Què és l'abreviatura?

En els darrers anys, a la conca europea hi ha hagut menys tot el que entra en contacte amb la persona mitjana. Això s'aplica especialment als salaris reals, telèfons mòbils, ordinadors portàtils, costos de l'empresa o mides de motor i les seves emissions. Malauradament, les reduccions de personal encara no han afectat una administració pública o estatal tan ruïnosa. Tanmateix, el significat de la paraula "reducció de mida" a la indústria de l'automòbil no és tan nou com podria semblar a primera vista. A finals del segle passat, els motors dièsel també van endurir la seva reducció en la primera etapa, que, gràcies a la sobrealimentació i la moderna injecció directa, va mantenir o reduir el volum, però amb un augment significatiu dels paràmetres dinàmics del motor.

L'era moderna dels motors de gasolina reduïts va començar amb la introducció de la unitat 1,4 TSi. A primer cop d'ull, això en si mateix no sembla una reducció, que també es va confirmar amb la seva inclusió a l'oferta Golf, Leon o Octavia. El canvi de perspectiva no es va produir fins que Škoda va començar a empaquetar el motor 1,4 TSi de 90 kW al seu model més gran, el Superb. No obstant això, el veritable avenç va ser la instal·lació del motor 1,2 TSi de 77 kW en cotxes relativament grans com l'Octavia, el Leon i fins i tot el VW Caddy. Només aleshores van començar les actuacions de pub reals i, com sempre, les més sàvies. Expressions com ara: "dura poc, no hi ha substitut del volum, l'octogon té un motor de tela, ho has sentit?" Eren més que habituals no només en el quart preu dels dispositius, sinó també en les discussions en línia. La reducció de mida requereix un esforç lògic dels fabricants de vehicles per fer front a la pressió constant per reduir el consum i les emissions tan odiades. Per descomptat, res és gratuït, i fins i tot reduir la mida no només és beneficiós. Per això, a les línies següents, parlarem amb més detall del que s'anomena reducció de personal, com funciona i quins són els seus avantatges o inconvenients.

Què és l'abreviatura i els motius

La reducció de mida significa reduir la cilindrada d'un motor de combustió interna mantenint la mateixa o fins i tot una potència superior. Paral·lelament a la reducció de volum, l'impuls es produeix mitjançant un turbocompressor o un compressor mecànic, o una combinació d'ambdós mètodes (VW 1,4 TSi - 125 kW). A més d'injecció directa de combustible, temporització variable de vàlvules, elevació de vàlvules, etc. Amb aquestes tecnologies addicionals, es subministra més aire (oxigen) als cilindres per a la combustió i la quantitat de combustible subministrada es pot augmentar proporcionalment. Per descomptat, aquesta barreja comprimida d'aire i combustible conté més energia. La injecció directa, combinada amb la temporització i l'elevació de vàlvules variables, optimitza al seu torn la injecció de combustible i el remolí de la mescla, millorant encara més l'eficiència de la combustió. En general, el volum del cilindre més petit és suficient per alliberar la mateixa energia que els motors més grans i comparables sense reduir la mida.

Com ja s'ha indicat a l'inici de l'article, l'aparició de reduccions es deu principalment a l'enduriment de la legislació europea. Es tracta principalment de reduir les emissions, mentre que el més notable és la voluntat de reduir les emissions de CO en tots els sentits.₂. No obstant això, els límits d'emissions s'estan endurint gradualment arreu del món. D'acord amb el reglament de la Comissió Europea, els fabricants europeus d'automòbils s'han compromès a assolir un límit d'emissions de CO2015 de 130 g per al XNUMX.₂ per 1 km, aquest valor es calcula com el valor mitjà de la flota de vehicles posats al mercat durant un any. Els motors de gasolina tenen un paper directe en la reducció, tot i que des del punt de vista de l'eficiència tenen més possibilitats de reduir el consum (és a dir, també CO₂) que els dièsel. Tanmateix, això es dificulta no només pel preu més elevat, sinó també per l'eliminació relativament problemàtica i costosa d'emissions nocives en els gasos d'escapament, com els òxids de nitrogen - NO_x, monòxid de carboni - CO, hidrocarburs - HC o negre de carboni, per a l'eliminació dels quals s'utilitza un filtre DPF (FAP) car i encara relativament problemàtic. Així, els petits dièsel s'estan tornant més sofisticats i els cotxes més petits s'estan jugant amb violins més petits. Els vehicles híbrids i elèctrics també competeixen amb la reducció de dimensions. Tot i que aquesta tecnologia és prometedora, és molt més complexa que una reducció relativament senzilla i encara és massa cara per al ciutadà mitjà.

