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Familiarización Sistema EGRFamiliarización Sistema EGR
C iCummins
F ili i ió Si t EGRFamiliarización Sistema EGR
La teoría de recirculación del gas de escape y de la operación del sistema conforme se relaciona con los productos automotricesRepaso de la combustión
ádiesel básica. Los componentes del sistema de recirculación del
dgas de escape y su operación.
Introducción
Diseños Nuevos:– Mejoras en Motor Base– Sistemas de Aire,
Combustible y Control Optimizados
– EGR¿Qué significa EGR?Arranque en FríoTorque de Accionamiento del EmbragueRespuesta Transitoria
IntroducciónIntroducción
Combustión Básica
Combustión BásicaCombustión Básica
El sistema de recirculación del gas de escape toma una porción del gas de escape y la regresa a la cámara de combustión. La combustión ocurre cuando es inyectado combustible en un cilindro que contiene aire bajo altas presión yque contiene aire bajo altas presión y temperatura. El combustible rápidamente quemado libera una gran cantidad de energíalibera una gran cantidad de energía térmica. La liberación de energía térmica incrementa drásticamente la presión en el cilindro. Esta presión i t d i l h i b j lincrementada impulsa hacia abajo al pistón.
Combustión BásicaCombustión Básica
Requerimientos para que ocurra la combustión:
– aire, – calor, y
Elementos de la Combustión
calor, y – combustible
Aire es una combinación de aprox.:– 21% de oxígeno; – 75% de nitrógeno; y
O2– 4% de diversos gases
De estos gases, el oxígeno es el único que soporta la combustión.Nitrógeno y otros gases tienen un impacto en las emisiones de escape.A más O2, mayor eficiencia en la combustión1 lb de comb. 20 lb de aire
Densidad del Aire
Medición de moléculas de oxígeno dentro de un volumen fijo de aire. j
El aire en altitudes elevadas es menos denso que el aire a nivel del mar, pero la relación de oxígeno a nitrógeno
permanece igual
Densidad del Aire
La densidad del aire también es afectada por la temperatura del aire ambiente y la humedad.
La humedad, deja menos espacio para las moléculas de oxígeno en un volumen fijo de aire
el aire húmedo y caliente no crea buena eficiencia deel aire húmedo y caliente no crea buena eficiencia de combustión
el aire frío y seco es excelente para combustión
C l C b tiblCalor y Combustible
El calor es producido durante la carrera de compresión
El combustible está compuesto casi enteramente de
bi i d hid ócombinaciones de hidrógeno y carbono. Los combustibles difieren en su relación de hidrógeno a carbono g(hidrocarburos)
RResumen
Introducirse la cantidad apropiada de aire en la cámara El pistón en su carreraEl pistón en su carrera hacia arriba comprime el aire En el momento
i d i t dapropiado es inyectado combustible dentro del cilindrola compresión continúa phasta la ignición combustión creando energía térmica energía mecánicag
Subproductos de la Combustión
Los hidrocarburos reaccionan con el oxígeno en el aire durante la combustión
– agua yagua y– gas de dióxido de carbono.
Dos amplias categorías de substancias indeseables.
combinaciones de oxígeno y nitrógeno;– combinaciones de oxígeno y nitrógeno; (NO2, NO. conocidos como óxidos de nitrógeno o gases NOx)
– El combustible sin quemar o parcialmente quemado resulta en otro grupo. El combustible sin quemar es g p qhidrocarburo en naturaleza: materia de partículas o hidrocarburos. HC’s.
Los gases de NOx en la presencia de luz solar se combinan con Hidrocarburos para formar ozono (O3). El ozono es el componente mayor del smog.
Regulación
En EEUU las emisiones son reguladas por la EPA, para limitar los contaminantes en la atmósfera.
El ni el permisible de NO más HC’s seEl nivel permisible de NOx más HC’s se redujo grandemente para los motores automotrices de Rango Medio y Servicio Pesado a fines del 2002.
Para reducir la cantidad de contaminantesPara reducir la cantidad de contaminantes perjudiciales en el escape, el proceso de combustión debe controlarse. Debe ajustarse el periodo de retardo de encendido. U d l f d h l t dUna de las formas de hacerlo, es atrasando o adelantando la sincronización de inyección.
Sincronización de Inyección Atrasada
Combustible es inyectado dentro del cilindro más tarde en la carrera de compresiónMenos tiempo al combustible paraMenos tiempo al combustible para mezclarse con el aire, antes de la ignición.Temperatura real de combustión más bajamás bajaMenor formación de gases de NOx. Eficiencia de combustión ligeramente reducida.
t d i d l i i ió d d iatrasar demasiado la sincronización puede conducir a emisiones más altas de hidrocarburos y a desempeño inaceptable del motor.
Sincronización de Inyección Adelantada
Combustible es inyectado dentro del cilindro más pronto durante la carrera de compresiónMás largo será el periodo de g pretardo de encendido. Temperaturas de combustión más altasMenos combustible sin quemarqemisiones reducidas de HC’s.
adelantar demasiado la sincronización promueve la creación de un nivel inaceptable de gases de NOx.
