Motor de gasolina: Firstborn Riot

Motor de gasolina: Firstborn Riot

Una historia sobre el camino que ha recorrido el motor de gasolina durante los últimos 20 años

Antes de que se acuñara el término "reducción de personal", los diseñadores pensaban que una solución (al menos parcial) a los problemas de eficiencia de un motor de gasolina lo haría funcionar más delgado. Después BMW y Mercedes crearon sus propias unidades de llenado atmosférico, respectivamente, N53 y E35 con un moderno sistema de inyección con un spray no fueron la mejor solución. Esto se consideró una combinación de turboalimentación, inyección directa, cilindrada reducida y número reducido de cilindros. Sin embargo, fue parte de la tecnología de estas bicicletas que se trasladó a bicicletas más pequeñas. Sin embargo, antes de eso, el motor de gasolina experimentó varias metamorfosis interesantes, de las que te contaremos.

Con la creación de sistemas Common Rail de fíat y el desarrollo de un motor diesel, creación de Otto, parece haber sido eclipsado por el omnipresente motor diesel, que no solo es más eficiente en el consumo de combustible, sino que también es divertido de conducir. A principios de siglo, el desarrollo de la tecnología diésel recibió un impulso que en tan solo una década fundió hasta el 23% de la cuota de motores de gasolina en el mercado europeo.


De hecho, esto no es nada nuevo. Basta mirar atrás en el tiempo para comprender que la producción de automóviles se ha convertido repetidamente en un chivo expiatorio de los intereses políticos y económicos, y que los momentos de crisis a menudo han actuado como un catalizador y un acelerador útil de la inversión en el desarrollo tecnológico. Ejemplos típicos son las dos guerras mundiales, la crisis del petróleo, la lucha contra el smog y la contaminación urbana en los Estados Unidos, Europa y Japón en los XNUMX y XNUMX, todos eventos que llevaron a un cambio dramático en las actitudes públicas hacia los automóviles y un incentivo para las empresas. en esta región. invertir más en la creación y desarrollo de nuevas tecnologías.

Hoy nos encontramos en una situación similar, siendo testigos de uno de los períodos más intensos en el desarrollo de la tecnología automotriz. En el corazón de la euforia tecnológica actual están factores como el aumento de los precios de los combustibles hace muchos años y, por otro lado, el deseo de reducir realmente las emisiones. Incluso con una caída en los precios de los combustibles, su nivel en Europa sigue siendo alto debido a la enorme carga fiscal que soportan. El dióxido de carbono y las medidas relacionadas para reducir el consumo de combustible y adaptar la base del motor existente para trabajar con tecnologías y combustibles alternativos son simplemente un derivado de estos factores, que claramente no son de menor importancia.

Aproximadamente 68 millones de automóviles y camionetas con motores de combustión interna que utilizan (con raras excepciones) combustibles de hidrocarburos se producen y venden anualmente en todo el mundo. Si reducimos la relación química general de "materias primas de combustible a productos finales" desde el uso del vehículo a la más importante, debemos concluir que el proceso de oxidación de hidrocarburos en los cilindros de los motores de combustión interna produce calor, dióxido de carbono y agua. ¡Punto! Sencillo y sencillo. Desafortunadamente, esta es solo una hermosa imagen de un caso teóricamente ideal que no tiene lugar en la realidad objetiva. En la práctica, en este proceso intervienen sustancias y compuestos más o menos nocivos, como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, carbono puro y compuestos de hidrocarburos secundarios estables formados como resultado de complejas interacciones químicas durante la combustión del combustible. Los efectos de la mayoría de estas emisiones a la atmósfera se consideran significativamente más peligrosos que las emisiones de CO2, pero mientras tanto, sus emisiones están controladas en gran medida por modernas instalaciones de tratamiento de gases de escape. O no del todo según los acontecimientos recientes.