Una mica de teoria

L'èxit de la reducció depèn de la dinàmica del motor, el consum de combustible i el confort general de conducció. La potència i el parell són primer. La productivitat és un treball fet al llarg del temps. El treball presentat durant un cicle d'un motor de combustió interna d'encesa per guspira està definit per l'anomenat cicle Otto.

L'eix vertical és la pressió sobre el pistó, i l'eix horitzontal és el volum del cilindre. El treball ve donat per l'àrea limitada per les corbes. Aquest diagrama està idealitzat perquè no tenim en compte l'intercanvi de calor amb l'entorn, la inèrcia de l'aire que entra al cilindre i les pèrdues provocades per l'admissió (petita pressió negativa respecte a la pressió atmosfèrica) o l'escapament (lleu sobrepressió). I ara una descripció de la història en si, que es mostra al diagrama (V). Entre els punts 1-2, el globus s'omple amb la barreja: el volum augmenta. Entre els punts 2-3 es produeix la compressió, el pistó treballa i comprimeix la barreja aire-combustible. Entre els punts 3-4 es produeix la combustió, el volum és constant (el pistó es troba al punt mort superior) i la barreja de combustible es crema. L'energia química del combustible es converteix en calor. Entre els punts 4-5, la barreja cremada de combustible i aire funciona: l'expansió i pressiona el pistó. Als punts 5-6-1 es produeix el flux invers, és a dir, l'escapament.

Com més xuclem la barreja combustible-aire, més energia química s'allibera i augmenta l'àrea sota la corba. Aquest efecte es pot aconseguir de diverses maneres. La primera opció és augmentar adequadament el volum del cilindre, resp. tot el motor, que en les mateixes condicions aconseguim una major potència: la corba augmentarà cap a la dreta. Altres maneres de desplaçar la corba de creixement cap amunt són, per exemple, augmentar la relació de compressió o augmentar la potència de treballar al llarg del temps i realitzar simultàniament diversos cicles més petits, és a dir, augmentar la velocitat del motor. Els dos mètodes descrits tenen molts desavantatges (autoencesa, major resistència de la culata i els seus segells, augment de la fricció a majors rpm - descriurem més endavant, emissions més elevades, la força sobre el pistó segueix sent la mateixa), mentre que el cotxe té Augment relativament gran de potència al paper, però el parell no canvia gaire. Recentment, tot i que el Mazda japonès va aconseguir llançar a la producció en massa un motor de gasolina amb una relació de compressió inusualment alta (14,0: 1) anomenat Skyactive-G, que compta amb molt bons paràmetres dinàmics amb un consum de combustible favorable, la majoria dels fabricants encara fan servir una possibilitat és augmentar el volum de l'àrea sota la corba. I això és comprimir l'aire abans d'entrar al cilindre mantenint el volum - desbordament.

Aleshores, el diagrama p(V) del cicle d'Otto té un aspecte semblant a això:

Atès que la càrrega 7-1 es produeix a una pressió diferent (més alta) que l'alliberament 5-6, es crea una corba tancada diferent, el que significa que es fa un treball addicional en la carrera sense potència del pistó. Això es pot utilitzar si el dispositiu que comprimeix l'aire està alimentat per un excés d'energia, que en el nostre cas és l'energia cinètica dels gasos d'escapament. Aquest dispositiu és un turbocompressor. També s'utilitza un compressor mecànic, però cal tenir en compte un cert percentatge del que es gasta (15-20%) en el seu funcionament (la majoria de vegades és accionat pel cigonyal), de manera que part de la corba superior es desplaça cap a la inferior. sense cap efecte.

