Motores térmicos de cuatro tiempos de combustión interna

Utilizamos como referencia un motor de cuatro cilindros en línea atmosférico (sin sobre alimentación) con distribución OHC. Este es el funcionamiento genérico apoyado en la animación siguiente:

• Entra aire a los cilindros succionado en admisión por el descenso de los pistones. Antes pasa por el filtro de aire para evitar la entrada de impurezas y suciedad. Se ha representado la mariposa de gases como acelerador, controlando el caudal de aire.
• En algún momento de la admisión, motores de gasolina con inyección indirecta, o en fase de compresión con inyección directa se aporta combustible.
• La gasolina procede del depósito y se aporta al caudal de aire mediante los inyectores. El control es actualmente electrónico para mejor precisión.

Con la mezcla de aire y combustible sobre el pistón, al final de la compresión se produce la combustión, de dos formas genéricas según el tipo de motor; propiciada

por la chispa en la bujía (gasolina e hidrógeno) o por el contacto del combustible con el aire muy caliente (diésel).

• Las combustiones sobre los pistones generan la fuerza de empuje de la se obtiene el par motor que desplaza el automóvil. Parte de los gases quemados resultantes son contaminantes.
• Para evitar la salida al exterior de los gases nocivos, se han de incorporar elementos encargados de su neutralización o limpieza previa.

Combustión de los motores térmicos de hidrógeno

Motor de hidrógeno (su tecnología es muy similar al de gasolina)

• La aceleración es controlada mediante la mariposa de gases..
• El hidrógeno se almacena en un depósito específico a presión y es inyectado sobre el aire en el cilindro, con el correspondiente control electrónico.
• La chispa en la bujía provoca la combustión de la mezcla aire e hidrógeno.
• El motor de hidrógeno no emite gases contaminantes

Anticontaminación de los motores térmicos de hidrógeno

Para poder llegar a conclusiones sobre qué combustible es el más adecuado, se propone comparar la contaminación de los tres combustibles

Gases contaminantes del motor de gasolina y soluciones

• Monóxido de carbono CO.
• Hidrocarburos no quemados HC.
• Óxidos de nitrógeno NOX.
• Estos tres gases contaminantes se neutralizan con el catalizador de tres vías; en su interior se producen reacciones químicas entre estos gases y diferentes metales preciosos que les transforman en gases no contaminantes.
• Los NOX se producen por la reacción de los dos principales componentes del aire, nitrógeno y oxígeno, a causa de la temperatura de la combustión. Si el motor funciona con más aire (para mejorar en consumo de gasolina) hay oxígeno sobrante,puede ser necesario en este caso eliminar más cantidad de NOX, y se recurre a la recirculación de los gases de escape EGR.

Gases contaminantes del motor diésel y soluciones

• Monóxido de carbono CO; más al acelerar.
• Hidrocarburos no quemados HC; más al acelerar.
• Óxidos de nitrógeno NOX; menos al acelerar.
• Micropartículas MPC; se producen a bajas RPM, en aceleración y en recorridos cortos.
• CO y HC se neutralizan en el catalizador de dos vías.
• Los NOX, más cantidad en el diésel al funcionar con exceso de aire, se resuelven con la EGR que quita sitio al aire de admisión con gases de escape ya quemados. Para cumplir normativas anti contaminantes más severas se incorpora adicionalmente el catalizador SCR, que acumula el exceso de NOX, para disolverlos químicamente de forma periódica con la inyección en su interior de un aditivo específico.
• Las MPC se van acumulando en el filtro anti partículas FAP, cuando está lleno se genera un sistema de auto limpieza que aumenta la temperatura de los gases de escape que queman las micropartículas. Suele ser mediante una inyección de gasóleo adicional, con sistemas de calentamiento e incluso con aditivos que reducen la temperatura de quemado de las micropartículas.

Gases contaminantes del motor de hidrógeno y soluciones

• Emite vapor de agua.
• En algunos casos la temperatura de la combustión puede propiciar la generación de pequeñas cantidades de NOX, que se evitan con la EGR.

Al no contaminar el motor de hidrógeno parece la solución más adecuada, que irá incrementando su valor según las normativas sean más estrictas y exijan menos contaminación a los motores de gasolina y diésel. Los fabricantes de automóviles ya apuestan por su incorporación masiva.