece el filtro de partículas diésel.

S330_001

Para más información sobre el tema de las emisiones de escape consulte los siguientesProgramas autodidácticos:

● SSP 124: Motor diésel catalizado● SSP 230: Emisiones contaminantes en vehículos de motor● SSP 315: Eurodiagnosis de a bordo para motores diésel

NUEVO AtenciónNota

El Programa autodidáctico informa sobre diseños y modos de funcionamiento de nuevos desarrollos. No se actualizan los contenidos.

Para las instrucciones de actualidad relativas a comprobación, ajustes y reparación se consultará la documentación del Servicio Postventa prevista específicamente para ello.

3

Referencia rápida

Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Diseño y funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Estructura del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Sensores y actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Esquema de funciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Límites del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

Pruebe sus conocimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

4

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 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 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.

S330_035

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.

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.

5

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 EU4. Establecen para la industria de automoción los límites de las emisiones de escape para la homologación de nuevos modelos de vehículos.

EU3

Desde el año 2000 rige la norma de emisiones de escape EU3 para vehículos de nueva matriculación.

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.

EU4

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.

Más de un 65 por ciento de los vehículos Volkswagen con motor diésel matriculados en Alemania ya cumplen desde ahora con la norma sobre emisiones de escape EU4.

S330_026

0,2

0,6

0,4

0,8g/km

HC + NOXCO PMNOX

EU3 EU4 EU3 EU4 EU3 EU4 EU3 EU4

0,64

0,50

0,56

0,30

0,50

0,25

0,05 0,025

Monóxidode carbono

Hidrocarburos yóxidos nítricos

Óxidos nítricos Partículas de hollín

Límites de emisiones de escape autorizados para motores diésel

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 importante según ello. Por ese motivo es preciso que en el futuro todos los turismos con motor diésel vayan equipados con un filtro de hollín.

6

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.

aprox. 67%

CO2

H2ON2

aprox. 12%

aprox. 11%

HC

NOX

CO

O2

SO2

PM

aprox. 0,3%

aprox. 10%

S330_108

Combustible inyectado:HC HidrocarburosS Azufre

Aire aspirado:O2 OxígenoN2 NitrógenoH2O Agua

(humedad del aire)Gases de escape:O2 OxígenoN2 NitrógenoH2O AguaCO2 Dióxido de carbono

CO Monóxido de carbonoHC HidrocarburosSO2 Dióxido de azufreNOx Óxidos nítricosPM Partículas de hollín(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.

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.

7

Contaminantes en los gases de escape

S330_014

CO Monóxido decarbono

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.

S330_016

HCHidrocarburos

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.

S330_018

SO2Dióxido de azufre

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.

S330_020

NOxÓxidos nítricos

Los óxidos nítricos (por ejemplo NO, NO2, ...) surgen a causa de una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor.

S330_022

Partículas de hollín Por falta de oxígeno se producen partículas de hollín a causa de una combustión incompleta.

8

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, las condiciones de aplicación y el combustible empleado.

Carbono

HidrocarburosSO4 (sulfato)

Azufre y óxidos metálicos

H2O (agua)

S330_182

9

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.

Partícula típica de hollín, que se produce con motivo de la combustión en el motor diésel

S330_013

La masa de las partículas y su cantidad dependen básicamente, por tanto, de la calidad de la combustión en el 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, es decir, que son muy parecidos los resultados, indistintamente de que se trate de motores de cámara de turbulencia, common rail o inyector-bomba.

10

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.

S330_045

A las medidas endomotrices pertenecen:

● 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

● 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.

11

Medidas ectomotrices

Las medidas ectomotrices pueden impedir la liberación de las partículas 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.

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.

S330_142

750 °C

620 °C 500 °C

Catalizadorde oxidación Filtro de partículas

Temperatura de los gases de escape en esta zona, a carga parcial

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.

