Que é a abreviatura?

Nos últimos anos, a conca europea converteuse no menos de todo co que a persoa media entra en contacto. Isto aplícase en particular aos salarios reais, teléfonos móbiles, portátiles, custos da empresa ou tamaño do motor e emisións. Por desgraza, os recortes de persoal aínda non afectaron a unha administración pública ou estatal tan deteriorada. Non obstante, o significado da palabra "redución" na industria do automóbil non é tan novo como podería parecer a primeira vista. A finais do século pasado, os motores diésel tamén reduciron os seus recortes na primeira etapa que, grazas ao sobrealimentación e á inxección directa moderna, mantiveron ou reduciron o seu volume, pero cun aumento significativo dos parámetros dinámicos do motor.

A era moderna dos motores de gasolina "amencerados" comezou coa aparición da unidade 1,4 TSi. A primeira vista, isto non parece en si mesmo unha redución, o que tamén se confirmou coa súa inclusión na oferta Golf, León ou Octavia. O cambio de perspectiva non ocorreu ata que Škoda comezou a montar o motor 1,4 TSi de 90 kW no seu modelo Superb máis grande. Non obstante, o verdadeiro avance foi a instalación do motor 1,2 TSi de 77 kW en coches relativamente grandes como o Octavia, o León e mesmo o VW Caddy. Só entón comezaron as auténticas e, coma sempre, as máis sabias actuacións de pub. Expresións como: "non se prolonga, non durará moito, non hai substituto para o volume, o octágono ten un motor de tecido, escoitaches iso?" Foron máis que comúns non só no cuarto prezo dos dispositivos, senón tamén nas discusións en liña. A redución esixe un esforzo lóxico dos fabricantes de vehículos para facer fronte á presión constante para reducir o consumo e as tan odiadas emisións. Por suposto, nada é gratuíto, e mesmo a redución de tamaño non só trae beneficios. Por iso, nas seguintes liñas comentaremos con máis detalle o que se chama downsizing, como funciona e cales son as súas vantaxes ou inconvenientes.

Que é a abreviatura e as razóns

Reducir o tamaño significa reducir a cilindrada dun motor de combustión interna mantendo a mesma ou incluso maior potencia de saída. Paralelamente á redución do volume, a sobrealimentación realízase mediante un turbocompresor ou un compresor mecánico, ou unha combinación de ambos os métodos (VW 1,4 TSi - 125 kW). Así como a inxección directa de combustible, a sincronización variable das válvulas, a elevación da válvula, etc. Con estas tecnoloxías adicionais, máis aire (osíxeno) para a combustión entra nos cilindros e a cantidade de combustible subministrada pódese aumentar proporcionalmente. Por suposto, unha mestura tan comprimida de aire e combustible contén máis enerxía. A inxección directa, combinada con tempo variable e elevación de válvulas, optimiza á súa vez a inxección de combustible e o remolino, o que aumenta aínda máis a eficiencia do proceso de combustión. En xeral, un volume de cilindro menor é suficiente para liberar a mesma enerxía que os motores máis grandes e comparables sen reducir o tamaño.

Como xa se indicou ao comezo do artigo, a aparición de reducións débese principalmente ao endurecemento da lexislación europea. Principalmente trátase de reducir as emisións, mentres que o máis visible é o impulso para reducir as emisións de CO de xeito xeral.₂... Non obstante, en todo o mundo os límites de emisión estanse a endurecer gradualmente. De acordo cun regulamento da Comisión Europea, os fabricantes de automóbiles europeos comprometéronse a acadar un límite de emisión de 2015 g de CO en 130.₂ por km, este valor calcúlase como o valor medio para a flota de coches colocados no mercado durante un ano. Os motores de gasolina xogan un papel directo na redución do tamaño aínda que, en termos de eficiencia, son máis propensos a reducir o consumo (é dicir, tamén CO₂) que os diésel. Non obstante, isto dificulta non só por un prezo máis elevado, senón tamén pola eliminación relativamente problemática e cara de emisións nocivas nos gases de escape, como os óxidos de nitróxeno - NON_x, monóxido de carbono - CO, hidrocarburos - HC ou negro de carbón, para a eliminación dos cales se usa un filtro DPF (FAP) caro e aínda relativamente problemático. Así, os pequenos diésel son cada vez máis complexos, e os coches pequenos tócanse con violíns máis pequenos. Os vehículos híbridos e eléctricos tamén compiten coa redución de tamaño. Aínda que esta tecnoloxía é prometedora, é moito máis complexa que a redución de tamaño relativamente simple, e aínda demasiado cara para o cidadán medio.

