FPT Industrial y Stanadyne hablan sobre la innovación en motores de combustión interna

Un reciente seminario web del Foro de Tecnología de Motores (ETF) se centró en las diversas innovaciones que se están implementando en los motores de combustión interna (CI) para mejorar la eficiencia y las emisiones. Los ponentes del sector abordaron temas que abarcan desde los combustibles hasta el postratamiento.

Sin embargo, una parte importante del seminario web se centró en los avances tecnológicos en los propios motores de combustión interna.

Ivan Tate, director del centro técnico del fabricante de motores y sistemas de propulsión FPT Industrial, inauguró esta parte del seminario web. Tate repasó las innovaciones que FPT ha implementado para mejorar el rendimiento, el consumo de combustible y la productividad.

Al calificar el motor de combustión interna como "un motor clave para los próximos años", Tate se centró específicamente en la plataforma del motor XC13 de 13 litros de FPT, que puede configurarse para múltiples combustibles, como el diésel y el gas natural, ambos centrales en sus comentarios.

Evolución del motor

Tate habló sobre la evolución del XC13, comenzando con el Cursor C13 en 1998.

El XC13 de FPT Industrial se presentó en la IAA Transportation 2022. (Foto: FPT Industrial)

“Concebido como un motor para carretera, dimos el salto al todoterreno a principios de la década de 2010”, dijo. “Hubo un aumento de potencia gracias a la turboalimentación de doble etapa. Luego, en esa época (2012), empezaron a entrar en vigor importantes cambios legislativos. Evolucionó hacia el gas natural (2017), y luego, como empresa, nos dimos cuenta de lo que estaba sucediendo. Así que, con el concepto Cursor X (2018), nos centramos en la sostenibilidad, la modularidad y la flexibilidad de nuestros productos. Y el XC13 es realmente la nueva generación”.

Una innovación común que FPT eligió para el XC13, independientemente del tipo de combustible, fue migrar de las piezas de fundición estándar para el bloque de cilindros y la culata al hierro de grafito compactado (CGI).

“Esto nos permite ser más ligeros, pero también más rígidos”, dijo. “Por lo tanto, mejora las emisiones y la presión del cilindro que podemos mantener”.

Las mejoras que realizó FPT redujeron el peso en aproximadamente un 10 por ciento tanto en el modelo diésel como en el de gas natural en comparación con el motor C13.

Reducciones de fricción

FPT también buscó reducir la fricción en el XC13 mediante el uso de nuevos materiales en las bielas y los pasadores, algo que Tate llamó un desarrollo clave.

“Parece fácil”, dijo. “Tomar la superficie del rodamiento, mejorar los materiales, reducir el área superficial, modificar las holguras para optimizar la fricción. Pero también nos preocupamos por la facilidad de servicio, por lo que aumentamos los intervalos de servicio y la carga en comparación con las generaciones anteriores. Por lo tanto, se trabajó con fabricantes de lubricantes y se realizó un gran trabajo de durabilidad para aprovechar esos beneficios y obtener exactamente lo que necesitábamos”.

Otras mejoras en el sistema de tren de válvulas aumentaron la potencia de frenado en un 29 por ciento en la versión diésel del XC13 y más del 300 por ciento en la unidad de gas natural, ambas en relación con el predecesor C13.

"Esto, en parte, obviamente mejora la capacidad de conducción, pero también se acerca a algunas de las otras emisiones que están entrando en el espectro de emisiones", dijo, y agregó que esto incluye el polvo de los frenos y las emisiones relacionadas con el desgaste de los componentes que han comenzado a aparecer en los gráficos de emisiones a raíz de emisiones de combustión del tubo de escape significativamente más bajas.

Auxiliares y controles

Dos mejoras adicionales que, combinadas con el menor peso del motor, han contribuido al rendimiento y al consumo de combustible son los auxiliares inteligentes y el control avanzado de la combustión. Estos auxiliares son bombas de aceite y agua de velocidad variable, que pueden ser de dos etapas o totalmente variables, según Tate. En cuanto a los controles, el XC13 cuenta con un control avanzado de la combustión y gestión térmica.

“Particularmente en condiciones de arranque, condiciones de frío y transitorios, los beneficios de la inyección de combustible, poder controlar las contrapresiones del turbocompresor, las contrapresiones de escape y luego cambiar los patrones de inyección revelan el hecho de que podemos aumentar la potencia, pero también podemos cumplir con los objetivos de emisiones y consumo de combustible al hacerlo”, dijo.

