Analizamos al detalle el motor 1.5 TGDI de Omoda & Jaecoo

Comencemos por la arquitectura más básica del motor 1.5 TGDI. ¿No es sorprendente que, de un tiempo a esta parte, la cifra de 1,5 litros se haya convertido en un estándar? Tiene su explicación. De entrada, Chery co-desarrolló la arquitectura de sus motores ACTECO junto a la firma austriaca AVL List GmbH, uno de los mayores especialistas independientes en ingeniería de motores del mundo. AVL también ha participado en el desarrollo y calibración de plantas motrices para múltiples fabricantes europeos (incluyendo el Grupo VW), lo que ha contribuido no sólo a lograr cilindradas estandarizadas, sino geometrías de cilindro igualmente estandarizadas.

Ah, por cierto, para entender el peso de AVL en la ingeniería de motores a nivel mundial, solamente diré que sin esta empresa ubicada en Graz, a las faldas de los Alpes, los motores TDI de Audi (primero) y Volkswagen (después) jamás habrían existido… o, al menos, habrían llegado más tarde y habrían sido diferentes.

Y, ¿por qué 1,5 litros? Sencillamente, porque la cilindrada unitaria ideal ronda los 375 cm³, y la arquitectura y disposición ideal para el motor de un automóvil se consigue con cuatro cilindros en línea. Así que 4 x 375 = 1.500. Pero hay más.

Si os fijáis, no sólo esos en torno a 1.500 cm³ coinciden en los motores de muchos fabricantes, sino que las cotas internas también lo hacen. Bueno, en realidad, habría que hablar actualmente de dos tendencias: los motores de carrera larga (con unas cifras de diámetro x carrera de en torno a 74,5 mm × 86 mm), y los motores de carrera muy larga (en torno a 72 x 92 mm).

Y es que esa carrera relativamente larga ofrece una de las mejores relaciones termodinámicas entre superficie de cámara, velocidad de pistón y llenado de aire en motores turbo de 4 cilindros con esa cilindrada, favoreciendo una eficiencia óptima en un rango medio de regímenes de giro, mientras que la carrera muy larga se focaliza en lograr la máxima eficiencia en un régimen de giro más bajo y más estrecho, algo de lo que hablaremos más adelante, porque todas las decisiones de ingeniería a la hora de elaborar el motor 1.5 TGDI de Chery van a llevarnos a un lugar común.

No hay que olvidar que este motor se ha diseñado desde su inicio para formar parte de un sistema híbrido. En las versiones híbridas, las cotas de carrera larga (72 mm × 92 mm, con una relación de carrera/diámetro de 1,28) busca maximizar la expansión del gas y elevar la relación de compresión (hasta 16:1), logrando eficiencias térmicas de hasta un 44,5%. Esta misma cota es la solución adoptada por SAIC (MG) para sus motores de 1,5 litros dedicados a hibridación. 

Y, para ilustrarlo, ahí va una tabla con el motor 1.5 TGDI y los principales motores 1.5 del mercado actual, incluyendo los tricilíndricos, de los que hoy no toca hablar porque si abrimos ese melón no vamos a acabar en la vida, así como los diésel, que también tienen su corazoncito.

Comparativa de cotas del motor 1.5 TGDI de Chery frente a sus rivales

Por qué una eficiencia del 44,5 % es una “burrada” en un motor térmico como el 1.5 TGDI de Chery

Repasada la arquitectura del motor 1.5 TGDI de Omoda & Jaecoo, pasemos al dato estelar del comunicado. Chery presume de haber logrado una eficiencia térmica del 44,5 %, que es un valor altísimo para un motor de combustión y que, obviamente, tiene truco.

La eficiencia témica mide qué porcentaje de la energía química del combustible se convierte efectivamente en trabajo mecánico para mover las ruedas (el resto se pierde en forma de calor residual por el escape, el radiador y la fricción de sus componentes).

A nivel termodinámico, superar el umbral del 40 % en un motor de gasolina era considerado un muro casi infranqueable hace una década; uno de esos límites a los que te puedes acercar, pero jamás cruzar, como bajar de los 9 segundos en los 100 metros lisos para un atleta humano, por ejemplo. Así que lograr un 44,5 % supone desperdiciar considerablemente menos calor por el tubo de escape y el sistema de refrigeración de lo habitual.

