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Tecnología del motor a diesel

Empezando la segunda mitad de la década de los 90´s, hubo dramáticos progresos en el desarrollo de nuevas tecnologías de motores a diesel, produciendo una nueva raza de motores a diesel extremadamente  limpios y silenciosos, que cambiaron la perspectiva acerca de los viejos motores a diesel siendo estos  muy ruidosos y olorosos. Este cambio dramático es el resultado de 3 tecnologías clave:

  1. Tecnología de optimización en combustión 
  2. Post- tratamiento de los gases de escape
  3. Tecnologías de control electrónico

De éstos, el sistema common rail fuel injection controlado electrónicamente, el cual permite tener una  super presión fuel injection en todas las revoluciones en los motores, es un gran factor, contribuyendo a una importante reducción de emisiones así como de ruido y vibración.

Mejoras en el  post-tratamiento son necesarias para que los motores a diesel  cumplan con las nuevas regulaciones de  post emisiones de largo plazo que serán introducidas en Japón en 2009, y con los equivalentes a estas regulaciones alrededor del mundo.

Isuzu ya está utilizando la tecnología  DPD (Diesel Particulate Difuser  o Difusor de Partículas de Diesel) y está trabajando en desarrollar catalizadores para disolver NOx fuera de los escapes. 

Para 2009, los vehículos con motores a diesel  deberán ser tan limpios como los vehículos con motores de gasolina, y al mismo tiempo ofrecer un torque superior, economía en combustible y bajar las emisiones de CO2, pactando el escenario para que los motores a diesel sustituyan los motores de gasolina como la forma  de energía más popular, como ya lo están planeando hacer en Europa.

Reduciendo emisiones con tecnología fuel injection

Las nuevas tecnologías de fuel injection trabajan para simultáneamente reducir  NOx, el cual ocurre debido a una combustión completa, así como también el PM, el cual ocurre debido a una combustión incompleta. Un buen ejemplo de esta tecnología  es el sistema common rail, el cual permite múltiples fuel injection a presiones más altas. Se están llevando a cabo investigaciones que permitan fuel injection a presiones aun más elevadas, para una mayor  eficiencia en la combustión del motor.

Sistema Common Rail

El combustible bajo una gran presión es almacenado en el common rail y uniformemente suministrado hacia cada inyector de combustible. Inyectar el combustible bajo altas presiones permite al motor tener una combustión más completa, el cual reduce la creación de PM. Al mismo tiempo el uso de múltiples inyectores de combustible ayudan a prevenir excesivas altas temperaturas en la cámara de combustión, por lo tanto reduciendo la creación de NOx. 

La llave para el sistema common rail es el control electrónico preciso de la presión del fuel inyection, la sincronización de la inyección, el numero de inyecciones y la cantidad de combustible inyectado.

Tecnologías de administración del aire para controlar el entrada de admisión del motor

La tecnología de administración del aire es un importante componente en los motores a diesel para controlar el sistema de entrada. Su objetivo es el reducir NOx y PM, así como mejorar la economía del combustible al trabajar con tecnología fuel injection. Ejemplos claves de esta tecnología  incluyen a los sistemas turbocargador y EGR, los cuales cargan el motor con admisión de aire utilizando los gases de escape de los sistemas.

Turbocargador:

Utiliza los gases de escape del motor para darle poder a la turbina, la cual a su vez carga los cilindros con aire de alta densidad el cual ha sido comprimido. Esto permite que un mayor volumen de aire sea tomado hacia el cilindro y mejorar la eficiencia en la combustión.

Turbocargador con intercooler:

Esto agrega un dispositivo de enfriamiento para rápidamente enfriar el aire de entrada, el cual se calienta conforme se va comprimiendo por el turbocargador. Al cargar los cilindros con aire de entrada de alta densidad, el sistema puede mejorar la combustión del motor y su eficiencia, así como también la economía del  combustible del vehículo, mientras disminuye sus emisiones de CO2.

Sistema Turbocargador de Geometría Variable (SGV):

SGV funciona para controlar específica y  eficientemente el sistema de turbocargador, basado en condiciones de volumen del aire de entrada,  para corregir  una de las debilidades del sistema turbo, el cual es su desempeño en bajas revoluciones del motor cuando hay muy poco escape del motor.

Recirculación de los gases de Escape (EGR):

Esencialmente mezcla los gases de escape con aire de entrada, para bajar las concentraciones de oxigeno  en la cámara de combustión y por lo tanto suavizar el proceso de combustión y reducir la formación de NOx.

ERG Enfriado: 

Añade un dispositivo de enfriamiento en el camino del ERG, ayudando a reducir la temperatura de la combustión, reduciendo aun más la cantidad de NOx y mejorando la economía en el combustible.

ERG enfriado de una sola vía:

Incorpora una válvula de una sola vía para prevenir que entre el aire de entrada al camino del ERG enfriado. Esto asegura el flujo de aire en una sola dirección, y elimina desperdicio de los gases de ERG, para que todos sean enviados a la cámara de combustión.