Así que hay una relación muy estrecha entre la temperatura de Así que hay una relación muy estrecha entre la temperatura de combustión y la cantidad y tipo de emisiones que resultan.combustión y la cantidad y tipo de emisiones que resultan.
Sistema EGRSistema EGR
Sistema EGR
Para reducir incluso más el nivel de las emisiones de escape, el control electrónico de la inyección y el enfriamiento del aire de admisión solos ya no son adecuadosEl próximo paso viable para reducir temperaturas pico de combustión, es enfriar algo del gas de escape, mezclarlo con aire de admisión fresco y mover esta mezcla dentro de la cámara de combustiónLa mezcla de gas de escape recirculado (inerte) y aire de admisión fresco esLa mezcla de gas de escape recirculado (inerte) y aire de admisión fresco es llamado el aire de cargaEsto reduce la formación de NOx mientras se minimiza el uso de la sincronización “atrasada”El oxígeno está en una concentración más baja en el aire de carga debido a la adición del escape recirculado, sin embargo debe estar disponible la misma cantidad de oxígeno para el proceso de combustión.Para mantenerla debe incrementarse el volumen total de gas que entra a laPara mantenerla, debe incrementarse el volumen total de gas que entra a la cámara de combustión.
Sistema EGRSistema EGR
Componentes Básicos
Componentes Básicos
Turbocargador de Geometría VariableTurbocargador de Geometría VariableVálvula de Recirculación del Gas de Escape (Válvula EGR)Enfriador de Recirculación del Gas de Escape (Enfriador EGR)Tubo de Conexión EGRTubo de Conexión EGRDispositivo Mezclador de AdmisiónConexión en Fuelle al Enfriador EGR
Flujo del Sistema
Turbocargador de Geometría Variable (VGT)
Turbocargador VG
Acumula sobrepresión más rápidamente para mejorar la respuesta transitoria.Incrementa la contrapresión del múltiple de escape. El VGT también puede usarse para proporcionar frenado de escape.
Componentes del VGT
Compresor y carcasaTurbina y carcasaActuador VG (neumático o eléctrico)Anillo de la Boquilla DeslizantePlaca de RecubrimientoMecanismo de YugoSensor de Velocidad del TurboSensor de Temperatura de E t d d l C d lEntrada del Compresor del Turbo Sensor de Posición del VGT (solamente VGT’s accionados(solamente VGT s accionados eléctricamente)
Operación del VGT
Actuador Neumático VG– Válvula de Cierre de
Control de TC. AccionadaControl de TC. Accionada por el ECM, se energiza en ON
– Válvula de Control de á u a de Co t o deTC. Modula la presión de aire mediante un impulso con señal modulada
O ió d l VGTOperación del VGT
Boquilla deslizante– Se ajusta para variar el área de j p
salida en espiral de la turbina
– Es ajustada por el actuador del VGVG
– Posición Infinitamente Variable
Operación del VGT
Boquilla Totalmente Cerrada– Mínima Área de Salida de Espiral– Máxima Presión del Múltiple de Escape– Máxima Velocidad del Eje– Máxima Sobrepresión del Turbo
Operación del VGT
Boquilla Totalmente Abierta– Máxima Área de Salida de Espiral– Mínima Presión del Múltiple de Escape– Mínima Velocidad del Eje– Mínima Sobrepresión del Turbo
Válvula EGRVálvula EGR
Componentes de la Válvula EGR
La válvula EGR junto con el turbocargador VG regula la cantidad de gas de escape a la que se le permite recircular al sistema de admisión
Entrada del gas de escapeMotor eléctricoS d i ióSensor de posiciónProtector térmicoPuertos de RefrigeranteSalida del gas de escapeCubierta del ActuadorVálvula de ElevaciónVálvula de Elevación
Operación de la Válvula EGR
La válvula de elevación es controlada por un motor eléctrico de alta velocidadSistema de reducción de engranajes.El sensor de posición en la válvula le avisa al ECM la posición real de la válvula EGR.
Enfriador EGREnfriador EGR
Enfriador EGRReduce la temperatura del gas de escapeReduce la temperatura del gas de escape que recircula hacia el sistema de admisión de aireEnfriando el gas de escape recirculado se reducirá la temperatura total del aire de cargacargaConstruido de tubos de acero inoxidable de pared delgadaPequeños generadores de turbulencia dentro del lado del gas de escape del
fenfriador crean turbulencia
Flujo de Enfriador EGR
Si el gas en el enfriador EGR estuviera muy frío esto conduciría:frío, esto conduciría:
– formación de ácido
– acumulación de agua
i i t– ensuciamiento por hidrocarburos de las superficies de transferencia detransferencia de calor dentro del enfriador.
Mezclador EGRMezclador EGR
Mezclador EGRDispositivo para mezclar el aire limpio conDispositivo para mezclar el aire limpio con el EGRAsegura que la mezcla de carga sea cosistenteEl mezclador estilo venturi, crea una caída de presión en la garganta venturi. Aspira más gas de escape, para obtener el gasto necesario de EGR.
El mezclador estilo estriado mezcla el gas de escape recirculado y el aire fresco con una mínima cantidad de caída de presión.
