En la industria automotriz puede parecer algo muy reciente eso de ingeniar soluciones rebuscadas por tal de cumplir con las medidas anticontaminación dictadas por los gobiernos, pero es algo que ya viene de lejos. Hoy hablaremos de uno de esos mecanismos que Honda se sacó de la manga, el CVCC.

A diferencia del sistema VTEC del que ya hablamos tiempo atrás, y el cual estaba más enfocado en el rendimiento, el CVCC se trataba de un sistema de inyección estratificada que nacía con el objetivo de cumplir con las normativas de emisión de gases de escape que empezaban a tomar fuerza en Japón y especialmente en Estados Unidos a mediados de los 70.

Por aquel entonces los motores de combustión interna no habían avanzado mucho respecto a los primeros diseños de principios de siglo, todos empleaban alimentación mecánica de combustible por carburación, muy imprecisa, e iban todos a escape libre. Si eso se combinaba con un parque móvil numeroso, el desastre en la salud pública estaba asegurado. Además, la gasolina iba aditivada con tetraetilo de plomo, un compuesto químico venenoso.

Firma del segundo ajuste de la Clean Air Act en 1967 por parte del presidente Lyndon B. Johnson

Contexto y origen

Vámonos pues. Primero llegaremos al país del sol naciente en la década de los años 60, cuando a la vez que se estaba motorizando el país empezaban también a surgir las preocupaciones por la contaminación del aire. Esto derivó, en 1968, hacia una regulación y control de las emisiones de los vehículos bajo una ley denominada Ley de control de contaminación atmosférica en nuestro idioma.

Por otro lado, en Estados Unidos la cosa no era muy diferente y en 1963 se estableció la Clean Air Act o Ley del aire limpio, una ley cuya finalidad era regular la contaminación del aire a nivel federal, para todos los estados.

Dos años más tarde se modificó para establecer unos estándares en las emisiones de ciertos automóviles. En 1967 hubo un segundo ajuste, trasladando al Gobierno central aún más poder para investigar y hacer estudios a gran escala sobre las emisiones del transporte nacional.

Los Ángeles cubierta por niebla tóxica (1958) – Fotografía: Bettman Archive

El tema pasó a ser más serio cuando la administración de los asuntos del medio ambiente pasó a ser potestad de la entonces recién fundada EPA (de Enviromental Protection Agency), la Agencia de Protección del Medio Ambiente. Al mismo tiempo, el senador Edwin Muskie (de aquí al sobrenombre de esta ley) presentaba un proyecto de reforma de ley sobre la Clean Air Act existente, en el que restringía aún más las emisiones contaminantes de los vehículos.

De esta manera, estipulaba que los coches a partir de 1975 debían emitir, respecto a los fabricados hasta aquel momento, una décima parte de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos no quemados (HC), mientras que en 1976 se aplicaría lo mismo para los óxidos de nitrógeno (NO_x). La propuesta de Muskie se aprobó el 31 de diciembre de 1970.

Honda T360, el primer comercial ligero de la marca se trataba de una camioneta con dimensiones de Kei Car

Desarrollo del CVCC

Volviendo a Japón, nos encontrábamos en aquellos años una Honda que justo acababa de aterrizar en el mundo de la automoción de cuatro ruedas, pues sus primeros dos coches fueron lanzados en el mercado en 1963.

Aun así, era una empresa que en cuanto a motocicletas ya contaba con una presencia importante en Estados Unidos -Honda inició su actividad después de la guerra con bicicletas motorizadas en Japón- y quería tomar el mismo camino con los coches. Con la vista puesta en las exportaciones, Honda creó en 1965 un equipo de 10 personas provenientes de su centro de i+D para que se pusieran a estudiar el panorama que se estaba cociendo en Estados Unidos.

El grupo estaba capitaneado por Shizuo Yagi, jefe del departamento de investigación del rendimiento de motores en aquel momento. Tras varios sondeos, algún estudio y el fijarse en como las otras compañías enfrentaban el problema de las emisiones, Yagi y sus técnicos plantearon la necesidad de abrir un laboratorio específico que se dedicara a trabajar en reducir los contaminantes de los vehículos de la marca.

Honda RA271 de Fórmula 1 de 1964. La prioridad de Honda en aquellos tiempos

Pero justo entonces, Honda planeaba entrar en la F1 al año siguiente, en 1964, y no estaba por la labor de emplear tantos recursos en un tema que suponía que no le daría beneficios a corto plazo.

