El renacimiento de los motores de pistones opuestos

El hecho de que el multimillonario Bill Gates y la empresa de inversiones Khosla Ventures decidieran invertir millones en EcoMotors, una empresa que diseña motores de pistones opuestos, nos llevó a considerar este desarrollo en detalle. Estos motores tienen una larga historia, pero no se utilizan ampliamente, al menos en el transporte por carretera. EcoMotors ha dado un giro a lo que parecería ser un desarrollo ya conocido.

EcoMotors dotó a su motor con dos cilindros opuestos, cada uno de los cuales tiene dos pistones opuestos, sin complicaciones: OPOC por sus siglas en inglés, que significa Cilindro Opuesto de Pistón Opuesto. Técnicamente, tanto un motor de gasolina (o un motor de combustión interna que consume alcohol) como un motor diesel pueden funcionar bajo este esquema, pero hasta ahora la empresa se ha centrado en la segunda opción.

El motor OPOC es de dos tiempos, de modo que los pistones opuestos de cada cilindro realizan una carrera de trabajo en una revolución del cigüeñal. Al moverse a sus puntos muertos, abren ventanas en las paredes de los cilindros. Y uno de los pistones controla la admisión, el otro, el escape. Al mismo tiempo, las ventanillas están dispuestas de modo que la de escape se abra un poco antes y se cierre también antes que la de admisión. Esto es importante para un buen intercambio de gases.

La eliminación de culatas, válvulas y su mecanismo de funcionamiento simplificó el motor, lo hizo más liviano, redujo las pérdidas por fricción e incluso el consumo de aceite (según la compañía, estos indicadores se redujeron a la mitad que los de un diésel convencional). Pero después de todo, otros motores de dos tiempos con pistones opuestos también parecen poder presumir de tales ventajas, ¿verdad?

Lo más destacado de la novedad es que todos los pistones están conectados a un solo cigüeñal central, mientras que diseños similares anteriormente requerían dos cigüeñales en los bordes del motor. Por lo tanto, eran notablemente más grandes y pesados, y no es sorprendente que se usaran principalmente en locomotoras y barcos diesel. Bueno, el motor OPOC está destinado a un rango de transporte mucho más amplio.

Como cualquier motor de dos tiempos, el OPOC necesita un dispositivo externo para hacer explotar los cilindros cuando se abren las ventanas. En este caso, los diseñadores decidieron imponer este deber al turbocompresor. Pero obviamente, esto no ayudará cuando el motor arranque y los cilindros mismos no sean capaces de “inhalar” y “exhalar”.

La solución se encontró nuevamente en una idea de larga data que varias empresas probaron, pero nadie la puso en forma. Los ingenieros instalaron un motor eléctrico en el eje del impulsor clásico. Al inicio y hasta que el motor de combustión interna acelera, este motor recibe energía de las baterías, proporcionando el “aliento” del motor OPOC. Y luego el motor se apaga y el turbocompresor se convierte en el más común. Además, a altas velocidades, cuando el flujo de gases de escape es grande, el motor eléctrico de la turbina puede convertirse en un generador que alimenta las baterías del automóvil.

Según sus creadores, el nuevo esquema se caracteriza por una muy buena purga de los cilindros, y por tanto permite sacar el máximo partido al propio ciclo de dos tiempos, permitiendo teóricamente conseguir el doble de relación potencia-volumen en comparación a uno de cuatro tiempos. Aunque tal desempeño aún no se ha logrado en la práctica. El sistema OPOC tiene otras características interesantes.

Con la nueva configuración, cada uno de los pistones debe cubrir la mitad de la distancia en una carrera para proporcionar la capacidad de trabajo establecida. Esto significa una menor velocidad del pistón a una velocidad fija del motor y, por lo tanto, menos pérdida por fricción. El motor OPOC debe todas estas características principalmente a Peter Hofbauer. El fundador, presidente y director de tecnología de EcoMotors lideró anteriormente el desarrollo de motores avanzados en Volkswagen durante muchos años. Por ejemplo, el motor Vee-Inline VR6 con un pequeño ángulo en V (15 grados) entre los cilindros está entre sus logros. Aunque EcoMotors se fundó en 2008, el propio Hofbauer comenzó a pensar en OPOC unos años antes.

