Cuando el motor diésel parece condenado a casi su total desaparición, llega un nuevo propulsor turbodiésel de 6 cilindros en línea, con 3,3 litros y hasta 254 CV. Se trata del primer impulsor a gasoil que superará las exigentes normas Euro 7. Y ahora… ¿qué hacemos?
La polémica es conocida mundialmente y se desató desde que se conoció la intención de la Unión Europea de bajar los límites de emisiones contaminantes de óxido de nitrógeno (NOx) y monóxido de carbono (CO) de motores de combustión interna, a partir de 2025, a valores tan bajos que para muchos de los fabricantes podrían ser imposibles de cumplir. Sin embargo, siempre hay uno de ellos dispuesto a aceptar el desafío y en este caso ha sido la japonesa Mazda, que con gran astucia e inteligencia pone el foco en el control de la temperatura de la combustión, algo clave para reducir la generación de NOx. Reduciendo la presión en la cámara de combustión y la temperatura durante la quema de gasoil, Mazda asegura poder reducir la generación de contaminantes y poder tratar los gases de escape a través de un sistema más sencillo que el de los diésel actuales, lo que permite reducir la complejidad y costo de estos sistemas, además de facilitar su correcto funcionamiento con el paso del tiempo.
Con la relación de compresión de motor diésel más baja del mundo, este motor diésel limpio y altamente eficiente denominado SKYACTIV-D, el fabricante japonés asegura que cumplirá con las estrictas regulaciones de gases de escape a nivel mundial sin la ayuda de costosos sistemas de postratamiento de NOx (óxido de nitrógeno).
CAUSAS DE LA FORMACIÓN DE NOx Y HOLLÍN
Debido al hecho de que los motores diésel generalmente tienen una alta relación de compresión, la temperatura y la presión de compresión en el punto muerto superior del pistón (PMS) son extremadamente altas. Si se inyecta combustible en estas condiciones, el encendido se producirá antes de que se forme una mezcla adecuada de aire y combustible, lo que provocará que se produzca una combustión heterogénea localmente. Como consecuencia, se produce la formación de NOx y, debido a la combustión con oxígeno insuficiente, la formación de hollín.
Según las estrictas regulaciones de emisiones recientes, esto dificulta encender la mezcla en el momento óptimo, lo que no deja otra opción que retrasar la combustión hasta que el pistón comience a descender y reducir la presión y la temperatura del cilindro, aunque esto hace que la economía de combustible disminuya.
OPTIMIZACIÓN DEL TIEMPO DE COMBUSTIÓN
Cuando se reduce la relación de compresión, la temperatura y la presión de compresión disminuyen. En consecuencia, el encendido tarda más incluso cuando se inyecta combustible cerca del Punto Muerto Superior (TDC), lo que permite una mejor mezcla de aire y combustible. Esto alivia la formación de NOx y hollín, porque la combustión se vuelve más uniforme sin áreas localizadas de alta temperatura e insuficiencias de oxígeno. Además, la inyección y la combustión cercanas al TDC dan como resultado un motor diésel de alta eficiencia, en el que se obtiene una mayor cantidad de trabajo real (o una mayor relación de expansión) que en un motor diésel de alta relación de compresión.
REDUCE EL PESO Y LA FRICCIÓN
Debido a su baja relación de compresión, la presión máxima de combustión en el cilindro del motor Mazda SKYACTIV-D es más baja que la del diésel actual, lo que permite una reducción significativa del peso a través de la optimización estructural. Por ejemplo, se hizo posible cambiar el material del bloque de cilindros a aluminio, lo que ahorró 25 kg (frente al diésel actual). La culata se volvió 3 kg más liviana con paredes más delgadas y un colector de escape integrado. En cuanto a las partes alternativas, el peso de los pistones se redujo en un 25%.
El diámetro del muñón principal del cigüeñal se redujo de 60 mm a 52 mm, logrando una reducción de peso del 25%. Como resultado, la fricción mecánica se redujo considerablemente al mismo nivel que un motor naftero promedio.
Hay dos problemas principales que han impedido la difusión de los motores diésel de baja relación de compresión, independientemente de estos méritos. El primero es el hecho de que cuando se reduce la presión de compresión, la temperatura de compresión durante el funcionamiento en frío es demasiado baja para provocar la combustión, lo que impide el arranque del motor. El segundo es la ocurrencia de fallos de encendido durante la operación de calentamiento debido a la falta de temperatura y presión de compresión.
GARANTÍA DE CAPACIDAD
Este motor realiza la formación de mezcla combustible con inyectores piezoeléctricos de orificios múltiples. Los inyectores piezoeléctricos de orificios múltiples recientemente adoptados permiten una amplia variedad de patrones de inyección. La precisión en la cantidad y el tiempo de inyección aumenta la precisión del control de la concentración de la mezcla, lo que garantiza la capacidad de arranque en frío. En cuanto al hardware, el inyector es un tipo de alta especificación capaz de un máximo de 9 inyecciones por combustión. Junto con las tres inyecciones básicas: preinyección, inyección principal y postinyección, se establecerán diferentes patrones de inyección según las condiciones de conducción. El arranque definitivo del motor, incluso con una relación de compresión baja, es atribuible a este control de inyección preciso y también a la adopción de bujías incandescentes de cerámica.
AUMENTO DE LA TEMPERATURA DE AIRE
Cualquier falla de encendido que pueda ocurrir durante la operación de calentamiento después del arranque del motor se evita mediante la adopción de un sistema VVL (válvula de elevación variable) para las válvulas de escape. Un solo ciclo de combustión es suficiente para que aumente la temperatura de los gases de escape. Dado esto, las válvulas de escape se abren ligeramente durante la carrera de admisión para regurgitar los gases de escape calientes de regreso al cilindro, lo que aumenta la temperatura del aire. Esto favorece la elevación de la temperatura de compresión, estabilizando el encendido.
TURBO DE DOS ETAPAS
No hace falta decir que los turbocompresores contribuyen en gran medida al alto par del motor diésel, pero también son indispensables para reducir las emisiones y el consumo de combustible. El motor SKYACTIV-D utiliza un turbocompresor de dos etapas en el que un turbo pequeño y uno grande funcionan de forma selectiva según las condiciones de conducción. Esta tecnología logra un alto torque y respuesta a bajas velocidades y alta potencia a altas velocidades. Además, debido al efecto sinérgico con la baja relación de compresión, la combustión en el momento óptimo se realiza con bajas emisiones de NOx y hollín porque se puede asegurar una cantidad suficiente de aire (oxígeno).
Si Mazda logra comprobar que su motor diésel SKYACTIV-D cumple y supera la norma Euro 7 como dicen, entonces tendremos que prepararnos para presenciar una larga, muy larga discusión que probablemente empiece con posponer la entrada en vigor de dicha norma y de hecho, ya está sufriendo modificaciones de base.
Estaremos atentos a ello, ya que todo lo que pasa en materia de motores en el viejo mundo, inexorablemente impactará de lleno en nuestra región.
