Desconexión de cilindros

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Resumen video Desconexión de cilindros

En el artículo “Motor down size” en esta sección de “Tecnologías limpias” se explicó cómo lograr reducir el consumo y la contaminación disminuyendo el tamaño del motor, en esta ocasión retomamos el tema con más animaciones y contenido, además de incluir un automóvil peculiar con dos motores, uno de estos con desconexión de cilindros.

Motor de menor tamaño + sobrealimentación

La sobrealimentación, por compresor volumétrico o turbo en motores de gasolina y turbocompresor en diésel, es la solución para adaptar el motor térmico a las directivas anticontaminantes sin merma de prestaciones.

En diésel es el turbocompresor un elemento más del motor, y en gasolina este o el compresor volumétrico lleva el mismo camino:

El automóvil de la imagen tiene un motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea.
Se hace el motor más pequeño restándole un cilindro, quedando en tres.
A este motor de tres cilindros y menos cilindrada que el original, se le incorpora un turbocompresor que incrementa el llenado de los cilindros.
Veamos que sucede:
- Motor más pequeño…
- … + sobrealimentación…
- … da como resultado; menos consumo, menos contaminación e igual o más prestaciones
- Se representan las curvas estimativas de par y potencia de los dos motores, con cuatro cilindros atmosférico y tres sobrealimentado:
  - Las curvas del motor atmosférico se ven en color transparente y las del motor sobrealimentado en colores sólidos, en ambos casos el par en verde y la potencia en rojo
  - Se aprecia como las curvas de par y potencia del motor más pequeño y sobrealimentado tienen valores mayores que el atmosférico de más cilindrada

Estos resultados son los más habituales con algunos matices; en el motor diésel sobrealimentado se cumplen los tres aspectos, menos consumo y contaminación con más prestaciones, pero en el motor de gasolina con sobrealimentación el consumo puede aumentar si se utilizan altas RPM o se acelera a fondo con frecuencia.

Motor de menor tamaño + motor eléctrico complementario

Una tecnología utilizada desde hace unos años con poca implicación y que está teniendo actualmente un gran incremento para hacer frente a las directivas anticontaminación, es asistir al motor térmico con otro eléctrico, es lo que se ve en la siguiente animación:

Vemos el automóvil con motor longitudinal delantero de cuatro cilindros en línea… y se le quita uno de los cilindros
Junto al motor térmico de tres cilindros se acopla un motor eléctrico que recibe energía eléctrica de sus baterías de propulsión, asistiendo al motor térmico
Este es el análisis de este sistema:
- Motor más pequeño…
- … + motor eléctrico alimentado por baterías de propulsión…
- … da como resultado; menos consumo, menos contaminación e igual o más prestaciones
- El automóvil con motor térmico y eléctrico con baterías de propulsión es la tecnología híbrida
- Se representan las curvas estimativas de par y potencia de los dos motores, con cuatro cilindros y tres con el motor eléctrico:
  - Las curvas del motor atmosférico se ven en color transparente y las del motor térmico + eléctrico en colores sólidos, en ambos casos el par en verde y la potencia en rojo
  - Se aprecia como las curvas de par y potencia del motor pequeño más el eléctrico tienen valores mayores que el de más cilindrada

Hay diversas formas de implementar la tecnología híbrida en el automóvil, según sean los objetivos buscados, primar el consumo y contaminación o las prestaciones.

Al final se incluye un enlace que trata de este tema para quienes les interese más información.

Motor con desconexión de cilindros

Otra forma de hacer un motor más pequeño restándole cilindros, pero sin quitárselos, es recurrir a la desconexión de cilindros, es decir en determinadas condiciones de utilización no aportan par y potencia al no generarse en su interior la explosión o combustión:

Se representa un automóvil con motor de cuatro cilindros en línea en funcionamiento
Los dos cilindros centrales cambian temporalmente de color, es la forma de indicar que se desconectan, dejando de aportar par y potencia
El motor con desconexión de cilindros da como resultado, cuando están desconectados, menos consumo y contaminación:
Se representan las curvas estimativas de par y potencia del motor con los cuatro cilindros operativos y solamente dos, estando desconectados los otros dos:
- Las curvas del motor con todos sus cilindros funcionando se ven en colores sólidos, y con dos cilindros desconectados en trasparente, en ambos casos el par en verde y la potencia en rojo
Se aprecia como las curvas de par y potencia con dos cilindros desconectados llegan hasta medio régimen, al acelerar más se conectan todos los cilindros para satisfacer la demanda de par y potencia

Esta tecnología de desconexión de cilindros se ha utilizado desde hace tiempo, sobre todo en motores de bastantes cilindros.

