De los obstáculos a la innovación: Miembros del equipo que desarrolló el nuevo motor dedicado e‑POWER de Nissan comparten sus avances
El sistema e‑POWER de tercera generación de Nissan se lanza este mes en el Qashqai en Europa, ofreciendo mayor eficiencia, menos emisiones y una conducción más silenciosa. Norihiko Tagishi, Akihiro Shikata y Naohiro Yoshida, del equipo de tren motriz de Nissan en Japón, que desarrollaron el innovador nuevo motor en el corazón del sistema, revelan los desafíos que superaron y explican cómo funciona.
Reimaginando la tercera generación del tren motriz híbrido de Nissan
e‑POWER es el sistema híbrido de Nissan: un tren motriz electrificado único que combina un motor de gasolina compacto con un motor eléctrico. El motor de gasolina se utiliza exclusivamente para generar electricidad, que se distribuye directamente al motor eléctrico para mover las ruedas, así como para cargar la batería cuando es necesario. El tren motriz ofrece la aceleración suave, refinada y sin esfuerzo de un vehículo eléctrico con la comodidad diaria de un vehículo de combustión tradicional.
Además de un nuevo diseño 5 en 1, que integra componentes clave del tren motriz eléctrico en una unidad más rígida y ligera para una mayor refinación, el sistema e‑POWER de tercera generación adopta un innovador motor de gasolina turboalimentado de 3 cilindros y 1,5 litros, con nombre en clave ZR15DDTe.
Dedicado a un solo propósito
A diferencia de los motores utilizados en generaciones anteriores de e‑POWER, el nuevo motor fue diseñado desde el principio como un generador dedicado: proporciona electricidad exclusivamente para los vehículos e‑POWER.
Norihiko Tagishi, gerente senior del grupo de gestión de proyectos e‑POWER, comentó:
“Cuando empezamos en 2021, adoptamos un enfoque poco convencional, diseñando el concepto del motor de forma diferente a los motores tradicionales. Al incorporar muchas funciones nuevas, nos enfrentamos a desafíos técnicos sin precedentes en cada etapa del desarrollo. Sin embargo, uniendo a los equipos de desarrollo y producción, y negándonos a rendirnos, logramos superar estos obstáculos.”
Mientras que un motor de combustión interna convencional en un vehículo típico necesita funcionar de manera eficiente en una amplia gama de regímenes (RPM) y cargas, el motor de los vehículos e‑POWER está dedicado únicamente a generar electricidad. Esto permitió a los ingenieros de Nissan ajustarlo con precisión para operar en el rango más eficiente.
Buscando una mayor eficiencia térmica
La eficiencia térmica mide cuánta energía del combustible se convierte en potencia mecánica útil (energía), mientras que el resto se pierde en forma de calor. Cuanto mayor sea la eficiencia térmica de un motor, más distancia podrá recorrer con el mismo tanque de gasolina. En el caso de e‑POWER, mejorar la eficiencia térmica se traduce en una generación de energía más eficiente.
Akihiro Shikata, gerente senior del grupo de calibración del rendimiento de la unidad de tren motriz, señaló:
“Comenzamos el desarrollo redefiniendo el tipo de motor requerido para una unidad dedicada a la generación de electricidad. Al relajar las exigencias de respuesta del motor, pudimos diseñarlo para lograr un rendimiento óptimo, enfocado en el punto de máxima eficiencia térmica y potencia máxima.”
El innovador nuevo motor, aplicado al sistema e‑POWER de tercera generación de Nissan, ofrece una impresionante eficiencia térmica del 42 %.
Aplicación en serie del concepto STARC
Un avance clave para lograr esta alta eficiencia térmica fue la adopción del concepto patentado de Nissan Strong Tumble & Appropriately stretched Robust ignition Channel, conocido como STARC.
Este genera un efecto de torbellino de la mezcla de aire y combustible al ser inyectada en el cilindro, manteniéndolo hasta la ignición para asegurar una combustión eficiente. Esto produce un fuerte flujo en torbellino (vórtice vertical) dentro de la cámara de combustión y estabiliza el canal de descarga de la chispa, lo que conduce a mejores condiciones de combustión. Incluso con un uso extensivo de EGR (recirculación de gases de escape), que ayuda a mejorar la eficiencia térmica, la combustión se mantiene estable.
Para producir el flujo en torbellino óptimo, los ingenieros de Nissan revisaron y optimizaron minuciosamente varios componentes, incluyendo el puerto de admisión, el ángulo de las válvulas, la forma del techo pentagonal y la superficie de la corona del pistón, creando así la cámara de combustión ideal.