Hi serem una estona abans d'omplir-nos. La sobrealimentació de motors de gasolina fa molt de temps que existeix, però l'objectiu principal era millorar el rendiment, mentre que el consum no es tractava especialment. Així que les turbines de gas els arrossegaven per la vida, però també es menjaven l'herba de la carretera, pressionant el gas. Hi havia diverses raons per a això. En primer lloc, reduïu la relació de compressió d'aquests motors per eliminar la combustió. També hi va haver un problema amb la refrigeració turbo. A càrregues elevades, la mescla s'havia d'enriquir amb combustible per refredar els gasos d'escapament i així protegir el turbocompressor de l'alta temperatura dels gasos de combustió. Per empitjorar les coses, l'energia subministrada pel turbocompressor a l'aire de càrrega es perd parcialment a càrrega parcial a causa del retard del flux d'aire al cos de l'accelerador. Afortunadament, la tecnologia moderna ja permet reduir el consum fins i tot quan el motor està turboalimentat, que és una de les principals condicions per reduir la mida.

Els dissenyadors moderns de motors de gasolina estan intentant inspirar-se en aquells motors dièsel que funcionen amb relacions de compressió més altes i amb càrrega parcial, el flux d'aire a través del col·lector d'admissió no està restringit per la vàlvula d'acceleració. El perill de combustió-detonació causat per les altes relacions de compressió, que poden destruir un motor molt ràpidament, s'elimina mitjançant l'electrònica moderna que controla el temps d'encesa amb molta més precisió del que era fins fa poc. Un gran avantatge també és l'ús de la injecció directa de combustible, en la qual la gasolina s'evapora directament al cilindre. Així, la barreja de combustible es refreda eficaçment i també augmenta el límit d'autoencesa. També val la pena esmentar el sistema ara molt estès de temporització de vàlvules variable, que permet influir en la relació de compressió real fins a cert punt. L'anomenat cicle de Miller (corsa desigualment llarga de compressió i expansió). A més de la temporització variable de la vàlvula, l'elevació variable de la vàlvula també ajuda a reduir el consum, cosa que pot substituir el control de l'accelerador i, per tant, reduir les pèrdues d'admissió, alentint el flux d'aire a través del cos de l'accelerador (per exemple, el Valvetronic de BMW).

La recàrrega, el canvi de temps de la vàlvula, l'elevació de la vàlvula o la relació de compressió no són una panacea, de manera que els dissenyadors han de tenir en compte altres factors que, en particular, afecten el cabal final. Aquests inclouen, en particular, reduir la fricció, així com preparar i cremar la pròpia mescla incendiària.

Els dissenyadors han treballat durant dècades per reduir la fricció entre les parts mòbils del motor. Cal reconèixer que han fet grans avenços en el camp dels materials i recobriments que ara tenen millors propietats de fricció. El mateix es pot dir dels olis i lubricants. El disseny dels motors en si no va passar desapercebut, on es van optimitzar les dimensions de les peces mòbils i els coixinets, la forma dels anells del pistó i, per descomptat, el nombre de cilindres no va canviar. Probablement els motors més coneguts amb un recompte de "menys" cilindres actualment són els motors EcoBoost de tres cilindres de Ford o els motors TwinAir de dos cilindres de Fiat. Menys cilindres significa menys pistons, bielles, coixinets o vàlvules i, per tant, lògicament fricció total. Sens dubte, hi ha algunes limitacions en aquest àmbit. El primer és la fricció, que es manté al cilindre que falta, però es compensa fins a cert punt per la fricció addicional als coixinets de l'eix d'equilibri. Una altra limitació està relacionada amb el nombre de cilindres o cultura operativa, que influeixen significativament en l'elecció de la categoria de vehicle que conduirà el motor. Ara és impensable que BMW, coneguda pels seus motors moderns, per exemple, estigués equipat amb un motor bicilindre. Però qui sap què passarà d'aquí a uns anys. Atès que la fricció augmenta amb el quadrat de la velocitat, els fabricants no només redueixen la fricció en si, sinó que també intenten dissenyar motors per proporcionar la dinàmica suficient a les velocitats més baixes possibles. Com que aquesta tasca no es pot fer quan es recarrega un petit motor amb pressió atmosfèrica, un turbocompressor o un turbocompressor combinat amb un compressor mecànic torna a venir al rescat. No obstant això, en el cas d'augmentar utilitzant només un turbocompressor, aquesta no és una tasca fàcil. Cal tenir en compte que el turbocompressor té una inèrcia de rotació important de la turbina, que crea l'anomenat turborreactor. La turbina del turbocompressor és accionada pels gasos d'escapament, que primer ha de ser produïts pel motor perquè hi hagi un cert retard des del moment en què es prem el pedal de l'accelerador fins a l'inici esperat de l'empenta del motor. Per descomptat, diversos sistemes moderns de turbocompressor intenten compensar amb més o menys èxit aquesta dolència, i les noves millores de disseny dels turbocompressors també arriben al rescat. Així, els turbocompressors són més petits i lleugers, responent cada cop més ràpid a velocitats més altes. Els conductors orientats a l'esport que han crescut amb motors ràpids culpen el motor turbocompressor de moviment lent per la seva resposta poc brillant. No hi ha gradació de potència amb l'augment de la velocitat. Així, el motor tira emocionalment a velocitats baixes, mitjanes i altes, malauradament sense potència màxima.