El venturi causa una pequeña pérdida de eficiencia. Un mezclador estriado no tendrá la pequeña pérdida de eficiencia
Flujo EGRFlujo EGR
Flujo de EGR
Sensores NuevosSensores Nuevos
Nuevos Sensores
Sensor de Presión Diferencial EGRSensor de Presión Diferencial EGR– El sensor de presión diferencial EGR monitorea la caída de presión a través de un
orificio de flujo colocado después del enfriador EGR en el tubo de transferencia frontal EGR. Esta caída de presión junto con la temperatura del orificio EGR, presión del múltiple de admisión, y otros parámetros del motor permiten que el ECM calcule la p , y p p qcantidad de EGR fluyendo dentro del motor.
Sensor de Presión de Escape– Ayuda a determinar el flujo EGR total del sistema de manejo de aire así como tambiénAyuda a determinar el flujo EGR total del sistema de manejo de aire así como también
para ayudar a proteger a la válvula EGR de sobrepresurización la cual podría conducir a hardware dañado o a fallas falsas. Este sensor recibe su señal de presión de junto al puerto de escape #1 en el múltiple de escape. Se usa un tubo detector de presión para transmitir la señal de presión al sensor de presión de escape. El sensor está fij d l d l t t t d t f í l d l ltfijado a la carcasa del termostato para ayudar a mantener frío el sensor de las altas temperaturas de escape.
Sensor de Temperatura de Salida del Enfriador EGR– Este motor usa un sensor de temperatura del gas de escape recirculado para estimar
exactamente la cantidad de gas EGR que entra al motor. Este sensor se usa también para ayudar a determinar la eficiencia del enfriador EGR.
Sensor de Posición de la Válvula EGR
Nuevos Sensores
Sensor de Posición de la Válvula EGR– La válvula EGR es un componente de circuito cerrado. Esto significa que el ECM solicita una
posición de la válvula EGR y el sensor de posición de la válvula EGR envía de vuelta al ECM la posición de la válvula por verificación de que la válvula alcanzó la posición ordenada.
Sensor de Velocidad del Turbocargador– Debido al alto desempeño de este turbocargador de geometría variable, un sensor de velocidad
del turbocargador fue colocado en la carcasa de cojinetes del turbocargador para medir la velocidad de la rueda de la turbina Este sensor proporciona retroalimentación al ECM develocidad de la rueda de la turbina. Este sensor proporciona retroalimentación al ECM de información necesaria para proteger al turbocargador de velocidades del turbo excesivamente altas. Un plano maquinado en el eje del turbocargador proporciona el mecanismo para medir la velocidad de este turbocargador.
Sensor de Temperatura del Aire de Entrada del Compresor del Turbocargador– Un sensor de temperatura del aire de entrada del compresor del turbocargador está colocado
en la carcasa del compresor del turbocargador en la entrada del turbocargador. El sensor mide la temperatura del aire que se introduce en el turbocargador y se usa para calcular el sensor virtual de la temperatura del aire de salida del compresor del turbocargador
Sensor de Presión Barométrica
M t ISX CM870Motor ISX CM870
Estrategia de Lanzamiento ISX
Gestión de Introducción de Bajo Volumen – Marzo 2002– Demostración OEM Dealer– Limited Production Schedule
InternationalRVPaccarVolvoMack
International RV Volvo Paccar Mack Other TotalMarch 2 0 0 0 0 0 2April 0 0 4 10 1 0 15May 3 0 3 0 0 0 6J 13 13 5 0 0 0 31June 13 13 5 0 0 0 31July 11 15 3 6 1 0 36August 44 10 8 0 3 0 65September 46 10 8 0 4 10 78Total 119 48 31 16 9 10 233
– Producción Total - Oct. 2002Total 119 48 31 16 9 10 233
Productión Total ISX RangosProductión Total ISX Rangos
Horsepower Kilowatts RPM RPM Peak Engine
p(hp) (kw) Horsepower Torque
ft-lb N*mISX 1 400 ST2 298 2000 1450/1650 1966/2237 1200ISX 1 435 ST2 324 2000 1450/1650 1966/2237 1200
Peak Torque
ISX 1 450 ST2 335 2000 1450/1650 1966/2237 1200ISX 2 400 298 2000 1450 1966 1200ISX 2 400 298 2000 1550 2101 1200ISX 2 400 298 2000 1650 2237 1200ISX 2 435 Voc 324 2000 1450 1966 1200ISX 2 450 335 2000 1550 2101 1200ISX 2 450 335 2000 1650 2237 1200ISX 2 465 Voc 347 2000 1650 2237 1200ISX 2 475 354 2000 1650 2237 1200ISX 2 475 354 2000 1850 2508 1200ISX 2 475 ST2 354 2000 1650/1850 2237/2508 1200ISX 2 500 375 2000 1650 2237 1200ISX 2 500 375 2000 1850 2508 1200ISX 2 500ST2 372 2000 1650/1850 2237/2508 1200ISX3 530 395 2000 1850 2508 1200ISX3 565 421 2000 1850 2508 1200
