O que é abreviatura?

Nos últimos anos, a Bacia Europeia tornou-se o menos importante de tudo com que uma pessoa comum entra em contato. Isso se aplica em particular a salários reais, telefones celulares, laptops, custos da empresa ou tamanho do motor e emissões. Infelizmente, os cortes de pessoal ainda não afetaram uma administração pública ou estadual tão dilapidada. No entanto, o significado da palavra "redução" na indústria automotiva não é tão novo quanto pode parecer à primeira vista. No final do século passado, os motores diesel também aumentaram seus cortes na primeira fase, que, graças à sobrealimentação e à moderna injeção direta, mantiveram ou reduziram seu volume, mas com um aumento significativo dos parâmetros dinâmicos do motor.

A era moderna dos motores a gasolina “dawnsizing” começou com o advento da unidade 1,4 TSi. À primeira vista, isso por si só não parece um downsizing, o que também foi confirmado por sua inclusão na oferta Golf, Leon ou Octavia. A mudança de perspectiva não aconteceu até que a Škoda começou a montar o motor 1,4 TSi de 90kW em seu maior modelo Superb. No entanto, o verdadeiro avanço foi a instalação do motor 1,2 TSi de 77 kW em carros relativamente grandes, como o Octavia, o Leon e até o VW Caddy. Só então começaram as verdadeiras e, como sempre, as mais sábias apresentações de pub. Expressões como: “não arrasta, não dura muito, não tem substituto para o volume, o octógono tem motor de tecido, já ouviu falar?” Eram mais do que comuns não só no quarto preço dos aparelhos, mas também nas discussões online. O downsizing exige um esforço lógico dos fabricantes de veículos para lidar com a pressão constante para reduzir o consumo e as tão odiadas emissões. É claro que nada é de graça, e mesmo o downsizing não traz apenas benefícios. Por isso, nas linhas a seguir, abordaremos com mais detalhes o que se chama downsizing, como funciona e quais são suas vantagens ou desvantagens.

O que é abreviatura e motivos

Downsizing significa reduzir o deslocamento de um motor de combustão interna, mantendo a mesma ou até maior potência de saída. Paralelamente à redução de volume, a sobrealimentação é realizada por meio de um turbocompressor ou compressor mecânico, ou uma combinação de ambos os métodos (VW 1,4 TSi - 125 kW). Bem como injeção direta de combustível, distribuição variável de válvulas, elevação de válvulas, etc. Com essas tecnologias adicionais, mais ar (oxigênio) para combustão entra nos cilindros e a quantidade de combustível fornecida pode ser aumentada proporcionalmente. Obviamente, essa mistura comprimida de ar e combustível contém mais energia. A injeção direta, combinada com temporização variável e elevação da válvula, por sua vez otimiza a injeção de combustível e o turbilhonamento, o que aumenta ainda mais a eficiência do processo de combustão. Em geral, um volume de cilindro menor é suficiente para liberar a mesma energia que motores maiores e comparáveis ​​sem redução de tamanho.

Conforme já indicado no início do artigo, o surgimento de reduções deve-se principalmente ao endurecimento da legislação europeia. Principalmente, trata-se de reduzir as emissões, enquanto o mais visível é o esforço para reduzir as emissões de CO em todas as áreas.₂... No entanto, em todo o mundo, os limites de emissão estão sendo gradualmente apertados. De acordo com um regulamento da Comissão Europeia, as montadoras europeias se comprometeram a atingir um limite de emissão de CO de 2015 g até 130.₂ por km, este valor é calculado como o valor médio da frota de automóveis colocados no mercado ao longo de um ano. Os motores a gasolina desempenham um papel direto na redução do tamanho, embora, em termos de eficiência, eles sejam mais propensos a reduzir o consumo (ou seja, também CO₂) do que os a diesel. No entanto, isso dificulta não apenas um preço mais alto, mas também a eliminação relativamente problemática e cara de emissões nocivas em gases de escape, como óxidos de nitrogênio - NÃO_x, monóxido de carbono - CO, hidrocarbonetos - HC ou negro de fumo, para cuja remoção é usado um filtro DPF (FAP) caro e ainda relativamente problemático. Assim, os pequenos motores a diesel estão gradualmente se tornando mais complexos e os carros pequenos são tocados com violinos menores. Veículos híbridos e elétricos também estão competindo com o downsizing. Embora essa tecnologia seja promissora, ela é muito mais complexa do que o downsizing relativamente simples e, ainda assim, muito cara para o cidadão comum.

