Los nuevos motores alcanzan relaciones altas de compresión

Todas las partes del motor son susceptibles de mejorar en peso, diseño, materiales y funcionamiento y en la precisión de maquinado de los componentes.

Redacción Motor

05:34 a.m. 21 de agosto del 2012

En el año 2017, según afirma el conferencista David Sedgwick,
en Automotive News, el 52 por ciento de los motores que se harán en Norteamérica, la cuna de las máquinas de alta cilindrada y con gran número de pistones, serán de solo cuatro cilindros y su aplicación mucho mayor en los vehículos livianos.

Hoy, la familia de motores de este tipo de 4 cilindros tiene el 46 por ciento del mercado. Este fenómeno es mucho más marcado en Europa y Asia, donde los combustibles son muy caros y los espacios para los grandes carros que los usan no existen, por lo cual prácticamente no circulan.

Con la eficiencia que se está logrando, un motor mucho más
pequeño basta para mover los carros con el mismo ritmo. El torque mayor, la potencia final equivalente gracias a los turbocargadores y las cajas de muchas relaciones -ya las hay automáticas de ocho cambios adelante en autos que se venden en buen número en Colombia- permiten que plantas motrices de menos cilindros y desplazamiento hagan lo mismo que los motores previos con un menor consumo y menos emisiones.

La cifra de crecimiento de los "4 cilindros" no es tan diciente en
porcentaje como en unidades. La diferencia del 6 por ciento que citamos significa que en el 2017 estos motores pasarán de 6,5 a 8,8 millones de piezas en la carretera. Al mismo tiempo, se duplicará la producción de máquinas con tres pistones a pesar de que no tienen un gran universo pues son autos muy pequeños.

Los motores de 5, 6 y 8 cilindros no desaparecerán, por supuesto, porque hay millones de vehículos de otras dimensiones que necesitan más potencia para moverse. Pero no crecerán. Hoy, en Estados  Unidos, 2,4 millones de vehículos salen con motores V8 y se cree que dentro de 5 años estarán en la misma cifra, lo cual
será una proporción inferior ante los más pequeños que  aumentarán.

Un ejemplo típico de este cambio es que la nueva Ford Explorer en Estados Unidos ofrece como opción un motor 4 cilindros turbo. Hyundai ya no vende el V6 en el Sonata y los Ford Fusion y  Chevrolet Malibú se moverán solo con cuatro pistones. Según esto, el cambio puede ir más rápido de lo esperado.

FRASES:

Sin necesidad de recurrir a gasolinas de altos octanajes que no están en el merado popular del mundo, los nuevos motores alcanzan relaciones de compresión que se consideraban imposibles.

RECUADROS:

La fricción en baja
Todas las partes del motor son susceptibles de mejorar en peso,
diseño, materiales y funcionamiento y en la precisión de maquinado de los componentes. Más pequeños, más potentes
A pesar de sus avances, el motor de combustión es una máquina altamente ineficiente pues apenas un 26 por ciento de la energía térmica que produce se aprovecha para mover el carro.

El resto se disipa y desperdicia por los radiadores de agua y aceite y en los conductos de escape. De ahí que aprovechar parte de esta energía de los gases en el escape para mover gratuitamente el turbo es un primer aprovechamiento.

Internamente, el movimiento de las piezas de todo motor genera fricción y parte de su energía se consume en su funcionamiento.
Hacer que todo ruede más libremente, con partes maquinadas a medidas muy exactas para sus tolerancias mínimas -tan exactas que muchos motores no son reparables en servicios externos y ya no se venden piezas para rectificarlos- es una constante en sus diseños que el cliente no ve, pero sí disfruta en el menor consumo de su máquina.

Uno de los elementos que también gastan parte del producido del motor es el aceite, que requiere estar presurizado y camina por todas las galerías del bloque. La presión cuesta caballos y si el líquido a mover es pesado, más esfuerzo hace la bomba. De ahí que ahora estamos usando aceites de muy baja viscosidad, del orden de 10 a 30, cuando hace pocos años lo usual era una gama entre 20 y 50. Cuanto más delgado el aceite, mejor fluye, y si va a menor presión se calienta menos y su viscosidad no decae tanto cuando está caliente.

La F1 también se encogerá
SI hay que dar ejemplo en estas tendencias, el más dramático y
radical será el que se verá en la F1 a partir del campeonato del 2014. Los motores serán V6 turbocargados de solo 1.600 cm3 con inyección directa a una presión de 500 bares. Deberán tener la unidad de recuperación de energía cinética de los frenos (Kers) y en los pits solo circularán con electricidad. La cantidad de gasolina para toda la carrera será limitada. A pesar de esta restricción, se dice que no se perderá el nivel de ruido y que la potencia terminará siendo la misma y, como siempre en la historia, los récords
seguirán cayendo.

Hay que anotar que ya en los años 70, los motores turbo de la F1, con solo 1.500 cm3, producían más de 1.000 caballos y la electrónica era muy incipiente. Los motores actuales son V8 de
2.400 cm3 normalmente aspirados y limitados a 18.000 rpm. Su rendimiento está en el orden de los 850 caballos. Las cajas son semiautomáticas, de seis o siete velocidades, y secuenciales.

El motor temporal
Una manera totalmente lógica de ahorrar combustible y bajar la contaminación es tener el motor apagado mientras el auto no anda. Nadie lo hace manualmente porque tienen la idea equivocada de que el motor gasta más cada vez que se enciende. Lo cual es totalmente falso si se analiza que ahora los autos vienen con sistema de apagado y encendido cuando llevan equis
tiempo detenidos, como un método exacto para economizar.

