¿Qué es la abreviatura?

En los últimos años, la Cuenca Europea se ha convertido en el menor de todo con lo que la persona promedio entra en contacto. Esto se aplica en particular a los salarios reales, los teléfonos móviles, las computadoras portátiles, los costos de la empresa o el tamaño del motor y las emisiones. Desafortunadamente, los recortes de personal aún no han afectado a una administración pública o estatal tan deteriorada. Sin embargo, el significado de la palabra "reducción" en la industria del automóvil no es tan nuevo como podría parecer a primera vista. A finales del siglo pasado, los motores diésel también aumentaron sus recortes en la primera etapa, que, gracias a la sobrealimentación y la moderna inyección directa, mantuvieron o redujeron su volumen, pero con un aumento significativo de los parámetros dinámicos del motor.

La era moderna de los motores de gasolina "amanecer" comenzó con la llegada de la unidad 1,4 TSi. A primera vista, esto en sí mismo no parece una reducción de personal, lo que también fue confirmado por su inclusión en la oferta de Golf, León u Octavia. El cambio de perspectiva no ocurrió hasta que Škoda comenzó a ensamblar el motor 1,4 TSi de 90kW en su modelo Superb más grande. Sin embargo, el verdadero avance fue la instalación del motor 1,2 TSi de 77 kW en automóviles relativamente grandes como el Octavia, el León e incluso el VW Caddy. Solo entonces comenzaron las verdaderas y, como siempre, las más sabias actuaciones de pub. Expresiones como: "no se prolonga, no durará mucho, no hay sustituto para el volumen, el octágono tiene un motor de tela, ¿has oído eso?" Fueron más que comunes no solo en el cuarto precio de los dispositivos, sino también en las discusiones en línea. El downsizing requiere un esfuerzo lógico por parte de los fabricantes de vehículos para hacer frente a la presión constante de reducir el consumo y las odiadas emisiones. Por supuesto, nada es gratis, e incluso la reducción de personal no solo trae beneficios. Por ello, en las siguientes líneas, hablaremos con más detalle de lo que se denomina downsizing, cómo funciona y cuáles son sus ventajas o desventajas.

¿Qué es la abreviatura y las razones?

Downsizing significa reducir la cilindrada de un motor de combustión interna manteniendo la misma o incluso mayor potencia de salida. Paralelamente a la reducción de volumen, la sobrealimentación se realiza mediante un turbocompresor o un compresor mecánico, o una combinación de ambos métodos (VW 1,4 TSi - 125 kW). Además de la inyección directa de combustible, la sincronización variable de válvulas, la elevación de válvulas, etc. Con estas tecnologías adicionales, ingresa más aire (oxígeno) para la combustión en los cilindros y la cantidad de combustible suministrada puede aumentar proporcionalmente. Por supuesto, tal mezcla comprimida de aire y combustible contiene más energía. La inyección directa, combinada con sincronización variable y elevación de válvulas, a su vez optimiza la inyección de combustible y el remolino, lo que aumenta aún más la eficiencia del proceso de combustión. En general, un volumen de cilindro más pequeño es suficiente para liberar la misma energía que los motores más grandes y comparables sin reducir el tamaño.

Como ya se indicó al principio del artículo, la aparición de reducciones se debe principalmente al endurecimiento de la legislación europea. Principalmente se trata de reducir las emisiones, mientras que lo más visible es el impulso para reducir las emisiones de CO en todos los ámbitos.₂... Sin embargo, en todo el mundo, los límites de emisiones se están ajustando gradualmente. De acuerdo con un reglamento de la Comisión Europea, los fabricantes de automóviles europeos se han comprometido a alcanzar un límite de emisión de CO2015 de 130 g para XNUMX.₂ por 1 km, este valor se calcula como el valor medio del aparcamiento puesto en el mercado durante un año. Los motores de gasolina desempeñan un papel directo en la reducción, aunque, en términos de eficiencia, es más probable que reduzcan el consumo (es decir, también el CO₂) que los diésel. Sin embargo, esto lo hace difícil no solo por un precio más alto, sino también por la eliminación relativamente problemática y costosa de las emisiones nocivas en los gases de escape, como los óxidos de nitrógeno - NO_x, monóxido de carbono - CO, hidrocarburos - HC o negro de carbón, para cuya eliminación se utiliza un filtro DPF (FAP) costoso y aún relativamente problemático. Por lo tanto, los pequeños motores diesel se vuelven cada vez más complejos y los pequeños automóviles se tocan con violines más pequeños. Los vehículos híbridos y eléctricos también compiten con el downsizing. Aunque esta tecnología es prometedora, es mucho más compleja que una reducción relativamente simple y, sin embargo, demasiado cara para el ciudadano medio.