El matiz de la “isla de eficiencia” es que la cifra del 44,5 % es un valor pico que el motor solo alcanza en un rango muy estrecho de revoluciones y carga (su zona óptima o sweet spot), a costa de ser menos eficiente en otros rangos de giro; no se puede tener todo en esta vida.

Esta eficiencia “puntiaguda” es algo que, de hecho, sólo tiene sentido en híbridos y requiere una estricta gestión para ser realmente una ventaja. En un automóvil con motor térmico puro y cambio manual o automático convencional, el motor trabaja casi siempre fuera de esa zona de máxima eficiencia (al acelerar desde parado, retener o rodar en ciudad). Sin embargo, en un sistema híbrido (HEV/PHEV) con transmisión electrificada (DHT), el motor eléctrico asume los esfuerzos ineficientes y permite que el motor de gasolina trabaje bloqueado en su punto de 44,5 % de rendimiento o actuando como generador de electricidad a régimen constante.

En resumen: la idea es hacer que el motor 1.5 TGDI trabaje durante la mayor parte del tiempo posible en esa isla de eficiencia en la que logra el 44,5 % de eficiencia termodinámica, mientras que en el motor eléctrico (con rendimientos de en torno al 90 % o superiores a lo largo de todo su ciclo normal de funcionamiento) se “come el marrón” de funcionar el resto del tiempo. Y, de propina, ahí dejo otra tabla con la eficiencia de los diferentes tipos de motores de automoción.

Eficiencia en los motores de automoción

¿Qué ahorro de combustible se logra con la eficiencia térmica del motor 1.5 TGDI?

Todo esto está genial para discutir en la barra del bar, pero, en igualdad de condiciones (mismo peso, aerodinámica, neumáticos y tipo de conducción), ¿qué mejora en el consumo cabe esperar por el uso de la tecnología embarcada en el motor 1.5 TGDI de Chery?

De entrada, el consumo de combustible es inversamente proporcional a la eficiencia térmica del motor. Frente a un motor de gasolina tradicional (35 % de eficiencia), la reducción teórica del consumo que podemos lograr alcanza el 21,3 %. Si el motor convencional consumiera 6,5 l/100 km, a igualdad de trabajo entregado, el motor a 44,5 % reduciría la cifra a 5,1 l/100 km, lo que supone un ahorro teórico de alrededor de 1,4 l/100 km. Frente a un motor híbrido de generación anterior (40 % de eficiencia), la reducción teórica del bajaría hasta 4,5 l/100 km, logrando un ahorro de en torno a medio litro de gasolina cada 100 km.

Pero el verdadero salto de ahorro en el vehículo no proviene solo del 44,5 % del motor de combustión por sí solo, sino de combinar ese pico térmico con la capacidad del sistema eléctrico para mantener al motor operando siempre en esa zona de máximo rendimiento, como ya hemos comentado.

El ciclo Miller se nos ha quedado corto; el motor 1.5 TGDI estrena el Deep Miller

Omoda & Jaecoo habla de ciclo Deep Miller en la literatura de su motor 1.5 TGDI, pero ¿se trata de una variación reconocida del ciclo Miller o es más bien una denominación creada por los atrevidos técnicos del marketing?

En realidad, el término Deep Miller (o ciclo Miller Profundo) es una denominación comercial y estratégica de marketing para describir una ejecución calibrada al límite del ciclo Miller tradicional, y no una nueva categoría termodinámica reconocida de forma independiente por la SAE (Society of Automotive Engineers), por otros organismos normalizadores o por la literatura académica.

Desde el punto de vista físico, la base termodinámica del 1.5 TGDI sigue siendo el Ciclo Miller de cuatro tiempos. Sin embargo, la etiqueta “Deep” hace referencia a la agresividad con la que se aplican sus parámetros de ingeniería.

No voy a extenderme hoy sobre el ciclo Miller, que ya vamos para récord de caracteres con esta entrada, pero sí recordaré que se trata de una variante del ciclo Otto de cuatro tiempos basada en la asimetría entre las fases de compresión y expansión. Su mecanismo clave consiste en modificar el calado de la distribución —habitualmente retrasando el cierre de las válvulas de admisión (LIVC)— para que el pistón devuelva parte de la carga de aire al colector antes de empezar a comprimir la mezcla.

