Por Jon Excell
Los inventores del Reino Unido de una innovadora tecnología de tren de válvulas que prescinde del árbol de levas tradicional afirman que podría mejorar radicalmente el rendimiento del motor de gasolina. Jon Excell informa
Los mayores avances en tecnologías maduras son relativamente raros. Y hay pocas tecnologías más maduras en uso generalizado que el motor de combustión interna, donde las ganancias en eficiencia y rendimiento tienden a ser incrementales en lugar de devastadoras.
Pero ahora una pequeña consultora automotriz en Leamington Spa afirma haber resistido esta tendencia con el desarrollo de un innovador sistema digital de tren de válvulas que dice que podría mejorar en última instancia la economía de combustible de un motor de gasolina y reducir sus emisiones hasta en un 20 por ciento.
La tecnología Intelligent Valve Actuation (IVA) de Camcon, que se ha desarrollado durante los últimos seis años y que ahora ha completado dinamómetros rigurosos y pruebas en carretera, digitaliza de manera efectiva uno de los últimos sistemas analógicos restantes en un motor de combustión al reemplazar el árbol de levas con válvulas que se abren y cerrado por un conjunto de motores controlados digitalmente. El director de operaciones de la firma, Mark Gostick, quien dirige la compañía con el CEO y veterano de motores Roger Stone, dijo a The Engineer que el nivel de control «sin precedentes» que la tecnología aporta al tiempo de válvulas, elevación y período podría dar nueva vida al motor IC.
Al explicar el funcionamiento del sistema, Gostick dijo que reemplaza la conexión al árbol de levas con un conjunto de motores eléctricos de alta torsión que impulsan activamente la apertura y el cierre de cada válvula individual (un mecanismo llamado desmodronic). Esto significa que el sistema prescinde del muelle de válvula utilizado tradicionalmente para cerrar las válvulas del motor, lo que, dijo Gostick, reduce significativamente la cantidad de energía que necesita y el extremo permite que las válvulas se controlen con mayor precisión.
«Todos los demás elementos del proceso de combustión -combustible y chispa- han estado bajo control durante algún tiempo», dijo, «pero la carga de aire, que en muchos sentidos es la más importante, todavía está esencialmente bajo control analógico».
Añadió que el sistema tiene grandes ventajas sobre muchos esfuerzos existentes para controlar el tren de válvulas. «Incluso los mejores trenes de válvulas variables están limitados en la flexibilidad que tiene para abrir la válvula en un punto en el tiempo cuando el motor lo quiere, en lugar de cuando el tren de válvulas puede dárselo. Este sistema le permite establecer el tiempo, el período, la trayectoria, la forma del evento de la válvula y controlarlo en tiempo real «.
Durante las pruebas de la tecnología, Camcon trabajó estrechamente con Jaguar Land Rover para adaptar el sistema a uno de sus motores de gasolina más avanzados, el motor Ingenium de 2 litros y 4 litros. Después de 1000 horas de pruebas de dinamómetro, el sistema demostró mejoras en la economía de combustible del 7,5 por ciento, una cifra que, según un documento sobre la tecnología presentada en el Coloquio de Aquisgrán de 2017 , solo araña la superficie del potencial de la tecnología.
Gostick dijo que estos ensayos han demostrado que la tecnología podría aplicarse de forma relativamente simple a los diseños de motores existentes, un punto clave para los fabricantes de equipos originales que se muestran recelosos de invertir en nuevos programas de desarrollo de motores. «Queremos mostrar que no tiene que desarrollar un motor específico para esto; puedes injertarlo en la parte superior de un diseño de motor existente y aún obtener beneficios «, dijo.
También se afirma que la tecnología es muy prometedora para los nuevos diseños de motores, en particular los más pequeños y de alto rendimiento que podrían usarse junto con los motores eléctricos como parte de un sistema de tren de potencia híbrido. «Debido a que el IVA hace que el motor sea mucho más eficiente, es posible que el mismo motor sea más pequeño, lo que aumenta aún más el espacio en el compartimento del motor y se presta a aplicaciones híbridas», dijo Gostick. Incluso más espacio para los componentes de electrificación se libera por el hecho de que el sistema prescinde de la necesidad de una cadena de distribución en la parte delantera del motor, agregó.
Aunque el concepto ha estado en discusión durante varios años, Gostick dijo que recientemente se ha vuelto técnicamente factible. Esto es gracias a los avances en una gama de tecnologías de apuntalamiento tales como imanes de tierras raras que han permitido al equipo construir los motores requeridos de alta torsión; la aparición de componentes electrónicos capaces de operar en las altas temperaturas de un compartimento del motor: y, por supuesto, procesadores rápidos y baratos. «Las mejoras incrementales en todas las tecnologías subyacentes le permiten unirlas en un sistema de una manera que antes no era posible y con un costo que puede ser aceptable para la industria automotriz», dijo Gostick.
Durante el período de prueba, que también ha visto el sistema instalado en el vehículo de demostración suministrado por JLR, el equipo ha aprendido muchas lecciones sobre el potencial de la tecnología. «Descubrimos que podemos inducir movimiento de carga de aire, lo que le da una mezcla más eficiente y, por lo tanto, una mejor combustión; podemos reducir las pérdidas de bombeo porque podemos abrir la válvula en el momento apropiado para la cantidad adecuada y también podemos reabrir las válvulas; hay algunos procesos de combustión en los que es necesario poder inyectar trozos de escape al abrir la válvula de entrada. Hemos demostrado que podemos hacer esos movimientos de válvula que no son posibles con un sistema mecánico que todavía conserva un enlace a la manivela «.
Para permitir que la industria explore aún más el potencial de la tecnología, Camcon está desarrollando un motor de un solo cilindro equipado con IVA para permitir que los departamentos de desarrollo automotriz lleven a cabo investigaciones de combustión. «Lo que tenemos es una nueva herramienta que puede iniciar un gran desarrollo de la combustión y le permite comenzar a pensar cómo puede implementar algunas de estas estrategias de combustión que las personas conocen desde hace mucho tiempo, pero que no han podido hacer «, dijo Gostick.
Existe una buena posibilidad de ser casi omnipresente porque el impacto que puede tener es significativo en todo el motor de CI.
En términos de comercialización de la tecnología, estima que la ruta a la producción tomará alrededor de cinco años. Junto a Jaguar Land Rover, que ha apoyado el desarrollo de la tecnología, varios OEM y proveedores de nivel 1 también han expresado su interés, agregó.
Si un fabricante se lanzara al sistema y comenzara a producirlo, Gostick cree que tiene buenas posibilidades de convertirse en algo enorme. «Al igual que con muchas tecnologías, lo hace o no», dijo. «Si lo hace, existe una buena posibilidad de ser casi omnipresente porque el impacto que puede tener es significativo en todo el motor de CI».