S330_144

750 °C

620 °C

Filtro de partículas con cataliza-dor de oxidación integrado

Temperatura de los gases de escape en esta zona, a carga parcial

12


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 explica la arquitectura y el funcionamiento del sistema de filtración de partículas diésel con aditivo.

1

2

4

5

6

9

14

15

7

S330_030

8

10 1112

13

3

1 Unidad de control en el cuadro de instrumentos J2852 Unidad de control del motor3 Depósito de aditivo4 Sensor de falta de aditivo para el combustible G5045 Bomba para aditivo del filtro de partículas V1356 Depósito de combustible7 Motor diésel8 Sensor de temperatura ante turbocompresor G507

9 Turbocompresor10 Sonda lambda G3911 Catalizador de oxidación12 Sensor de temperatura ante filtro de partículas G50613 Filtro de partículas14 Sensor de presión 1 para gases de escape G45015 Silenciador16 Medidor de la masa de aire

16

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 sensores del sistema de escape.

13

Filtro de partículas

S330_017

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.

Arquitectura

El filtro de partículas diésel consta de un 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

S330_038

Cuerpo cerámico alveolar

S330_154

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.

14


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, las partículas de hollín retenidas en el filtro se someten a combustión, a una temperatura de 500 °C, aproximadamente. La temperatura propiamente dicha para el encendido del hollín es de unos 600-650 °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 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.

El ciclo de regeneración lo gestiona la unidad de control del motor.

Filtro de partículas vacío = Baja resistencia de flujo

Sensor de presión 1 paragases de escape G450

Señales hacia launidad de control del motor

S330_042

Sensor de temperatura antefiltro de partículas G506

Medidor de lamasa de aire G70

Filtro de partículas vacío

S330_044

Filtro de partículas saturado = Alta resistencia de flujo

Sensor de presión 1 paragases de escape G450Sensor de temperatura

ante filtro de partículas G506



Filtro de partículas saturado

15

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 no es perceptible para el conductor.


S330_051




Regeneración del filtro de partículas

16


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.

S330_112Depósito 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 de ignición del hollín es de unos 600-650 °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.

El aditivo agregado al combustible pasa conjunta-mente con el hollín al filtro de partículas. Allí se deposita entre las partículas de hollín.

Aditivo Partícula de hollín

S330_186

17

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 de partículas con respecto a la diferencia de presión antes y después del filtro de partículas.

Diferencia de presión

La 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, 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 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

0 100 200 300 400 500 600 700

0

50

100

150

200

250

300

Caudal volumétrico (m3/h)

Dife

renc

ia d

e pr

esió

n ∆p

(mba

r)

Filtro de partículas diésel:

Saturado

Vacío

Averiado

S330_156

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.

18


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.

S330_124

● 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.

S330_120

● 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.

S330_122

19

Estructura del sistema

Estructura del sistema: filtro de partículas diesel con aditivo



Sonda lambda G39

Bomba para aditivo delfiltro de partículas V135

Unidad de control para sistema de inyección directa diésel J248

Unidad de control para sistema de inyección directa diésel J248

Testigo luminoso para filtro de partículas diesel K231

Conector paradiagnósticos

CAN-Bus de datos

Calefacción para sonda lambda Z19

Sensor de temperatura anteturbocompresor G507

Sensor de falta de aditivopara el combustible G504

S330_106

Medidor de la masa de aire G70

Sensor de nivel de combustible G

Testigo lumin. p. tiempo de precalentamiento K29

Inyectores-bomba N240-N243

Bloque de válvulas electromagnéticas con:válvula para recirculación de gases de escape N18, electroválvula para limitación de la presión de sobrealimentación N75

Motor para chapaleta en el colector de admisión V157

20

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.

S330_048

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.

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.

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.

El sensor contiene un diafragma con elementos piezoeléctricos, que actúan en función de las presiones de los gases de escape.