No fue hasta 1966, que en una comisión organizada por la Asociación de Fabricantes de Automóviles Japoneses (JAMA), se propuso que cada uno de estos enviase un equipo de ingenieros a EEUU para estudiar el tema de las emisiones. El viaje duraría aproximadamente un mes y se visitarían 23 centros de los cuales algunos serian de GM, Ford y Chrysler.

A raíz de eso, Honda aceptó en abrir un laboratorio propio dedicado a cómo hacer que sus vehículos fueran más limpios y en enviar al equipo de Yagi de “gira” por el país del Tío Sam. Parecía un reto ambicioso para una marca que hasta entonces se había dedicado a extraer potencia a base de altas revoluciones. Pero las palabras de Soichiro, fundador de Honda, fueron “Honda es el nuevo miembro de la industria automotriz y esta es una gran oportunidad para estar en la línea de salida con nuestros competidores”.

Honda S500

Los esfuerzos para limitar las emisiones pasaron desde realizar mejoras en los motores de gasolina hasta utilizar otros de diferentes como turbinas de gas o motores rotativos. Sin embargo, Soichiro puso como condición que se usaran los propulsores existentes. La estrategia era reducir el nivel de emisiones de los motores controlando el proceso de admisión/inyección, pero los resultados no eran suficientemente buenos como para lograr pasar la Clean Air Act de 1975.

Se especuló también con la posibilidad de incorporar tratamientos de gases de escape tales como catalizadores o reactores térmicos. Los catalizadores, aunque fue una solución por la que apostaron muchos fabricantes, Honda decidió descartarla por el hecho de que disminuían el rendimiento del motor y por tener una corta vida útil en aquella época. El tema del reactor térmico, adoptado por Toyo Kogyo (la Mazda de aquellos años), quedó fuera también porque su uso tenía como consecuencia un mayor consumo de combustible.

A base de ensayo y error se llegó a la conclusión de que la manera de encontrar un equilibrio entre reducir el nivel de CO y el HC, mientras se mantenían los NO_x a un nivel aceptable, era la utilización de una mezcla un punto más pobre que la estequiométrica (14,7:1 partes de aire/gasolina); es decir, se inyectaría algo menos de gasolina. Esto permitiría quemar de manera íntegra todo el combustible inyectado. El problema estaba en que con este tipo de mezclas y la tecnología de aquellos años las combustiones no eran muy estables.

El diminuto propulsor del Honda N600 fue el conejillo de indias inicial durante la fase de pruebas

La idea de utilizar una precámara para lograr esa mezcla pobre empezó a calar sobre el grupo de desarrollo y finalmente se decidieron por ella. Era una solución más propia de los motores diésel, pero en la Unión Soviética ya había algún propulsor gasolina con precámara, así que decidieron tirar por ahí.  

Aunque las primeras pruebas fueron con el motor del N600, justamente, dentro del surtido de motores que tenían en Honda, había un bicilíndrico en V de gasóleo cuyo nombre era GD90, que ya contaba con precámara. Solo tenían que instalar una bujía y una entrada de aire/gasolina en la precámara, ajustar la relación de compresión del motor y unos pocos cambios más. Los test con este propulsor duraron unos tres meses -de diciembre de 1969 hasta febrero de 1970- y los resultados parecían ir en buena dirección.

Aun así, la base era de un motor diésel, así que no se estaban trabajando en unas “condiciones realistas”; necesitaban un propulsor gasolina para obtener resultados más exactos. Por aquel entonces (1970), Honda solo había comercializado cuatro coches, la mitad de ellos con motores refrigerados por aire y de una cilindrada muy pequeña, por lo que decidió emplear el motor 1.6 de Nissan para seguir con el experimento.

Soichiro Honda en la presentación nacional del CVCC en octubre de 1972

En 1971, con la cosa aún muy verde, pero con unos frutos que ya vislumbraban el éxito de la operación, Soichiro dijo a Yagi y a su equipo que pensasen en un nombre para el sistema que estaban desarrollando. La denominación oficial era necesaria, pues se haría una conferencia para anunciar que Honda tenía las herramientas para pasar con garantías la Clean Air Act de 1975 y, que dicho sistema se encontraría debajo del capó de su nuevo coche, el Civic de 1973.