Um pouco de teoria

O sucesso do downsizing depende da dinâmica do motor, do consumo de combustível e do conforto geral de direção. Potência e torque vêm em primeiro lugar. Produtividade é o trabalho feito ao longo do tempo. O trabalho apresentado durante um ciclo de um motor de combustão interna de ignição por faísca é determinado pelo chamado Ciclo Otto.

O eixo vertical é a pressão acima do pistão e o eixo horizontal é o volume do cilindro. O trabalho é dado pela área limitada pelas curvas. Este diagrama é idealizado porque não levamos em consideração a troca de calor com o ambiente, a inércia do ar que entra no cilindro e as perdas causadas pela admissão (ligeira pressão negativa em relação à pressão atmosférica) ou exaustão (ligeira sobrepressão). E agora uma descrição da própria história, mostrada no diagrama (V). Entre os pontos 1-2, o balão é preenchido com uma mistura - o volume aumenta. Entre os pontos 2-3, ocorre a compressão, o pistão funciona e comprime a mistura ar-combustível. Entre os pontos 3-4, ocorre a combustão, o volume é constante (o pistão está no ponto morto superior) e a mistura de combustível queima. A energia química do combustível é convertida em calor. Entre os pontos 4-5, a mistura queimada de combustível e ar funciona - expandindo e exercendo pressão sobre o pistão. Nos parágrafos 5-6-1, ocorre o fluxo reverso, ou seja, o escapamento.

Quanto mais sugamos a mistura ar-combustível, mais energia química é liberada e a área sob a curva aumenta. Este efeito pode ser alcançado de várias maneiras. A primeira opção é aumentar adequadamente o volume do cilindro, respectivamente. todo o motor, que nas mesmas condições conseguimos mais potência - a curva aumentará para a direita. Outras formas de deslocar a subida da curva para cima são, por exemplo, aumentar a taxa de compressão ou aumentar a potência de trabalho ao longo do tempo e fazer vários ciclos menores ao mesmo tempo, ou seja, aumentar a rotação do motor. Ambos os métodos descritos têm muitas desvantagens (autoignição, maior resistência da cabeça do cilindro e suas vedações, maior atrito em velocidades mais altas - descreveremos mais adiante, emissões mais altas, força no pistão ainda é a mesma), enquanto o carro tem um ganho de potência relativamente grande no papel, mas o torque não muda muito. Recentemente, embora a japonesa Mazda tenha conseguido produzir em massa um motor a gasolina com taxa de compressão excepcionalmente alta (14,0: 1) chamado Skyactive-G, que possui parâmetros dinâmicos muito bons com consumo de combustível favorável, no entanto, a maioria dos fabricantes ainda usa uma possibilidade é para aumentar o volume da área sob a curva. E isso é para comprimir o ar antes de entrar no cilindro, mantendo o volume - estouro.

Então, o diagrama p (V) do ciclo de Otto se parece com este:

Uma vez que a carga 7-1 ocorre em uma pressão diferente (mais alta) do que a saída 5-6, uma curva fechada diferente é criada, o que significa que trabalho adicional é executado no curso do pistão inoperante. Isso pode ser usado se o dispositivo que comprime o ar for alimentado por algum excesso de energia, que no nosso caso é a energia cinética dos gases de exaustão. Esse dispositivo é um turbocompressor. Também é utilizado um compressor mecânico, mas é necessário levar em consideração um determinado percentual (15-20%) gasto em seu funcionamento (na maioria das vezes é acionado pelo virabrequim), portanto, parte da curva superior se desloca para a inferior um sem qualquer efeito.

