Inconvenientes de motores de encendido por compresión

Dificultad para controlar el momento exacto del autoencendido. Es un parámetro fundamental de control del motor, que en estos motores ocurre de forma espontánea y no se puede controlar por los medios tradicionales: salto de chispa en el motor de gasolina, inyección en el Diesel. En un motor multicilíndrico la transferencia de calor es aun más difícil de estabilizar y por tanto los puntos de encendido. Un cilindro que esté levemente más caliente que los otros puede comenzar la inflamación de su mezcla mucho antes. O el más frío puede incluso no quemar el combustible. Baja potencia específica, menor que un Diesel, debido al empleo de mezclas muy pobres y diluidas.

Limitación de funcionamiento a cargas parciales, donde es posible la autoinflamación descentralizada de la mezcla homogénea, y la combustión no es detonante.

El desarrollo futuro del motor HCCI pasa por controlar con precisión el momento del inicio de la combustión. Para ello se realizan predicciones de los mecanismos fisicoquímicos de la combustión, la distribución de la temperatura y el origen de los contaminantes.

Se emplean complejos modelos informáticos de mecánica de fluidos y cinética química. Posteriormente los resultados se contrastan con experimentos en motores. Al no existir bujía o inyección directa en el motor HCCI, el encendido de la mezcla depende sobre todo de la relación de compresión y de la temperatura del aire de admisión. El control sobre estos dos parámetros puede permitir el inicio del encendido de la mezcla en un instante deseado.

Por ello se estudian motores que modifiquen su relación de compresión durante su funcionamiento; como el sistema por brazo articulado que sube y baja la culata: Saab SVC. Aunque un mecanismo de este tipo en un motor HCCI podría tener problemas de fragilidad, dadas las altas presiones
internas.

Para variar la temperatura del aire de admisión, se estudia recircular más o menos gases de escape al colector de admisión, o calentar el aire de admisión con un calentador en el colector.

Otra investigación en marcha es evitar la aparición de la combustión detonante, que puede aparecer en altas cargas. De nuevo, se puede recurrir al empleo de motores con relación de compresión variable, o bien adelantar el cierre de las válvulas de escape y retrasar la apertura de las de admisión, con el objetivo de retener una cierta cantidad de gases ya quemados en la cámara de combustión.

Además, la apertura y cierre variable de las válvulas permitiría modificar el grado de carga, jugando con la cantidad de dichos gases residuales. También se favorecería la combustión descentralizada, por la presencia de gases calientes y bien esparcidos en la cámara de combustión. Pero para poder controlar este proceso de manera adecuada se hace casi imprescindible el empleo de un sistema de apertura de válvulas eléctrico, controlado por un módulo electrónico que vaya ajustando permanentemente la apertura y cierre de las válvulas.

Otra posibilidad menos precisa sería instalar una válvula de mariposa en el escape.

También se analiza la posibilidad de, en combinación con la apertura variable de válvulas, optar por la inyección directa de combustible justo después del cierre de las válvulas de escape, para evitar la detonación.

Otro campo de investigación es el empleo de diferentes combustibles en un mismo motor. Es necesario emplear diferentes y adecuadas estrategias de control del motor. También se puede modificar el grado de carga por gases residuales, o variar la relación de compresión como en el motor SVC. En cualquier caso se requiere de una gestión del motor muy precisa y rápida. Actualmente se están desarrollando varios motores experimentales con combustión HCCI, pero el ejemplo más tangible lo encontramos en el mundo de la motocicleta: el motor Honda EXP-2. Es de dos tiempos, con 400 cm3 de cilindrada y monocilíndrico. Finalizó el Rally Granada-Dakar de 1997 en quinta posición absoluta con un consumo muy reducido y bajas emisiones contaminantes.

Con este motor se abre la posibilidad de retomar el empleo de motores de dos tiempos; más adecuados para las motocicletas que los cuatro tiempos, y que estaban condenados a desaparecer. En 1998 se lanzó al mercado el scooter Pantheon de 125 cm3 con este tipo de combustión.

La Universidad de Berkeley, conjuntamente con el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (EE.UU.), están desarrollando un motor híbrido (térmico/eléctrico) a partir de un HCCI. Es monocilíndrico y funciona con gas natural, butano y otros combustibles. Se puede modificar su relación de compresión y dispone de un calentador del aire de admisión de 6 kW. Las emisiones de NOx y partículas son bajísimas y dispone de una potencia aceptable. También han modificado el motor 1.9 TDI de VW (Diesel, inyección directa, 4 cilindros, 8 válvulas). Ha funcionado correctamente con dos combustibles: propano y metano. El aire de admisión se calienta con un calefactor de 18 kW.

El SouthWest Research Institute ha desarrollado un motor HCCI, monocilíndrico, de gasolina, que reduce la emisión de NOx e HC a cargas medias respecto al motor de inyección directa de gasolina.

La Universidad de Lund (Suecia), trabaja sobre un motor Volvo turbodiésel, modificado. Ha funcionado con gas natural, gasolina, gasoil, etc. Con y sin recirculación de gases de escape, relación de compresión variable y sobrealimentación.

La Universidad Politécnica de Madrid esta investigando este tipo de combustión tomando como base un motor Derbi de 50 cm3 de refrigeración por aire, al que se le ha acoplado una válvula de escape.

Varios fabricantes de automóviles, como PSA, Daimler-Chrysler o Ford, están actualmente investigando las posibilidades que ofrecen los motores HCCI.