A toda prisa, se pensó en un apodo que describiera la tecnología pero que al mismo tiempo revelara muy poco, ya que aún no tenían ninguna patente. Se apostó por “CVCC” en cuanto a que cada letra venía a decir lo siguiente:

• C: de “Compound”, que representaba las dos combustiones en dos cámaras diferentes. La precámara y la principal
• V: de “Vortex”, refiriéndose al torbellino que agitaba la mezcla y se producía en la cámara de combustión principal a causa del frente de llama originado en la cámara auxiliar
• CC:  de “Controlled Combustion”, dando a entender que el motor era capaz de controlar la velocidad de combustión al dividirla en dos fases

A partir de ahí, el asunto se aceleró: se diseñó y creó un propulsor propio con el sistema CVCC integrado y con una cilindrada de 2.000 cc el cual era capaz de satisfacer las limitaciones en cuanto a CO, NO_x y HC que regulaba la EPA.

En octubre de 1972 se hizo en Japón una presentación de la nueva tecnología de Honda delante de toda la prensa y los máximos directivos de todas las compañías de automóviles. El tema creó una expectación y sensación brutal, sobre todo por aquellos fabricantes que aún no habían lidiado con el límite de emisiones satisfactoriamente. Una de ellas fue Toyota, muy interesada en el sistema y que pronto se avino a firmar una licencia de uso con Honda.

Conferencia de la EPA en 1973 donde se negociaba con los fabricantes la Clean Air Act – Fotografía: Tasku Date

Consecuentemente, la EPA pidió a Honda que sometiera sus coches con CVCC a las pruebas de emisiones. El fabricante nipón, en aquel momento, no contaba con un vehículo lo suficientemente grande como para meter el 2 litros fabricado específicamente para incorporar el CVCC y tubo que instalarlo en el Nissan Sunny de la época.

Así, envió al laboratorio de la EPA en Michigan tres Sunny con motor Honda. Se convertirían así en los primeros coches en respetar las limitaciones dictadas por la Clean Air Act que entraría en vigor dos años después. Con eso, marcas americanas como Ford y Chrysler corrieron a acordar licencias de uso del CVCC con Honda.

En marzo de 1973 la EPA organizó una conferencia en Washington donde preguntó a los fabricantes si realmente podían llegar a cumplir con la legislación de emisiones que caería dentro de dos años. Las únicas marcas que dieron el “sí” fueron Honda y Toyo Kogio (Mazda). A raíz de eso las limitaciones de la Clean Air Act previstas para 1975 fueron pospuestas. Finalmente, los estándares de HC se implementaron en 1980, los de NO_x en 1981 y los de CO en 1982.

Técnica del sistema CVCC

Después de darle tantas vueltas, seguramente querrás saber con más detalle que es exactamente eso del CVCC. Para entender su propósito, primero hay que dar un vistazo a la reacción de combustión y cuáles son sus productos.

En términos generales y teóricos, para tener tal reacción necesitamos un comburente, en ese caso el oxígeno (O₂), y un combustible, que es la gasolina (cadenas de hidrocarburos, HC). Si tanto uno como el otro fuesen puros, la combustión ideal sería la siguiente:

Esas condiciones son ideales, no existen en el mundo real, y tanto los HC y el O₂ no son puros. En el primer caso podemos encontrar impurezas tales que en su mayor parte son azufre (S). En el segundo, el aire atmosférico está formado en un 78 % -aproximadamente- de nitrógeno (N₂) y tan solo de un 21 % de oxígeno.

¿Qué ocurre? Pues que cuando reaccionan el aire atmosférico y el combustible, ambos “reales e impuros” se forman gases tóxicos como el CO, los NO_x, el SO_2, HC y MP, entre otros. El problema de la Clean Air Act y los automóviles estaba en las emisiones de CO, NOx y HC. Pero ¿cuáles son las causas de estos productos?

• Monóxido de carbono (CO): se obtiene de una combustión incompleta del hidrocarburo. Suele ser debido a mezclas ricas que son incapaces de quemar íntegramente en el proceso. Este gas es venenoso y potencialmente mortal en espacios cerrados.
• Hidrocarburos (HC): son directamente componentes del hidrocarburo sin quemar. Esto puede pasar en partes del cilindro donde la mezcla no alcanza la temperatura suficiente como para quemarse, por ejemplo, en las paredes del mismo.
• Óxidos de Nitrógeno (NOx): pueden ser el resultado de combinar el nitrógeno y el oxígeno bajo elevada presión y alta temperatura. Como más oxígeno haya, más NO_x se emitirán. Los NO_x son los principales responsables de la contaminación atmosférica visible o smog fotoquímico.