Un pouco de teoría

O éxito da redución do tamaño depende da dinámica do motor, do consumo de combustible e da comodidade xeral de condución. A potencia e o par motor son o primeiro. A produtividade é un traballo realizado ao longo do tempo. O traballo presentado durante un ciclo dun motor de combustión interna de ignición por chispa está determinado polo chamado Ciclo Otto.

O eixe vertical é a presión sobre o pistón, e o eixe horizontal é o volume do cilindro. O traballo vén dado pola área delimitada polas curvas. Este diagrama está idealizado porque non temos en conta o intercambio de calor co medio, a inercia do aire que entra no cilindro, e as perdas provocadas pola admisión (lixeira presión negativa en comparación coa presión atmosférica) ou o escape (lixeira sobrepresión). E agora unha descrición da propia historia, mostrada no diagrama (V). Entre os puntos 1-2, o globo énchese cunha mestura - o volume aumenta. Entre os puntos 2-3, prodúcese a compresión, o pistón traballa e comprime a mestura combustible-aire. Entre os puntos 3-4, prodúcese a combustión, o volume é constante (o pistón está no punto morto superior) e a mestura de combustible arde. A enerxía química do combustible convértese en calor. Entre os puntos 4-5, a mestura queimada de combustible e aire funciona, expandíndose e exercendo presión sobre o pistón. Nos parágrafos 5-6-1, prodúcese o fluxo inverso, é dicir, o escape.

Canto máis aspiramos a mestura combustible-aire, máis enerxía química se libera e a área baixo a curva aumenta. Este efecto pódese conseguir de varias maneiras. A primeira opción é aumentar adecuadamente o volume do cilindro, respectivamente. todo o motor, que nas mesmas condicións logramos máis potencia - a curva aumentará cara á dereita. Outras formas de desprazar a subida da curva cara arriba son, por exemplo, aumentar a relación de compresión ou aumentar a potencia para traballar co paso do tempo e facer varios ciclos máis pequenos ao mesmo tempo, é dicir, aumentar a velocidade do motor. Ambos métodos descritos teñen moitas desvantaxes (autoignición, maior resistencia da culata e os seus selados, aumento da fricción a velocidades máis altas - describiremos máis tarde, maiores emisións, a forza sobre o pistón segue sendo a mesma), mentres que o coche ten unha ganancia de potencia relativamente grande no papel, pero o par non cambia moito. Recentemente, aínda que o Mazda xaponés conseguiu producir en masa un motor de gasolina cunha relación de compresión inusualmente alta (14,0: 1) chamado Skyactive-G, que posúe moi bos parámetros dinámicos cun consumo de combustible favorable, con todo, a maioría dos fabricantes aínda usan unha posibilidade é. para aumentar o volume da área baixo a curva. E isto é para comprimir o aire antes de entrar no cilindro mantendo o volume - desbordamento.

Entón o diagrama p (V) do ciclo Otto ten este aspecto:

Dado que a carga 7-1 prodúcese a unha presión diferente (maior) que a saída 5-6, créase unha curva pechada diferente, o que significa que se realiza un traballo adicional na carreira de pistón inoperante. Isto pódese usar se o dispositivo que comprime o aire é alimentado por algún exceso de enerxía, que no noso caso é a enerxía cinética dos gases de escape. Tal dispositivo é un turbocompresor. Tamén se usa un compresor mecánico, pero é necesario ter en conta unha porcentaxe determinada (15-20%) gastada no seu funcionamento (a maioría das veces é conducido polo cigüeñal), polo tanto, parte da curva superior desprázase cara á inferior un sen ningún efecto.

