Comprensión de los filtros de escape diésel

El filtro de partículas diésel (DPF) es un filtro cerámico que tiene miles de pequeños canales o aberturas en forma de panal que atrapan el hollín en las paredes del canal y evitan que las partículas (hasta 1 micrón) salgan por el tubo de escape. La estructura interna alveolar está cubierta con una capa de un catalizador químico que contiene pequeñas cantidades de metales preciosos, generalmente platino o paladio.

Para reducir las partículas o el hollín del escape, es necesario elevar la temperatura de la cámara de combustión lo suficiente como para reducir la formación de partículas. Los NOx se forman cuando las temperaturas de combustión superan los 3200 °F (1800 °C) y la cantidad de óxido formado depende no solo de la temperatura, sino también del tiempo que se aplica el calor. Sin embargo, aumentar la temperatura de la cámara de combustión aumenta inadvertidamente la cantidad de NOx que se forma. Esto es aún peor para el medio ambiente que el hollín.

Los automóviles y camiones diésel fabricados después de 2009 deben tener un DPF y, en algunos casos, un sistema de reducción selectiva de catalizadores (SCR). Estos componentes trabajan juntos para reducir y, cuando funcionan correctamente, eliminar todos los NOx y el hollín dañinos del escape. Esto no sólo ayuda al medio ambiente, sino que también crea un motor mucho más limpio. El aceite del motor no se ensucia tan rápido como lo haría sin todos estos sistemas en funcionamiento. Menos hollín mezclado con el aceite del motor significa que se forma menos carbón arenoso en las cocinas de aceite y otras piezas móviles. Esto aumenta la vida útil del motor al mismo tiempo que limpia el aire.

El inconveniente de todo esto es que el DPF debe limpiarse periódicamente. Las partículas de hollín se adhieren al revestimiento del DPF mientras el motor está en marcha. Al mismo tiempo, el filtro se está obstruyendo lentamente con las mismas partículas que está diseñado para eliminar del escape. Este proceso de limpieza del DPF se realiza mediante un proceso llamado regeneración. Existen varios métodos diferentes utilizados por distintos fabricantes para limpiar el DPF.

Regeneración Pasiva La autorregeneración pasiva es completamente transparente para el operador y no afecta el funcionamiento ni el rendimiento de la máquina. La única indicación cuando se ha activado un ciclo de regeneración pasiva es una luz de advertencia de temperatura del escape que indica que la temperatura del escape es más alta de lo normal o un mensaje que indica que hay un ciclo de regeneración en proceso, o ambos.

Regeneración Activa La autorregeneración activa ocurre cuando no hay suficiente calor en el escape para convertir las partículas que se recogen en el DPF. La regeneración activa es autoactivada por el PCM en función de varias entradas. El PCM envía un comando para elevar las temperaturas de escape agregando una pequeña cantidad de combustible crudo inyectado aguas arriba del DPF. La reacción química de los metales preciosos en el DPF y las elevadas temperaturas de los gases de escape oxidan las partículas del filtro.

Regeneración estacionaria (estacionada) La regeneración estacionaria o estacionada es la misma que la regeneración activa, pero se lleva a cabo mientras el vehículo no está en marcha. Esto es inducido por el controlador o se realiza con una herramienta de escaneo. Hay ocasiones en las que el conductor necesitará realizar una regeneración manual o “estacionado” al costado de la carretera. Esto puede deberse a que cancelaron una regeneración anterior, o que se había iniciado una regeneración automática, pero fue interrumpida. En algunos casos, la regeneración se "obliga" al conductor por ignorar una solicitud anterior de realizar una regeneración estacionado haciendo que el vehículo entre en modo de emergencia. Muchas veces, una luz de advertencia o un mensaje le indicará al conductor que se detenga y comience una regeneración estacionado. Por lo general, esto implica que el conductor ponga el freno de mano y active un interruptor para iniciar el proceso.

Precauciones de regeneración estacionaria (estacionada) Debido al alto calor creado durante el ciclo de regeneración, al realizar una regeneración estacionada o un ciclo de regeneración inducido por una herramienta de escaneo, siga estas reglas simples para evitar cualquier interferencia externa. Manténgase alejado de combustibles y personas.