A partir de aquí podemos deducir que lo que es bueno para eliminar CO y HC es malo para reducir los NO_x. Precisamente, el logro de Honda estuvo en encontrar el punto medio entre los tres productos tóxicos. Teniendo esta información como telón, ya podemos pasar a como el fabricante nipón hizo los cambios necesarios en sus motores de combustión para reducir la dispersión de estos gases.

La pequeña cámara auxiliar es la característica principal del motor CVCC

Estructura

El esquema de un motor CVCC no difiere en exceso de un motor de gasolina de toda la vida. El añadido está en una cámara de combustión auxiliar, adyacente a la cámara de combustión principal, configurada con una bujía (que ya no estará en la principal) y una boca de admisión adicional, instalada en cada cilindro. De ahí que utilice tres válvulas por cilindro (dos de admisión y una de escape). La alimentación corre a cargo de un carburador de triple cuerpo, con dos bocas que alimentan la admisión principal y una tercera dedicada exclusivamente a las cámaras auxiliares.

Los “seis tiempos” de un motor CVCC – fig. 1 (admisión), figs. 2 y 3 (compresión), figs. 4 y 5 (explosión) y fig. 6 (escape)

Funcionamiento

El modus operandi del CVCC es relativamente sencillo en el sentido que los cuatro tiempos típicos de un motor de gasolina son parecidos. Vamos a ver:

• Admisión: durante el tiempo de admisión, la tercera boca del carburador inyecta una mezcla de aire combustible rica (de 4:1 aprox.) a la precámara. Al mismo tiempo, se introduce una mezcla pobre (de 20:1 más o menos) a la cámara de combustión principal. De esta manera tenemos una mezcla estratificada, rica en la precámara, pobre en el cilindro y un término medio en el conducto que las une.
• Compresión: en el momento que sube el pistón, mantiene la configuración descrita al empujar hacia la cámara auxiliar cualquier mezcla rica que se haya colado en la principal.
• Explosión: cuando el pistón está a punto de llegar a su punto muerto superior (PMS), la bujía enciende la mezcla rica, que quema rápidamente. A su turno, esta mezcla rica va quemando despacio el resto de la mezcla pobre en el cilindro principal. A causa de la fuerza generada por la explosión, el pistón baja.
• Escape: igual que en el sistema tradicional, el pistón vuelve a subir para barrer los gases quemados.

¿Qué hemos logrado? Al tener tres capas de mezcla diferentes (rica, no tan pobre y pobre) se reduce la cantidad de oxígeno respecto a una mezcla totalmente pobre. Al mismo tiempo, también conseguimos una combustión lenta y progresiva, con lo cual reducimos temperatura. Con esos dos puntos, hemos mantenido los NO_x a raya.

Por otra parte, aunque la temperatura global se queda por debajo de límites peligrosos en lo que a NO_x se refiere, la temperatura que alcanza la ignición de la mezcla rica en un principio, es capaz de quemar casi completamente toda la combinación de aire y combustible que tenemos en el cilindro.

Honda Civic 4 puertas de 1975 equipado con el motor 1.5 CVCC

El Honda Civic y el CVCC

La idea desde un buen principio era hacer del Honda Civic el protagonista del sistema CVCC. El primer Civic, lanzado al mercado en 1973, era el salto de Honda en el segmento de los utilitarios/compactos y en aquel momento era la clave para consolidarse como fabricante de coches. El Civic fue un éxito enseguida, consiguiendo el premio de “Coche del Año” en Japón.

Recordemos que el motor con el que se había desarrollado el CVCC, un 2 litros, no cabía en el vano de este Honda. Por esta razón, sobre la base del motor 1.5 corriente que utilizaba el coche, se concibió la versión equipada con el CVCC, siendo el Civic el vehículo inaugural de la tecnología. Dicho propulsor, denominado ED1, otorgaba 52 CV a 5.000 RPM y 92 Nm a 3.000 RPM, cifras suficientes para un peso de tan solo 680 kg.