S330_050

Señal hacia launidad de control

Diafragmacon elementospiezoeléctricos

Presión anteel filtro

Presión tras el filtro

21

Así funciona:

Filtro de partículas vacío

S330_160

S330_090

Presión ante el filtro =presión tras el filtro

Elementos piezoeléctri-cos

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.

Filtro de partículas saturado

S330_162

S330_092

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. 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 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».

22


Sensor de temperatura ante el filtro de partículas G506

S330_100

S330_114

El sensor de temperatura ante el filtro de partículas es un sensor PTC. En un sensor PTC (positive 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.


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.

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.


Si se ausenta la señal del sensor de temperatura ante el filtro de partículas, la regeneración del filtro de partículas se efectúa de forma cíclica, en función del recorrido efectuado o de las horas de servicio.

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.

23

Sensor de temperatura ante el turbocompresor G507

S330_096

S330_180

El sensor de temperatura ante el turbocompresor es un sensor PTC. Va situado en el ramal de escape ante el turbocompresor y mide allí la temperatura de los gases de escape.


La unidad de control del motor necesita la señal procedente del sensor de temperatura ante el turbo-compresor, para calcular con ella el momento y la dosificación de la post-inyección durante el ciclo de 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 turbo-compresor contra temperaturas excesivas durante el ciclo de regeneración.


Si se avería el sensor de temperatura ante el turbo-compresor deja de ser posible proteger el turbo-compresor contra temperaturas inadmisiblemente altas. En ese caso ya no se produce el ciclo de regeneración para el filtro de partículas diésel.El testigo de precalentamiento se enciende para indicar al conductor la necesidad de que acuda al taller. Para reducir las emisiones de hollín se procede a desactivar la recirculación de los gases de escape.

24


Sonda lambda G39

La sonda lambda es una versión de banda ancha. Va situada en el colector de escape ante el catalizador de oxidación.

S330_098


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 post-inyección para el ciclo de regeneración. Para que la 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 turbo-compresor.


La 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».

25

Medidor de la masa de aire G70

S330_184

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.


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.

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.


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.

Sin embargo, a largo plazo el filtro de partículas no se puede regenerar de forma fiable de este modo. 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.

26


Sensor de falta de aditivo para el combustible G504

El sensor de falta de aditivo para el combustible se encuentra en el depósito de aditivo.

S330_146S330_138


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 conductor que existe un fallo en el sistema de filtración de partículas 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

Flotador

Contactode Reed

Anillomagnético

Cuadro deinstrumentos

S330_128

Testigo luminoso deprecalentamiento

27

Así funciona:

Contactode Reed

Flotador Anillomagnético

Aditivo

S330_136

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. El contacto de Reed está abierto.

Contactode Reed

Flotador Anillomagnético

Aditivo

S330_134

Si el depósito contiene muy poco aditivo, el flotador baja hasta el tope inferior, cerrando el contacto de Reed por el efecto del anillo magnético. El testigo luminoso para precalentamiento se activa.


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.

28


Actuadores

Bomba para aditivo - filtro de partículas V135

S330_150S330_148

La bomba para aditivo - filtro de partículas es una bomba de émbolo alternativo, que impele el aditivo hacia el depósito de combustible. 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

Bobinado electromagnético

Inducido electromagnético

Émbolo de la bombaMuelle

Taladro de afluencia

Cámara interior de la bomba

Bola de la válvula

del depósito de aditivo

hacia el depósitode combustible

S330_174

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.

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.

29

Aspiración de aditivo



Muelle


Cámara interior de la bomba

Bola de la válvula



Émbolo de la bomba

Cámara del inducido

S330_176

Durante el ciclo aspirante entra el aditivo en la cámara del inducido. El bobinado electromagnético no se encuentra excitado por la unidad de control del 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.



Muelle


Cámara interiorde la bomba

Bola de la válvula



Émbolo de la bomba

Cámara del inducido

S330_178

El émbolo de la bomba se 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.

