¿EVOLUCIÓN DEL CICLO OTTO?

autor: jjhv@arpem.com Juan José Hidalgo (Ingeniero Técnico Industrial)

La solución

Los serie 6 estrenaron un 6 cil totalmente nuevo, la potencia de 258cv parecía un aumento de la serie M-52, pero internamente se trataba de una primera piedra en un proyecto muchos más ambicioso y sabiamente realizado.

En vez de apretar un diseño bueno, pero muy al limite de lo que no fuera materiales especiales, (como los empleados en la mucho más cara y exclusiva serie M motores conocidos como S-50/52/54) se decidió por hacer un motor completamente nuevo. Nació el N-52 que en contra de lo que podría parecer por sustituir a un motor ya de potencia especifica muy relevante , era un comienzo de un limite que se aventura alto.

El N-52 acogía el valvetronic, sistema que mejora las perdida de carga en bombeo que genera la mariposa del acelerador y la es la responsable del mal rendimiento de este ciclo en cargas parciales. Pero el valvetronic complica el funcionamiento del motor, ya que precisa de rapidez de gestión, por tener que controlar la alzada de las válvulas en cada ciclo del motor, ya que sustituyan el estrechamiento de caudal de aspiración que todo motor en ciclo Otto requiere para el funcionamiento a distintos régimen de carga. En los ciclos Ottos la mariposa reduce el caudal de aire y en los valvetronic esta reducción la hacen las propias válvulas de admisión lo que repercute en una mejora de rendimiento y consumo principalmente en cargas bajas y medias.

La relación de compresión pasó de los 10.2:1 del anterior 30i ( motor M-52) a 10.7:1( motor N-52) lo que de por si , ya suponía una mejora en el rendimiento, pero los cambios fueron muchísimo más profundos, desde aligeramiento completo a base del uso de magnesio, como de eliminación de masa de giro con lo que supone en inercia y peso total. Hasta …por ejemplo el empleo de árboles de levas huecos. El diseño del motor aprovechó la complicación técnica de su fabricación en dos materiales ( aluminio y magnesio) para desarrollar una forma del bloque de cilindros trapezoidal, en cuanto a la formas de camisa se refiere, adaptando mejor el material en forma y masa a los requisitos de mayores esfuerzos mayores térmicos y físicos en las partes superiores del cilindros, lo que redujo el peso, sin comprometer la resistencia.

Sin embargo lo más llamativo fue la supresión de bomba de agua accionada mecánicamente, algo que a priori parece insignificante , por tratarse del ahorrar de unos cv no más de 3 cv en el total , pero que tiene unas ventaja añadidas importantes de cara a mayor longevidad y menor contaminación. Entre las ventaja inmediatas se encuentran

El motor se calienta antes, dejando que el agua se caliente sin moverse hasta que se consigue la temperatura adecuada, esto favorece la reducción de emisiones por conseguir antes las condiciones optimas de funcionamiento y reduciendo el tiempo de uso en frío lo que redunda en menores rozamientos y menor contaminación del aceite y con ello la duración y gasto del mismo.
El motor independiza el gasto de potencia de refrigeración del régimen de giro del motor, reduciendo no solo las perdidas de potencia por el movimiento del refrigerante cuando es innecesario ( comienzo de marcha en frío), sino también por perdida termodinámica en el interior del ciclo
Por ultimo , el motor se permite el lujo de disponer de un caudal de bombeo de agua independiente completamente del régimen del giro del motor, lo que lo hace primordial en motores sobrealimentados donde la producción de potencia se puede generan en base a la entrega de par y no de régimen, lo que significa que sus necesidades de refrigeración no son proporcionales al régimen como en un atmosférico.

En diesel turbo alimentado también existe la perdida continua, por el caudal alto de bombeo preciso a bajo régimen para evacuar el calor , pero en este no es grave dado su estrecho rango de giro en revoluciones, ya que la producción de potencia se hace en un régimen muy estrecho y normalmente bajo.

Sin embargo en un motor de gasolina turboalimentado , debido a que precisaría de un caudal elevado a medio régimen para extraer la gran potencia térmica , esto implicaría que el caudal a régimen de revoluciones muy elevado sería demasiado alto en el caso de la bomba de agua de accionamiento directo con las consiguientes mayores pérdidas y el tamaño de la bomba en si.

La independencia del régimen de giro de la bomba de agua y la gestión de la bomba de aceite ( donde se ahorra igualmente potencia en rozamiento al controlar la presión de suministro, aunque en este caso su accionamiento sigue siendo mecánico) generan estas ventaja no solo en reducción de consumo y potencia entregada, si no que permiten que el motor tenga condiciones de refrigeración con independencia del giro del mismo, pudiendo mantenerse incluso con el motor parado para suavizar las temperaturas una vez detenido el motor.

Por eso el N-52 no es un paso más en una gama de motores que podría considerarse de las mejores del mercado, es todo lo contrario, un primer paso que sin duda deparará muchos mas logros, empezando con tan aparente “leve” mejora sobre sus 330i de 230 cv con motor M-52 en potencia y rebaja en el consumo.

Los nuevos 330i con 258 cv en los nuevos motores N-52 ya entregaban más de 30 kgm de par , lo que daba 10 mkg /litro y 10.7 kgm en el 130i y 265 cv a 6600 RPM lo que esto nos da un índice de lo bien que se aprovecha el llenado de la cámara y su buen quemado a alto régimen.

Parece difícil conseguir mejorar aun más esto con técnica “normales” de llenado aspirado, parece que el único camino para seguir la carrera de potencia del diesel se basa en subir régimen como ha hecho siempre las serie M, pero esto plantea dos problemas.

Mejorar materiales, con el coste que genera y a veces sacrificios que son asumibles en coches deportivos, y un mayor coste de adquisición y mantenimiento.
Invasión de terreno de las serie deportivas M. Sin duda subir a 300 cv pondría en serio peligro el mercado de M actual

Para ello BMW ha sabido salir al paso, el nuevo M-3 será un 8 cil, con lo que ello significa, se perderán los 6 cil en línea y su equilibrado, pero llegarán a 4 litros o más de cilindrada y el encanto que siempre tiene un V8. La potencia de este podría situarse fácilmente en más de 430 cv lo que implica que deja un hueco claro al actual 330i para subir a 300 o más cv…¿ pero como potenciar un motor como el N-42 ya de muy buen rendimiento?