Motor Down Size

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Menos contaminación del automóvil

El objetivo técnico prioritario, después o simultáneamente a la seguridad, es reducir la contaminación del automóvil como un paso más para lograr la contaminación “0”.

De las tecnologías posibles en el futuro parece que la pila de combustible de hidrógeno es la más viable para todo tipo de uso del automóvil.

Las inversiones necesarias más las directivas, coordinaciones y acuerdos a muy alto nivel unido a la todavía rentabilidad del petróleo nos harán esperar algunos años.

De momento hay que seguir con lo que tenemos, mejorándolo para hacer más compatible el uso racional del automóvil y el medio ambiente.

Tecnología de motor Down Size

Una de las tecnologías más utilizadas ya y que está ampliando su aplicación es reducir el tamaño del motor.

Un motor más pequeño gasta y contamina menos, en principio, pues “anda” también menos y requiere más acelerador para igualar las prestaciones, lo que puede aumentar el consumo y contaminación según se utilice.

Para que el motor más pequeño sea aceptado ha de tener la respuesta equivalente a un motor de similar potencia de mayor tamaño.

Esta reducción de tamaño tiene su denominación, como siempre en inglés, Down Size menor talla.

Las tres formas Down Size del motor térmico

En la siguiente animación se presentan en forma didáctica los tres sistemas para que la disminución de tamaño del motor Down Size mantenga las prestaciones logrando el objetivo de consumir y contaminar menos:

Motor Down Size + sobrealimentación

Si al motor “pequeño” se le suministra a presión más gases de admisión, la respuesta al acelerador será proporcional a este aumento
Hay dos formas de sobrealimentar un motor, el compresor volumétrico y el turbocompresor, de los que hablaremos en más ocasiones

Motor Down Size + motor eléctrico complementario

Se apoya al motor térmico “pequeño” con otro eléctrico
Se ve en la imagen una batería representando la alimentación eléctrica
El/los motor/es eléctrico/s puede/n situarse en diferentes sitios, he elegido en la caja de cambios pues es frecuente y además se entiende la suma de energía de las dos fuentes, motor térmico y eléctrico hacia las ruedas
El funcionamiento de uno u otro o los dos conjuntamente está gestionado por el control electrónico
La combinación de motor térmico y eléctrico es el sistema de propulsión híbrida
Para el tema de esta artículo es suficiente entender que con los dos motores se logra la respuesta al acelerador de un motor térmico más grande

Efecto Down Size en el mismo motor

Consiste en hacer que sobre un motor se puedan desconectar cilindros, en cuyo interior se seguirán moviendo sus elementos (pistones y bielas) sin generar energía pues no hay explosiones
Se hace cerrando las válvulas de admisión y escape de los cilindros desconectados, lo que produce un efecto “chicle” en compresión y expansión que compensa su movimiento sin absorber energía
Este sistema se inició en grandes motores con muchos cilindros, en la imagen se ha representado uno de 8 cilindros en V con la posibilidad de desconectar 4
Actualmente, como luego veremos, se aplica además en motores de 4 cilindros

Motores Down Size de gasolina + sobrealimentación

La sobrealimentación es la solución más utilizada.

En la imagen se ven dos grupos de motores de gasolina, el base y el equivalente Down Size:

El ejemplo de BMW (izquierda) pasa de un motor de 3 litros y 6 cilindros en línea a otro de 2 litros y 4 en línea con turbocompresor
Se logra más potencia y par (6 y 17%)
El mayor par implica una excelente respuesta al acelerador desde bajas RPM lo que mejora el confort de conducción
El consumo y CO₂ se reduce un 26%
El motor base de BMW llegó a ofrecer 272 CV pero con valores similares de par, lo que mantenía su menor respuesta al acelerador a pesar de la mayor potencia
Se recuerda un detalle ya comentado en mi blog y que lo seguiré haciendo; el par está a medias RPM y la potencia a altas, por lo que para disfrutar de la potencia se ha de subir el motor de RPM

En el ejemplo de Renault el motor de origen es un 1.6 litros y 4 en línea que pasa a 1.2 litros también con 4 en línea y turbocompresor
La potencia es la misma y el par aumenta el 25% (al haber más par la respuesta es mayor desde bajas RPM)
Consumo y CO₂ se mejoran un 22%

Motores Down Size diésel + sobrealimentación

La incorporación del turbocompresor al motor diésel es anterior al concepto Down Size y es una solución ideal para este tipo de motor.

