En los camiones pesados, los costes se reducirían sustancialmente al eliminar la necesidad de los caros sistemas de postratamiento para reducir las emisiones.
El concepto, que se ha testeado en motores de prueba, implica la mezcla precisa de dos combustibles diferentes en la cámara de combustión, lo que da un mayor control sobre el momento y la duración de la combustión. Éste podría ofrecer una manera de cumplir con las normas de ahorro de combustible sin tener que recurrir a los más caros motores eléctricos y baterías presentes en los vehículos híbridos (aunque para obtener una eficiencia aún mayor, el nuevo diseño podría ser incorporado en un vehículo híbrido). Este nuevo concepto de motor es posible gracias a la precisa inyección electrónica de combustible y a los avances en las simulaciones por ordenador. "Descubrimos este proceso utilizando modelos informáticos avanzados, lo que nos permitió identificar la receta para la mezcla óptima de los combustibles", señala Rolf Reitz, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Wisconsin-Madison.
El diseño consta de dos versiones, una para la sustitución de los motores diésel de la maquinaria pesada y otro, que se hará público este otoño, que reemplazaría a los motores de gasolina convencionales. Los dos utilizan el mismo proceso de combustión que hace que los motores diesel sean significativamente más eficientes que los motores de gasolina--la compresión del combustible y del aire hasta que llegan a la presión y temperatura necesarias para que se encienda, en lugar de utilizar una chispa para prender fuego al combustible. El nuevo diseño mejora la eficiencia de los motores más allá de los motores diesel convencionales mediante la reducción de la cantidad de energía que se desperdicia en forma de calor y mejorando el control sobre el momento de la combustión. También reduce las emisiones asociadas a los motores diesel, lo que es especialmente importante ahora que la normativa sobre emisiones de vehículos nuevos requiere emplear los costosos sistemas de postratamiento.
En la versión diseñada para reemplazar los motores diésel de la maquinaria pesada, la gasolina de un tanque de combustible es inyectada en el puerto de entrada, cerca de la cámara de combustión, donde se mezcla con el aire antes de pasar a ésta (lo cual es la forma convencional de inyección de combustible en los vehículos de gasolina). Seguidamente, el combustible diesel que se encuentra en otro tanque se inyecta directamente a la cámara utilizando un inyector de combustible de baja presión. Cuando esta mezcla es comprimida, el diesel se enciende en primer lugar, seguido poco después por la gasolina, que es más resistente a la combustión. El control de la relación de los dos combustibles determina tanto el momento de la combustión como su duración. Este diseño requiere un control preciso de la inyección de combustible, así como de la relación y de la distribución de los dos combustibles en la cámara, que tiene que cambiar en función de la carga presente en el motor. Para cargas ligeras, la mezcla es de aproximadamente 50-50, mientras que para las cargas más pesadas puede ser que se necesite tan poco diesel que éste sólo represente 5 un por ciento. El motor resultante presenta una eficiencia de aproximadamente el 55 por ciento, frente al 40 o 45 por ciento de los motores de diesel convencionales para maquinaria pesada. Las emisiones son lo suficientemente bajas para eliminar la necesidad de usar sistemas de postratamiento de gases de escape--unos sistemas que, para un camión pesado, pueden costar tanto como el propio motor.
En la versión diseñada para reemplazar los motores de gasolina convencionales, el diesel se sustituye por gasolina mezclada con un aditivo para hacerla más reactiva, mejorando la ignición del combustible. En lugar de tener dos tanques de combustible, el coche sólo necesita un tanque de gasolina y un pequeño contenedor del tamaño de una botella de limpia cristales para almacenar el aditivo. La gasolina ordinaria se inyecta por el inyector de puerto, mientras que la gasolina mezclada con el aditivo es inyectada directamente a la cámara. El resultado es un motor que presenta una eficiencia del 45 por ciento, frente al 30 por ciento de los motores de gasolina convencionales.
En ambos sistemas, el enfoque reduce la presión y temperatura del motor, lo que reduce la formación de contaminantes peligrosos que producen la niebla tóxica y otros. Las temperaturas más bajas también reducen la cantidad de energía que se pierde en forma de calor, dejándola disponible para mover el pistón. "Alargamos el evento de la combustión durante un período de tiempo controlado para obtener una paulatina liberación del calor que no genere un aumento súbito de la temperatura y de la presión en la cámara de combustión ", indica Reitz.
Robert Dibble, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Califo ia, con sede en Berkeley, afirma que el nuevo diseño "es una idea inteligente." Él señala que podría ser difícil de convencer a los fabricantes de automóviles y a los consumidores para que adopten este nuevo diseño, pero señala que los sistemas actuales de postratamiento del diesel ya exigen a los conductores agregar separadamente un fluido de tratamiento de los gases de escape al llenar el depósito, por lo que esta barrera podría ser más baja ahora. La versión del nuevo diseño que utiliza un aditivo para la gasolina sólo requiere volver a rellenar el tanque con el aditivo cada cambio de aceite, afirma Reitz, lo que reduce las molestias.
Dibble afirma que otro investigador está adoptando un enfoque similar para mejorar la eficiencia de los motores, pero su enfoque utiliza un solo combustible. Bengt Johansson, responsable de la división de motores de combustión de la Universidad de Lund, en Suecia, ha obtenido una alta eficiencia y bajas emisiones mediante el control del momento y de la duración de la combustión mediante inyecciones múltiples. Sin embargo, a diferencia del método de la Universidad de Madison-Wisconsin, que utiliza combustibles con diferentes propiedades de combustión, el enfoque de Johansson controla la combustión mediante la creación de regiones dentro de la cámara de combustión con concentraciones variables de combustible y aire. Una desventaja potencial es que, debido a los altos niveles de compresión utilizados, se requieren motores más caros que los convencionales utilizados en los coches de gasolina.