Un poco de teoría

El éxito de la reducción de personal depende de la dinámica del motor, el consumo de combustible y la comodidad general de conducción. La potencia y el par son lo primero. La productividad es el trabajo realizado a lo largo del tiempo. El trabajo presentado durante un ciclo de un motor de combustión interna de encendido por chispa está determinado por el llamado Ciclo Otto.

El eje vertical es la presión sobre el pistón y el eje horizontal es el volumen del cilindro. El trabajo viene dado por el área delimitada por las curvas. Este diagrama está idealizado porque no tenemos en cuenta el intercambio de calor con el medio ambiente, la inercia del aire que ingresa al cilindro y las pérdidas causadas por la admisión (ligera presión negativa en comparación con la presión atmosférica) o escape (ligera sobrepresión). Y ahora una descripción de la historia en sí, que se muestra en el diagrama (V). Entre los puntos 1 y 2, el globo se llena con una mezcla: el volumen aumenta. Entre los puntos 2 y 3 se produce la compresión, el pistón trabaja y comprime la mezcla aire-combustible. Entre los puntos 3 y 4 se produce la combustión, el volumen es constante (el pistón está en el punto muerto superior) y la mezcla de combustible se quema. La energía química del combustible se convierte en calor. Entre los puntos 4 y 5, la mezcla quemada de combustible y aire funciona, se expande y ejerce presión sobre el pistón. En los párrafos 5-6-1, se produce el flujo inverso, es decir, el escape.

Cuanto más aspiramos la mezcla de aire y combustible, más energía química se libera y el área bajo la curva aumenta. Este efecto se puede lograr de varias maneras. La primera opción es aumentar adecuadamente el volumen del cilindro, respectivamente. todo el motor, que en las mismas condiciones conseguimos más potencia - la curva aumentará hacia la derecha. Otras formas de desplazar hacia arriba la subida de la curva son, por ejemplo, aumentando la relación de compresión o aumentando la potencia a trabajar en el tiempo y haciendo varios ciclos más pequeños al mismo tiempo, es decir, aumentando la velocidad del motor. Ambos métodos descritos tienen muchas desventajas (autoencendido, mayor resistencia de la culata y sus sellos, mayor fricción a velocidades más altas; lo describiremos más adelante, mayores emisiones, la fuerza sobre el pistón sigue siendo aproximadamente la misma), mientras que el automóvil tiene una ganancia de potencia relativamente grande en papel, pero el par no cambia mucho. Recientemente, aunque el Mazda japonés logró producir en masa un motor de gasolina con una relación de compresión inusualmente alta (14,0: 1) llamado Skyactive-G, que cuenta con muy buenos parámetros dinámicos con un consumo de combustible favorable, sin embargo, la mayoría de los fabricantes todavía usan una posibilidad es para aumentar el volumen del área bajo la curva. Y esto es para comprimir el aire antes de entrar en el cilindro manteniendo el volumen - desbordamiento.

Entonces el diagrama p (V) del ciclo de Otto se ve así:

Dado que la carga 7-1 ocurre a una presión diferente (más alta) que la salida 5-6, se crea una curva cerrada diferente, lo que significa que se realiza trabajo adicional en la carrera del pistón inoperante. Esto se puede utilizar si el dispositivo que comprime el aire está alimentado por algún exceso de energía, que en nuestro caso es la energía cinética de los gases de escape. Tal dispositivo es un turbocompresor. También se usa un compresor mecánico, pero es necesario tener en cuenta un cierto porcentaje (15-20%) gastado en su funcionamiento (la mayoría de las veces es impulsado por el cigüeñal), por lo tanto, parte de la curva superior se desplaza hacia la inferior. uno sin ningún efecto.