Viremos por um tempo, enquanto estamos sobrecarregados. Aspirar um motor a gasolina já existe há muito tempo, mas o objetivo principal era aumentar o desempenho, enquanto o consumo não estava particularmente decidido. Assim, as turbinas a gás os arrastaram para salvar suas vidas, mas eles também comeram grama na estrada, pressionando o gás. Houve várias razões para isso. Primeiro, reduza a taxa de compressão desses motores para eliminar a combustão knock-knock. Havia também um problema de resfriamento do turbo. Em altas cargas, a mistura teve que ser enriquecida com combustível para resfriar os gases de escapamento e, assim, proteger o turboalimentador das altas temperaturas dos gases de combustão. Para piorar a situação, a energia fornecida pelo turboalimentador para o ar de carga é parcialmente perdida em carga parcial devido à frenagem do fluxo de ar na válvula borboleta. Felizmente, a tecnologia atual já está ajudando a reduzir o consumo de combustível mesmo quando o motor está turboalimentado, o que é um dos principais motivos para o downsizing.

Os projetistas de motores a gasolina modernos estão tentando inspirar os motores a diesel que operam com uma taxa de compressão mais alta e com carga parcial, o fluxo de ar através do coletor de admissão não é limitado pelo acelerador. O perigo de bater-bater causado por uma alta taxa de compressão, que pode destruir um motor muito rapidamente, é eliminado pela eletrônica moderna, que controla o ponto de ignição com muito mais precisão do que até recentemente. Uma grande vantagem também é o uso da injeção direta de combustível, na qual a gasolina evapora diretamente no cilindro. Assim, a mistura de combustível é efetivamente resfriada e o limite de autoignição também é aumentado. Também deve ser feita menção ao sistema atualmente difundido de distribuição variável de válvulas, que permite influenciar a taxa de compressão real até certo ponto. O chamado ciclo de Miller (contração e curso de expansão desigualmente longos). Além do tempo de válvula variável, a elevação variável da válvula também ajuda a reduzir o consumo, o que pode substituir o controle do acelerador e, assim, reduzir as perdas de sucção - diminuindo o fluxo de ar através do acelerador (por exemplo, Valvetronic da BMW).

Sobrecarga, mudança de sincronismo da válvula, elevação da válvula ou taxa de compressão não são uma panaceia, portanto, os projetistas devem considerar outros fatores que, em particular, afetam o fluxo final. Isso inclui, em particular, a redução do atrito, bem como a preparação e combustão da própria mistura incendiária.

Os designers trabalham há décadas para reduzir o atrito das peças móveis do motor. Deve-se admitir que eles fizeram grandes avanços no campo de materiais e revestimentos, que atualmente apresentam as melhores propriedades de atrito. O mesmo pode ser dito sobre óleos e lubrificantes. O próprio design do motor não foi deixado de lado, onde as dimensões das partes móveis, os rolamentos são otimizados, o formato dos anéis do pistão e, claro, o número de cilindros não mudou. Provavelmente os motores mais conhecidos com número "menor" de cilindros atualmente são os motores EcoBoost de três cilindros da Ford ou TwinAir de dois cilindros da Fiat. Menos cilindros significa menos pistões, bielas, rolamentos ou válvulas e, portanto, fricção logicamente total. Certamente existem algumas limitações nesta área. O primeiro é o atrito armazenado no cilindro ausente, mas compensado até certo ponto pelo atrito adicional nos rolamentos do eixo de equilíbrio. Outra limitação está relacionada ao número de cilindros ou à cultura operacional, que interferem significativamente na escolha da categoria do veículo que o motor irá rodar. Atualmente impensável, por exemplo, a BMW, conhecida por seus motores modernos, foi equipada com um potente motor de dois cilindros. Mas quem sabe o que acontecerá daqui a alguns anos. Como o atrito aumenta com o quadrado da velocidade, os fabricantes não apenas reduzem o próprio atrito, mas também tentam projetar motores para fornecer dinâmica suficiente nas velocidades mais baixas possíveis. Como o reabastecimento atmosférico de um pequeno motor não dá conta dessa tarefa, um turbocompressor ou um turbocompressor combinado com um compressor mecânico novamente vem em socorro. No entanto, no caso de sobrealimentação apenas com um turbocompressor, essa não é uma tarefa fácil. Deve-se notar que o turbocompressor possui uma significativa inércia rotacional da turbina, o que cria a chamada turbodiera. A turbina do turbocompressor é acionada pelos gases de escape, que devem ser produzidos primeiro pelo motor, de modo que há um certo atraso desde o momento em que o pedal do acelerador é pressionado até o início esperado do empuxo do motor. É claro que vários sistemas modernos de turbocompressão tentam compensar com mais ou menos sucesso essa doença, e novas melhorias no design dos turbocompressores vêm em socorro. Portanto, os turbocompressores são menores e mais leves, eles respondem cada vez mais rápido em velocidades mais altas. Motoristas voltados para o esporte, criados com motores de alta velocidade, culpam um motor turboalimentado de “baixa velocidade” pela resposta ruim. sem gradação de potência à medida que a velocidade aumenta. Portanto, o motor puxa emocionalmente em baixas, médias e altas rotações, infelizmente sem potência de pico.