Según la empresa, la versión OPOC diésel es un 30-50% más ligera que un motor turbodiésel convencional de la misma potencia, contiene un 50% menos de piezas, ocupa de dos a cuatro veces menos espacio bajo el capó y puede ser (en determinadas condiciones) 45-50% más eficiente en combustible. Este último número suscita las mayores dudas entre los expertos, sin embargo, incluso si el ahorro en el consumo es exagerado, EcoMotors tiene motivos para declaraciones optimistas. El primer prototipo del motor de combustión interna OPOC, según la compañía, pasó más de 500 horas en un dinamómetro de chasis. Se puede afirmar que el esquema funciona. Pero la situación no es tan clara con las características. El modelo EM100, que actualmente está siendo probado por ingenieros, proporciona los parámetros declarados de potencia y torsión solo con los ajustes que no tienen en cuenta la toxicidad del escape. La compañía ofrece instalar una versión de OPOC de este tipo en equipos militares para los que la relación entre la producción y el peso es más importante que cualquier otra cosa.

Para los vehículos convencionales, EcoMotors ofrece configurar los mismos motores de una forma ligeramente diferente: para 300 CV y ​​746 N·m. En este caso, prometen la “única” mejora del 15 por ciento en la eficiencia del combustible en comparación con los motores diésel convencionales, pero incluso esto parece un gran paso adelante, ya que las empresas suelen luchar por el más mínimo porcentaje. Son posibles más ahorros al combinar un par de estos motores en una unidad de cuatro cilindros. Lo que solía ser un motor independiente se está transformando en un módulo. EcoMotors tiene la intención de instalar un acoplamiento controlado electrónicamente entre ellos. Dicen que solo un módulo funcionará con carga baja y el segundo módulo se unirá a carga alta. Y dado que OPOC está bien equilibrado, todas las fuerzas que actúan aquí se compensan entre sí, y el motor tiene un mínimo de vibraciones, entonces la activación de la mitad “durmiente” se realizará sin problemas en cualquier momento.

La idea es similar al conocido corte de cilindro de los motores en V grandes. Pero mientras los pistones inactivos aún continúan moviéndose hacia arriba y hacia abajo en ese caso, aquí la mitad del motor se detiene por completo y el segundo continúa funcionando en un modo favorable. Además, los ingenieros proponen reducir ligeramente la salida máxima de cada módulo en un esquema binario de este tipo, a 240 caballos de fuerza (480 serán desarrollados por toda la unidad). En términos de potencia y relación de peso, seguirá siendo un motor muy decente, y será posible lograr la máxima economía de combustible (el mismo 45%) y el cumplimiento de los estándares más estrictos de toxicidad de escape, dicen los desarrolladores.

Por ahora, OPOC es un sistema en bruto y sus diseñadores en su mayoría hacen promesas. Pero son optimistas y han comenzado a ampliar la línea. Los dibujos ya muestran el motor EM65 de dos cilindros y 75 caballos de fuerza que es un poco más pequeño en tamaño y peso que el EM100. Por cierto, quieren que funcione con gasolina. El ámbito de aplicación del EM65 es bastante obvio: camiones ligeros y vehículos de pasajero, incluidos los híbridos. Una garantía cierta, pero no absoluta, del éxito del exótico motor de combustión interna es la reputación de su diseñador jefe: Peter le dio 20 años de vida a Volkswagen. Y, por cierto, no es de extrañar que su trabajo actual se haga eco de los proyectos de Porsche que estuvieron en los orígenes de la famosa marca alemana.

Esta es una traducción. Puede leer el original aquí: https://www.drive.ru/technic/4efb337600f11713001e5522.html