Así funciona el motor de compresión variable

Una antigua propuesta que se quedó en laboratorios por la falta de “inteligencia” de la electrónica actual ahora aparece en el Nissan Altima.

revista motor

04:54 p.m. 16 de octubre del 2019
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Motor compresión variable

Un motor con compresión variable, como el equipado por el nuevo Nissan Altima que ya rueda en nuestra país, cambia la relación de compresión automáticamente, tiene dos sistemas alternos o simultáneos de inyección normal y directa y un turbo modulable para darle mejor eficiencia y rendimiento. Son 248 caballos a 5.600 r. p. m. oriundos de un bloque de cuatro pistones en línea de 1.995 cm3.

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Motor compresión variable

No es nuevo este tema por cuanto todo motor de combustión interna gira dentro de una frontera física muy compleja: para tener su máxima potencia, requiere conseguir una alta presión de la mezcla aire-gasolina en las cámaras, pero esta tiene un límite dado por la detonación de la misma que se precipita porque la temperatura sube de manera proporcional a la presión hasta el punto de que se inflama por sí sola antes del salto de la chispa en la bujía.

Una manera variable de lograr esa potencia es aumentando la cantidad de aire que se mezcla con la gasolina en el múltiple de admisión o en la misma cámara (inyección directa) mediante un compresor externo movido gratuitamente por los gases de escape (turbo) o con una polea vinculada al cigüeñal (súper cargador) que consume una parte de la producción del motor. Pero al inflar de manera adicional a los cilindros y la cámara por esta vía, la presión se sube por lo cual hay que reducir la relación final de compresión del motor a fin de evitar la detonación.

Esto implica que a altas revoluciones, el caballaje y torque son elevadísimos, pero a bajo régimen el motor es muy pobre en respuesta. Eso pasa en todos los motores turbo convencionales que en la realidad funcionan como dos en uno, cuando hay carga del turbo o cuando este se encuentra en régimen bajo de giro y la gente suele identificar ese cambio de potencia como el “disparo” del turbo. Que en realidad nunca sucede porque el compresor siempre está girando y aporta su cuota de aire comprimido a medida que comienza a girar y llega s sus regímenes usuales por el lado de las 120 mil revoluciones.

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Motor compresión variable

Una solución para conseguir un motor que dé plena potencia, el mejor torque en bajas y optimice el consumo es tener estos dos elementos variables. Por un lado la relación de compresión que suba o baje de acuerdo con la carrera que se le dé al pistón. Por otro, modulando la presión del aire que envíe el turbo. Lo primero es lo complejo, lo segundo está inventado con el regulador o “waste gate” que limita la cantidad de gases de escape que mueven la turbina respectiva.

Soluciones para este laberinto ha habido en la historia, pero nunca han pasado de la etapa de laboratorio. Hasta ahora, cuando Nissan perfeccionó y puso en serie en los Altima un motor de compresión variable con turbo, que funciona entre los rangos de 8 a 1 hasta 14 a 1.

La parte mecánica que produce este cambio de medidas en la posición del pistón con respecto a la cámara lo logra con un ingenioso sistema en el cual las bielas van acopladas a un eje intermedio que cambia de posición mediante un actuador que responde a la cantidad de acelerador que se use. Es bien complejo de explicar, pero algo más fácil de entender si se ve ESTE VIDEO.

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Motor compresión variable

El mecanismo de variabilidad está acompañado de la modulación de la carga del turbo a medida que se necesita y hay dos bancos de inyectores: uno tradicional en el múltiple de entrada que camina cuando hay bajas presiones y otro directo a las cámaras cuando se trabaja en alta presión y el aporte del combustible a último momento directo sobre la cabeza del pistón enfría el compartimento donde está la mezcla lista para ser encendida, lo cual evita la detonación.

En el Nissan, los dos sistemas de inyectores trabajan alternadamente o al tiempo, según lo decida el computador. Este es básicamente el principio SkyActiv de Mazda con el cual en altas relaciones de compresión pueden usar gasolina de octanaje regular y en diferentes diseños más o menos hace tránsito a todos los motores que cada vez tienen una más alta relación de compresión interna pero usando combustibles genéricos de octanaje y precio populares.

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Motor compresión variable

Este ingenioso motor ayuda enormemente a bajar las emisiones y optimizar el consumo, pues el variador intermedio está calibrado electrónicamente y, por ende, su programación lo coloca siempre en el mejor momento de eficiencia o potencia según la demanda. Si fuera dependiente solo de una graduación variable mecánicamente de esas piezas, no funcionaría con inteligencia como ahora sucede y eso explica que antes no se hubiera implantado en motores de serie.

Por otro lado, el precio del auto se mantiene en el rango de sus congéneres a pesar de que esa maquinaria es más cara de fabricar, pero le retorna al fabricante bonos y pasaportes ante las autoridades ambientales del mundo que hoy son muy severas y cuya alineación es muy compleja en producciones de grandes escalas que deben compensar sus emisiones so pena de enormes multas y restricciones.

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Datos
21 años lleva Nissan trabajando en el diseño de este sistema que ahora es el primero fabricado en gran serie en el mundo en los carros Infiniti QX50 y Altima que se vende en Colombia. Las pruebas reales indican que hay un 8% de reducción en el consumo y la correspondiente cuota de emisiones.

Es sabido que ante esos requisitos, la electrificación es un camino inevitable pero al motor térmico aún le quedan muchos desarrollos para mantenerse dentro de los parámetros de emisiones y este paso de Nissan es un ejemplo de las exploraciones que se hacen paralelamente con las de los sistemas cero emisiones.

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