Vendremos por un tiempo, mientras estemos abrumados. La aspiración de un motor de gasolina ha existido durante mucho tiempo, pero el objetivo principal era aumentar el rendimiento, mientras que el consumo no estaba particularmente decidido. Entonces las turbinas de gas los arrastraron para salvar la vida, pero también comieron pasto junto a la carretera, presionando el acelerador. Hubieron varias razones para esto. Primero, reduzca la relación de compresión de estos motores para evitar la combustión por detonación. También hubo un problema de enfriamiento del turbo. A cargas elevadas, la mezcla tuvo que enriquecerse con combustible para enfriar los gases de escape y así proteger el turbocompresor de las altas temperaturas de los gases de combustión. Para empeorar las cosas, la energía suministrada por el turbocompresor al aire de carga se pierde parcialmente con carga parcial debido al frenado del flujo de aire en la válvula de mariposa. Afortunadamente, la tecnología actual ya permite reducir el ahorro de combustible incluso cuando el motor está turboalimentado, que es una de las principales razones de la reducción.

Los diseñadores de motores de gasolina modernos están tratando de inspirar a los motores diésel que funcionan con una relación de compresión más alta y con carga parcial, el flujo de aire a través del colector de admisión no está limitado por el acelerador. El peligro de golpeteo causado por una alta relación de compresión, que puede destruir un motor muy rápidamente, se elimina con la electrónica moderna, que controla el tiempo de encendido con mucha más precisión que hasta hace poco. Una gran ventaja es también el uso de inyección directa de combustible, en la que la gasolina se evapora directamente en el cilindro. Por lo tanto, la mezcla de combustible se enfría de manera efectiva y también se aumenta el límite de autoignición. También se debe mencionar el sistema actualmente extendido de sincronización variable de válvulas, que le permite influir en la relación de compresión real hasta cierto punto. El llamado ciclo de Miller (carrera de contracción y expansión desigualmente larga). Además de la sincronización variable de válvulas, la elevación variable de válvulas también ayuda a reducir el consumo, lo que puede reemplazar el control del acelerador y, por lo tanto, reducir las pérdidas de succión, al disminuir el flujo de aire a través del acelerador (por ejemplo, Valvetronic de BMW).

La sobrecarga, el cambio de sincronización de la válvula, la elevación de la válvula o la relación de compresión no es una panacea, por lo que los diseñadores deben considerar otros factores que, en particular, afectan el flujo final. Estos incluyen, en particular, la reducción de la fricción, así como la preparación y combustión de la propia mezcla incendiaria.

Los diseñadores han estado trabajando durante décadas para reducir la fricción de las piezas móviles del motor. Hay que reconocer que han dado grandes pasos en el campo de los materiales y recubrimientos, que actualmente son los que mejores propiedades de fricción presentan. Lo mismo puede decirse de los aceites y lubricantes. El diseño del motor en sí no se dejó sin atención, donde las dimensiones de las partes móviles, los cojinetes están optimizados, la forma de los anillos del pistón y, por supuesto, la cantidad de cilindros no ha cambiado. Probablemente los motores más conocidos con un número de cilindros "menor" en la actualidad son los motores EcoBoost de tres cilindros de Ford o los dos cilindros TwinAir de Fiat. Menos cilindros significa menos pistones, bielas, cojinetes o válvulas y, por lo tanto, lógicamente fricción total. Ciertamente hay algunas limitaciones en esta área. El primero es la fricción que se almacena en el cilindro faltante, pero compensada en cierta medida por la fricción adicional en los cojinetes del eje de equilibrio. Otra limitación está relacionada con la cantidad de cilindros o la cultura operativa, que afectan significativamente la elección de la categoría de vehículo que conducirá el motor. Actualmente impensable, por ejemplo, BMW, conocida por sus motores modernos, estaba equipada con un motor bicilíndrico que zumbaba. Pero quién sabe qué pasará dentro de unos años. Dado que la fricción aumenta con el cuadrado de la velocidad, los fabricantes no solo reducen la fricción en sí, sino que también intentan diseñar motores para proporcionar suficiente dinámica a las velocidades más bajas posibles. Dado que el reabastecimiento atmosférico de un motor pequeño no puede hacer frente a esta tarea, un turbocompresor o un turbocompresor combinado con un compresor mecánico vuelve al rescate. Sin embargo, en el caso de sobrealimentar solo con un turbocompresor, esta no es una tarea fácil. Cabe señalar que el turbocompresor tiene una importante inercia rotacional de la turbina, lo que crea la denominada turbodiera. La turbina del turbocompresor es impulsada por los gases de escape, que primero deben ser producidos por el motor, por lo que hay un cierto retraso desde el momento en que se pisa el pedal del acelerador hasta el inicio esperado del empuje del motor. Por supuesto, varios sistemas modernos de turbocompresor intentan compensar con más o menos éxito esta dolencia, y las nuevas mejoras de diseño en los turbocompresores vienen al rescate. Por lo tanto, los turbocompresores son más pequeños y livianos, responden cada vez más rápido a velocidades más altas. Los conductores deportivos, criados con motores de alta velocidad, culpan a un motor turboalimentado de "velocidad lenta" por la mala respuesta. no hay gradación de potencia a medida que aumenta la velocidad. Entonces, el motor tira emocionalmente a bajas, medias y altas revoluciones, desafortunadamente sin potencia máxima.