Viremos por un tempo, mentres estamos desbordados. A aspiración dun motor de gasolina existe desde hai moito tempo, pero o obxectivo principal era aumentar o rendemento, mentres que o consumo non estaba especialmente decidido. Así, as turbinas de gas arrastráronas durante a vida, pero tamén comeron herba pola estrada, presionando o gas. Houbo varias razóns para iso. En primeiro lugar, reduce a relación de compresión destes motores para eliminar a combustión a golpes. Tamén houbo un problema de refrixeración turbo. A cargas elevadas, a mestura tiña que enriquecerse con combustible para arrefriar os gases de escape e así protexer o turbocompresor das altas temperaturas dos gases de combustión. Aínda por riba, a enerxía subministrada polo turbocompresor ao aire de carga pérdese parcialmente a carga parcial debido ao freado do fluxo de aire na válvula de aceleración. Afortunadamente, a tecnoloxía actual xa está a axudar a reducir o consumo de combustible incluso cando o motor está turboalimentado, que é un dos motivos principais para reducir o tamaño.

Os deseñadores de motores de gasolina modernos están tentando inspirar aqueles motores diésel que funcionan cunha relación de compresión máis alta e con carga parcial, o fluxo de aire a través do colector de admisión non está limitado polo acelerador. O perigo de golpes-golpes causado por unha alta relación de compresión, que pode destruír un motor moi rapidamente, é eliminado pola electrónica moderna, que controla o tempo de ignición con moita máis precisión do que se facía ata hai pouco. Unha gran vantaxe tamén é o uso da inxección directa de combustible, na que a gasolina se evapora directamente no cilindro. Así, a mestura de combustible arrefríase eficazmente e tamén se aumenta o límite de autoignición. Tamén hai que mencionar o sistema de temporización variable das válvulas estendido actualmente, que permite influír ata certo punto na relación de compresión real. O chamado ciclo de Miller (trazo de contracción e expansión desigualmente longo). Ademais da sincronización variable das válvulas, a elevación variable das válvulas tamén axuda a reducir o consumo, o que pode substituír o control do acelerador e así reducir as perdas de succión, ao diminuír o fluxo de aire polo acelerador (por exemplo, Valvetronic de BMW).

A sobrecarga, o cambio do tempo da válvula, a elevación da válvula ou a relación de compresión non son unha panacea, polo que os deseñadores deben considerar outros factores que, en particular, afectan ao fluxo final. Inclúen, en particular, a redución da fricción, así como a preparación e combustión da propia mestura incendiaria.

Os deseñadores levan décadas traballando para reducir a fricción das pezas móbiles do motor. Hai que recoñecer que realizaron grandes avances no campo dos materiais e revestimentos, que actualmente presentan as mellores propiedades de rozamento. O mesmo pódese dicir dos aceites e lubricantes. O deseño do motor en si non quedou sen atención, onde se optimizan as dimensións das pezas móbiles, os rodamentos, a forma dos aneis do pistón e, por suposto, o número de cilindros non cambiaron. Probablemente os motores máis coñecidos con "menor" número de cilindros na actualidade sexan os motores EcoBoost de tres cilindros de Ford ou os dous cilindros TwinAir de Fiat. Menos cilindros significa menos pistóns, bielas, rodamentos ou válvulas e, polo tanto, loxicamente fricción total. Sen dúbida hai algunhas limitacións nesta área. O primeiro é a fricción que se almacena no cilindro que falta, pero compensada en certa medida pola fricción adicional nos rodamentos do eixe de equilibrio. Outra limitación está relacionada co número de cilindros ou cultura de funcionamento, que afectan significativamente á elección da categoría de vehículo que conducirá o motor. Actualmente impensable, por exemplo, BMW, coñecida polos seus motores modernos, estaba equipada cun motor bicilíndrico zumbando. Pero quen sabe o que pasará dentro duns anos. Dado que a fricción aumenta co cadrado da velocidade, os fabricantes non só reducen a propia fricción, senón que tamén tratan de deseñar motores para proporcionar suficiente dinámica ás velocidades máis baixas posibles. Dado que o reabastecemento atmosférico dun pequeno motor non pode facer fronte a esta tarefa, un turbocompresor ou un turbocompresor combinado cun compresor mecánico vén de novo ao rescate. Non obstante, no caso de sobrealimentar só cun turbocompresor, esta non é unha tarefa sinxela. Hai que ter en conta que o turbocompresor ten unha inercia de rotación importante da turbina, o que crea a chamada turbodiera. A turbina do turbocompresor é impulsada polos gases de escape, que primeiro deben ser producidos polo motor, polo que hai un certo atraso desde o momento en que se presiona o pedal do acelerador ata o inicio esperado do empuxe do motor. Por suposto, varios sistemas modernos de turbocompresor tentan compensar con máis ou menos éxito esta doenza, e as novas melloras de deseño dos turbocompresores veñen ao rescate. Polo tanto, os turbocompresores son máis pequenos e lixeiros, responden cada vez máis rápido a velocidades máis altas. Os condutores orientados ao deporte, educados en motores de alta velocidade, culpan a un motor turboalimentado de "baixa velocidade" pola mala resposta. sen gradación de potencia a medida que aumenta a velocidade. Así que o motor tira emocionalmente a baixas, medias e altas revolucións, desafortunadamente sen potencia máxima.

