¿Por qué hizo trampas Volkswagen en sus TDI?

Ya sabemos que VAG trató de engañar, sin resultado, a la agencia de protección medioambiental estadounidense (EPA) con las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) de sus motores diésel.

El cómo lo hizo exactamente es algo que todavía no podemos explicar con detalle, pues todas las partes implicadas se han guardado parte de la información en la manga. Pero hay otra cuestión en el aire, ¿por qué lo hizo?

Para elaborar este artículo hemos tenido que ir paso a paso, buscando datos concretos para poder dar una visión técnica al asunto.

Todo arranca por conocer cuál es el estándar de emisión de los vehículos TDI con los que Volkswagen ha intentado "colársela" a la EPA. Según el certificado de estos coches, estos cumplían con la especificación US-EPA Tier2-Bin5.

Buscando información sobre la misma, nos encontramos con emisiones de NOx que han de estar por debajo de los 70 miligramos por milla recorrida. Si lo pasamos a kilómetros, para entendernos todos mejor, estamos hablando de 43,48 miligramos por kilómetro recorrido.

En Europa la normativa imperante ahora mismo es Euro6. Según ella, para motores diésel, el límite de emisiones de NOx es de 80 miligramos por kilómetro recorrido.

Aquí empieza a verse ya claro el problema, y eso que acabamos de empezar: Volkswagen tenía que "apretar" sus motores y tecnologías para reducir a prácticamente la mitad las emisiones de óxidos de nitrógeno de sus motores respecto al estándar europeo que manejaban antes de poder cumplir con lo exigido por la EPA.

Pero, ¿cómo limitar las emisiones de óxidos de nitrógeno? El primer paso es instalar un sistema de recirculación de gases de escape, con una válvula activa para ello, la "famosa" EGR. Me explico rápidamente y sin entrar en demasiada termodinámica: Los óxidos de nitrógeno suceden cuando en la cámara de combustión hay mucha temperatura y mucha presión. En esas condiciones el nitrógeno que hay en el aire que respiramos, se combina con el oxígeno, algo que no aporta potencia ni prestaciones, pero que sí que resulta perjudicial para los seres humanos.

Los motores diésel, por su condición y diseño, trabajan con presiones y temperaturas muy elevadas, y por eso son especialmente "sucios", generando muchos óxidos de nitrógeno. Al incorporar una EGR lo que se hace es enviar gases del colector de escape a la admisión del motor. De esta manera se rebaja la temperatura de combustión.

Al rebajarse la temperatura de combustión y emplear gases de escape, se pierde potencia y eficiencia del motor, pero se reducen en gran medida los óxidos de nitrógeno emitidos.

La EGR, en todo caso, no es un mecanismo pasivo, sino una válvula activa, que, en función de la solicitud de par por parte del conductor (cuánto pise el pedal) y otros condicionantes, envía más o menos gases de escape a la cámara de combustión. Esto es importante que lo tengas en cuenta para lo que va a venir más abajo.

Por otro lado, cuando el uso de una EGR no es suficiente para limitar la generación de óxidos de nitrógeno, el siguiente paso es la integración de un sistema de urea, el famoso "AdBlue". Al agregar urea a los gases de escape se produce una reacción catalítica selectiva, que permite generar la siguiente reacción química:

2(NH2)2CO + 4NO + O2 → 4N2 + 4H2O + 2CO2

Para los que no esteis puestos en química, lo que se consigue el AdBlue (2(NH2)2CO) es "desmontar" las uniones de oxígeno y nitrógeno (4NO), para emitir el nitrógeno "suelto" (4N2). Vamos, que se logra descomponer el óxido de nitrógeno, eliminando de raíz el problema.

Pero el uso de AdBlue tiene sus pegas. La primera y fundamental es económica: Esta tecnología implica incorporar en el vehículo elementos extra (el catalizador selectivo, un depósito para la urea rebajada con agua destilada, un inyector...), y luego están los problemas logísticos a nivel de usuario: el cliente ha de encontrar estaciones de repostaje o puntos de venta donde adquirir el AdBlue, que además tiene que pagar aparte del combustible.

Otra solución alternativa al empleo de AdBlue pasa por las trampas de NOx. Se trata de catalizadores que convierten NO en NO2, y que a su vez lo almacenan como un nitrato en las paredes del elemento. Cuando la "trampa" se satura de nitratos, lo que se hace es entrar "en modo de regeneración", quemando combustible de manera rica para activar una reacción química que descompone estos nitratos y emite simplemente nitrógeno y oxígeno.

