Cómo funciona la purificación de los gases de escape en los motores diésel

Concretamente, los niveles requeridos para las emisiones de óxidos de nitrógeno en los motores diésel dan una idea de lo estricta que se ha vuelto la legislación sobre emisiones. Mientras que el límite de la norma Euro 3, que entró en vigor en el año 2000, quedó fijado en 500 mg/km, la nueva normativa Euro 6d vigente desde 2020 únicamente permite 80 mg/km. Esto quiere decir que, en menos de dos décadas, el límite se ha reducido a menos de una sexta parte. Por sí solo, el paso de la Euro 5 a la Euro 6 ya supuso una reducción de un 56%. El 1 de enero de 2020 la norma Euro 6d sustituyó a la anterior Euro 6d TEMP, vigente de forma temporal para los modelos recién homologados.

Y se recrudece a partir del 1 de enero de 2021. Todos los nuevos vehículos para los que se solicite homologación por primera vez deberán cumplir con las nuevas normas, incluyendo los estrictos requisitos del método de ensayos RDE (Real Driving Emissions: Emisiones en Conducción Real), que se centra en las emisiones generadas durante la conducción diaria en el mundo real. Los óxidos de nitrógeno -conocidos por su abreviatura química NOx- se forman cuando el nitrógeno del aire reacciona con el oxígeno durante el proceso de combustión. Este tipo de emisiones es particularmente alto en los motores diésel, porque funcionan con exceso de aire.

Como los nuevos requerimientos impuestos por las cada vez más restrictivas normativas de emisiones siguen aumentando, los ingenieros tienen que mejorar la eficiencia de los sistemas de purificación de los gases de escape. En el caso del post-tratamiento de estos gases se requiere, entre otras cosas, unos convertidores catalíticos de mayor volumen. Con el desarrollo para el nuevo V6 TDI, Audi ha logrado una combinación compacta de todas las tecnologías. El flujo de los gases de escape en los dos tramos del colector situados en la parte exterior de las bancadas de cilindros converge detrás del motor justo delante del mamparo ignífugo, donde se ubica el turbocompresor. Directamente después se coloca un catalizador de oxidación, denominado NSC (por las siglas NOx Storage Catalyst: Catalizador de Oxidación de NOx), seguido de un filtro de partículas (SPDF) con función SCR. Las siglas SCR son el acrónimo de Selective Catalytic Reduction (Reducción Catalítica Selectiva). Más delante en la línea de escape, bajo el piso del vehículo, se encuentra el segundo catalizador SCR.

Por lo tanto, ¿cómo funciona la purificación multietapa de los gases de escape en lo motores diésel? El catalizador de oxidación NSC cercano al motor puede almacenar los óxidos de nitrógeno de forma temporal hasta que se inicia la etapa de regeneración. Este catalizador es efectivo incluso a bajas temperaturas de funcionamiento del motor; por ejemplo, tras un atranque en frío. La regeneración se produce mediante un enriquecimiento momentáneo de la mezcla, activado por la unidad de control del motor. De esta forma, además de almacenar los óxidos de nitrógeno para su posterior neutralización, el catalizador oxida los hidrocarburos no quemados y el monóxido de carbono, convirtiéndolos en dióxido de carbono y vapor de agua, para lo cual utiliza las moléculas de oxígeno de los NOx almacenados temporalmente.

La segunda etapa para reducir los óxidos de nitrógeno se pone en marcha mediante la inyección del aditivo AdBlue. El sistema se conoce como twin-dosing (dosificación doble), ya que la solución acuosa de urea se inyecta en el sistema de escape en dos puntos donde existen diferencias de temperatura, utilizando un módulo de dosificación en cada punto. El proceso químico de termólisis de la urea que se produce en el interior del sistema convierte el AdBlue en amoníaco, que reacciona con los óxidos de nitrógeno que aún no han sido reducidos. Lo hace tanto en el primer filtro de partículas cercano al motor como en el segundo catalizador SCR. Esta reacción da como resultado agua y nitrógeno elemental, un gas que representa casi el 80 por ciento de la composición de la atmósfera terrestre.

De este modo, Audi consigue convertir más del 90% de los óxidos de nitrógeno en un amplio rango de temperatura y funcionamiento, por lo que la dosificación doble de AdBlue contribuye decisivamente a la hora de cumplir con los límites de emisiones de NOx. Si el vehículo se conduce con el motor funcionando en condiciones de carga alta durante períodos de tiempo largos, por ejemplo al circular por autopista o cuando se utiliza un remolque, la temperatura de los gases de escape en el SDPF, situado cerca del motor, aumentan significativamente, lo que da lugar a una disminución de la tasa de conversión de óxidos de nitrógeno. Aquí entra en acción la segunda etapa de la inyección de AdBlue, antes del segundo catalizador SCR, que está situado mucho más adelante en la línea de escape -por debajo del piso del vehículo-, con temperaturas más bajas. Esto permite que el sistema completo logre altas tasas de conversión en un rango muy amplio.