Tampoc es va deixar de banda la composició de la mescla inflamable en si. Com se sap, un motor de gasolina crema l'anomenada mescla estequiomètrica homogènia d'aire i combustible. Això significa que per a 14,7 kg de combustible - gasolina hi ha 1 kg d'aire. Aquesta relació també es denota com lambda = 1. La barreja anterior de gasolina i aire també es pot cremar en altres proporcions. Si utilitzeu una quantitat d'aire de 14,5 a 22: 1, hi ha un gran excés d'aire: estem parlant de l'anomenada mescla magra. Si la relació s'inverteix, la quantitat d'aire és menor que l'estequionomètrica i la quantitat de gasolina és més gran (la proporció d'aire a gasolina oscil·la entre 14 i 7:1), aquesta mescla s'anomena així. barreja rica. Altres proporcions fora d'aquest rang són difícils d'encendre perquè són massa diluïdes o contenen massa poc aire. En qualsevol cas, ambdós límits tenen efectes oposats en el rendiment, el consum i les emissions. Pel que fa a les emissions, en el cas d'una mescla rica hi ha una formació important de CO i HC._x, producció NO_x relativament petit a causa de les temperatures més baixes quan es crema una barreja rica. En canvi, la producció de NO és particularment més alta quan es cremen mescles magres._x, a causa de la temperatura de combustió més alta. No ens hem d'oblidar de la velocitat de combustió, que és diferent per a cada composició de la mescla. La velocitat de combustió és un factor molt important, però difícil de controlar. La velocitat de combustió de la mescla també es veu afectada per la temperatura, el grau de remolí (mantingut per la velocitat del motor), la humitat i la composició del combustible. Cadascun d'aquests factors està implicat de diferents maneres, amb el remolí i la saturació de la mescla que tenen la major influència. Una mescla rica es crema més ràpidament que una mescla magra, però si la mescla és massa rica, la velocitat de combustió es redueix significativament. Quan la mescla s'encén, la combustió és lenta al principi; a mesura que augmenten la pressió i la temperatura, augmenta la velocitat de combustió, cosa que també es facilita per l'augment del vòrtex de la mescla. La combustió magra contribueix a un augment de l'eficiència de combustió de fins a un 20%, mentre que, segons les capacitats existents, és màxima en una proporció d'aproximadament 16,7 a 17,3: 1. Atès que l'homogeneïtzació de la mescla es deteriora durant l'esgotament en curs, el que resulta en una reducció significativa de la combustió. velocitat, reduint l'eficiència i la productivitat, els fabricants van idear l'anomenada barreja de capes. És a dir, la mescla combustible s'estratifica a l'espai de combustió, de manera que la relació al voltant de la bugia és estequiomètrica, és a dir, s'encén fàcilment, mentre que a la resta de l'entorn, per contra, la composició de la mescla és molt més alt. Aquesta tecnologia ja s'utilitza a la pràctica (TSi, JTS, BMW), malauradament, fins ara només fins a determinades velocitats o. en mode de càrrega lleugera. Tanmateix, el desenvolupament és un pas endavant ràpid.