Fallos de filtro Algunas fallas del filtro de escape diésel son el resultado de no permitir que se lleve a cabo la regeneración. Esto obstruirá inadvertidamente el DPF hasta el punto de que reemplazarlo sea la única opción. Aunque se puede limpiar hasta cierto punto, aún se pierde una parte de la funcionalidad debido a la gravedad de la restricción. Otro problema es cuando está en regeneración y el exceso de calor combinado con la obstrucción hace que la carcasa metálica del DPF se expanda y se rompa. Lo que, por supuesto, significa que la única solución es reemplazar el DPF. El DPF requiere una limpieza profesional cada 150 000 a 250 000 millas o 5000 horas.

Monitoreo de regeneración En algunos vehículos, el seguimiento se realiza mediante un sensor de presión que mide las presiones de entrada y salida del DPF. Otros utilizan el kilometraje o un contador de horas del motor. En la mayoría de los vehículos, existe una manera de apagar el proceso de regeneración si se encuentra en una situación en la que elevar la temperatura del sistema de escape podría provocar un incendio. Pero no lo dejes apagado o se pueden causar daños permanentes al DPF.

Regeneración La regeneración sólo puede ocurrir cuando las condiciones están dentro de las especificaciones preestablecidas para ese motor y las necesidades del fabricante. En general, la mayoría de los ciclos de regeneración se realizan sin que el conductor sepa que se están llevando a cabo. El proceso de regeneración se produce elevando la temperatura del DPF a aproximadamente 1100 °F (600 °C) y se proporciona suficiente oxígeno directamente al DPF. Algunos sistemas inyectarán combustible adicional en el cilindro durante la carrera de escape, lo que efectivamente envía gases calientes al catalizador de oxidación del DPF, elevando su temperatura lo suficiente como para hacer que el carbón reaccione con el exceso de oxígeno que también se proporcionó. Otros sistemas dependen de un elemento calefactor justo enfrente del DPF para elevar la temperatura.

El proceso de regeneración continuará hasta que el diferencial de presión a través del DPF (entrada y salida) caiga a un nivel aceptable. Si, por ejemplo, las circunstancias de conducción cambian, el coche se detiene y se interrumpe la regeneración hasta que las condiciones vuelvan a ser adecuadas. La regeneración puede ser un asunto ruidoso, ya que el motor acelera hasta 4000 RPM durante cuatro minutos o más, luego pasa a 2000 RPM durante cuatro minutos adicionales o más. Cuando se complete la regeneración, el vehículo volverá a su ralentí normal y la luz de servicio se apagará.

Problemas de regeneración Los problemas surgen cuando se abandonan las regeneraciones sucesivas y los niveles de hollín aumentan hasta un punto en el que el DPF se obstruye y no puede regenerarse por sí solo. Es posible que los viajes cortos y el tráfico con paradas y arranques no permitan que el DPF alcance la temperatura adecuada. Cuando esto sucede, el conductor recibe una notificación mediante una luz de advertencia del DPF parpadeante. Si se ignora la luz de advertencia, aparece una segunda advertencia que puede hacer que el vehículo entre en modo de emergencia. En modo flácido, el vehículo no funcionará a más de 5 o 10 mph y permanecerá así hasta que haya sido reparado adecuadamente utilizando un escáner para realizar el proceso de regeneración.

Reducción Catalítica Selectiva (SCR) SCR es una alternativa a la EGR y aborda el mismo problema de reducir los contaminantes de NOx. Este sistema utiliza una solución de 32,5% de urea y 62,5% de agua desnaturalizada llamada líquido de escape diésel (DEF). Este líquido azul está contenido en un tanque de retención separado que se inyecta en el escape. Cuando la mezcla de urea se encuentra con los gases de escape calientes, se descompone en amoníaco (NH3) y CO2. A continuación, el amoníaco reacciona con óxidos de nitrógeno en un segundo convertidor catalítico para formar una producción inofensiva de nitrógeno y agua. La ventaja no es sólo una reducción de NOx, sino también una reducción en el uso de EGR. Esto significa una combustión más eficiente, una menor producción de partículas y un mejor consumo de combustible.