Por último, además de todas estas soluciones, los fabricantes pueden trabajar con mucho cuidado el mapeado de diversas variables, como el punto de inyección de combustible, la presión de inyección y los pulsos de la misma y la geometría del turbocompresor, para jugar con la relación de compresión efectiva del motor.

Pues bien. Ante toda esta colección de soluciones "posibles", Volkswagen decidió tirar por el mismo camino que emplea en Europa: evitar el uso de AdBlue y concentrarse en un uso intensivo de estrategias de gestión del motor, acompañadas por la EGR y la citada trampa de NOx, para lograr superar los estándares de emisiones.

En Europa, donde tenemos un ciclo de homologación cada vez más puesto en duda, el NEDC, resulta "relativamente fácil" jugar con estos parámetros y lograr batir lo que se pide en cuanto a emisiones. ¿Por qué? Pues porque las cargas de motor necesarias para lograr pasar el test de conducción europeo son muy bajas. Así, tal y como te contábamos ayer, basta con que los fabricantes ajusten sus motores para emitir lo mínimo posible en óxidos de nitrógeno cuando hay bajas cargas de motor (muy poco acelerador), para superar el nivel de emisiones exigido, dando igual lo que ocurra, de facto, cuando el cliente acelere "de verdad" con su coche. ¿Recuerdas aquel artículo en el que te conté cómo era el NEDC? Este ciclo asume, por ejemplo, que en ciudad la gente acelera de 0 a 50 por hora en 26 segundos. ¡26 segundos!

Pero en Estados Unidos las cosas no son tan fáciles. El ciclo de conducción empleado para certificar el motor bajo la US-EPA Tier2-Bin5 es más exigente, y para colmo de Volkswagen, además exige reducir a prácticamente la mitad las emisiones de óxido de nitrógeno.

La solución para VAG, sin incurrir en una enorme inversión económica para actualizar su motor e integrar soluciones reales al problema (AdBlue, trampas de óxidos de nitrógeno), estaba en abrir mucho más a menudo la EGR y jugar con todo el resto de parámetros de sus motores. Pero claro, esto implicaba una importante pérdida de prestaciones.

VAG no podía permitirse perder prestaciones si quería hacer su motor viable comercialmente, especialmente ante otros diésel de la competencia en el caso de Audi (BMW y Daimler tenían sino la batalla ganada), así que la solución desde el punto de vista de los ingenieros fue sencilla: Actuar como lo harían en Europa, creando una solución específicamente pensada para pasar con honores los controles de emisiones, y luego ofrecer prestaciones normales en la vida real.

El problema es que eso, tal y como te comentamos ayer, está específicamente prohibido por la EPA.

No está todavía claro cómo actuaron concretamente, pero basándonos en lo que sabemos ya y en los datos que aquí te he presentado, lo que VAG ha estado haciendo es abrir mucho la EGR y reducir el paso del turbocompresor para emitir menos NOx cuando la centralita se percataba que estaba en proceso de homologación. Luego, en cuanto el coche no estaba siendo conducido bajo esas condiciones de laboratorio, la programación de la centralita permitía cerrar la EGR para recuperar las prestaciones, a expensas de emitir mucho, pero que mucho más NOx.

No son pocos los estudios que han sido publicados sobre las discrepancias de emisiones entre homologación y conducción real (este por ejemplo resulta especialmente interesante). El problema, y es lo que os indicaba ayer en este artículo, es que estudios como el citado demuestran que los TDI de Volkswagen llegan a emitir hasta siete veces el límite de emisiones de NOx en conducción real respecto a la homologación, y eso es perfectamente legal. En cambio, ese mismo extra de emisiones en Estados Unidos, esa discrepancia entre medidas de laboratorio y medidas en carretera abierta ha podido ser investigada y ahora va a ser castigada, por infringir ese ya famoso párrafo agregado por la EPA que tanto necesitamos en Europa.

Pero, ¿podría haber actuado de otra manera Volkswagen? Pues claro que sí. La primera opción, y la más obvia, habría pasado por no intentar meter con calzador sus TDI en un mercado donde los diésel son considerados "raros y contaminantes", y donde las normativas de emisiones y la manera de verificarlas es más exigente que la europea. La segunda opción habría sido actualizar sus motores de manera moralmente correcta, con dispositivos como los catalizadores selectivos con urea, para no tener que hacer trampas. La tercera opción habría sido reducir las prestaciones de sus motores para cumplir con las emisiones sin tener que hacer trampas... Y la lista podría seguir mucho más.

Pero ya es tarde.

Artículo originalmente publicado en Pistonudos.