30


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 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 de contaminación K83 (MIL)

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 = 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

31

N18 Válvula para recirculación de gases de escapeN75 Electroválvula para limitación de la presión de

sobrealimentaciónV135 Bomba para aditivo - filtro de partículasV157 Motor para chapaleta en el colector de admisiónZ19 Calefacción para sonda lambda

Codificación de colores / leyenda= Señal de entrada

= Señal de salida

= Positivo

= Masa

= CAN-Bus de datos

Esquema de funciones

Esquema de funciones

Kl. 30

V135G39

Z19

J533

K231

J285

J248

G70G504 G507 G506

S S

J317

Kl. 15

S

G450

S330_170

G

N240 N241 N242 N243

S

V157N18 N75

G Sensor para indicador del nivel de combustibleG39 Sonda lambdaG70 Medidor de la masa de aireG450 Sensor de presión 1 para gases de escapeG504 Sensor de falta de aditivo para el combustibleG506 Sensor de temperatura ante el filtro de partículasG507 Sensor de temperatura ante el turbocompresorJ248 Unidad de control para sistema de inyección directa

diéselJ285 Unidad de control en el cuadro de instrumentosJ317 Relé para alimentación de tensión borne 30J533 Interfaz de diagnosis para bus de datosK231 Testigo luminoso para filtro de partículas diéselN240-N243 Válvulas para inyector-bomba

32

Límites del sistema

Recorrido de trayectos breves

Para iniciar el proceso de regeneración en el filtro de partículas 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 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 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 fracasados se procede a activar en el cuadro de instrumentos el testigo luminoso para el filtro de partículas diésel.

Las explicaciones detalladas sobre el testigo luminoso para filtro de partículas figuran en la página 27 de este Programa autodidáctico.

Idoneidad del combustiblePara 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.

EmisionesDurante el ciclo de conducción con regeneración se puede producir un mayor índice de emisiones. Al efectuarse la 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. El vehículo debe cumplir con lo especificado en la norma de emisiones contaminantes EU4, tomándose en cuenta la media de estos valores.

33

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 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 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 (ELSA).

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 precalentami-ento 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, 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 ELSA para las intervenciones del Servicio en el área del depósito de aditivo.

34

Servicio

Nuevas herramientas especiales

Designación Herramienta Aplicación

VAS 6277/1Dispositivo de extracción por succión

Para extraer por succión el aditivo líquido del depósito de aditivo

VAS 6277/2 Dispositivo de llenado

Para llenar el depósito con aditivo líquido

VAS 6277/3 Protector de rebose

S330_164

S330_166

S330_168

35

Pruebe sus conocimientos

1. ¿Qué función asume el aditivo?

a) Con ayuda del aditivo se lentifica la operación de combustión en el filtro de partículas.

b) El aditivo asume la función de reducir la 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, el aditivo se mezcla con el combustible a 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 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 medidas endomotrices.

b) La liberación de las partículas de hollín que se producen con motivo de la combustión también se puede reducir mediante medidas ectomotrices.

c) La reducción de las emisiones de escape se puede conseguir desactivando la recirculación interna de gases de escape.

3. ¿Las señales de qué sensores necesita la unidad de control del motor para determinar las cargas de hollín en el filtro de partículas?

a) Sonda lambda

b) Medidor de la masa de aire

c) Sensor de temperatura ante turbocompresor

d) Sensor de presión 1 ante filtro de partículas

e) Sensor de temperatura ante filtro de partículas

Soluciones

1.)b

2.)a, b

3.)b, d, e

330

© VOLKSWAGEN AG, Wolfsburg, VK-21 Service Training

Reservados todos los derechos. Sujetos a modificaciones técnicas.

000.2811.46.60 Estado técnico: 05/04

❀ Este papel ha sido elaborado con

celulosa blanqueada sin cloro.

330-El filtro de partículas diesel

Documents

Transcript of 330-El filtro de partículas diesel