A composición da mestura combustible en si non quedou de lado. Como sabedes, un motor de gasolina queima a chamada mestura estequiométrica homoxénea de aire e combustible. Isto significa que para 14,7 kg de combustible - gasolina hai 1 kg de aire. Esta relación tamén se denomina lambda = 1. A devandita mestura de gasolina e aire tamén se pode queimar noutras proporcións. Se usas a cantidade de aire de 14,5 a 22: 1, hai un gran exceso de aire: estamos a falar da chamada mestura magra. Se a relación é invertida, a cantidade de aire é menor que estequiométrica e a cantidade de gasolina é maior (a proporción de aire a gasolina está no intervalo de 14 a 7:1), esta mestura denomínase así. mestura rica. Outras proporcións fóra deste intervalo son difíciles de inflamar porque están demasiado diluídas ou conteñen moi pouco aire. En todo caso, ambos os límites teñen efectos opostos sobre o rendemento, o consumo e as emisións. En canto ás emisións, no caso dunha mestura rica, prodúcese unha importante formación de CO e HC._x, produción NO_x relativamente baixa debido ás temperaturas máis baixas cando se queima unha mestura rica. Por outra banda, a produción de NO é especialmente maior coa combustión sen combustión._xdebido á maior temperatura de combustión. Non debemos esquecer a velocidade de combustión, que é diferente para cada composición da mestura. A velocidade de combustión é un factor moi importante, pero é difícil controlala. A velocidade de combustión da mestura tamén se ve afectada pola temperatura, o grao de remolino (mantido pola velocidade do motor), a humidade e a composición do combustible. Cada un destes factores intervén de diferentes xeitos, sendo a maior influencia o remolino e a saturación da mestura. Unha mestura rica queima máis rápido que unha magra, pero se a mestura é demasiado rica, a velocidade de combustión redúcese moito. Cando se acende a mestura, a combustión é lenta nun primeiro momento, co aumento da presión e da temperatura, a velocidade de combustión aumenta, o que tamén se ve facilitado polo aumento do remolino da mestura. A combustión con combustión pobre contribúe a un aumento da eficiencia de combustión de ata un 20%, mentres que, segundo as capacidades actuais, é máxima nunha proporción de aproximadamente 16,7 a 17,3: 1. Dado que a homoxeneización da mestura se deteriora durante o proceso de combustión continua, o que resulta nunha redución significativa da taxa de combustión, reducindo a eficiencia e a produtividade, os fabricantes crearon a chamada mestura de capas. Noutras palabras, a mestura combustible está estratificada no espazo de combustión, de xeito que a proporción ao redor da vela é estequiométrica, é dicir, é facilmente acesa, e no resto do ambiente, pola contra, a composición da mestura é moito máis alto. Esta tecnoloxía xa se está utilizando na práctica (TSi, JTS, BMW), por desgraza, ata agora só ata certas velocidades ou. en modo de carga lixeira. Non obstante, o desenvolvemento é un paso adiante rápido.

