La nueva ingeniería de automóviles diésel logra emisiones “casi cero”

Expertos en tecnología e ingeniería han presentado recientemente varias tecnologías que permiten a los coches diésel alcanzar niveles de emisiones “casi cero”.

El 40º Simposio Internacional del Motor de Viena, que se celebró en mayo, reunió a empresas del sector de la ingeniería, de la cadena de suministro del campo de la automoción y fabricantes de vehículos para mostrar sus avances tecnológicos en motores para camiones pesados, coches y furgonetas. Durante el evento, los participantes pudieron observar distintas opciones basadas en motores híbridos, celdas de combustible y futuros combustibles alternativos, así como importantes avances para motores diésel y gasolina.

Cabe destacar que el evento mostró los sólidos y potentes avances habidos en el ámbito de las tecnologías de control de emisiones para motores diésel, con el objetivo de conseguir emisiones aún más bajas en cualquier condición de funcionamiento. A la espera de que la Comisión Europea empiece a estudiar el próximo paso para los estándares de emisiones de vehículos, varios equipos de investigación ya han adoptado diferentes enfoques para abordar el problema.

Con el fin de demostrar que las condiciones límite especificadas en la legislación sobre las actuales emisiones en conducción real (RDE) cubren casi todas las condiciones y estilos de conducción previsibles, es importante comprender la forma en la que conducen las personas. Bosch, uno de los proveedores de tecnología automotriz más grandes del mundo, lo ha estado haciendo. Como resultado, ha adoptado un enfoque de sistema integral, concretamente, por lo que respecta a la mejora y la ampliación del control de óxidos de nitrógeno (NOx), y la calibración y control de temperatura para la funcionalidad de reducción catalítica selectiva (SCR). Aunque esto ha ampliado las condiciones en las que el sistema de control de emisiones está funcionando totalmente en un coche de demostración, también se ha logrado con un “coste adicional moderado”.

En algunas de las condiciones de prueba más difíciles, el coche ha cumplido con facilidad el actual límite de emisiones de 80 mg/km. En conducción urbana lenta por Stuttgart, las emisiones de NOx alcanzaron solo 12 mg/km, cerca de lo que la empresa llama “impacto en la calidad del aire casi cero”. A partir de estos prometedores resultados, basados en el trabajo inicialmente presentado en 2018, Bosch concluyó que el diésel tiene el potencial de cumplir con futuros límites de emisiones que podrían mantener la calidad del aire urbano dentro de los niveles permitidos.

La empresa de ingeniería automotriz FEV configuró un sistema con el postratamiento de escape colocado frente al turbocompresor. Esto dio lugar a temperaturas y presiones más altas en el sistema, lo que permitió usar catalizadores reductores de emisiones más pequeños. El sistema se complementó con una batería semihíbrida de 48 V (más detalles a continuación) en un entorno de laboratorio, que permitió reducir las emisiones de CO2 en un 19 %.

Se evaluaron diferentes combinaciones de diseño postratamiento en ciclos de prueba simulados para replicar la conducción urbana, en autopista y en entorno rural. En la mayoría de estas condiciones, las emisiones de NOx fueron inferiores a la mitad de los límites actuales de Euro 6. El trabajo de desarrollo continúa en la línea de reducir el volumen de NOx en el tubo de escape bajo situaciones extremas de conducción en ciudad y en autopista, aunque ya se mantenía dentro de los límites existentes.

El evento de Viena también fue la oportunidad de la Asociación de Control de Emisiones mediante Catalizador (AECC), la Asociación Internacional de Metales del Grupo Platino (IPA) y la empresa de ingeniería IAV para presentar los resultados del programa en el que lograron emisiones diésel “ultra-bajas”. De forma similar a Bosch, esta colaboración llevó a cabo una serie de pruebas de conducción en el mundo real con un coche de demostración modificado (véase siguiente imagen), un modelo semihíbrido o “mild-hybrid” de 2016. El coche se comportó muy bien en condiciones en las que las emisiones de NOx suelen ser más altas, como en la ciudad de Berlín, en las autopistas alemanas con límites de velocidad de hasta 160 km/h y en condiciones de montaña.

Imagen ULED

El coche de demostración utilizado en el programa AECC/IAV/IPA logró emisiones de NOx ultrabajas

Para poder hacer el mejor uso posible de todo el sistema, AECC utilizó un enfoque modular (véase el siguiente diagrama) al diseñar su sistema de postratamiento. La primera sección de la tecnología postratamiento en el escape convirtió los NOx en nitrógeno inofensivo en modo de conducción urbana lenta, en la que las temperaturas del motor y del escape son relativamente bajas. La segunda sección permitió bajas emisiones a temperaturas más altas, incluidas las generadas en condiciones de conducción rápida en autopista.

Este diagrama muestra las secciones o módulos del sistema de postratamiento que trabajan juntas para reducir las emisiones en diferentes condiciones de conducción

Esto fue posible mejorando la funcionalidad del catalizador y mejorando el control del motor mediante calibración, con el sistema semihíbrido de 48 V que permitió controlar cuidadosamente las temperaturas de escape. Esta combinación de tecnologías llevó a las emisiones a menos de la mitad del actual límite de emisiones de NOx y, a menudo, a un nivel casi cero.

El siguiente vídeo demuestra lo bajas que son las emisiones gracias a esta combinación inteligente de componentes y tecnologías existentes. El coche de demostración redujo las emisiones en cada etapa del sistema de control de emisiones hasta el tubo de escape.

El análisis en tiempo real muestra cómo las emisiones de NOx se reducen a niveles casi cero en cada etapa del sistema de control de emisiones.

El trabajo AECC/IAV demostró que las emisiones de NOx de su vehículo de demostración (línea verde) se pueden reducir uniformemente en una amplia abanico de condiciones de conducción.

Los tres programas de investigación de Bosch, FEV y AECC/IPA/IAV han demostrado que es realista esperar nuevas mejoras en las emisiones de vehículos diésel modernos en los próximos años y que van más allá de lo que conocemos hasta ahora en nuestras carreteras.

El concepto del “casi cero” se está convirtiendo en realidad, lo que hace que los coches diésel sean a prueba de futuro y una parte clave de los distintos tipos de vehículos que se espera para la próxima década y más allá. Puede encontrar más información sobre todos los programas técnicos y publicaciones científicas de AECC aqui.

Obtenga más información sobre la tecnología semihíbrida o “mild-hybrid” de 48 V
Tanto AECC/IPA/IAV como FEV, utilizaron tecnología semihíbrida de 48 V para impulsar el rendimiento de sus respectivos sistemas. Para el anterior, las temperaturas podrían controlarse y cada uno de los catalizadores podría funcionar en condiciones óptimas. Para este último, se permitió utilizar un turbocompresor eléctrico, compensando la pérdida de presión derivada de tener colocado el sistema de postratamiento de escape. Para los fabricantes de vehículos, los sistemas de 48 V son una forma relativamente rentable de mejorar la eficiencia. A diferencia de los sistemas híbridos completos más caros en los que la batería se encarga del motor de combustión interna para alimentar el vehículo, tanto para gasolina como diésel, se utiliza una unidad semihíbrida para ayudar al motor a alimentar varios componentes eléctricos en el vehículo. Esto ayuda a la reducción de emisiones de los sistemas de arranque de parada en los centros urbanos y a recuperar la energía generada durante el frenado. Se estima que un 16 % de los vehículos diésel nuevos y un 32 % de los coches de gasolina de Europa estarán equipados con una unidad semihíbrida de 48 V para 2026.

Fuente: Continental AG