Inyección directa y mezcla pobre con un coste muy alto
Desde que se introdujeron los catalizadores de tres vías,
los fabricantes de automóviles han estado constreñidos
a utilizar una proporción fija de gasolina y aire. El motivo
de esta proporción exacta se debe a que los catalizadores
de reducción (los que disocian los óxidos de nitrógeno
en nitrógeno y oxígeno) no funcionan si en los gases
de escape hay demasiado oxígeno. Esta proporción exacta
es de 14,7 partes de aire por cada una de gasolina (en masa, no
en volumen). Introducir menos gasolina (mezcla pobre) aumentaría
los óxidos de nitrógeno porque el catalizador de reducción
(uno de los que está integrado en el de tres vías)
no funcionaría correctamente. Por este motivo es complicado
disminuir mucho el consumo de los motores.
 Con
los catalizadores actuales el problema no tiene solución.
Para disociar los óxidos de nitrógeno (NOx) en nitrógeno
y oxígeno a temperaturas moderadas es imprescindible que
la reacción se produzca en una atmósfera pobre en
oxígeno. (Ver
artículo de técnica para ampliación).
Sin embargo (como se puede ver en el primer
enlace del cuadro), los nuevos sistemas de inyección
directa hacen posible una combustión muy buena con poca gasolina
y mucho aire, lo que obliga a buscar formas de disminuir los óxidos
de nitrógeno que se producen en ese caso.
Para conseguirlo, el Lupo FSI emplea un «almacén»
de moléculas de óxido de nitrógeno, dos catalizadores,
refrigeración de los gases de escape y recirculación
de una parte de éstos. La recirculación
(EGR) de los gases de escape es ya muy frecuente y sirve para reduir
la temperatura en la cámara de combustión (de tal
forma que genera menos óxidos de nitrógeno).
El llamado «catalizador DeNOx» o «trampa de óxidos
de nitrógeno» consta de un «almacén»
de óxidos de nitrógeno unido a un catalizador de reducción.
Este almacén actúa mediante la formación de
sales (nitratos) a partir del óxido de nitrógeno.
Para formarlos tiene bario, que reacciona con los óxidos
de nitrógeno de los gases de escape y forma nitratos de bario.
Este almacén se llena más o menos al cabo de un minuto
de funcionamiento con mezcla pobre, por lo que hay que proceder
a una operación de limpieza.
Para limpiarlo, cambia automática e imperceptiblemente a
mezcla rica durante unos dos o tres segundos, para crear en el escape
una atmósfera pobre en oxígeno; de eso se encarga
la gestión electrónica del motor. Realiza ésta
operación mediante los datos que da un sensor de óxidos
de nitrógeno que hay después del segundo catalizador.
Si salen muchos NOx por el escape es que el depósito está
lleno.
 |
| Variación de la eficacia de conversión
de los NOx (en tanto por ciento) con el uso (en miles de km)
según el contenido de azufre del combustible (en partes
por millón). |
El escape es el que está refrigerado por aire, porque el
DeNOx necesita baja temperatura para convertir los óxidos
de nitrógeno en nitratos, y alta temperatura para disociarlos
posteriormente en nitrógeno y oxígeno. El aire que
refrigera el escape no está impulsado por ningún ventilador;
el flujo varía según la velocidad del coche. Y lo
curioso es que no tiene ninguna rampilla para impedir su paso cuando
se necesita que suba la temperatura en los catalizadores. Le pregunté
el motivo a uno de los ingenieros y me dijo que resultaba muy caro.
El primer catalizador, junto a los colectores de admisión,
es imprescindible mientras el motor está frío; lo
curioso es que este catalizador también esté refrigerado.
Según el ingeniero que me contestó a todas las preguntas
(con mucha paciencia), si no se refrigera el primer catalizador
no se consigue que baje suficientemente la temperatura en el segundo
catalizador. Un primer catalizador frío funciona peor, y
eso también influye para que no suba mucho de temperatura.
Un problema más para este motor es que la gasolina en muchos
países lleva azufre y en el almacén de nitratos se
depositan los óxidos de azufre en forma de sulfatos en lugar
de los óxidos de nitrógeno en forma de nitratos.
Los sulfatos son más difíciles de eliminar que los
nitratos y exigen mas temperatura en el catalizador (650º centígrados).
En una circulación por ciudad son muy difíciles porque
los gases de escape no salen muy calientes (el consumo es alto por
kilómetro pero bajo por hora). Para limpiar los depósitos
de azufre (que el ingeniero se negó a decir cada cuanto se
formaban, porque dependía de muchos factores) hace falta
conducir por carretera o autopista a buen ritmo. Y el problema es
que estos depósitos de azufre no se limpian en unos segundos,
como los de nitrógeno, sino que hace falta por lo menos diez
minutos.
El truco que utilizan para calentar más los gases de escape
cuando hace falta limpiar los sulfatos es retrasar el encendido.
Esto empeora el rendimiento
térmico y provoca gases de escape más calientes,
pero también más consumo y pérdida de prestaciones.
|