Beneficios da redución

• Un motor deste tipo non só é de menor volume, senón tamén de tamaño, polo que se pode producir con menos materias primas e menos consumo de enerxía.
• Dado que os motores utilizan materias primas similares, senón as mesmas, o motor será máis lixeiro debido ao seu menor tamaño. Toda a estrutura do vehículo pode ser menos robusta e, polo tanto, máis lixeira e máis barata. co motor máis lixeiro existente, menos carga nos eixes. Neste caso, o rendemento da condución tamén se mellora, xa que non están tan fortemente influenciados por un motor pesado.
• Tal motor é máis pequeno e máis potente e, polo tanto, non será difícil construír un coche pequeno e potente, que ás veces non funcionou debido ao tamaño do motor limitado.
• O motor máis pequeno tamén ten menos masa inercial, polo que non consume tanta enerxía para moverse durante os cambios de potencia coma o motor máis grande.

Desvantaxes da redución

• Tal motor está sometido a tensións térmicas e mecánicas significativamente maiores.
• Aínda que o motor é máis lixeiro en volume e peso, debido á presenza de varias pezas adicionais como un turbocompresor, intercooler ou inxección de gasolina de alta presión, o peso total do motor aumenta, o custo do motor aumenta e todo o kit require aumento do mantemento. e o risco de fallo é maior, especialmente para un turbocompresor sometido a un alto esforzo térmico e mecánico.
• Algúns sistemas auxiliares consumen enerxía no motor (por exemplo, bomba de pistón de inxección directa para motores TSI).
• O deseño e fabricación dun motor deste tipo é moito máis difícil e complexo que no caso dun motor cheo de atmosfera.
• O consumo final aínda depende relativamente moito do estilo de condución.
• Fricción interna. Ten en conta que a fricción do motor depende da velocidade. Isto é relativamente insignificante para unha bomba de auga ou alternador onde a fricción aumenta linealmente coa velocidade. Non obstante, a fricción das levas ou aneis do pistón aumenta proporcionalmente á raíz cadrada, o que pode provocar que un pequeno motor de alta velocidade presente unha fricción interna maior que un volume maior funcionando a velocidades máis baixas. Non obstante, como xa se mencionou, moito depende do deseño e do rendemento do motor.

Entón, hai futuro para os recortes de persoal? A pesar dalgunhas deficiencias, creo que si. Non obstante, os motores de aspiración natural non desaparecen de inmediato, simplemente por aforro de produción, avances tecnolóxicos (Mazda Skyactive-G), nostalxia ou hábito. Para os non partidarios que non confían na potencia dun pequeno motor, recomendo cargar un coche así con catro persoas ben alimentadas, despois mirar cara o outeiro, adiantar e probar. A fiabilidade segue a ser un asunto moito máis complexo. Hai unha solución para os compradores de billetes, aínda que leva máis tempo que unha proba. Agarde uns anos a que apareza o motor e logo decida. Con todo, os riscos pódense resumir do seguinte xeito. En comparación cun motor máis potente de aspiración natural da mesma potencia, o motor turbo máis pequeno está moito máis cargado tanto coa presión do cilindro como coa temperatura. Polo tanto, estes motores teñen significativamente máis rodamentos cargados, un cigüeñal, unha culata, cadros, etc. Non obstante, o risco de fallo antes de que expire a vida útil prevista é relativamente baixo, xa que os fabricantes deseñan motores para esta carga. Non obstante, haberá erros, observo, por exemplo, problemas coa saltada da cadea de tempo nos motores TSi. Non obstante, en xeral pódese dicir que a vida útil destes motores probablemente non sexa tan longa como no caso dos motores de aspiración natural. Isto aplícase principalmente aos coches con quilometraxe elevado. Tamén se debe prestar unha maior atención ao consumo. En comparación cos motores de gasolina turboalimentados máis antigos, os turbocompresores modernos poden funcionar moito máis economicamente, mentres que o mellor deles corresponde ao consumo dun turbo diésel relativamente potente en funcionamento económico. A desvantaxe é a dependencia cada vez maior do estilo de condución do condutor, polo que se queres conducir economicamente, debes ter coidado co pedal do gas. Non obstante, en comparación cos motores diésel, os motores de gasolina turboalimentados compensan esta desvantaxe cun mellor refinamento, niveis de ruído máis baixos, un rango de velocidade útil máis amplo ou a falta do tan criticado DPF.