Beneficis de la reducció de mida

• Aquest motor no només és més petit en volum, sinó també en mida, de manera que es pot produir amb menys matèries primeres i menys consum d'energia.
• Com que en la producció de motors s'utilitzen matèries primeres similars, si no iguals, el motor serà més lleuger a causa de la seva mida més petita. Tota l'estructura del cotxe pot ser menys duradora i, en conseqüència, més lleugera i més barata. Amb el motor més lleuger existent hi ha menys càrrega per eix. En aquest cas, també es milloren les característiques de conducció, ja que no es veuen tan afectades pel motor pesat.
• Aquest motor és més petit i potent i, per tant, no serà difícil construir un cotxe petit i potent, que de vegades no funcionava a causa de la capacitat limitada del motor.
• Un motor més petit també té menys massa inercial, de manera que no utilitza tanta energia per moure's durant els canvis de potència com un motor més gran.

Inconvenients de la reducció

• Aquest motor està sotmès a una tensió tèrmica i mecànica significativament més gran.
• Tot i que el motor és més lleuger en volum i pes, a causa de la presència de diverses peces addicionals com ara un turbocompressor, un intercooler o una injecció de gasolina d'alta pressió, el pes total del motor augmenta, el cost del motor augmenta i tot el paquet. requereix un major manteniment. i el risc de fallada és més gran, especialment per a un turbocompressor que està sotmès a un estrès tèrmic i mecànic greu.
• Alguns sistemes auxiliars consumeixen energia al motor (per exemple, la bomba de pistó d'injecció directa per als motors TSI).
• El desenvolupament i la producció d'aquest motor és molt més difícil i complex que en el cas d'un motor amb càrrega atmosfèrica.
• El consum resultant encara depèn relativament de l'estil de conducció.
• Fricció interna. Tingueu en compte que la fricció del motor varia amb la velocitat. Això és relativament insignificant per a una bomba d'aigua o alternador on la fricció augmenta linealment amb la velocitat. Tanmateix, la fricció de la lleva o de l'anell del pistó augmenta proporcionalment a l'arrel quadrada, cosa que pot provocar que un motor petit d'alta velocitat mostri una fricció interna més gran que un desplaçament més gran que funciona a velocitats més baixes. Tanmateix, com ja s'ha esmentat, depèn molt del disseny i les característiques de rendiment del motor.

Llavors, hi ha futur per a la reducció? Tot i algunes mancances, crec que sí. Els motors d'aspiració natural no desapareixen d'un dia per l'altre, però, simplement per economia de producció, avenços tecnològics (Mazda Skyactive-G), nostàlgia o hàbit. Per als no partidaris que no confien en la potència d'un motor petit, recomano carregar un cotxe amb quatre persones raonablement ben alimentades, després buscar un turó, avançar i provar. La fiabilitat segueix sent un tema molt més difícil. Hi ha una solució per als compradors d'entrades, encara que trigui més que una prova de conducció. Espereu uns quants anys perquè arribi el motor i després decidiu. Tanmateix, en general, els riscos es poden resumir de la següent manera. En comparació amb un motor d'aspiració natural més gran de la mateixa potència, un motor turboalimentat més petit està molt més estressat per la pressió del cilindre i la temperatura. Per tant, aquests motors tenen coixinets, cigonyal, culata, dispositius de distribució, etc. molt més carregats. Tanmateix, el risc de fallada abans del final de la vida útil prevista és relativament petit, ja que els fabricants dissenyen motors per a aquesta càrrega. Tanmateix, hi haurà errors, notaré, per exemple, problemes amb el salt de la cadena de distribució en els motors TSi. En general, però, es pot dir que la vida útil d'aquests motors probablement no serà tan llarga com en el cas dels motors atmosfèrics. Això s'aplica principalment als cotxes amb un gran quilometratge. També s'ha de prestar més atenció al consum. En comparació amb els motors de gasolina turboalimentats més antics, els turbocompressors moderns poden funcionar de manera significativament més econòmica, mentre que els millors igualen el consum d'un turbodièsel relativament potent quan funcionen de manera econòmica. L'inconvenient és la dependència cada cop més gran de l'estil de conducció del conductor, per la qual cosa si es vol conduir econòmicament, cal anar amb compte amb el pedal del gas. No obstant això, en comparació amb els motors dièsel, els motors de gasolina turbo compensen aquest inconvenient amb un millor refinament, uns nivells de soroll més baixos, una gamma més àmplia de velocitats utilitzables o l'absència del tan criticat DPF.