Larga vida al motor de combustión interna. Es irónico que el “fin anunciado” del motor de combustión interna debido a la electrificación desenfrenada, no haya sido impedimento para ver grandes avances en los últimos años: relación de compresión variable (Nissan), encendido por compresión en motores de gasolina (Mazda) y ahora, Koenigsegg pondrá en producción (aunque de forma muy limitada) el primer motor de ciclo Otto (4 tiempos) sin árbol de levas.
Es en este camino de la innovación donde también surge el 1S ICE de INNengine, que promete ir aún más lejos.
Un motor pequeño pero revolucionario, con soluciones de ingeniería muy interesantes en su interior. ¿Vamos a conocerlos?
¿Qué es 1S ICE?
El 1S ICE de INNengine es un motor muy compacto en tamaño y capacidad, que pesa solo 500 cm3 y pesa solo 43 kg; su creador, Juan Garrido, dice que ya está trabajando en una evolución de esta unidad que pesa solo 35 kg (!).Su reducido peso y volumen son dos de las principales ventajas que anuncian los responsables de INNengine sobre los motores de combustión interna convencionales (4 tiempos):
- Hasta un 70% de reducción del volumen total;
- Hasta un 75% de reducción de peso;
- Hasta un 70% menos de componentes;
- Y hasta un 75% menos de cilindrada, pero con la misma densidad de potencia que un motor convencional 4 veces más grande. Por ejemplo, el 1S ICE de 500 cm3 alcanza la misma potencia que un motor de 4 tiempos de 2000 cm3.
También podemos ver que, a pesar del pequeño tamaño cúbico, el 1S ICE tiene cuatro cilindros y ... ocho pistones, no es ningún error, en realidad son ocho pistones ... En otras palabras, son dos pistones por cilindro, lo que en este caso significa que estamos en presencia de un motor de pistones opuestos. Escribí pistones opuestos y no los cilindros opuestos más conocidos. ¿Cuál es la diferencia?
Los pistones opuestos son más antiguos de lo que cree
Los motores de pistones opuestos no son lo mismo que los motores de cilindros opuestos como los que conocemos en Porsche y Subaru. ¿Cuál es la diferencia? En los motores de pistones opuestos tenemos dos pistones por cilindro, trabajando uno frente al otro, siendo la cámara de combustión compartida por ambos.
Sin embargo, no es nuevo cuando se trata de motores de combustión interna, a pesar de ser una solución técnica inusual.
De hecho, el primer motor de pistones opuestos data de 1882, diseñado por James Atkinson (el mismo Atkinson que dio su nombre al ciclo de combustión homónimo que se encuentra, sobre todo, en los vehículos híbridos, por su mayor eficiencia).
La principal ventaja de esta disposición radica en una mayor eficiencia, ya que ya no hay culata ni árboles de levas (los motores de pistón opuestos son de 2 tiempos), lo que reduce el peso, la complejidad, las pérdidas de calor y fricción y el costo.
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Sin embargo, en la práctica, como los dos pistones del mismo cilindro tienen que trabajar de manera coordinada, deben estar físicamente unidos entre sí, lo que obliga a reemplazar parte de la complejidad y el peso perdidos.
Los motores de pistones opuestos se han utilizado, sobre todo, en grandes transportes, como barcos, vehículos militares o incluso como generadores eficientes. En el mundo del automóvil son mucho más raros. Hoy en día, quizás el motor de pistón opuesto más cercano a equipar un automóvil (o en el mejor de los casos, un vehículo comercial) es el de Achates Power. Tienes un video corto que te permite entender cómo funciona:
Pistones opuestos 2.0: adiós cigüeñal
¿Cuál es la diferencia entre el 1S ICE de INNEngine y este motor de cilindros opuestos de Achates? Como podemos ver en la película de arriba, para controlar el movimiento de todos los pistones en los cilindros contamos con dos cigüeñales unidos entre sí por un sistema de engranajes. El 1S ICE simplemente prescinde de los cigüeñales, y con ellos las bielas y todos los engranajes asociados desaparecen de la escena.
Al reducir tan significativamente el número de componentes necesarios para el funcionamiento de su motor, INNengine ha logrado las reducciones antes mencionadas en volumen y masa, y un potencial aumento en la eficiencia.
En lugar de los cigüeñales encontramos dos piezas (una especie de disco que encaja en el eje del motor), una en cada extremo del motor, con una de sus superficies onduladas meticulosamente calculadas. Son los que permiten coordinar perfectamente el movimiento de los ocho pistones (que ahora se mueven en un eje paralelo al eje del motor).
Véalos en funcionamiento:
Suena absurdamente simple, ¿no? Gracias a la disposición equidistante y concéntrica de todas (pocas) partes móviles, y al movimiento de los pistones en línea con el eje principal, el equilibrio de este motor es prácticamente perfecto.
La ausencia de vibraciones es tal que, cuando mostraron una película de un motor prototipo en un banco de pruebas, se acusó de falsa, ya que no era visible a simple vista que el motor estaba en marcha ...
En este breve vídeo también podemos ver otras características del 1S ICE, como la posibilidad de avanzar ligeramente el posicionamiento de uno de los “cigüeñales”. Una posibilidad que permite una distribución variable, no las válvulas (no las tienen), sino los puertos (entrada y escape) que toman su lugar. Y también permite una relación de compresión variable dinámicamente, cambiándola según sea necesario, como con el motor Nissan.
