Los motores de diesel utilizan el combustible de forma más eficiente que los motores de gasolina y emiten menos dióxido de carbono, pero por el contrario suelen ser más contaminantes. Las temperaturas de combustión más altas necesarias para quemar el diesel conllevan un incremento en las emisiones de óxido de nitrógeno. Y puesto que el diesel es pesado y menos volátil que la gasolina, no todo el combustible se quema durante la combustión, lo que da como resultado la formación de partículas de hollín. Las mayores ofensas en cuanto a contaminación las provocan los autobuses y los camiones de carga pesada.
Los ingenieros de la Universidad Técnica de Munich (TUM) diseñaron el nuevo motor durante un proyecto de tres años llamado Niedrigst-Emissions-LKW-Dieselmotor (NEMo), que se traduce como “motor de camión diesel de emisión más baja.” Georg Wachtmeister, presidente de motores de combustión inte a en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la universidad, se encargó de dirigir el proyecto. Mediante el uso de un motor de investigación de un solo cilindro, el equipo de Wachtmeister encontró el equilibrio entre la recirculación de los gases de combustión, la turboaceleración y la configuración de la boquilla del inyector de combustible. Un equilibrio que les permitió minimizar tanto el hollín como la formación de óxido de nitrógeno.
Los motores de diesel mode os reducen la formación de óxido de nitrógeno mediante el enfriamiento de parte de sus gases de combustión y su recirculación de vuelta a la cámara de combustión (junto al aire fresco que se utiliza para quemar el combustible). En esta mezcla, el dióxido de carbono y el agua de los gases de combustión moderan el proceso de combustión, manteniendo la temperatura a raya. Como resultado, se forman menos óxidos de nitrógeno—pero la producción de hollín se ve aumentada, puesto que la proporción de oxígeno en la mezcla de gases de combustión y aire es más baja y el combustible se quema de forma menos completa.
Los investigadores de TUM diseñaron su motor de pruebas para que el turbocargador comprimiese la mezcla de gases de combustión y aire a 10 barias—apenas 10 veces la presión atmosférica a nivel del mar—antes de introducirla en la cámara de combustión. Por el contrario, los motores producidos en masa son capaces de mezclar un máximo de alrededor de 3,5 barias. Una vez comprimida de este modo, la mezcla gases-aire en el nuevo motor contiene la suficiente cantidad de oxígeno para que el combustible diesel se queme de forma más completa. La presión del aire máxima dentro de la cámara de combustión es de 300 barias, el doble de la utilizada en la mayoría de los motores producidos.
Para compensar el incremento en la producción de hollín provocado por el cambio de la cuota de recirculación del gas de combustión, el equipo de NEMo modificó la boquilla del inyector de combustible para que atomizase el combustible de diesel a una presión por encima de las 3.000 barias, generando un vapor de combustible de partículas microscópicas que se quema muy rápidamente y prácticamente no provoca hollín. Los motores de producción más avanzados hoy día utilizan una presión de inyección de alrededor de 1.800 barias.
Con esta modificación en la recirculación del gas de combustión, la presión de acelerado, y la configuración de la boquilla, el motor de TUM casi cumple con los estándares de emisión europeos que se calcula entrarán en vigor en 2014. Estos estándares estipulan que los motores diesel de camiones sólo pueden emitir cinco miligramos de partículas de hollín y 80 miligramos de óxidos de nitrógeno por kilómetro. Wachtmeister afirma que el motor de prueba de TUM cumple con los límites de óxido de nitrógeno “sin problemas” y “está muy cercano” a los límites en cuanto a hollín.
George Anitescu, investigador en la Universidad de Siracusa, se muestra escéptico ante la parte práctica del proyecto. “La investigación puede que resuelva, de algún modo, la compensación entre la formación de materia en forma de partículas y la formación de óxido de nitrógeno” inherente a la combustión del diesel, afirma. Sin embargo cree que la energía necesaria para alcanzar las altas presiones utilizadas harán que se reduzca la eficiencia del motor. Otro problema, afirma, es encontrar materiales—particularmente aquellos que sean asequibles—que puedan soportar las presiones tan extremas.
“Por ahora, no resulta práctico llevar este diseño hasta la fase de producción de motores,” admite Wachtmeister. El Taller de Motores de Combustión Inte a de TUM tuvo que producir especialmente 95 de los componentes del motor de pruebas. Sin embargo, al usar estos componentes especiales, el equipo fue capaz de aplicar con éxito las modificaciones en la producción de un motor de camión.
Wachtmeister cree que se tardará entre cinco y 10 años en alcanzar soluciones que permitan la producción de motores lo suficientemente fiables como para que funcionen durante cientos de miles de kilómetros sin fallar. El turbocargador y el sistema de inyección de combustible serán especialmente difíciles de adaptar tanto para los camiones de carga pesada como para los motores de automóviles.
Mientras tanto, afirma, el diseño podría implementarse fácilmente hoy día en ciertos motores industriales tales como los generadores diesel, el tipo más común utilizado en los sistema de alimentación eléctrica de emergencia. Además, afirma Wachtmeister, algunas compañías de automóviles tanto en Alemania como en Japón han mostrado su interés en la tecnología.