La composición de la mezcla combustible en sí no se hizo a un lado. Como saben, un motor de gasolina quema la llamada mezcla estequiométrica homogénea de aire y combustible. Esto significa que por 14,7 kg de combustible - gasolina hay 1 kg de aire. Esta relación también se denomina lambda = 1. Dicha mezcla de gasolina y aire también se puede quemar en otras relaciones. Si usa la cantidad de aire de 14,5 a 22: 1, entonces hay un gran exceso de aire; estamos hablando de la llamada mezcla pobre. Si se invierte la relación, la cantidad de aire es menor que la estequiométrica y la cantidad de gasolina es mayor (la relación de aire a gasolina está en el rango de 14 a 7:1), esta mezcla se denomina así llamada. mezcla rica. Otras proporciones fuera de este rango son difíciles de encender porque están demasiado diluidas o contienen muy poco aire. En cualquier caso, ambos límites tienen efectos opuestos sobre el rendimiento, el consumo y las emisiones. En cuanto a las emisiones, en el caso de una mezcla rica, se produce una formación importante de CO y HC._x, producción NO_x relativamente bajo debido a las temperaturas más bajas cuando se quema una mezcla rica. Por otro lado, la producción de NO es especialmente mayor con la combustión de combustión pobre._xdebido a la mayor temperatura de combustión. No debemos olvidarnos de la velocidad de combustión, que es diferente para cada composición de la mezcla. La velocidad de combustión es un factor muy importante, pero es difícil de controlar. La velocidad de combustión de la mezcla también se ve afectada por la temperatura, el grado de remolino (mantenido por la velocidad del motor), la humedad y la composición del combustible. Cada uno de estos factores está involucrado de diferentes maneras, siendo el remolino y la saturación de la mezcla los que tienen la mayor influencia. Una mezcla rica se quema más rápido que una pobre, pero si la mezcla es demasiado rica, la velocidad de combustión se reduce considerablemente. Cuando se enciende la mezcla, la combustión es lenta al principio, con el aumento de la presión y la temperatura, la velocidad de combustión aumenta, lo que también se ve facilitado por el aumento del remolino de la mezcla. La combustión con mezcla pobre contribuye a un aumento en la eficiencia de la combustión de hasta un 20 %, mientras que, de acuerdo con las capacidades actuales, es máxima en una proporción de alrededor de 16,7 a 17,3: 1. Dado que la homogeneización de la mezcla se deteriora durante la mezcla pobre continua, lo que resulta en una reducción significativa de la velocidad de combustión, reduciendo la eficiencia y la productividad, los fabricantes han ideado la llamada mezcla de capas. En otras palabras, la mezcla combustible se encuentra estratificada en el espacio de combustión, de manera que la relación alrededor de la vela es estequiométrica, es decir, se enciende fácilmente, y en el resto del ambiente, por el contrario, la composición de la mezcla es mucho más alto. Esta tecnología ya se está utilizando en la práctica (TSi, JTS, BMW), desafortunadamente, hasta ahora solo hasta ciertas velocidades o. en modo de carga ligera. Sin embargo, el desarrollo es un rápido paso adelante.