En comparación con el C13, estas y otras mejoras del XC13 han resultado en un aumento de potencia de más del 2 % y de par motor de más del 12 % en la versión diésel, con una reducción correspondiente del 7 % en el consumo de combustible. El modelo de gas natural registró aumentos de potencia y par motor de más del 9 % y más del 10 %, respectivamente, con una mejora de la eficiencia de combustible de aproximadamente el 8 %.

Inyección directa de GLP

Srinu Gunturu, ingeniero jefe de la empresa de sistemas de combustible Stanadyne, analizó las innovaciones en los motores de combustión interna alimentados por propano, en particular la inyección directa de gas licuado de petróleo (GLP).

El inyector y la bomba de combustible Stanadyne suministran GLP mediante el sistema de inhibición de bloqueo de vapor desarrollado y diseñado por Katech. (Foto: Stanadyne)

"Creemos que será una gran alternativa", dijo, "y también aumentará la eficiencia de los sistemas actuales de combustible de propano líquido disponibles en el mercado".

Entre los beneficios del GLP, Gunturu destacó la mejora en la eficiencia del motor y las emisiones.

“El octanaje es de 105, y con un catalizador de tres vías, probablemente podamos reducir aún más las emisiones y, además, a un menor costo que con los sistemas diésel de posventa”, dijo. “Y gracias al propano líquido, las emisiones de partículas (PM) serán casi nulas”.

Gunturu citó el trabajo que Stanadyne ha realizado con Katech Engineering y el Consejo de Educación e Investigación de Propano (PERC) para llevar la inyección directa de GLP al mercado.

Abordar el bloqueo de vapor

“Desarrollamos un sistema en una plataforma GM, el motor L8T, sin realizar modificaciones importantes con respecto a un motor de gasolina; lo cambiamos directamente a propano líquido”, dijo. “Logramos realizar modificaciones menores en el software y el hardware, e incorporamos inhibidores de bloqueo de vapor en el sistema para facilitar el encendido del motor con propano líquido”.

El bloqueo de vapor fue un problema clave que Stanadyne tuvo que superar al poder hacer funcionar el motor con GLP.

“El principal obstáculo que teníamos era el combustible”, dijo Gunturu. “El propano se convierte en gas a presión ambiente y se evapora en el sistema”.

Gunturu dijo que se realizaron modificaciones a la bomba de propano y al inyector para solucionar el problema de bloqueo de vapor.

“Realizamos cambios de diseño en nuestra bomba, junto con el sistema, para facilitar el bloqueo de vapor con el propano líquido”, dijo, “para el suministro de la bomba de alta presión, de modo que la bomba no se atasque ni funcione a presiones más altas, evitando así el bloqueo de vapor. Además, desarrollé un sistema de alivio de presión por si se forma vapor en el riel, lo que también ayudará a eliminarlo, liberarlo y volver a conectarlo al chasis”.

Los inyectores también fueron diseñados para lograr un mayor flujo, agregó Gunturu, para mejorar la combustión del GLP en el cilindro.

Comparable a la gasolina

El motor de prueba General Motors L8T 6.6L GDI se actualizó con componentes Stanadyne y funciona con inyección directa de GLP. (Foto: Stanadyne)

Según Gunturu, el motor L8T tuvo un rendimiento similar al del motor de gasolina con GLP. La potencia del motor fue ligeramente superior a la de la gasolina en el rango de 3000 a 3500 rpm.

Stanadyne realizó pruebas de dinamómetro para garantizar que el funcionamiento del motor con GLP no dañara ni destruyera el motor, las culatas de cilindros y otros componentes mecánicos.

“No hemos detectado ningún signo de desgaste mecánico anormal ni recesión del asiento de válvula, ni tampoco problemas con las bombas de combustible ni los inyectores”, declaró Gunturu, añadiendo que esto ocurre tras más de 16 millones de ciclos en los inyectores y más de 50 millones de carreras de la bomba de combustible. “Y no solo en régimen constante. Realizamos pruebas de ciclo transitorio con diferentes condiciones de arranque/parada, arranque en frío y velocidad de crucero de 88 a 105 km/h para comprobar si esta tecnología afectaría la fiabilidad o la durabilidad del motor, así como los componentes del sistema de combustible”.

Planes futuros

Stanadyne está investigando si la tecnología puede aprovechar mezclas de dimetiléter renovable (rDME) además del propano renovable.

Gunturu agregó que Stanadyne tiene planes de convertir un camión GM con un motor V8 de 5.3L para que funcione con GLP.

“Estamos planeando completar todas las pruebas de emisiones de la EPA para demostrar que habrá un beneficio medible en términos de CO2 y también una importante reducción de emisiones que serán los próximos pasos para llevar esto al siguiente nivel en el mercado”.

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