Para resolver el tema de las emisiones de los motores diesel marinos los fabricantes de los mismos han estado desarrollando un número de soluciones posibles.
Los principales problemas que están actualmente
en discusión sobre los gases contaminantes son:
Óxidos de azufre (SOx)
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Partículas materiales en suspensión
Gases de efecto invernadero, especialmente el
dióxido de carbono CO2.
Las soluciones propuestas para reducir la contaminación se pueden
clasificar en estrategias internas o
externas
La adopción de estrategias
internas de reducción de emisiones en un motor consiste en la modificación
de sus características básicas, totalmente integradas en cualquier motor diesel:
Inyección de combustible, sobrealimentación, regulación, “timing” de
válvulas, para lograr una temperatura de combustión menor, temperaturas más
homogéneas en la cámara de combustión y el enfriamiento del aire de combustión
que entra en el cilindro.
En este post quiero referirme a las Estrategias basadas en el proceso
de la Inyección de Combustible
En estas estrategias se modifica algún parámetro o varios simultáneamente, relacionado
con el sistema de inyección, que es el encargado de introducir el combustible
en el cilindro.
Cómo y cuándo se produce la inyección de combustible determina el
desarrollo de la combustión y la formación de emisiones.
La presión de inyección, el instante de inicio de inyección y la
duración de la misma son determinantes
para la atomización de combustible, el tamaño de las gotas, el proceso de
mezcla combustible/aire y el choque del chorro contra las paredes del pistón.
En los sistemas de
inyección convencionales la generación de presión, la dosificación del
combustible y la distribución van unidas en el mismo dispositivo.
Esto produce que:
a) La presión de inyección aumenta junto con el nº de revoluciones y el
caudal de inyección.
b) Durante la inyección aumenta la presión de inyección, pero hasta el
final de la inyección disminuye otra vez hasta el valor de la presión de cierre
de inyector.
Las consecuencias de ello son:
1) Los caudales de inyección pequeños se
inyectan con presiones más bajas y la presión punta es más del doble que la
presión de inyección media.
2) El desarrollo de la inyección es
aproximadamente triangular.
En la figura podemos apreciar, en una
forma gráfica, lo expresado anteriormente.
A bajas revoluciones el motor no desarrolla todo su potencial por tener
una baja presión de inyección y a altas revoluciones la presión punta de
inyección es mayor que la necesaria.
Lo anterior mencionado no sucede con el
sistema "Common Rail" ya
que en estos sistemas la generación de presión está separada de la dosificación y de
la inyección de combustible, esto tiene la ventaja de poder tener una presión
de inyección constante que no dependa del nº de revoluciones.
El sistema "Common Rail" permite:
Retrasar en el inicio de inyección
Incrementar la presión de inyección
Dividir la inyección en diferentes etapas
Introducir pre-inyecciones
Introducir post-inyecciones
Combinar pre-inyecciones y post-inyecciones
Incrementar la presión de inyección
Al aumentar la presión de inyección se incrementa la velocidad de
penetración y por tanto el combustible llega antes al dosado estequiométrico
(el necesario para la combustión por difusión).
Dividir la inyección en diferentes etapas
El control electrónico de la inyección permite efectuar una
pre-inyección, la inyección principal y una post-inyección.
La pre-inyección o Inyección Piloto consiste
en inyectar una pequeña cantidad de combustible unos grados antes de la
inyección principal que origina un aumento de la temperatura dentro de la cámara de combustión, pudiendo mejorar el grado de rendimiento de la combustión y consiguiendo
los siguientes efectos:
a) La presión de compresión aumenta ligeramente mediante una reacción previa
o combustión parcial, con lo cual se reduce el retardo de encendido de la
inyección principal.
b) Se reduce el aumento de la presión de combustión y las puntas de presión
de combustión dando como resultado una combustión más suave y un menor ruido
del motor.
Su efecto sobre las emisiones de los gases de escape
es escaso.
.jpg "La postinyección")
El combustible inyectado en una post-inyección no se
quemará en condiciones óptimas ya que es inyectado bien avanzada la carrera de
expansión, aumentando la formación de hollín y el consumo del mismo.
La ventaja es una elevada temperatura de los gases
quemados, facilitando la oxidación de los humos en la carrera de expansión.
Modificando la geometría de la tobera
Modificando
la disposición y usando los agujeros múltiples para la inyección permite mejorar el proceso de la
combustión.
.jpg "Geometría de la tobera")
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