La forma de desconexión de cilindros se ha realizado de diferentes formas, seguidamente se presenta una de estas.

Actualmente se utiliza este sistema también en motores de cuatro cilindros.

Funcionamiento

Es un motor de cuatro cilindros en línea con distribución OHC de gasolina y está en funcionamiento:

Los cuatro cilindros están aportando par y potencia, se observa como inyectan gasolina los cuatro inyectores
Los dos cilindros centrales se desconectan, sus válvulas permanecen cerradas y los pistones continúan sus desplazamientos dentro de sus cilindros
Los inyectores de los cilindros centrales desconectados dejan de aportar gasolina
Esto es lo que sucede en el motor con desconexión de cilindros:
- Válvulas cerradas; admisión y escape de los cilindros desconectados se mantienen cerradas al no incidir sobre estas las levas de accionamiento del árbol de levas, se han desplazado hacia un lado. Este accionamiento se suele realizar por presión de aceite y control electrónico
- Corte de inyección; los inyectores de los cilindros centrales desconectados permanecen cerrados durante la desconexión de cilindros
- Efecto “chicle” en el interior de los cilindros; el aire en los cilindros desconectados se comprime y expande compensándose la energía en estos dos movimientos, es un efecto elástico como de una goma que se estira y encoge, se ha de hacer fuerza para estirarla y se recupera al encogerse

El control electrónico del sistema de desconexión de cilindros permite que las secuencias se realicen de forma muy suave manteniendo la marcha uniforme.

Cuando más beneficios de consumo y contaminación aporta es en circulación urbana y aceleraciones suaves, también en carretera en llano hasta velocidades medias y acelerador poco pisado.

Automóvil con dos conjuntos motopropulsores; motor, embrague y caja de cambios

Como una peculiaridad que no está enfocada a mejorar el consumo y contaminación, pero relacionada con la desconexión de cilindros, vamos a ver esta implantación técnica utilizada en el Citroën 2CV Sahara.

Para mantener continuidad didáctica con las animaciones anteriores se han representado en línea los dos cilindros de cada motor, cuando en realidad son horizontales opuestos, si te interesa ver la implantación y el motor original del 2CV al final se incluye un enlace a otro artículo del blog.

Se ven en el automóvil dos conjuntos motopropulsores, motor, embrague y caja de cambios, uno mueve las ruedas delanteras y el otro las traseras
En pisos con buena adherencia es operativo solamente el conjunto motopropulsor delantero, son motrices las ruedas delanteras
Cuando disminuye la adherencia el conductor conecta el conjunto motopropulsor trasero, entonces estas ruedas también son motrices, la tracción es integral, 4×4
El objetivo es circular por pisos deslizantes, no reducir consumo y contaminación

Es conocida la excelente adaptación a circular fuera de carretera del 2CV, pero en condiciones de muy baja adherencia, especialmente sobre arena, se quedaría atascado frecuentemente.

Con la incorporación del conjunto motopropulsor trasero se mejora mucho su capacidad para desenvolverse con extrema eficacia por zonas de tierra y baches.

Aplicaciones de las tecnologías explicadas

En esta última animación se representan aplicaciones de las tecnologías de este artículo:

Motor sobrealimentado; la disposición de los cilindros es en “V” y dispone este motor de dos turbocompresores, uno para cada bancada de cilindros
Motor eléctrico complementario; está colocado el motor eléctrico entre el térmico y la caja de cambios, es la tecnología híbrida
Motor con desconexión de cilindros; son cuatro cilindros en línea de los que dos se pueden desconectar cuando la demanda de par y potencia no sea elevada
Automóvil con dos grupos motopropulsores; se resalta la implantación de los dos grupos, uno para las ruedas delanteras y el otro para las traseras. Se llega a apreciar como los motores tienen dos cilindros horizontales opuestos