Motores GDCI: ¿futuro rival del Mazda Skyactiv-X?

Hasta que la propulsión puramente eléctrica o mediante combustibles alternativos se asiente por completo, la vida de los motores de combustión interna tradicionales todavía será larga. Es por ello que los distintos fabricantes trabajan en desarrollar nuevos sistemas más eficientes que cumplan con las cada vez más restrictivas normativas de emisiones internaciones.

Actualmente, los motores Diesel se encuentran en el punto de mira porque, aunque su eficiencia es superior a los de gasolina, sus emisiones de óxidos de nitrógeno –NOx– son superiores, lo que ha provocado una demonización de este combustible y una rápido vuelco en la tendencia de compra de los conductores. Pero esto abre una puerta a nuevas soluciones mecánicas que aprovechen las virtudes de los motores de gasóleo para funcionar con gasolina.

Una de las ramas de esta investigación se encuentra en lo que, teóricamente, se denominan 'motores HCCI' –Homogeneus Charge Compression Ignition en inglés–. Estos motores se basan en el concepto de funcionamiento de un motor Diesel: la cámara se llena con una mezcla de combustible y aire que detona por la compresión ejercida por el pistón justo antes de llegar al punto muerto superior –PMS–. El problema es que llevarlo a la práctica es tremendamente complicado, pues la mezcla exacta de aire y gasolina que entra en la cámara no se puede medir con facilidad, lo que termina por derivar en autodetonaciones y mucho ruido. Además, estos motores sólo son capaces de funcionar así a un rango de revoluciones bajo y muy limitado, ya que a más altos regímenes el encendido no es efectivo y se necesita de la tradicional chispa para generar la combustión.

Gracias al avance de la tecnología y de los programas de simulación de fluidos, ya son varios los fabricantes que pueden trabajar con modelos operativos muy cercanos a este sistema teórico.

SOLUCIÓN MAZDA: SKYACTIV-X

Mazda va a ser una marca pionera en la comercialización de este tipo de mecánicas, al haber consiguido resolver estos problemas antes que otros y, en cuestión de semanas, ofrecerá en su gama motores basados en esta tecnología bajo la denominación Skyactiv-X. ¿Cómo consiguió la marca nipona resolver estos problemas? Sencillamente, al añadir también un sistema de encendido por chispa.

Su funcionamiento es el siguiente: una mezcla homogénea de aire y combustible entra en la cámara de combustión y comienza el proceso de compresión. Cuando el pistón está próximo a su PMS, un inyector proyecta una pequeña cantidad extra de combustible directamente hacia la bujía. El frente de llama generado incrementa entonces la presión dentro de la cámara hasta un punto en que el resto completo del combustible anteriormente introducido en la mezcla detona por compresión. A mayores regímenes, cuando la combustión por compresión ya no es efectiva, el motor funciona mediante encendido por chispa como en uno de gasolina convencional. No se trata pues de un motor HCCI puro, por lo que se le ha denominado como SPCCI –Spark Controlled Compression Ignition–.

Este es, a grandes rasgos, el principio de funcionamiento básico del motor Skyactiv-X de Mazda, ya que hay ciertos matices y zonas en las que profundizar que dejaremos para más adelante cuando podamos ofreceros una prueba dinámica de esta mecánica.

MOTORES GDCI: ¿LA ALTERNATIVA?

Por su parte, Hyundai y la empresa Delphi han desarrollado a lo largo de la última década un nuevo sistema de motor denominado GDCI –Gasoline Direct Injection Compression por sus siglas en inglés–. Su funcionamiento es similar al del Diesel; el combustible es inyectado en la cabeza del pistón durante el proceso de compresión. De esta manera, al inyectarse 'tan tarde', se obtiene una mezcla estratificada, es decir, una pequeña cantidad de combustible concentrada en comparación con la que se obtendría al haberse mezclado con anterioridad con el aire, tal y como ocurre en los motores HCCI, SPCCI y gasolina convencionales. El proceso de ignición ocurre a una temperatura relativamente baja –el aire entra a unos 50 grados– pero a gran ratio de presión –en torno a 15:1–.

Debido a ello, se puede controlar de manera más sencilla la cantidad mínima exacta de gasolina a inyectar, además, no queda ningún resto de combustible sin quemar como sí ocurre en los motores de gasolina convencionales, lo que permite una gran eficiencia. Esto unido al sistema de recirculación de los gases de escape, ayudan a controlar las emisiones. El problema es que a partir de cierto rango de revoluciones todavía persiste el problema de que la combustión no es efectiva, por lo que los motores GDCI, hasta ahora, están muy limitados en el rango de revoluciones por minuto –a unas 3.500 como máximo–.

Gráfica de la eficiencia obtenida en comparación con otros motores del mercado

Las pruebas prácticas sobre esta tecnología comenzaron en 2010, cuando Delphi desarrolló un motor monocilíndrico operativo. En 2013 ya tenían listo un motor de cuatro cilindros y 1.8 litros como puede ser el que monte cualquier turismo convencional. Hace unas semanas, en el Congreso Mundial de la Sociedad de Ingenieros Automotrices –SAE– se presentó la tercera generación de este motor. Ésta cuenta con algunos avances tanto en costes como técnicos que le han permitido registrar en carretera real una eficiencia térmica del 43,5% –un coche tradicional ronda el 25% en óptimas condiciones– y unos consumos de 5 litros/100 kilómetros en ciudad y algo menos de 4 litros/100 kilómetros en autopista.

No obstante, sus responsables afirman que la cuarta iteración está mucho más cerca de lo que parece, y están convencidos de que con ella podrán lograr una eficiencia térmica del 50% y unos consumos en autopista de menos de 3,5 litros/100 kilómetros. No hay duda de que si estas investigaciones siguen por buen camino serán grandes noticias para los conductores más tradicionales, así como para los organismos ambientales, gracias a vehículos de combustión que cada vez consuman y contaminen menos.