La lógica simple muestra que reducir la cantidad de dióxido de carbono emitido mientras se mantiene el consumo de combustible de un automóvil solo se puede lograr cambiando la relación entre todas las sustancias liberadas durante la combustión, lo que, a su vez, equivale a una disminución de la eficiencia energética y un aumento de las emisiones nocivas. Por supuesto, esto es completamente inaceptable y conduce automáticamente a la conclusión inequívoca de que la única forma sensata y práctica de reducir las emisiones de CO2 es crear automóviles más eficientes energéticamente y, por lo tanto, más eficientes en combustible. El lado de la propulsión de esta ecuación define el objetivo principal de los diseñadores: encontrar la capacidad de crear procesos de combustión más eficientes en motores de combustión interna. Dicho esto, los objetivos de los fabricantes de automóviles y los legisladores suelen coincidir, y la carga del cambio recae sobre los hombros de empresas reales con nombres reales. Sin enumerarlos, observamos que los "sospechosos habituales" en la implementación de avances tecnológicos en la industria automotriz son varias marcas de élite que trabajan en estrecha colaboración con subcontratistas con una historia, tradiciones y potencial tecnológico igualmente ricos.

El motor diesel se ha desarrollado rápidamente y ha gozado de una popularidad creciente en los últimos 15 años, precisamente por el potencial utilizado como resultado de los avances tecnológicos en estas áreas.

En este punto, el desarrollo de la tecnología diesel parece haber alcanzado un cierto nivel de saturación.

El volumen de fondos necesarios para desarrollar e implementar nuevas tecnologías, como las plantas de combustión Common Rail con presiones de inyección de más de 2000 bar, está comenzando a crecer en una relación no lineal con los beneficios de su uso, y recientemente, los diseñadores han prestado más atención a los aspectos ambientales y a la reducción del ruido del motor. que en mejorar su eficiencia y economía ya sin precedentes.

Este desarrollo proporciona buenos puntos de partida para compensar el lucro cesante y la venganza por parte del motor de gasolina. Actualmente, puede aprovechar una adaptación económicamente prometedora de las tecnologías y sistemas existentes para mejorar el rendimiento de los motores diésel, que ya han devaluado sus inversiones y demostrado su eficacia. La introducción gradual de estas innovaciones técnicas condujo naturalmente a un aumento en el costo de los motores de gasolina, pero debido al principio y la naturaleza de los procesos de trabajo en ellos, en cualquier caso, seguirán siendo mucho más bajos que los de los motores diesel. Los microprocesadores rápidos, el desarrollo y la implementación de inyectores piezoeléctricos, bombas de alta presión, tecnologías turbo, sincronización de válvulas flexible y métodos específicos de gasolina para analizar procesos químicos en cámaras de combustión en tiempo real han cambiado por completo la forma en que las personas perciben el motor Otto.

Sin embargo, antes de eso, BMW y Mercedes habían intentado crear productos competitivos con motores de gasolina de aspiración natural, inyección directa y mezcla pobre con carga parcial. Gracias a ellos, los procesos que se han descrito en los libros de texto sobre la teoría de los motores de combustión interna como tecnologías futuristas relacionadas durante décadas se han convertido en una realidad con ventajas reales. La combustión pobre finalmente ha tomado una forma que acerca la eficiencia de un motor de gasolina a la de un motor diesel y puede conducir a ahorros de combustible de hasta un 20%. Aunque estos logros de los diseñadores fueron definitivamente motivo de optimismo en medio de la desesperación que siguió a los fracasos de la tecnología GDI. Mitsubishi y los primeros CGI de Mercedes, en los que los modos de inyección directa y mezcla pobre claramente no alcanzaron la madurez tecnológica y la claridad teórica necesarias, tampoco duraron mucho.

Su enfoque de la inyección directa, y en particular de los procesos de mezcla pobre, fue radicalmente diferente. La tecnología electrónica moderna ha jugado un papel importante en la formación de la mezcla, no solo como unidad de control para los procesos en el motor, sino también debido a la velocidad y precisión en el análisis detallado de las pruebas de laboratorio. Sin ellos, y sin tecnologías láser y ópticas que permitan que los procesos penetren y controlen directamente en el corazón del motor, los procesos de inyección, mezcla e ignición increíblemente precisos y flexibles no serían una realidad hoy. En estas áreas de la construcción de motores modernos, podemos hablar con seguridad de avances revolucionarios: no es una coincidencia que los inyectores piezoeléctricos creados por Siemens VDO y Bosch hayan ganado casi simultáneamente varios premios y premios prestigiosos, y esto no es una coincidencia. de los principales factores que hicieron posible la creación de los mencionados motores de gasolina con inyección directa de la nueva generación de BMW y Mercedes.

La historia reciente de los motores de gasolina de inyección directa se remonta a los primeros pasos de Mitsubishi hace unas dos décadas, pero la idea general no es nueva.

Tan pronto como se creó el primer motor de combustión interna homogéneo, Otto concibió una opción de mezcla pobre que, por razones obvias, nunca se implementó en la práctica. Ingenieros de renombre como Hesselmann y Ricardo experimentaron con motores de cuatro tiempos estratificados de carga a principios del siglo XX, pero debido a la complejidad técnica de la idea, esta idea fue abandonada durante mucho tiempo. Un examen detenido de la historia revela varios motores experimentales e incluso de producción de los años 70 y 80; un ejemplo típico a este respecto es la interesante decisión de los ingenieros japoneses con su tecnología CVCC utilizando un carburador especial, una rica cámara previa y una cámara principal. Quemador magro de bajo consumo y bajas emisiones. Una solución similar de los diseñadores rusos se implementa en el motor de carburador Volga GAZ 3102 en la forma del llamado "encendido previo a la llama". Si bien la teoría atribuye obvias ventajas a los esquemas de organización de procesos de combustión de este tipo, en el pasado nadie podía utilizarlos debido a la necesidad de un control de procesos complejo, lo cual es imposible al nivel tecnológico existente. Poco a poco, la idea cristalizó en la comunidad técnica de que se debería buscar una solución en la inyección directa de combustible en la cámara, pero en toda la historia de la construcción de motores, se creó una pequeña cantidad de tales unidades de gasolina. Los motores Goliath de dos tiempos y los motores deportivos Mercedes de cuatro tiempos de cuatro tiempos, que utilizaban bombas diésel de alta presión modificadas, también se equiparon con sistemas de inyección directa en los años 50. Sin embargo, todos tienen diferentes propósitos y no buscan la eficiencia al trabajar con mezclas magras.

La posibilidad de organizar el trabajo con mezclas magras y crear áreas homogéneas alrededor de la bujía permite que el motor de gasolina elimine las pérdidas de llenado debido a la capacidad de trabajar con una válvula de mariposa totalmente abierta, y la inyección directa de combustible en la cámara enfría el aire fresco (no válvulas ni cilindros). paredes, como en los motores de inyección múltiple de admisión), aumentando la eficiencia termodinámica y ayudando a lograr una relación de compresión más alta, lo que aumenta aún más la eficiencia. Y estas no son las únicas ventajas.

Los primeros experimentos de Mitsubishi, en realidad producidos en masa en los años 90, fueron seguidos por desarrollos de otras compañías como Toyota, Renault, PSA y VW, que, sin embargo, no eran mucho más eficientes que la inyección múltiple de admisión, a pesar de su mayor coste. Algunos de ellos también tienen serios problemas de confiabilidad. Las razones del fracaso de estos primeros proyectos, principalmente en la pequeña reducción del consumo de combustible en comparación con los sistemas de mezcla tradicionales, son de diferente naturaleza: desde el alto contenido de azufre en la gasolina hasta el nivel insuficiente de tecnología de microprocesadores en este sistema. tiempo antes de algunos errores de diseño, como la decisión de crear un área rica alrededor de la bujía utilizando la superficie del pistón como pantalla reflectante para la mezcla guiada por el colector de admisión.

En los motores BMW N53 y Mercedes E35, de los que hablamos anteriormente (unidades 3,0 y 3,5 V6, respectivamente), el enfoque del funcionamiento de mezcla pobre es fundamentalmente diferente y es prácticamente imposible sin el uso de bombas modernas de alta presión, boquillas piezoeléctricas y sistemas flexibles. Control electrónico de alta velocidad de inyección, encendido y sincronización de válvulas. Sin embargo, como veremos en la próxima serie sobre este tema, los nuevos motores de gasolina también enfrentan nuevos desafíos que estamos acostumbrados a atribuir a la naturaleza ... del motor diesel.

(seguir)

Texto: Georgy Kolev

ARTICULOS SIMILARES

Lee tambien

principal » Prueba de manejo » Motor de gasolina: Firstborn Riot

Añadir un comentario