¿Qué significa “retención de ahorro de combustible” para un motor diésel? La pregunta surge a menudo en las discusiones sobre los sistemas de postratamiento de escape (EATS: exhaust aftertreatment systems) obligatorios por el gobierno federal y su impacto en la economía de combustible de un vehículo. Específicamente, la acumulación de cenizas no combustibles en el filtro de partículas diésel (DPF) hace que el motor consuma más combustible en condiciones normales de funcionamiento de lo que consumiría con menos acumulación de cenizas. ¿Qué causa esta pérdida de economía de combustible y cómo podría revertirse para que esta se mantenga?    

Para comprender el concepto de retención de ahorro de combustible, comencemos con un motor recién salido de la línea de ensamblaje. Como saben la mayoría de los observadores de la industria, la tecnología y el diseño de los motores diésel de servicio pesado han evolucionado considerablemente durante la última década en respuesta a los requisitos cada vez más estrictos de la EPA sobre emisiones y ahorro de combustible. Como resultado, cada generación sucesiva de motores es más eficiente en combustible que sus predecesores. Esto es particularmente cierto para los motores introducidos después de 2017, cuando entraron en vigor las últimas normas de la EPA y la NHTSA que rigen las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Cuando un vehículo nuevo sale de fábrica, su motor funciona con la máxima eficiencia desde la perspectiva de la economía de combustible.       

Con el tiempo, esa economía de combustible de referencia se degradará a medida que el motor se vuelva menos eficiente. Y uno de los principales culpables de la degradación del ahorro de combustible es la acumulación de cenizas en el DPF. Por supuesto, la obstrucción del DPF también tiene otros efectos negativos. Puede afectar el rendimiento del sistema de postratamiento y del motor y, de hecho, causar daños si no se controla durante demasiado tiempo. Los DPF requieren limpieza y mantenimiento frecuentes, lo que significa tiempo de inactividad del equipo y costo de mano de obra. Sin embargo, centrémonos en el impacto negativo en el consumo de combustible, una gran preocupación, especialmente para los operadores de flotas en carretera.      

Cómo la obstrucción del DPF perjudica el ahorro de combustible

La causa principal de la acumulación de cenizas en el DPF son los aditivos metálicos no quemados en el aceite del motor. Los aceites diésel API CK-4 de hoy no pueden contener más del 1% de contenido de cenizas sulfatadas. A medida que se acumula más y más ceniza en el DPF, hace que el motor queme más combustible del que consumiría en las mismas condiciones de conducción con una mínima acumulación de ceniza. Dos factores resultantes de la obstrucción del DPF son responsables de este aumento en el consumo de combustible: mayor contrapresión y frecuencia de regeneraciones del DPF.     

La contrapresión es el efecto que ocurre cuando la acumulación de cenizas y hollín ocupa tanto espacio en el DPF que bloquea o al menos impide el flujo de escape a través del filtro. Luego, los gases de escape se acumulan en el sistema de postratamiento, luchando contra el motor y obligándolo a trabajar más duro para "expulsar" el escape. Cuanto más trabaja el motor, más combustible quema.   

La regeneración o "regeneración" es el proceso de quemar el hollín del DPF haciendo funcionar el motor a altas temperaturas. A menudo, esto ocurre durante la operación normal en la carretera cuando un camión está funcionando a altas velocidades, lo que se conoce como regeneración "pasiva". Sin embargo, los operadores no siempre pueden confiar en la regeneración pasiva y es posible que el motor deba activar una regeneración "activa". Esto implica inyectar combustible crudo directamente en el DPF para elevar la temperatura lo suficiente como para quemar el hollín. En algunos casos, el vehículo indicará la necesidad de una regeneración "forzada". En este caso, el motor debe acelerarse a RPM extremadamente altas mientras el vehículo está inactivo. Nuevamente, el motor está trabajando más duro y quemando más combustible, pero el vehículo no se mueve, lo que efectivamente reduce las MPG a cero. Cuanto mayor es la acumulación de cenizas y hollín en el DPF, más frecuentemente se requieren regeneraciones forzadas y más tardan esas regencias, lo que agrava la tasa de consumo de combustible.         

