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Motores híbridos no eléctricos
Un nuevo tipo de vehículo híbrido podría ofrecer un menor consumo de combustible a los consumidores preocupados por los precios de la gasolina. Los ingenieros mecánicos del Reino Unido han desarrollado un nuevo tipo de motor de combustión que puede cambiar entre un motor de dos tiempos y uno de cuatro tiempos. El sistema, dicen, puede reducir el consumo de combustible en un 27 por ciento.
Un nuevo híbrido: Este prototipo de motor híbrido, denominado 2 / 4SIGHT, puede cambiar entre los modos de cuatro y dos tiempos, reduciendo así el consumo de combustible en más del 25 por ciento.
El consumo de combustible mejorado proviene esencialmente de la reducción del motor, dice Neville Jackson, director de tecnología de Ricardo Reino Unido , una empresa de ingeniería en Shoreham-on-Sea que desarrolló el nuevo motor. Un motor más pequeño tiene menos fricción interna y ofrece un mejor consumo de combustible, dice.
Pero los motores de los automóviles pequeños, que generalmente se basan en un diseño de cuatro tiempos, no ofrecen mucha potencia. Pueden ser particularmente problemáticos cuando se operan a bajas velocidades con una carga alta, como al acelerar cuesta arriba. Estas condiciones pueden incluso hacer que un motor pequeño se ahogue si el conductor no cambia de marcha.
Los cuatro tiempos son más eficientes con el acelerador a fondo; con dos trazos, es lo contrario, dice Robert Kee , ingeniero mecánico que se especializa en motores de combustión en la Queen's University, en Belfast, Irlanda del Norte.
La diferencia entre los motores de dos y cuatro tiempos es que estos últimos realizan las cuatro etapas de admisión de aire, compresión, combustión y escape en cuatro tiempos de pistón. Un motor de dos tiempos, por el contrario, hace esto en solo dos tiempos de pistón.
Los motores de dos tiempos son intrínsecamente más simples por diseño y tienen relaciones de potencia a peso más altas a altas cargas y bajas velocidades porque obtienen el doble de golpes de potencia por revolución. Pero los motores tradicionales de dos tiempos requieren que se mezcle aceite con el combustible y, por lo tanto, producen mayores emisiones. Debido a esto, no se usan normalmente en automóviles. En cambio, se utilizan para aplicaciones livianas como motosierras, cortadoras de césped y algunas motocicletas.
Pero ahora, los investigadores de Ricardo han desarrollado una cabeza de pistón que funciona tanto en modo de dos como de cuatro tiempos, y puede cambiar automáticamente entre los dos modos, según las necesidades del motor. Esto permite que un motor más pequeño maneje las condiciones de carga alta y baja velocidad sin atascarse.
Este es un concepto interesante, dice Martti Larmi , jefe del Laboratorio de Motores de Combustión Interna de la Universidad Tecnológica de Helsinki, en Finlandia.
El principal desafío en la construcción de un motor de este tipo es perfeccionar el proceso de barrido, dice, cuando los gases residuales del ciclo de combustión anterior se reemplazan con aire fresco y combustible.
Necesita algún tipo de presión en el lado de la entrada para expulsar los gases que ya se han quemado, dice Larmi.
En un motor tradicional de dos tiempos, la fuerza de la entrada de aire y combustible expulsa el escape. Desafortunadamente, este proceso hace que parte del combustible no quemado se pierda como escape, lo que genera mayores emisiones. Los motores de cuatro tiempos fuerzan los vapores gastados fuera del cilindro a través de una válvula controlada por leva mediante un movimiento ascendente del pistón. Durante la siguiente carrera descendente, se inyecta aire fresco y combustible en el cilindro mientras la válvula de escape está cerrada.
El motor de Ricardo, llamado 2 / 4SIGHT, usa válvulas como un motor de cuatro tiempos, pero en el modo de dos tiempos, el motor mantiene abiertas las válvulas de admisión y escape al mismo tiempo para que el combustible y el aire en el cilindro se repongan cada uno. ciclo, en lugar de cualquier otro ciclo.
Ha habido mucho interés en desarrollar un motor de dos tiempos de bajas emisiones. Pero es una configuración difícil de perfeccionar porque hay poco tiempo para que la mezcla de aire y combustible entre y salga el escape, dice Larmi. El peligro aquí es que la entrada de aire fresco puede salir directamente a través de la salida de escape, dice.
Ricardo está usando un par de trucos para solucionar este problema. Primero, el diseño de la cabeza del pistón de Ricardo utiliza rotación inversa, un proceso en el que la entrada de aire se dirige lejos de la válvula de escape, para reducir las posibilidades de que fluya directamente fuera del cilindro. Ricardo también ha cambiado las válvulas controladas por levas por válvulas electrohidráulicas, que, junto con el inyector de combustible, se pueden controlar mediante software.
Los fabricantes de automóviles han mostrado interés en construir este tipo de motor híbrido en el pasado, dice Kee. Pero hay muchos desafíos, dice. De hecho, tanto Toyota como Ricardo analizaron este tema a finales de los 80 y principios de los 90.
Pero en el pasado, la tecnología simplemente no existía. Según Ricardo, la única razón por la que la empresa puede hacer un sistema viable ahora es por el software que controla el intercambio de gases y los modos del motor. El sistema de control del motor monitorea la demanda del conductor, dice Jackson. Cuando se requiere más torque del que sería posible en el modo de cuatro tiempos, cambia, dice. Sin embargo, la compañía no revelará detalles sobre cuándo, en el ciclo del motor, se cambia el modo.
El prototipo de Ricardo, un motor V6 adaptado de 2.1 litros, ha sido probado por investigadores de la Universidad de Brighton y se ha descubierto que puede producir el tipo de rendimiento que uno esperaría normalmente de un motor de tres a cuatro litros. Basado en el Nuevo ciclo de conducción europeo, que es una prueba de rendimiento estándar diseñada para medir la eficiencia del motor y las emisiones bajo el uso típico de un automóvil, el prototipo ha demostrado un ahorro de combustible del 27 por ciento y reduce las emisiones en una cantidad similar. La siguiente fase es intentar incorporar un motor prototipo en un vehículo que funcione, dice Jackson.