Esto reduce la carrera de compresión efectiva (disminuyendo las pérdidas por bombeo y el trabajo mecánico necesario para comprimir el gas) manteniendo al mismo tiempo la carrera de expansión completa para aprovechar al máximo la presión de la combustión; dado que esta estrategia reduce el volumen de aire útil y limita la potencia máxima del motor, el ciclo Miller se combina de forma indispensable con sobrealimentación por turbocompresor o con la asistencia eléctrica de un sistema híbrido para restituir el par perdido. Y esto da pie a hacer una nueva tabla.

Diferencias entre el ciclo Deep Miller del motor 1.5 TGDI y los demás ciclos de los motores térmicos actuales

Lo que aporta técnicamente el ciclo Deep Miller del motor 1.5 TGDI de Chery es, de entrada, una relación de expansión muy superior a la de compresión. Al retrasar de manera extrema el cierre de las válvulas de admisión (Late Intake Valve Closing o LIVC), parte del aire ya aspirado se devuelve al colector. Esto hace que la compresión efectiva sea baja (evitando la detonación o picado de bielas), pero la carrera de expansión geométrica sigue siendo de 14,5:1, extrayendo el máximo trabajo útil de los gases de escape.

Además, el ciclo Deep Miller del motor 1.5 TGDI se beneficia de una reducción masiva de pérdidas por bombeo. Al no depender de la mariposa de admisión para estrangular el paso del aire en cargas parciales, el pistón encuentra mucha menos resistencia al bajar en la fase de admisión.

Con todo esto, hay que aclarar que un motor con ciclo Miller Profundo apenas tendría par ni respuesta en bajas revoluciones si operase en solitario en un automóvil convencional. Al estar integrado en un esquema híbrido, el motor eléctrico compensa instantáneamente esa falta de par en bajas vueltas, permitiendo a los ingenieros ajustar el motor térmico en ese régimen “profundo” de máxima eficiencia termodinámica que obliga a sacrificar el rendimiento en otras zonas.

El motor 1.5 TGDI de Chery necesita mucha tecnología para funcionar en ciclo Deep Miller

Dicho todo esto, para que un ciclo Miller Profundo como el del motor 1.5 TGDI de los Omoda & Jaecoo funcione sin apagar la llama de la combustión, necesita tecnologías complementarias avanzadas. De entrada, hace falta un sistema de recirculación de gases de escape (EGR) de alta tasa (20-25 %) que introduzca gases inertes (sin oxígeno) para rebajar la temperatura de la cámara.

Un EGR convencional suele tomar gases calientes del colector de escape antes del turbo (HP-EGR), introduciendo un gas sucio y muy caliente que ensucia el colector de admisión y reduce la densidad del aire. El sistema HiDS del motor 1.5 TGDI extrae los gases después del filtro de partículas, los pasa por un radiador dedicado para enfriarlos a fondo y los reintroduce antes de la entrada del turbo. Esto permite meter masa inerte muy densa, fría y limpia sin erosionar el compresor ni saturar el motor de carbonilla.

Ahora bien: introducir un 25 % de gas inerte dentro del cilindro desplaza al oxígeno y frena la velocidad de propagación de la llama. Para solucionarlo, el sistema de Chery rediseña la geometría de las lumbreras de admisión a fin de generar un torbellino vertical (Tumble) masivo, obligando a la mezcla diluida a girar a altísima velocidad dentro del cilindro para acelerar artificialmente la propagación de la combustión.

También hay que mencionar que el sistema de inyección directa trabaja a 350 bares para lograr una atomización fina del combustible que asegure una combustión estable con alta dilución. No es una cifra récord, pero sí se encuentra entre las más altas en motores de gasolina.

Adicionalmente, el sistema requiere un encendido “de competición”. Chery presume de que su motor 1.5 TGDI cuenta con un encendido de alta energía; concretamente: 120 mJ, que es un valor muy elevado. Este valor es necesario para atravesar la densa capa de gas inerte e iniciar un núcleo de llama estable en cada ciclo.

En resumen: un EGR convencional busca únicamente reducir las emisiones de NOx a cargas parciales; el sistema del motor 1.5 TGDI utiliza la dilución masiva refrigerada como herramienta termodinámica principal para bajar la temperatura del pico de combustión, evitar la detonación sin enriquecer con gasolina (que es el recurso fácil pero arruinaría la eficiencia) y reducir las pérdidas por bombeo, logrando así la cifra del 44,5 % de eficiencia.