Su funcionamiento con exceso de aire (y sin necesitar mariposa de gases que merme el llenado a bajas/medias RPM) ofrece excelentes resultados en potencia y sobre todo par al hacer entrar en el motor (los cilindros) bastante más cantidad de aire.

Los motores diésel de Volkswagen, izquierda en la imagen, (VAG pues lo utilizan varias marcas del grupo) que he seleccionado van del base con 4 cilindros en línea y 1.9 litros al Down Size de 3 en línea y 1.2 litros con turbocompresor
Aumenta la potencia en este motor un 11% y el par mejora un 41%
El consumo y CO2 se reducen el 22,5%

Los otros dos motores que siguen son diésel de Mercedes, derecha, y he tomado como modelo base el 5 cilindros en línea y 3.0 litros del año 1974, que fue un hito en motores de gasóleo
El motor Down Size que comparo es un 4 en línea de 2.2 litros con turbocompresor
Aporta incrementos en potencia y par del 70% y ¡109%!
Consumo y CO₂ se reducen el 45%
Este motor Mercedes se ofrece con más niveles de potencia/par, llegando a 204 CV y 51 Kgm con incrementos con respecto al motor base de 155% y 191%
El consumo homologado de este motor es 5.0 l/100 km, lo que supone una mejora del 46%

La sobrealimentación es una solución excelente para reducir el consumo y contaminación, además de mejorar sensiblemente las prestaciones.

Cuando se comenzó a utilizar el turbocompresor era necesario acelerar y tardaba unos segundos en aportar el empuje adicional, poco adecuado para todo tipo de usos.

Quedó relegado a automóviles con enfoques prestacionales.

Con la evolución de sus materiales la respuesta del motor con turbo es prácticamente instantánea, lo que supuso su incorporación a gran escala y con objetivos claros anticontaminantes.

Motor Down Size + motor eléctrico complementario de gasolina o diésel

La opción de combinar para el desplazamiento del automóvil el motor térmico con otro/s eléctrico/s se denomina propulsión híbrida como se ha comentado.

Hay muchas formas de llevar a cambo esta colaboración, que se explicarán con detalle en el capítulo “Sistemas de propulsión ecológicos” del bloque “Tecnología del automóvil”.

La imagen superior presenta dos motores BMW
El motor de gasolina con 8 cilindros en V y 4.3 litros es el base, y el híbrido combina un motor de gasolina de 6 cilindros en línea con 3.0 litros y un motor eléctrico
La potencia es algo superior en el híbrido y el par el mismo
El consumo y CO₂ se reduce el 41% en el híbrido

En la imagen inferior se ven dos soluciones de Mercedes, ambas con el mismo motor diésel de 4 cilindros en línea y 2.2 litros
El híbrido cuenta con un motor eléctrico adicional
La potencia y par del híbrido aumentan el 13% y 50%)
La mejora del consumo y emisión de CO₂ es el 15%

Efecto Down Size en el mismo motor

Esta solución permite mantener el mismo motor en el automóvil y prescindir de algunos cilindros de forma selectiva según la demanda de aceleración, RPM y otras condiciones controladas electrónicamente.

Se inició esta tecnología en motores de elevada cilindrada y muchos cilindros, pues en el uso habitual más frecuente no se precisa ni la mitad del par y potencia que pueden ofrecer.

La idea es aplicar esta solución en bastantes motores de las características aludidas y ya se comienza a utilizar en motores más pequeños.

El resultado es combinar dos motores en uno:

A la derecha en la imagen se ve un motor de Chevrolet Corvette de gasolina con 8 cilindros en V y 6.2 litros
Al aplicar la desconexión selectiva de cilindros se mantiene la potencia y par con una disminución del 35% en consumo y emisión de CO₂

En la imagen de la izquierda está el motor turbo de gasolina 1.4 del grupo VAG de 4 cilindros en línea con desconexión selectiva de 2
La ventaja en consumo y CO₂ es el 7,8%

Ya se ha comentado que para reducir las inercias de arrastre de los elementos móviles de los cilindros desconectados se cierran sus válvulas; al bajar y subir los pistones generan fuerzas opuestas que se compensan, es el efecto chicle” o “goma”, al estirar hace falta fuerza que se recupera al contraerse.

Otros enlaces

Cilindros según demanda