A própria composição da mistura combustível não ficou de lado. Como você sabe, um motor a gasolina queima a chamada mistura estequiométrica homogênea de ar e combustível. Isso significa que para 14,7 kg de combustível - gasolina, há 1 kg de ar. Esta relação é também referida como lambda = 1. A referida mistura de gasolina e ar também pode ser queimada em outras proporções. Se você usar a quantidade de ar de 14,5 a 22: 1, haverá um grande excesso de ar - estamos falando da chamada mistura pobre. Se a proporção for invertida, a quantidade de ar for menor que a estequiométrica e a quantidade de gasolina for maior (a proporção de ar para gasolina está na faixa de 14 a 7:1), essa mistura é chamada de assim chamada. mistura rica. Outras proporções fora dessa faixa são difíceis de inflamar porque são muito diluídas ou contêm muito pouco ar. Em qualquer caso, ambos os limites têm efeitos opostos no desempenho, consumo e emissões. Em termos de emissões, no caso de uma mistura rica, ocorre uma formação significativa de CO e HC._x, produção NÃO_x relativamente baixo devido às temperaturas mais baixas ao queimar uma mistura rica. Por outro lado, a produção de NO é especialmente maior com a combustão de queima pobre._xdevido à temperatura de combustão mais elevada. Não devemos esquecer a taxa de queima, que é diferente para cada composição da mistura. A taxa de queima é um fator muito importante, mas é difícil de controlar. A taxa de combustão da mistura também é afetada pela temperatura, grau de redemoinho (mantido pela rotação do motor), umidade e composição do combustível. Cada um desses fatores está envolvido de maneiras diferentes, com o turbilhão e a saturação da mistura tendo a maior influência. Uma mistura rica queima mais rápido do que uma pobre, mas se a mistura for muito rica, a taxa de queima é bastante reduzida. Quando a mistura é inflamada, a combustão é lenta no início, com o aumento da pressão e da temperatura, a taxa de queima aumenta, o que também é facilitado pelo aumento da turbulência da mistura. A combustão pobre contribui para um aumento na eficiência da combustão de até 20%, enquanto, de acordo com as capacidades atuais, é máxima em uma proporção de cerca de 16,7 a 17,3: 1. taxa de queima, reduzindo a eficiência e a produtividade, os fabricantes criaram a chamada mistura de camadas. Em outras palavras, a mistura combustível é estratificada no espaço de combustão, de modo que a proporção em torno da vela seja estequiométrica, ou seja, facilmente inflamada, e no restante do ambiente, ao contrário, a composição da mistura é muito mais alto. Esta tecnologia já está sendo usada na prática (TSi, JTS, BMW), infelizmente, até agora apenas até certas velocidades ou. em modo de carga leve. No entanto, o desenvolvimento é um passo rápido em frente.

Benefícios da redução

• Esse motor não é apenas menor em volume, mas também em tamanho, por isso pode ser produzido com menos matéria-prima e menor consumo de energia.
• Como os motores usam matérias-primas semelhantes, senão as mesmas, o motor será mais leve devido ao seu tamanho menor. Toda a estrutura do veículo pode ser menos robusta e, portanto, mais leve e mais barata. com o motor mais leve existente, menos carga por eixo. Neste caso, o desempenho de direção também é melhorado, uma vez que eles não são tão fortemente influenciados por um motor pesado.
• Esse motor é menor e mais potente e, portanto, não será difícil construir um carro pequeno e potente, que às vezes não funcionava devido ao tamanho limitado do motor.
• O motor menor também tem menos massa inercial, portanto, não consome tanta energia para se mover durante as mudanças de potência quanto o motor maior.

Desvantagens da redução

• Esse motor está sujeito a tensões térmicas e mecânicas significativamente maiores.
• Embora o motor seja mais leve em volume e peso, devido à presença de várias peças adicionais, como turbocompressor, intercooler ou injeção de gasolina de alta pressão, o peso total do motor aumenta, o custo do motor aumenta e todo o kit requer aumento da manutenção. e o risco de falha é maior, especialmente para um turbocompressor que está sujeito a alto estresse térmico e mecânico.
• Alguns sistemas auxiliares consomem energia no motor (por exemplo, bomba de pistão de injeção direta para motores TSI).
• O projeto e a fabricação de tal motor são muito mais difíceis e complexos do que no caso de um motor atmosférico.
• O consumo final ainda depende fortemente do estilo de direção.
• Fricção interna. Lembre-se de que o atrito do motor depende da velocidade. Isso é relativamente insignificante para uma bomba de água ou alternador onde o atrito aumenta linearmente com a velocidade. No entanto, o atrito dos cames ou anéis de pistão aumenta em proporção à raiz quadrada, o que pode fazer com que um pequeno motor de alta velocidade exiba um atrito interno mais alto do que um volume maior funcionando em velocidades mais baixas. No entanto, como já foi mencionado, muito depende do design e do desempenho do motor.

Então, há um futuro para cortes de pessoal? Apesar de algumas deficiências, acho que sim. Os motores naturalmente aspirados não desaparecem imediatamente, no entanto, simplesmente por causa da economia de produção, avanços na tecnologia (Mazda Skyactive-G), nostalgia ou hábito. Para os não partidários que não confiam na potência de um motor pequeno, recomendo carregar o carro com quatro pessoas bem alimentadas, depois olhar para cima, ultrapassar e testar. A confiabilidade continua sendo uma questão muito mais complexa. Existe uma solução para os compradores de ingressos, mesmo que demore mais do que um test drive. Espere alguns anos até que o motor apareça e decida-se. No geral, porém, os riscos podem ser resumidos da seguinte forma. Comparado a um motor aspirado naturalmente mais potente com a mesma potência, o motor turboalimentado menor é muito mais carregado com a pressão do cilindro e também com a temperatura. Portanto, esses motores têm rolamentos significativamente mais carregados, um virabrequim, uma cabeça de cilindro, quadro de distribuição, etc. No entanto, o risco de falha antes do término da vida útil planejada é relativamente baixo porque os fabricantes projetam motores para essa carga. No entanto, haverá erros, eu observo, por exemplo, problemas com a cadeia de tempo pulando em motores TSi. No geral, entretanto, pode-se dizer que a vida útil desses motores provavelmente não será tão longa quanto no caso dos motores naturalmente aspirados. Isso se aplica principalmente a carros com alta quilometragem. Maior atenção também deve ser dada ao consumo. Comparados aos motores a gasolina turboalimentados mais antigos, os turboalimentadores modernos podem operar significativamente mais economicamente, enquanto o melhor deles corresponde ao consumo de um turbo diesel relativamente potente em operação econômica. A desvantagem é a dependência cada vez maior do estilo de direção do motorista, portanto, se você deseja dirigir com economia, deve ter cuidado com o pedal do acelerador. No entanto, em comparação com os motores a diesel, os motores a gasolina turboalimentados compensam essa desvantagem com melhor refinamento, níveis de ruído mais baixos, faixa de velocidade utilizável mais ampla ou falta do muito criticado DPF.