4 válvulas por cilindro:

El diseño de 4 válvulas por cilindro de los motores a diesel, con 2 de entrada y 2 de válvulas de escape por cilindro, esencialmente mejora la eficiencia del  motor en su entrada y escape, también reduce pérdida de bombeo en los ciclos de entrada y escape. Al mismo tiempo permite que la boquilla del fuel injection se posicione en el centro de la cámara de combustión, el cual permite que el fuel injection y la formación de mezcla  sea uniforme,  reduce PM y formación de hollín mientras mejora la salida del motor y economía en el combustible.

Remolino Variable:

Formado cuando el aire de entrada hace remolinos alrededor del centro del cilindro, en motores a diesel de inyección directa los remolinos contribuyen dramáticamente a la mezcla de aire y combustible.

Sistemas de remolinos variables incluyen un mecanismo que varía la generación de remolinos de acuerdo a las condiciones de operación del motor, resultando en una disminución de emisiones y mejora en la economía en el combustible.


Tecnologías de  Post – Tratamiento:

Las tecnologías de post – tratamiento apuntan a remover las emisiones de aire que el motor por si sólo no puede retirar al limpiar NOx y PM de las emisiones de escape inmediatamente después de que estas emisiones han sido emitidas del vehículo. 

Más específicamente, DPD (Difusor de partículas de diesel) es una tecnología de post – tratamiento que limpia y resucita un filtro de cerámica al quemar PM atrapado en el filtro, usando el sistema de control de temperatura  de gases de escape de Isuzu, el cual con precisión controla el fuel injection del sistema common rail controlado electrónicamente y el acelerador de escape.

Otras tecnologías apuntan a reducir PM y NOx al usar una transformación química activada por catalizadores.

Catalizadores Oxidantes:

Los catalizadores oxidantes usan metales preciosos como el platino y el paladio como catalizadores, los cuales toman ventaja de la presencia del oxigeno en los gases de escape para oxidar materiales sin quemar, especialmente hidrocarburos  que están presentes en PM, cambiándolo en agua y CO2.

DPD (Difusor de partículas de diesel):

El DPD o convertidor catalítico PM es una tecnología de post – tratamiento que limpia y resucita un filtro de cerámica al quemar PM atrapado en el filtro. Es aplicado en relación a las características individuales del motor, para remover a fondo sustancias que tengan un impacto ambiental.


Catalizadores NOx de absorción / reducción:

Una tecnología que apunta a reducir NOx en agua inofensiva (H2O) y nitrógeno al usar catalizadores. Este tipo de catalizadores son más propensos a combinar con azufre que con NOx , lo cual acorta el tiempo de vida del catalizador.

Catalizadores selectivos de reducción para  Urea  (CSR):

Estos sistemas actúan al suprimir la generación de NOx usando los mismos principios que los sistemas generadores basados en amonio y nitrógeno, usados en grandes centrales eléctricas. Este proceso es extremadamente efectivo al reducir NOx, y no tiene ningún efecto perjudicial en la economía del combustible, por lo que tiene grandes prospectos para el futuro.

Aumento de combustibles amigables con el ambiente:

Un importante nuevo combustible amigable con el ambiente es el diesel bajo en azufre. Como ejemplo, el combustible diesel vendido en Japón está hecho del petróleo crudo del Medio Oriente y tenía grandes concentraciones de azufre pero desde que una regulación fue introducida en 1990 para reducir esto, las concentraciones de azufre han sido reducidas 1/100 de los niveles originales hacia el limite 50ppm mandado por ley, y en algunos casos llega a ser tan bajo como 10ppm. El diesel  bajo en  azufre mejora el desempeño en la oxidación del catalizador, prolonga el tiempo de vida del catalizador y también es un medio efectivo de reducir PM.

Otra posibilidad con los motores a diesel es que pueden usar una variedad de combustibles comparados con los motores a gasolina. Cuando Rudolf Diesel, inventor del motor, demostró su motor en una exposición en París, estaba funcionando con aceite de cacahuate. Actualmente hay mucha investigación llevándose a cabo en la mezcla de combustibles  que incorporan Bio – diesel, debido al alto costo del petróleo crudo y a la necesidad de continuar bajando las emisiones de CO2, estas tecnologías están actualmente en uso en Alemania y Francia.

Combustibles mezclados Bio - Diesel:

Aunque no existe una definición química para los combustibles mezclados bio – diesel, generalmente son referidos en los procesos de tratamiento de aceites animales y vegetales, mezclándolos con diesel para usarse en vehículos que funcionen en base a diesel. Porque los aceites animal y vegetal tienen una gran viscosidad y no pueden ser usados como combustibles, son tratados con metil ester para convertirlos en una sustancia que se asemeja más en composición al diesel.