En la ingeniería de motores de combustión interna, durante mucho tiempo existió una regla que se consideraba prácticamente inquebrantable: la relación de compresión es una magnitud constante. Esta característica se determina por la geometría del motor, concretamente por la carrera del pistón desde el punto muerto inferior hasta el superior. Cambiarla durante el funcionamiento parecía imposible.
Precisamente esta limitación obligó a los diseñadores a llegar a un compromiso durante décadas. Con una alta relación de compresión (por ejemplo, alrededor de 14:1), el motor muestra una buena economía y una alta eficiencia, lo cual es especialmente importante en condiciones urbanas. Sin embargo, estos motores no se combinan bien con la sobrealimentación: el aumento de la presión puede provocar detonación, es decir, una ignición prematura de la mezcla.
Por otro lado, los motores con turbocompresor requieren una relación de compresión más baja (aproximadamente 8:1) para evitar procesos destructivos en los cilindros. Pero en regímenes de funcionamiento tranquilos, estas unidades son menos económicas y consumen más combustible.
Los ingenieros se enfrentaban a una tarea fundamental: crear un motor capaz de adaptarse a las condiciones de funcionamiento. La solución ideal parecía ser un motor que pudiera cambiar su geometría directamente durante el funcionamiento.
Los primeros intentos de acercarse a esta idea se hicieron en la primera mitad del siglo XX. En la década de 1920, el ingeniero Harry Ricardo experimentó con instalaciones de laboratorio donde la parte superior del cilindro podía moverse, cambiando el volumen de la cámara de combustión. Sin embargo, estas soluciones seguían siendo exclusivamente de investigación y no eran adecuadas para la producción en masa.
Décadas después, los ingenieros de la empresa Saab volvieron a abordar el problema. En el año 2000, presentaron el proyecto experimental Saab SVC (Saab Variable Compression). El enfoque resultó ser radical: el motor se dividió en realidad en dos partes.
La parte superior, el bloque de cilindros con la culata, estaba conectada a la inferior (el cárter y el cigüeñal) mediante una bisagra. Con la ayuda de un mecanismo hidráulico, esta construcción podía cambiar el ángulo de inclinación del bloque. Al aumentar la carga, la parte superior del motor se desviaba, aumentando el volumen de la cámara de combustión y reduciendo la relación de compresión.
Esta solución permitía combinar economía y potencia, pero resultó ser demasiado compleja y costosa para su introducción en serie. Después de que Saab pasara a estar bajo el control de General Motors, el proyecto se cerró.
La idea no se hizo realidad hasta años después, cuando la empresa Nissan se hizo cargo de ella. Los trabajos comenzaron en 1998 y duraron unas dos décadas. El resultado fue el motor VC-Turbo, presentado por primera vez en 2018 en el Infiniti QX50.
Los diseñadores tomaron un camino diferente: en lugar de cambiar la posición del bloque, rediseñaron la cinemática del mecanismo de biela y cigüeñal. En el motor se introdujo un complejo sistema de palancas y conexiones.
Características clave del diseño:
- la biela recibió un eslabón adicional, formando una especie de "articulación"
- el pistón se conecta al cigüeñal a través de un balancín intermedio
- la posición de este mecanismo se regula mediante un accionamiento eléctrico independiente
Dependiendo del régimen de funcionamiento, el sistema cambia la posición del pistón en el punto superior. En condiciones de reposo, sube más, proporcionando una relación de compresión de alrededor de 14:1. Durante la aceleración brusca, el mecanismo cambia la geometría: el pistón no alcanza la altura anterior y la relación de compresión se reduce a aproximadamente 8:1, lo que permite al motor combinar economía y alto rendimiento sin riesgo de detonación. Además, durante el funcionamiento, incluso el volumen de trabajo efectivo cambia ligeramente.
Sin embargo, una construcción tan compleja conduce inevitablemente a una serie de consecuencias técnicas. El aumento del número de conexiones y elementos móviles significa un aumento de la carga en el sistema de lubricación y mayores exigencias en cuanto a la calidad del mantenimiento.
Entre las características de funcionamiento, cabe destacar:
- mayor número de cojinetes de deslizamiento
- mayores pérdidas por fricción
- dependencia crítica de la calidad y el estado del aceite de motor
Cualquier desviación (nivel de aceite insuficiente, uso de líquido de mala calidad o incumplimiento de los intervalos de mantenimiento) puede provocar daños graves. Al mismo tiempo, la reparación de este motor es extremadamente compleja: la precisión de la fabricación y el montaje requiere equipos especializados y una alta cualificación.
A pesar de ello, la tecnología de relación de compresión variable ha demostrado su viabilidad. Los motores VC-Turbo proporcionan una tracción suave y un comportamiento adaptable en diversos regímenes de conducción, lo que demuestra el resultado de muchos años de esfuerzo de ingeniería.
Sin embargo, la aparición de este desarrollo coincidió con un cambio en las tendencias globales de la industria automotriz. Los sistemas híbridos y las unidades de potencia eléctricas, que ofrecen formas alternativas de lograr economía y dinamismo, empezaron a ocupar un lugar prioritario.
En resumen, el motor de relación de compresión variable puede considerarse un hito importante en la historia del motor de combustión interna, un ejemplo de cómo la perseverancia de los ingenieros permitió superar una limitación fundamental. Esta tecnología se convirtió en una especie de resultado del desarrollo de muchos años de los motores clásicos, demostrando el límite de su evolución.