El objetivo de estas opciones, como puedes encontrar en algunos de los motores de 4 tiempos que equipan nuestros coches, es conseguir una mayor eficiencia y rendimiento. En el caso del 1S ICE, permite la flexibilidad que los motores de 2 tiempos -como los de pistones opuestos- no permiten, siendo estos de parámetros fijos.
Y eso nos lleva a otra innovación del 1S ICE, el hecho de que sea un motor de 1 tiempo, característica tan importante que forma parte de su nombre: 1 Stroke o 1-Stroke.
¡¿Solo una vez ?! ¿Como asi?
Conocemos el término motor de 4 tiempos (el que equipa a nuestros coches con un motor de combustión interna), así como el motor de 2 tiempos (estos se asocian más a menudo a las motos). Sin embargo, INNengine dice que su motor es de 1 carrera, lo que significa:
- 4 tiempos: una explosión por dos vueltas del cigüeñal;
- 2 golpes: una explosión por cada giro del cigüeñal;
- 1 vez: dos explosiones por cada giro del cigüeñal.
Es decir, aunque el principio de funcionamiento del 1S ICE es similar al de los motores de 2 tiempos, consigue, sin embargo, el doble de explosiones por cada giro del cigüeñal, y cuadriplica lo que podemos conseguir en un motor de 4 tiempos. Al mismo tiempo, esta nueva arquitectura logra todo esto con menos componentes.
Este es uno de los “secretos” por su prometida eficiencia y también por sus prestaciones específicas: según INNengine, su pequeño 500 cm3 es capaz de presentar cifras equivalentes a un motor de 4 tiempos de 2000 cm3.
Los números ... posibles
Todavía estamos en la etapa de desarrollo, por lo que no hay cifras definitivas. Pero en los videos donde aparece Juan Garrido para explicar todo sobre su motor (dejamos un video al final del artículo), hay un número que destaca: ¡155 Nm a 800 rpm! Una cifra impresionante y sólo a modo de comparación, tenemos valores de par similares alcanzados por los pequeños miles de turbos de nuestro mercado, pero que después alcanzaron las 1000 rpm y… están sobrealimentados.Números relacionados con consumos / emisiones, tendremos que esperar más, lo que nos lleva a la pregunta fundamental:
¿Vendrá a equipar un coche?
Quizás, pero no de la forma en que piensas. Aunque están convirtiendo un Mazda MX-5 (NB) para que sirva como prototipo de prueba de este motor, el objetivo y orientación de su desarrollo es principalmente servir como extensor de autonomía para vehículos eléctricos.
El hecho de que sea tan compacto, liviano, eficiente y produzca números tan altos a tan bajas revoluciones, el objetivo de este extensor de rango es producir 30 kW (41 hp) a 2500 rpm, puede convertirlo en el extensor de rango perfecto. Menor costo (sin necesidad de una batería tan grande), menos contaminación (motor de combustión más eficiente) y alto refinamiento a bordo (ausencia de vibraciones).
Sin embargo, hay otras aplicaciones por delante de este motor, con INNengine desarrollando un motor para competición, y la aviación (ligera) ya ha mostrado un gran interés en este motor.
Mundo real
Al igual que el motor Achates Power, el potencial del INNengine 1S ICE es innegable. Para verlo realmente se necesita un enorme apoyo financiero, y aunque ambas empresas cuentan con el apoyo de Saudi Aramco (el gigante petrolero saudí), lo ideal sería contar con el apoyo de uno o varios fabricantes de automóviles.
Si Achates Power ya lo ha logrado gracias en parte al apoyo de Cummins (fabricante de motores) y ARPA-E (agencia del gobierno de EE. UU. Para proyectos avanzados relacionados con la energía), INNengine aún no lo ha encontrado.
Son 10 años de desarrollo, ya hay prototipos de motores en bancos de pruebas. El interés generado solo puede aumentar, incluso debido a las promesas de este refuerzo, pero aún así, no se garantiza que llegue a una conclusión exitosa. Esto se debe al contexto actual, donde la industria automotriz se enfoca a la fuerza, única y exclusivamente, en la electrificación. Será difícil para un constructor diversificar su inversión en un motor de combustión interna completamente nuevo, y más allá de donde hay tanto nuevo en él.
No es de extrañar que INNengine se concentre en desarrollar el 1S ICE como un extensor de rango; parece ser la única posibilidad de que pueda afianzarse en un futuro próximo y captar el interés de la industria automotriz.
La importancia del motor de combustión interna en el futuro es relevante no solo para el automóvil, sino para todo tipo de vehículos que utiliza, ya sean terrestres, marítimos o aéreos. Los números son claros y abrumadores.
Cada año se producen alrededor de 200 millones de motores de combustión interna (alrededor de 90 millones pertenecen a automóviles), por lo que no se espera que a corto / mediano plazo simplemente desaparezcan ahora que hemos “descubierto” la electricidad.
Es fundamental seguir invirtiendo en su evolución, ya que también son parte de la solución.
Para quienes quieran saber más sobre este motor de combustión interna, les dejo un video (español, pero subtitulado en inglés) de Juan Francisco Calero, periodista, que tuvo la oportunidad de visitar las instalaciones de INNengine y hablar con Juan Garrido, de INNengine: