La cilindrada variable es una tecnología de motor de automóvil que permite cambiar la cilindrada del motor , generalmente desactivando los cilindros , para mejorar la economía de combustible . La tecnología se utiliza principalmente en motores grandes de varios cilindros. Muchos fabricantes de automóviles han adoptado esta tecnología a partir de 2005, aunque el concepto existe desde hace algún tiempo antes de esto.
Teoría de operación
La desactivación del cilindro se utiliza para reducir el consumo de combustible y las emisiones de un motor de combustión interna durante el funcionamiento con carga ligera. En una conducción típica con carga ligera, el conductor utiliza solo alrededor del 30 por ciento de la potencia máxima de un motor. En estas condiciones, la válvula del acelerador está casi cerrada y el motor debe funcionar para extraer aire. Esto provoca una ineficiencia conocida como pérdida de bombeo. Algunos motores de gran capacidad necesitan ser acelerados tanto con una carga ligera que la presión del cilindro en el punto muerto superior es aproximadamente la mitad de la de un motor pequeño de 4 cilindros . La baja presión del cilindro da como resultado una menor eficiencia de combustible . El uso de la desactivación de cilindros con carga ligera significa que hay menos cilindros que extraen aire del colector de admisión , lo que aumenta la presión del fluido (aire). La operación sin desplazamiento variable es un desperdicio porque el combustible se bombea continuamente a cada cilindro y se quema aunque no se requiere el máximo rendimiento. Al apagar la mitad de los cilindros de un motor, la cantidad de combustible que se consume es mucho menor. Entre la reducción de las pérdidas de bombeo, que aumenta la presión en cada cilindro en funcionamiento, y la disminución de la cantidad de combustible que se bombea a los cilindros, el consumo de combustible se puede reducir entre un 8 y un 25 por ciento en condiciones de carretera. [1] [2]
La desactivación del cilindro se logra manteniendo cerradas las válvulas de admisión y escape de un cilindro en particular. Al mantener cerradas las válvulas de admisión y escape, crea un "resorte de aire" en la cámara de combustión : los gases de escape atrapados (que se mantienen de la quema de carga anterior) se comprimen durante la carrera ascendente del pistón y empujan el pistón hacia abajo durante la carrera descendente. La compresión y descompresión de los gases de escape atrapados tienen un efecto igualador: en general, prácticamente no hay carga adicional en el motor. En la última generación de sistemas de desactivación de cilindros, el sistema de gestión del motor también se utiliza para reducir el suministro de combustible a los cilindros averiados. La transición entre el funcionamiento normal del motor y la desactivación del cilindro también se suaviza, mediante cambios en la sincronización del encendido , la sincronización de la leva y la posición del acelerador (gracias al control electrónico del acelerador ). En la mayoría de los casos, la desactivación de cilindros se aplica a motores de cilindrada relativamente grande que son particularmente ineficaces con cargas ligeras. En el caso de un V12 , se pueden desactivar hasta 6 cilindros. [1]
Dos problemas a superar con todos los motores de cilindrada variable son el enfriamiento desequilibrado y la vibración. [ cita requerida ]
Historia
El predecesor tecnológico de motor más antiguo para el motor de cilindrada variable es el motor impredecible , desarrollado a finales del siglo XIX. Estos motores estacionarios de un solo cilindro tenían un regulador centrífugo que desconectaba el cilindro mientras el motor funcionaba por encima de una velocidad establecida, generalmente manteniendo abierta la válvula de escape.
Cadillac L62 V8-6-4
Los primeros experimentos con motores de varios cilindros durante la Segunda Guerra Mundial , [3] fueron re-intento en 1981 de Cadillac 's malogrado L62 'V8-6-4' del motor. La tecnología se convirtió en una característica estándar en todos los modelos Cadillac excepto en Sevilla , que tenía el motor 350 diesel V-8 como motor base. Cadillac, en conjunto con Eaton Corporation , desarrolló el innovador sistema V-8-6-4 que utilizó la primera unidad de control del motor de la industria para cambiar el motor de operación de 8 a 6 a 4 cilindros dependiendo de la cantidad de potencia necesaria. [3] El sistema de desplazamiento múltiple original apagaba pares opuestos de cilindros, lo que permitía que el motor tuviera tres configuraciones y desplazamientos diferentes. Los coches tenían un elaborado procedimiento de diagnóstico, que incluía mostrar los códigos de avería del motor en la pantalla del aire acondicionado. Sin embargo, el sistema era problemático, los clientes lo malinterpretaban y una serie de fallas impredecibles provocó que la tecnología se retirara rápidamente. [3]
Alfa Romeo Alfetta CEM
En 1981 Alfa Romeo desarrolló en colaboración con la Universidad de Génova una versión semi-experimental de motor de cilindrada variable del Alfa Romeo Alfetta , llamado Alfetta CEM ( Controllo Elettronico del Motore , o Electronic Engine Management), y lo mostró en el Salón del Automóvil de Frankfurt . [4] El motor modular de 2.0 litros y 130 CV (96 kW; 128 CV) presentaba sistemas de encendido e inyección de combustible gobernados por una unidad de control del motor, que podía apagar dos o cuatro cilindros según fuera necesario para reducir el consumo de combustible. Se asignó un lote inicial de 10 ejemplos a los taxistas de Milán para verificar el funcionamiento y el rendimiento en situaciones del mundo real. [4] [5] Según Alfa Romeo durante estas pruebas, se descubrió que la desactivación de cilindros reduce el consumo de combustible en un 12% en comparación con un motor CEM de inyección de combustible sin cilindrada variable, y casi en un 25% en comparación con el motor 2.0 con carburador de producción regular. -litro. [5] Después del primer ensayo, en 1983 se puso a la venta una pequeña serie de 1000 ejemplares, ofrecidos a clientes seleccionados; [4] Se produjeron 991 ejemplos. A pesar de esta segunda fase experimental, el proyecto no tuvo más desarrollos.
Mitsubishi MD
En 1982, Mitsubishi desarrolló su propio desplazamiento variable en forma de MD (desplazamiento modulado) que demostró que la tecnología, utilizada por primera vez en el motor 1.4 L 4G12 de cuatro cilindros en línea de Mitsubishi , puede funcionar con éxito. [6] Debido a que el sistema de Cadillac resultó ser un fracaso y se utilizó un motor de cuatro cilindros, Mitsubishi aclamó al suyo como una primicia mundial. [7] La tecnología se utilizó más tarde en los motores V6 de Mitsubishi. [8]
El sistema funcionaba desactivando las válvulas de los cilindros número 1 y 4 a velocidades inferiores a 70 km / h (43,5 mph), al ralentí y al desacelerar. Las cifras de consumo de combustible en general mejoraron en un 20 por ciento con respecto al motor 4G12 normal. [9] Las fuentes de la época, sin embargo, se quejaron de que el motor funcionaba de manera muy brusca en el modo de dos cilindros, a pesar de los soportes especiales del motor con amortiguación hidráulica. [10] Otros esfuerzos realizados para minimizar las vibraciones y la aspereza incluyeron una sección de tubo de escape flexible, que no hizo funcionar el sistema hasta que la temperatura del refrigerante alcanzó los 70 ° C, y un volante un 70 por ciento más pesado. [11] El esfuerzo de Mitsubishi fue de corta duración, principalmente debido a la falta de respuesta de los compradores de automóviles. [12]
En 1993, un año después de que Mitsubishi desarrollara su propia tecnología de sincronización variable de válvulas , se introdujo la variante MIVEC -MD. La tecnología MD revivida estaba ahora en su segunda generación con controles electrónicos mejorados del motor que permitían que el cambio de 4 a 2 cilindros se hiciera casi imperceptiblemente. En el modo MD, el motor MIVEC utiliza solo dos de sus cuatro cilindros, lo que reduce significativamente la energía desperdiciada debido a las pérdidas de bombeo. Además, también se reduce la pérdida de potencia debido a la fricción del motor. [7] Dependiendo de las condiciones, el sistema MIVEC-MD puede reducir el consumo de combustible entre un 10 y un 20 por ciento; aunque parte de esta ganancia proviene del sistema de sincronización variable de válvulas, no de la función de desplazamiento variable. [8] El desplazamiento modulado se eliminó alrededor de 1996. [8]
Sistemas de posventa
Varias empresas han desarrollado sistemas de desactivación de cilindros del mercado de accesorios, con diversos grados de éxito. La evaluación de 1979 de la EPA del Sistema de Desactivación de Cilindros Automotrices (ACDS), que permitía que los motores de ocho cilindros funcionaran con cuatro cilindros, encontró que las emisiones de monóxido de carbono y óxido de nitrógeno aumentaron más allá de los límites legales de las normas de emisión vigentes en ese momento. [13] Si bien se aumentó la economía de combustible, la aceleración se vio seriamente comprometida y la pérdida de vacío del motor provocó una peligrosa pérdida de asistencia de frenado cuando el sistema estaba en modo de cuatro cilindros. [13] Además de estos problemas, mientras que la empresa propuso un sistema controlado hidráulicamente que se podía cambiar desde el interior del coche, la versión que implementaron tuvo que cambiarse manualmente en el compartimento del motor con herramientas manuales. [13]
Regalo
Actualmente, se utilizan dos tipos principales de mecanizaciones de desactivación de cilindros, según el tipo de tren de válvulas del motor. El primero es para diseños de varillas de empuje que utilizan solenoides para alterar la presión de aceite suministrada para bloquear los pasadores en los elevadores. Con el pasador de bloqueo fuera de lugar, los elevadores colapsan y no pueden elevar sus varillas de empuje acompañantes debajo de los balancines de la válvula, lo que resulta en válvulas que permanecen cerradas cuando la leva empuja la pieza en movimiento perdido.
El segundo tipo es para motores de árbol de levas y utiliza un par de balancines bloqueados que se emplean para cada válvula. Un balancín sigue el perfil de la leva, mientras que el otro acciona la válvula. Cuando se desactiva un cilindro, la presión de aceite controlada por solenoide libera un pasador de bloqueo entre los dos balancines. Mientras un brazo todavía sigue al árbol de levas, el brazo desbloqueado permanece inmóvil y no mueve la válvula. [14] Con el control por computadora, la desactivación y reactivación rápidas de los cilindros ocurren casi instantáneamente. [15]
Varios fabricantes de automóviles tienen motores con desactivación de cilindros en producción actual.
El Seat Cupra 1.4 turbo de Callum fue el primer vehículo producido en serie en tener el cilindro apagado.
La tecnología de desplazamiento variable Active Cylinder Control (ACC) de Daimler AG debutó en 2001 en el V12 de 5.8 L en el CL600 y S600.
Mercedes-Benz desarrolló su sistema de desplazamiento múltiple V12 a fines de la década de 1990, que apaga todos los demás cilindros en el orden de encendido. Se implementó ampliamente en motores V8 de varilla de empuje a partir del 2004 DaimlerChrysler Hemi .
A partir de 2003, Honda introdujo la gestión variable de cilindros en los motores de la familia J. El sistema de Honda funciona desactivando bancos de cilindros, cambiando de 6 a 4 a 3 cilindros.
En 2005, GM introdujo su sistema de desactivación de cilindros Active Fuel Management (en el bloque pequeño de la Generación IV ) que, similar al MDS de Chrysler, apaga la mitad de los cilindros. En 2018, GM introdujo un sistema mejorado llamado Dynamic Fuel Management [16] que apaga cualquier número de cilindros, en una variedad de combinaciones, dependiendo de las necesidades inmediatas. El sistema se basa en Dynamic Skip Fire, [17] una tecnología desarrollada por la empresa de California Tula Technology [18] y el motor de 6.2L que lo incorpora fue nombrado uno de los 10 mejores motores de Ward para 2019.
En 2012, Volkswagen introdujo la tecnología de cilindros activos (ACT), el primer fabricante en hacerlo en motores de cuatro cilindros. [19]
En noviembre de 2016, Ford anunció su motor Ecoboost compacto de tres cilindros con desactivación en uno de los cilindros. Este es el motor más pequeño hasta ahora que utiliza la desactivación y permitirá que los beneficios se apliquen en los coches pequeños. [20]
En noviembre de 2017, Mazda anunció la desactivación de cilindros estándar en todos los modelos CX-5 2018 y la disponibilidad en los modelos Mazda6 . [21] [22]
A partir del año modelo 2019, aproximadamente el 13% de los vehículos ligeros vendidos en los Estados Unidos utilizaban la desactivación de cilindros, principalmente utilizada por Mazda (54%), GM (47%), Honda (21%) y FCA (19%). ). [23]
Tecnologías relacionadas
Relación de compresión variable . El sistema más conocido de este tipo fue el motor experimental de compresión variable Saab , que utilizaba un bloque con bisagras para acercar o alejar los pistones de la cabeza, cambiando así el tamaño de las cámaras de combustión. Otros sistemas experimentales incluyen el motor Hefley, que usa una carrera de manivela deslizante en un eje excéntrico, [24] y el motor de desactivación de pistón Scalzo, que usa un varillaje de cuatro barras, y tiene la distinción de poder detener pistones individuales por completo. [25] Actualmente no hay vehículos de producción que utilicen ninguno de estos diseños.
Además, la serie de motores Northstar de Cadillac presentaba un modo a prueba de fallas "de emergencia". Si el motor perdiera refrigerante, el controlador del motor cortaría el combustible y produciría chispas en la mitad de los cilindros. Si el funcionamiento de la válvula no se modifica, los cilindros no combustibles enfrían el motor con aire, lo que le permite conducir hasta 100 millas sin refrigerante.
Tecnologías de desplazamiento variable
- Bentley presentó un motor Serie L actualizado en 2015 con cilindrada variable
- El sistema de desplazamiento múltiple (MDS) de DaimlerChrysler se utilizó en los modelos Chrysler
- El control de cilindro activo (ACC) de DaimlerChrysler se utilizó en los modelos de Mercedes-Benz
- General Motors V8-6-4 ( Cadillac )
- General Motors Cadillac Sixteen ( Cadillac )
- Gestión activa de combustible de General Motors
- Gestión de cilindros variables de Honda (VCM)
Ver también
- Motor sin levas
- Motor de compresión variable Saab
- Sistema Start-Stop
Referencias
- ^ a b "Reborn de desactivación del cilindro - parte 1, velocidad automática, número 342, Michael Knowling" . Archivado desde el original el 9 de noviembre de 2005.
- ^ Siuru, Bill. "Ahorre gas: los cilindros se vuelven inteligentes" . www.greencar.com . Archivado desde el original el 3 de julio de 2009.
- ^ a b c "FindArticles.com - CBSi" . www.findarticles.com .
- ^ a b c Sabadin, Vittorio (15 de abril de 1983). "L'Alfa riduce i consumi" staccando "i cilindri" . La Stampa (en italiano). pag. 25 . Consultado el 6 de marzo de 2015 .
- ^ a b Fenu, Michele (7 de mayo de 1982). "Alfa, il motore modulare per contenere i consumi" . La Stampa (en italiano). pag. 19 . Consultado el 6 de marzo de 2015 .
- ^ " " Museo Web de Mitsubishi Motors ", sitio web de Mitsubishi Motors" . Archivado desde el original el 16 de julio de 2011.
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- ^ Fukui, Toyoaki; Nakagami, Tatsuro; Endo, Hiroyasu; Katsumoto, Takehiko; Danno, Yoshiaki (1983). "Mitsubishi Orion-MD - un nuevo motor de desplazamiento variable". Transacciones SAE . 92, sección 3: 362–370. JSTOR 44647614 .
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- ↑ Fukui et al , p. 367
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- ^ "2018 Mazda CX-5 agrega desactivación de cilindro" .
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- ^ https://www.epa.gov/automotive-trends/highlights-automotive-trends-report
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