Y si has llegado hasta aquí que tiene mérito la cosa, te mereces un nuevo regalo en forma de tabla, en esta ocasión dedicada a la energía del encendido, que es algo de lo que se menciona muy poco cuando hablamos de motores pero no deja de tener su interés.

La energía del encendido en el motor 1.5 TGDI de Omoda & Jaecoo

Algunas consideraciones técnicas adicionales sobre el motor 1.5 TGDI de Chery montado en los híbridos de Omoda & Jaecoo

Lo cierto es que con todo lo que hemos comentado, apenas hemos empezado a rascar sobre la superficie de toda la tecnología que atesora el motor 1.5 TGDI, pero como si sigo profundizando en sus recursos técnicos me van a echar de Internet, básicamente voy a resumir algunas de las cosillas más importantes que se me han quedado en el tintero.

El primero de ellos es el empleo de un sistema de distribución variable en fase mediante variadores de fase hidráulicos con un rango angular ampliado, capaces de desfasar hasta 50°-60° de cigüeñal, que es mucho. Chery ha descartado integrar la variación en alzada de las válvulas para reducir la fricción y porque de alguna forma el motor eléctrico ya hace en gran medida la función de la distribución variable en alzada, que mejora el rendimiento del motor a bajo régimen y alta carga.

También habría que dedicarle unas líneas al sistema i-HTM (Intelligent Hybrid Thermal Management), que es el sistema de gestión térmica desarrollado por el Grupo Chery para sus motores de última generación. Dentro del paquete de soluciones instaladas en el motor 1.5 TGDI de Omoda & Jaecoo, el i-HTM es responsable por sí solo de aportar un incremento directo de hasta un 3 % en la eficiencia térmica global del motor.  

Y es que el desafío térmico en la propulsión híbrida es notable, ya que en un vehículo térmico convencional, el motor alcanza su temperatura de servicio (90º C) y permanece encendido casi todo el trayecto. En un híbrido, el motor de combustión se apaga y enciende constantemente. Cada rearranque con el motor frío o a temperatura subóptima dispara la viscosidad del aceite, aumenta la fricción del pistón y degrada drásticamente la eficiencia. El i-HTM resuelve esto gestionando de forma independiente el calor de cada zona del motor en tiempo real.  

Para ello, se recurre a una estrategia de “refrigeración dividida” (split cooling). La culata se mantiene más fría para bajar la temperatura de la cámara de combustión, reduciendo la tendencia a la detonación (picado de bielas) a pesar de operar con una compresión de 14,5:1. Por su parte, el bloque se mantiene más caliente para que el aceite mantenga una fluidez óptima, reduciendo al mínimo el rozamiento mecánico de los segmentos del pistón.

Esto requiere una bomba de agua eléctrica modulada, que no es ninguna novedad, pero aporta lo suyo, ya que ajusta su caudal a la carta y se detiene cuando no es necesaria, evitando las fluctuaciones térmicas y el robo de energía que implica una bomba mecánica arrastrada por correa.

Por supuesto, el motor 1.5 TGDI cuenta con una estrategia de calentamiento ultrarrápido (Zero-Flow). Tras arrancar en frío o salir de un tramo de conducción puramente eléctrica, el sistema anula por completo la circulación de líquido refrigerante. El motor conserva y acumula su propio calor para alcanzar la temperatura óptima de trabajo en una fracción del tiempo estándar.

Finalmente, hay una gestión integrada del circuito secundario (LP-EGR y WAC). Se controla térmicamente el intercooler de agua (WAC) y el enfriador del sistema de recirculación de gases (HiDS), asegurando que los gases de escape diluidos entren en la admisión a la densidad exacta sin generar condensaciones perjudiciales.  

Y aquí lo dejamos. En resumen, lo más importante es que Chery ha entendido que un sistema de propulsión híbrido es como un “ecosistema” compuesto por numerosos “organismos vivos” que desarrollan sus funciones en absoluta dependencia de los demás organismos. Para tener un buen híbrido no basta con usar “un motor” térmico, otro eléctrico y una batería. La relación entre ellos y entre todos sus componentes ha de ser óptima. Y esa es, sencillamente, la base del motor 1.5 TGDI de los híbridos de Omoda & Jaecoo.