Equilibrando alta eficiencia térmica y potencia del motor
Para mejorar tanto la eficiencia térmica como la potencia del motor, el equipo adoptó diversas tecnologías adicionales. Se utilizó un turbocompresor dedicado más grande de lo que normalmente se aplica a un motor de 1,5 litros, para reducir las pérdidas de bombeo. Junto con innovaciones en la sincronización de válvulas y medidas para evitar el picado, pudieron establecer un tiempo de encendido ideal incluso con una relación de compresión alta.
El resultado fue una relación de compresión de 13:1, algo poco común en un motor turboalimentado, que logra equilibrar con éxito una alta eficiencia térmica con una alta potencia.
Durante el desarrollo, el equipo enfrentó desafíos importantes no solo para lograr la eficiencia térmica, sino también para mantener una alta potencia. Bajo condiciones de alta compresión y presión de sobrealimentación, la combustión anormal (pre-ignición), en la que el combustible se enciende antes de la chispa, tiende a ocurrir más fácilmente, lo que puede dañar el motor. Sin embargo, mediante una meticulosa tecnología de control, lograron evitar este problema.
Además, los turbos grandes suelen generar un “retraso” que causa una demora en la respuesta del par motor, pero aprovechando las características de gestión de energía de e‑POWER, el equipo aseguró que la aceleración del vehículo no se viera afectada, superando así esta dificultad.
Mayor eficiencia y refinamiento
En el caso del Qashqai, la mejora de la eficiencia térmica en los rangos de par más altos permite que el motor mantenga una velocidad constante incluso a velocidades de conducción elevadas. Este cambio, junto con la estructura más rígida e integrada 5 en 1, contribuye a un menor nivel de ruido y a una experiencia de conducción más refinada y sin estrés.
El Qashqai equipado con este tren motriz ha logrado hasta un 16 % de mejora en la eficiencia de combustible en condiciones reales de conducción y un 14 % de mejora en carretera en comparación con los modelos anteriores.
Unión de tecnologías de otras industrias con el enfoque único de Nissan
Un elemento clave en el desarrollo del nuevo motor fue lograr un flujo de aire suave desde el puerto de admisión hacia la cámara de combustión, generando un fuerte flujo en torbellino.
En los motores convencionales, el diseño del puerto de admisión está limitado por la necesidad de asientos de válvula sinterizados a presión, lo que restringe la optimización de la forma del puerto para un flujo en torbellino ideal.
Los ingenieros de Nissan exploraron numerosas opciones en el desarrollo tecnológico a largo plazo y determinaron que la tecnología de pulverización en frío (Cold Spray), ya utilizada en las industrias aeroespacial, energética, de maquinaria pesada y de petróleo y gas, ofrecía ventajas en términos de fiabilidad y calidad.
El proceso incorpora una aleación especialmente desarrollada y boquillas patentadas, inspiradas en técnicas de pulido de moldes de forja, lo que constituye la primera aplicación mundial en un motor automotriz.
Naohiro Yoshida, ingeniero jefe de tren motriz, comentó:
“Desde el principio sabíamos que sería difícil; sin embargo, al equipo le gustan los desafíos y sabíamos que los clientes apreciarían aún más los beneficios de nuestra tecnología e‑POWER cuando tuviéramos éxito. Al final, lo logramos gracias a la cooperación de nuestras tres divisiones Monozukuri (I+D, Producción y Compras), los departamentos relevantes y nuestras empresas asociadas.”
Superando numerosos y complejos retos técnicos, el motor ZR15DDTe ha alcanzado un alto rendimiento como motor dedicado a la generación de electricidad.
Expansión futura
Después del Qashqai, los clientes de Estados Unidos, Canadá y Japón serán los próximos en experimentar la nueva tecnología e‑POWER de tercera generación de Nissan, que se expandirá gradualmente a más modelos y regiones.
El nuevo e‑POWER está programado para llegar en el año fiscal 2026 en el próximo Rogue para EE.UU. y Canadá. También impulsará la próxima generación del Nissan Elgrand, una gran furgoneta para Japón, con más mercados por venir.
La búsqueda de eficiencia y potencia continúa
Este nuevo motor representa un gran avance en el camino del equipo para crear el motor dedicado e‑POWER definitivo. Los ingenieros del centro de I+D de Nissan en Atsugi, Japón, continúan trabajando hacia un ambicioso objetivo a largo plazo: lograr una mayor eficiencia térmica en los motores dedicados e‑POWER, así como aplicar tecnologías como STARC en una amplia gama de motores Nissan.
Todo ello forma parte del esfuerzo continuo de Nissan por mejorar la economía de combustible, ampliar la autonomía y reducir las emisiones, apoyando nuestro objetivo de crear una movilidad más sostenible y ofrecer una satisfacción cada vez mayor a los clientes de todo el mundo.