También, en una enorme parte las condiciones de trabajo de los vehículos con motores grandes no necesitan toda su potencia, por
ejemplo en tráfico lento, en velocidad de crucero o descargados, por lo cual automáticamente el computador desconecta algunos de
los cilindros haciendo que, por ejemplo, un V8 funcione como 4 cilindros mientras esté en estas condiciones.

Carrocerías a dieta
Para saber el rendimiento potencial de un vehículo es necesario saber cuántos kilos de peso debe mover cada caballo de potencia.
Por supuesto, cuanto más liviano fabriquen el carro, o bien será más rápido o podrá andar con un motor más chico. Los materiales de hoy son sumamente livianos, gracias a los plásticos y afines que forman gran parte de la carrocería donde antes se usaban materiales costosos y pesados, como los bómperes metálicos. Desafortunadamente, en alguna forma de lectura, esa ganancia del peso final de los autos de hoy no se ha traducido en vehículos más pequeños y funcionales sino que son cada vez más grandes y
aparatosos, como es evidente en las SUV.

Pero, por decir algo, si hoy se hiciera un Renault 4 con los materiales actuales, seguramente pesaría 50 o 60 kilos menos.
Esta favorabilidad del peso también se invierte, hay que decirlo, en equipos mucho más amplios en seguridad, estructuras, refuerzos y protecciones, más piezas mecánicas como el turbo, el intercooler, navegadores, parlantes, motores auxiliares y el catalizador, que generan autos más limpios, más confortables y con mayor protección para los ocupantes.

El turbo, común impulsador
Rescatado de la rutina de los motores diésel en los años 70 y luego con apariciones esporádicas en algunas soluciones mecánicas para afrontar las históricas crisis de combustibles, el
turbocargador es hoy la herramienta fundamental para ofrecer motores de excelente caballaje, gran toque con baja cilindrada y
consumo racional.

Desde cuando comenzó a tener una aplicación más masiva y sin la necesidad de asociarlo con autos de gran rendimiento y gracias a la llegada de la electrónica que lo hizo perfectamente compatible -cosa que con los carburadores siempre fue bastante artesanal-,
el turbocargador es hoy el elemento clave para desarrollar las máquinas dentro de las proporciones de potencia y consumo que
las normas imponen y el consumidor requiere.

El auge de este sistema ha generado que, de los viejos compresores que se intercambiaban con los de los motores diésel a los de hoy, haya una enorme distancia técnica. Desaparecieron
los fenómenos de demora en arrancar que llevaban a que la gente
considerara que el "turbo se disparaba" a equis número de revoluciones y los problemas de confiabilidad por su lubricación crítica. La investigación ha llegado a soluciones perfectamente
confiables y transparentes para los conductores.

Asimismo, el costo de los turbos ha caído dramáticamente por su masificación industrial, a tal punto que los motores de última
generación ya no usan uno sino dos compresores que trabajan en secuencia, uno para las bajas revoluciones y otro para las altas. De paso, por funcionalidad, pocas piezas y bajo precio, desterraron el uso del supercargador que hace el mismo
trabajo, pero movido por una correa desde el motor con menor eficiencia y un costo mucho más elevado.

Automatizar las cajas
Especialmente en vehículos de tamaño grande y motores de buen desplazamiento, para que una máquina pueda aplicar la teoría del "downsizing" -con menores cilindradas-, necesita una caja con muchas más relaciones, de manera que siempre haya un cambio en el cual el vehículo ande con la gama de revoluciones en su mejor punto de torque y consumo.

Al automatizar las cajas, con electrónica de última generación, también los programas del motor pueden intervenir en el cambio que se debe usar de manera transparente para el conductor y de esta forma hay ahorro de combustible que manualmente la persona no conseguiría.

Si bien esas cajas son elementos muy costosos y complejos, poco a poco se dará el cambio, como sucedió con las mecánicas hace muchos años. Al principio eran de solo tres cambios, luego
de cuatro. Cuando salieron con quinta fueron novedad y ahora vienen con seis marchas, siguiendo esta misma tesis.

Otra teoría mecánica que va avanzando son las cajas CVT de relaciones continuas variables que no usan piñones (menos partes móviles) sino una correa que camina sobre dos poleas de diámetro variable.

Los accesorios, por su cuenta
Es común que al motor, además de colgarle las tareas de mover
el vehículo, se le encargue hacer girar la bomba de presión
hidráulica que suaviza la dirección, el compresor del aire acondicionado, las bombas para mover el agua y el aceite y el alternador para cargar la batería. Fácilmente, ahí se invierten 15 a 20 caballos del producido.

Y más en motores grandes. Por eso aparecen las direcciones asistidas con electricidad que, además, al depender de esta fuente
pueden ser intervenidas electrónicamente para funciones de estabilidad y corrección automática e inteligente del manejo. Igualmente, el compresor del aire se puede hacer girar con electricidad y ciclarlo más eficazmente para que mantenga la temperatura de la cabina en un rango ideal.

Perfectamente la bomba de aceite camina con corriente eléctrica y puede entregar diversas gamas de presión según la necesidad. Con el enganche mecánico tradicional, la presión va en aumento lineal y constante y así el aumento de carga de trabajo de la bomba. De la misma manera, la bomba del agua puede dejar de depender de una correa y funcionar eléctricamente.

A todas estas, ¿el alternador trabaja más para producir esa corriente adicional y se come el ahorro? Sí. Y no. Porque ahora los alternadores solamente cargan cuando el motor va desacelerando aprovechando el impulso que genera el carro, y se desconectan cuando la máquina está impulsando el auto. Esta energía es suficiente para mantener la batería cargada casi gratuitamente.

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