Beneficios de la reducción

• Un motor de este tipo no solo es más pequeño en volumen, sino también en tamaño, por lo que se puede producir con menos materias primas y menos consumo de energía.
• Dado que los motores utilizan materias primas similares, si no las mismas, el motor será más ligero debido a su tamaño más pequeño. Toda la estructura del vehículo puede ser menos robusta y, por tanto, más ligera y económica. con el motor más ligero existente, menos carga por eje. En este caso, el rendimiento de conducción también mejora, ya que no están tan fuertemente influenciados por un motor pesado.
• Dicho motor es más pequeño y más potente y, por lo tanto, no será difícil construir un automóvil pequeño y potente, que a veces no funcionó debido al tamaño limitado del motor.
• El motor más pequeño también tiene menos masa inercial, por lo que no consume tanta energía para moverse durante los cambios de potencia como el motor más grande.

Desventajas de la reducción

• Un motor de este tipo está sometido a una tensión térmica y mecánica significativamente mayor.
• Si bien el motor es más liviano en volumen y peso, debido a la presencia de varias partes adicionales como un turbocompresor, intercooler o inyección de gasolina a alta presión, el peso total del motor aumenta, el costo del motor aumenta y todo el kit requiere mayor mantenimiento. y el riesgo de falla es mayor, especialmente para un turbocompresor que está sujeto a un alto estrés térmico y mecánico.
• Algunos sistemas auxiliares consumen energía en el motor (por ejemplo, bomba de pistón de inyección directa para motores TSI).
• El diseño y la fabricación de un motor de este tipo es mucho más difícil y complejo que en el caso de un motor de llenado atmosférico.
• El consumo final sigue dependiendo relativamente en gran medida del estilo de conducción.
• Fricción interna. Tenga en cuenta que la fricción del motor depende de la velocidad. Esto es relativamente insignificante para una bomba de agua o un alternador donde la fricción aumenta linealmente con la velocidad. Sin embargo, la fricción de las levas o los anillos de pistón aumenta en proporción a la raíz cuadrada, lo que puede hacer que un motor pequeño de alta velocidad muestre una fricción interna más alta que un volumen más grande que funciona a velocidades más bajas. Sin embargo, como ya se mencionó, mucho depende del diseño y el rendimiento del motor.

Entonces, ¿hay futuro para los recortes de personal? A pesar de algunas deficiencias, creo que sí. Sin embargo, los motores de aspiración natural no desaparecen de inmediato, simplemente por los ahorros de producción, los avances en la tecnología (Mazda Skyactive-G), la nostalgia o el hábito. Para los no partidistas que no confían en la potencia de un motor pequeño, recomiendo cargar un automóvil de este tipo con cuatro personas bien alimentadas, luego mirar cuesta arriba, adelantar y probar. La confiabilidad sigue siendo un tema mucho más complejo. Existe una solución para los compradores de boletos, incluso si lleva más tiempo que una prueba de manejo. Espere unos años a que aparezca el motor y luego decida. Sin embargo, en general, los riesgos se pueden resumir de la siguiente manera. En comparación con un motor de aspiración natural más potente de la misma potencia, el motor turboalimentado más pequeño está mucho más cargado con la presión del cilindro y con la temperatura. Por lo tanto, dichos motores tienen cojinetes significativamente más cargados, un cigüeñal, una culata de cilindros, aparamenta, etc. Sin embargo, el riesgo de falla antes de que expire la vida útil planificada es relativamente bajo porque los fabricantes diseñan motores para esta carga. Sin embargo, habrá errores, observo, por ejemplo, problemas con el salto de la cadena de distribución en los motores TSi. En general, sin embargo, se puede decir que la vida útil de estos motores probablemente no será tan larga como en el caso de los motores de aspiración natural. Esto se aplica principalmente a los automóviles con alto kilometraje. También se debe prestar mayor atención al consumo. En comparación con los motores de gasolina turboalimentados más antiguos, los turbocompresores modernos pueden funcionar de manera significativamente más económica, mientras que los mejores corresponden al consumo de un turbo diésel relativamente potente en funcionamiento económico. La desventaja es la dependencia cada vez mayor del estilo de conducción del conductor, por lo que si desea conducir de manera económica, debe tener cuidado con el pedal del acelerador. Sin embargo, en comparación con los motores diésel, los motores de gasolina con turbocompresor compensan esta desventaja con un mejor refinamiento, niveles de ruido más bajos, un rango de velocidad utilizable más amplio o la falta del tan criticado DPF.