En Estados Unidos es donde cosechó su mayor notoriedad y es fácil entender por qué. La crisis del petróleo de 1973 -los precios se triplicaron en poco tiempo por el embargo árabe- obligó a muchos consumidores a buscar alternativas a sus motores americanos, que eran muy carismáticos, pero gastaban mucho combustible. El pequeño Honda les debía parecer un mechero en comparación y propulsó sus ventas a gran escala.

El eslogan de la compañía era “Honda, we make it simple”, es decir: “Honda, lo hacemos fácil”. La segunda razón de su éxito fue el hecho de que, para cumplir las restricciones en cuanto a emisiones del Estado de California por aquel entonces (más duras que las del resto del país), la mayoría de la competencia había recurrido a los catalizadores.

Este hecho determinaba que, para no dañar dichos catalizadores, se tenía que utilizar gasolina sin plomo. Como la extensión de la gasolina sin plomo no fue inmediata, muchas gasolineras no la servían y se vivió una situación en la que había más demanda que oferta.

En California, debido a estas regulaciones, solo se vendió el Civic CVCC que, si hacemos memoria, no necesitaba catalizador, y por tanto podía funcionar perfectamente con gasolina que contuviera plomo. Esta fue la historia de cómo una marca extranjera como Honda fuera vista como una referencia en el mercado estadounidense, relacionándola a partir de aquel momento, con productos de calidad.

1972 Chevrolet Impala Sedan

La lección de Honda a General Motors

Si volvemos un poco atrás y nos vamos en el momento que la EPA pide a Honda que envíe mulas de pruebas con motor CVCC para ver si realmente funciona el invento, vemos que cuando las pasa con éxito, Chrysler y Ford se interesan en seguida por la tecnología japonesa, pero no así General Motors.

Cuando al CEO de esta última le preguntan por el logro de Honda, este contestó: “Bueno, he echado un vistazo al diseño y mientras creo que quizá puede funcionar bien en un motor de juguete como el de una moto… No le veo ningún potencial para los coches de nuestra marca”.

Las declaraciones no tardaron en resonar dentro de la compañía japonesa. Con esas que Soichiro, más que enfadarse, fue a Estados Unidos, se compró un 1972 Chevrolet Impala 350 (5.7 V8) y lo embarcó hacia Japón. Pidió a sus ingenieros que adaptasen el sistema CVCC al titánico motor sustituyendo el colector de admisión, la culata y el carburador.

Resultados obtenidos por el Impala 350 CVCC versus el prototipo catalizado de Ford Galaxie

La historia ya sabes cómo continúa: Honda trajo de vuelta el Impala a Estados Unidos, fue al laboratorio de la EPA y pasó satisfactoriamente el examen de emisiones. Lo hizo, además, conservando la potencia original de 167 CV y reduciendo sensiblemente el consumo. Si os fijáis en la imagen de arriba, veréis que tan solo está por debajo de un prototipo de Ford Galaxie catalizado -con la misma cilindrada que el Impala- en el tema de los NO_x, pero en el HC y el CO le da un repaso increíble.

Así fue como Soichiro san se quedó más ancho que un ocho delante de una Norte América (y especialmente de GM) que se estaba rompiendo la cabeza para poder cumplir con las exigencias medioambientales de la Clean Air Act.

Honda Civic 3 puertas de 1975 equipado con el motor 1.2 CVCC

Conclusiones

Creo que las conclusiones hay que plantearlas desde dos frentes. El primero es el hecho de que cuando pasó todo lo relatado Honda era una empresa “pequeña” y estrenada tan solo 10 años antes en la producción de coches. A tiros rápidos, tuvo que venir alguien de fuera (y joven) para enseñar cómo se hacían las cosas al Big Three de Detroit.

El segundo, que el fabricante fue capaz, no de tratar a posteriori los gases de escape con artilugios como catalizadores o reactores térmicos, sino de cortar el problema de raíz. Es decir, de generar una combustión más limpia desde un buen principio, evitando producir una cantidad impropia de tóxicos y no tener que lidiar el problema una vez estos ya estaban emitidos.

Desde hace años, Honda se consolidó como el mayor fabricante de motores de combustión interna del mundo

Estos dos factores hicieron desmarcarse a Honda de la competencia y junto a diferentes hitos que también alcanzaría en un futuro, han conseguido que siempre miremos al fabricante japonés con cierto respeto. Después llegaron adelantos como el VTEC, sus primeros híbridos antes del 2000 con sistema IMA, etc. Pero estas, ya son otras historias que dan para otros artículos.

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