La penalización por ahorro de combustible y cómo mitigarla

La contrapresión aumentada y la regeneración más frecuente se combinan para privar al motor de su rendimiento máximo de economía de combustible. A esto lo llamamos la "penalización" por economía de combustible. Si la acumulación de cenizas alcanza el 25% de la capacidad total del DPF, esa penalización puede estar entre el 3% y el 6%, o de tres a seis galones adicionales por cada 100 galones de combustible consumido, en comparación con un motor que funciona con la máxima eficiencia. La contrapresión representa aproximadamente el 23% de la penalización total por economía de combustible, mientras que la regeneración forzada es responsable de alrededor del 77%.    

Limitar o ralentizar la acumulación de cenizas en el DPF ayudará a restaurar parte de esa economía de combustible perdida; en otras palabras, el motor conservará más economía de combustible de la que pierde. De ahí el término "retención de ahorro de combustible". La reducción de cenizas no mejora la economía de combustible, sino que la restaura a un nivel más cercano a su eficiencia máxima.   

¿Cuánto más cerca? En un extenso estudio publicado por SAE International, los investigadores de Chevron compararon los efectos del envejecimiento en un DPF entre un aceite de uso pesado convencional que contiene un 1% de cenizas sulfatadas y un aceite ultra bajo en cenizas (ULA) con un contenido de cenizas del 0,4%. [1] El estudio confirmó que "la reducción de las cenizas sulfatadas en el aceite del motor proporciona una reducción proporcional de la acumulación de cenizas en el DPF". El análisis concluyó además que "el aceite ULA proporciona un beneficio significativo en términos de control de contrapresión del DPF ", lo que resulta en "una ventaja de ahorro de combustible de hasta el 1,9% en los sistemas completamente envejecidos".       

En pruebas adicionales para los efectos de la regeneración, se encontró que el consumo de combustible era un 5% más alto con el aceite convencional que con el aceite ULA. En conjunto, "los efectos de contrapresión y los efectos de regeneración se combinan para obtener una ventaja de retención de ahorro de combustible del ciclo de vida del 3% total para la tecnología de aceite de motor ultra bajo en cenizas".    

Dicho de otra manera, un beneficio de retención de ahorro de combustible del 3% puede eliminar o mitigar a la mitad una penalización por ahorro de combustible del 3% al 6%. Si bien estos porcentajes pueden parecer incrementales, pueden sumar ahorros sustanciales de combustible cuando se toman en cuenta en una flota de camiones con un promedio de 100,000 millas por año cada uno *.    

Y eso es solo parte de la historia. Reducir la acumulación de cenizas del DPF significa intervalos de limpieza y mantenimiento más prolongados, menos tiempo de inactividad y un menor riesgo de daños en el motor, lo que puede traducirse en una mayor vida útil del equipo.  

Los fabricantes de equipos originales de camiones y los operadores de flotas han luchado durante mucho tiempo con los costos de endurecer los estándares de emisiones y ahorro de combustible. La introducción del aceite de motor de servicio pesado Delo® 600 ADF, construido sobre la tecnología patentada de lubricantes ultra bajos en cenizas de Chevron, es una forma de aliviar parte de la carga económica de las flotas.    

* Los ahorros reales variarán según el tipo de vehículo, la carga y otras condiciones de conducción. 

[1] Whitacre, S. y Van Dam, W., “Enhanced Fuel Economy Retention from an Ultra-Low Ash Heavy Duty Engine Oil” ("Retención de ahorro de combustible mejorada de un aceite de motor de servicio pesado ultra bajo en cenizas"), Documento técnico SAE 2019-01-0732, 2019, doi: 10.4271 / 2019-01- 0732.