Componentes de Gases de Escape y Sistemas de Inyección en Motores

Gases de Escape No Tóxicos

Estos son algunos de los gases producidos durante la combustión que no se consideran directamente tóxicos en las concentraciones habituales de emisión:

• Nitrógeno (N₂): Es un gas inerte. En su mayor parte, tal como entra con el aire de admisión, sale por el escape sin sufrir modificaciones significativas, excepto en pequeñas cantidades que pueden reaccionar a altas temperaturas para formar NOx.
• Oxígeno (O₂): Es imprescindible para la combustión. Si la combustión fuera perfecta y estequiométrica, teóricamente no debería salir oxígeno por el escape. Sin embargo, en la práctica (especialmente en mezclas pobres), suele haber un residuo, aproximadamente del 0,6% o más.
• Vapor de agua (H₂O): Es un producto natural de la combustión de hidrocarburos. Al enfriarse los gases en el sistema de escape, este vapor puede condensarse y observarse como goteo, especialmente durante el arranque en frío.
• Dióxido de carbono (CO₂): Es el principal producto de la combustión completa del carbono presente en el combustible. Aunque no es tóxico en el sentido clásico, es un importante gas de efecto invernadero.

Gases de Escape Tóxicos

Estos componentes de los gases de escape son perjudiciales para la salud y/o el medio ambiente:

• Monóxido de carbono (CO): Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Resulta muy tóxico debido a su fácil absorción por la sangre, donde se une a la hemoglobina con mucha más afinidad que el oxígeno, impidiendo el correcto transporte de este último a los tejidos. Se produce por una combustión incompleta (mezcla rica).
• Hidrocarburos sin quemar (HC): Son restos de combustible que no se han quemado completamente o aceite lubricante que pasa a la cámara de combustión. Aunque las cantidades emitidas directamente pueden no ser suficientes para causar envenenamiento agudo en humanos, contribuyen a la formación de smog fotoquímico y algunos son cancerígenos.
• Óxidos de nitrógeno (NOx): Se forman principalmente por la reacción del nitrógeno y el oxígeno del aire a las altas temperaturas y presiones de la cámara de combustión. Son muy tóxicos, irritantes para el tejido respiratorio y altamente perjudiciales para el medio ambiente, contribuyendo a la lluvia ácida y al smog fotoquímico. Incluyen gases como el NO y el NO₂.
• Partículas sólidas: Debido a que la combustión es a menudo incompleta, especialmente en motores diésel o de inyección directa de gasolina en ciertas condiciones, se crean partículas sólidas microscópicas en forma de ceniza u hollín (carbono). Estas partículas son perjudiciales para el sistema respiratorio y contribuyen a la contaminación del aire.

Sistemas de Inyección de Combustible

Los sistemas de inyección son responsables de dosificar y entregar el combustible al motor. Se pueden clasificar de diversas maneras:

Según el Tipo de Control

• Mecánicos: El ejemplo clásico es el carburador. El control del flujo de aire se efectúa mediante una mariposa y la mezcla aire/gasolina se regula por principios físicos (efecto Venturi) y elementos mecánicos. También existen sistemas de inyección mecánica (ej. K-Jetronic).
• Electromecánicos: Similares en concepto a los mecánicos, pero la regulación final de la mezcla se realiza de forma electrohidráulica o electromecánica, a menudo con la intervención de una unidad de control electrónico (ECU) básica para ajustes finos.
• Electrónicos: Son los sistemas modernos. La Unidad de Control del Motor (ECU) mide, mediante diversos sensores (posición del acelerador, RPM, temperatura del motor y del aire, presión del colector, sonda lambda, etc.), las condiciones de funcionamiento del motor. Con esta información, calcula y ordena la inyección de las cantidades precisas de combustible en el momento adecuado a través de electroinyectores. Esto optimiza el rendimiento, el consumo y minimiza las emisiones. Las primeras ECUs eran analógicas (basadas en circuitos electrónicos básicos), mientras que las actuales son digitales (basadas en microprocesadores que controlan de forma integrada múltiples sistemas del motor).

Según la Formación de la Mezcla

• Inyección Continua: Empleada en algunos sistemas mecánicos (como K-Jetronic) y electromecánicos. El combustible se inyecta de forma continuada en el ramal del colector de admisión correspondiente a cada cilindro mientras el motor está en marcha. La cantidad se regula variando la presión o el caudal.
• Inyección Intermitente: Utilizada en todos los sistemas electrónicos modernos. La inyección se efectúa en pulsos discretos mediante inyectores electromagnéticos que se abren y cierran según las órdenes de la ECU. Permite un control mucho más preciso del combustible inyectado.

Según el Punto de Inyección

• Inyección Indirecta (PFI - Port Fuel Injection): La mezcla aire/combustible se forma fuera de la cámara de combustión, en el colector de admisión, justo antes de la válvula de admisión. Puede ser:
  • Monopunto (SPI - Single Point Injection / TBI - Throttle Body Injection): Un solo inyector (o a veces dos) para todos los cilindros, ubicado generalmente en el cuerpo de la mariposa, de forma similar a un carburador.
  • Multipunto (MPI - Multi-Point Injection): Un inyector por cada cilindro, ubicado en el colector de admisión, apuntando hacia la válvula de admisión correspondiente. Es más precisa que la monopunto.
• Inyección Directa (GDI - Gasoline Direct Injection / FSI - Fuel Stratified Injection / etc.): El combustible se inyecta a alta presión directamente dentro de la cámara de combustión (cilindro). Permite un control muy preciso de la combustión, mayores relaciones de compresión y mejoras en eficiencia y rendimiento, aunque puede generar más partículas en ciertas condiciones.

Según la Temporización (Sistemas Intermitentes Multipunto/Directa)

Se refiere al momento y orden en que se activan los inyectores en sistemas intermitentes:

• Simultánea: Todos los inyectores se activan y cierran al mismo tiempo, inyectando combustible una o dos veces por cada ciclo completo del motor (dos vueltas de cigüeñal). Es el método más simple.
• Semisecuencial (o por Bancos / Grupos): Los inyectores se activan en grupos. Por ejemplo, en un motor de 4 cilindros, podrían inyectar juntos los cilindros 1 y 4, y luego los cilindros 2 y 3. O en motores con cilindros pares, se inyecta simultáneamente en los cilindros cuya carrera de pistón es pareja (ej. ambos subiendo o bajando).
• Secuencial: Cada inyector se activa de forma individual y sincronizada con el tiempo de admisión de su respectivo cilindro (generalmente, justo antes o durante la apertura de la válvula de admisión). Es el método más preciso y eficiente, permitiendo optimizar la mezcla para cada cilindro individualmente.