Los Motores HCCI Experimentales


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Los Motores HCCI Experimentales

Nuvolari Enzo ©


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Ensayos realizados en banco dinamométrico del motor Diesotto.


Existen algunos propulsores, que gracias a la Investigación y el Desarrollo, en un futuro próximo entrarán en el habitáculo del motor de nuestro automóvil, es decir propulsando todo tipo de vehículos. También se trata de motores de ciclo Otto y de ciclo Diesel, en los que se busca siempre la mejora, y se encuentran también sorprendentes soluciones.
Vale recordar al motor con pistón rotativo más notable, que es el Wankel, nombre que deriva de su creador de origen alemán. En este propulsor, de cuatro tiempos, el pistón no tiene un movimiento lineal alternativo en el cilindro, y con su forma casi triangular se desplaza en el interior de una cámara. El pistón es el rotor, y la cámara el estator. Es importante destacar que Wankel, es un motor de 4 tiempos, a pesar de la falta de los componentes de la distribución (no hay árbol de levas, resortes, botadores ni válvulas), es decir que este motor está construído por una menor cantidad de componentes, respecto a un motor tradicional, y no hay problemas de equilibrado, es liviano, compacto y muy potente.


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El Mazda RX-8 Hydrogen RE utiliza un motor rotativo Wankel


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La firma austríaca AVL. investiga sobre el motor Wankel, gracias al aporte actualizado de la electrónica, con el fin de desarrollar un motogenerador, para recargar la batería de un auto eléctrico.


Hace unos años, comenzó a realizarse un prototipo con las modificaciones necesarias, para aplicarlo en aviación, utilizando como combustible el Hidrógeno. Actualmente, el Wankel vuelve gracias a las baterías. La firma austríaca AVL, una de las mayores empresas dedicadas a la Investigación y Desarrollo de los motores, le ha dado vida a este propulsor que solo era aplicado sobre un modelo de Mazda. El mismo se estaba dejando de utilizar, debido a su alto consumo, y a sus problemas de confiabilidad (Mazda RXB del 2000), pero el motor rotativo tiene muchas ventajas, entre ellas una elevada potencia específica (que garantiza bajo peso y propulsor compacto), y ausencia de vibraciones. Estas condiciones son, sin duda más importantes, que las desventajas antes mencionadas, en el caso que se tenga que desarrollar un motogenerador para recargar la batería de un auto eléctrico durante la marcha. Cabe puntualizar que, normalmente las baterías son recargadas de modo más eficiente al ser conectadas a la red de electricidad.


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Experiencias efectuadas con hidrógeno, en motores para uso agrónomo y aeronáutico, del motor rotativo Wankel.


Respecto al motor de ciclo Otto (de nafta/gasolina) que imita de alguna manera al motor gasolero, denominado Diesotto, es desarrollado por Mercedes Benz. Se trata de un motor naftero, que trabaja con el proceso de combustión HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition), que en ciertas condiciones es como el del ciclo Diesel.
Este motor se experimentó en un modelo M.Benz F700, y en sala de ensayos plagada de instrumentos, de sensores usados para el relevamiento de consumos, prestaciones, emisiones contaminantes y desgaste.
La mezcla “muy pobre” se enciende por compresión, sin usar la chispa de la bujía de encendido y esto es positivo desde ya, en ciertas condiciones de funcionamiento. Cabe señalar que el Diesotto, recurre a tres tecnologías, que son como que sigue:
• El uso del turbocompresor.
• El uso de la inyección de nafta/gasolina directa (dentro de la cámara de combustión).
• El uso de la base de un motor de ciclo Diesel.
El objetivo de M.Benz, es combinar, la reducción de las emisiones contaminantes del motor naftero (por NOx y carbono particulado), con los consumos reducidos de gasoil de los motores Diesel.
Desde hace más de una década, la japonesa Mazda está experimentando con un motor denominado Miller, que es el resultado de la investigación científica del técnico danés Ralph Miller. Su patente de invención, se refiere a la disminución de la temperatura del cilindro, al final de la carrera de compresión, de un motor de 4 tiempos. El hecho es que, la energía generada por la combustión, se transforma en potencia –durante la carrera de expansión- en el cilindro. Cuanto mayor es la relación de expansión, más elevada es la potencia.
En los motores tradicionales, los valores de relación de expansión y de compresión eran sin embargo iguales, por lo cual potencia más alta, significa mayor temperatura del aire en el cilindro después de la fase de compresión.
Esto genera en los motores nafteros, fenómenos de detonación, y en los motores Diesel, cargas térmicas excesivas de los materiales.
Se pensó entonces, reducir la relación de compresión, dejando intacta la expansión. Esto era posible controlarlo, con el cierre anticipado de la válvula en la carrera de admisión, o también con el retardo del cierre de la misma válvula, durante la carrera de compresión.
Esta última solución fue la usada por Mazda.
En este motor Miller, que es sobrealimentado, el proceso del trabajo de compresión se realiza exteriormente al cilindro, con la consiguiente disminución del calor gracias a un eficiente “intercooler”, cuya presencia es fundamental. Como consecuencia, se tiene una potencia más elevada, a paridad de temperatura alcanzada por el motor.


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Tapa de cilindros, del motor experimental, con comando electrohidráulico de las válvulas, con un mecanismo que actúa sobre las levas, para el fucionamiento en dos o cuatro tiempos - Ricardo 2/4 Sight.


Mazda en la década del ’90, prepara un motor Miller V6 de 24 válvulas, que poseía una “distribución variable”, y un compresor a tornillo, volumétrico.
La fundación inglesa S.H.Ricardo, es como la firma austriaca AVL, una de los pilares de la investigación motorística independiente, a la cual recurre la industria automotríz. Entre sus estudios sobre motores nafteros, se encuentra el Ricardo 2/4 Sight, que funciona un poco como un 4 tiempos, y un poco como un 2 tiempos. De acuerdo al instituto, el pasaje de una modalidad a la otra es inadvertible, y le puede permitir al motor, suministrar un par motor, constante y elevado.
La gestión fue puesta a punto por la japonesa Denso, y entre los resultados conseguidos existe un par motor alto, a bajos regímenes, típico del motor de 2 tiempos. Es decir que con 1.0 litros, se logran 250 Nm a 2.500 rpm, permitiendo un notable “downsizing” del motor.
La firma Ricardo, considera que un motor de 2.0 litros V6 2/4 Sight puede reemplazar a un 3.5 litros V6 convencional, incluso con una economía del consumo del 30 por ciento (Recorrido de homologación Europea).
El motor definitivo, tendrá una doble etapa de sobrealimentación, con un volumétrico Rotrex y un turbo Garrett. El mismo usa un comando electrohidráulico de las válvulas, con un sistema especial mecánico de las válvulas, que permite pasar a las levas para el funcionamiento a 2 tiempos, y aquella para el 4 tiempos.


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Las etapas distintas del motor experimental “Miller”, que difieren del ciclo Otto, solo en el ciclo o carrera de compresión.

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