El fenómeno llamado “Downsizing”

Los constructores de autos se han comprometido con la reducción de emisiones contaminantes a la atmosfera, sobre todo los europeos. La meta es reducir tanto las emisiones de CO2 y el resto de componentes contaminantes que salen por el escape.

En consecuencia se viene un cambio tecnológico importante en los motores de gasolina, aquí es donde aparece la reducción del cilindraje a isopotencia (conservando la potencia).

Downsizing

La traducción literal de la palabra Downsizing al español es reducción. Lo que pretenden los fabricantes es sustituir los motores de gasolina de alto cilindraje por unos más pequeños. Para muchos pensar en reducir el cilindraje significa reducir la potencia, pero el concepto del downsizing es reducir el tamaño manteniendo el mismo nivel de potencia y par de referencia del motor.

¿Cómo se puede lograr reducir el tamaño conservando el par y la potencia?

Esto se logra con motores sobrealimentados, apuntando a la reducción de consumo pero manteniendo el nivel de potencia y torque del motor. La base de la mejora en consumo es el desplazamiento de los puntos de funcionamiento más frecuentes hacia la zona de mejor rendimiento.

Diseño

En consecuencia la reducción del cilindraje suena sencilla desde el punto de vista práctico, sin embargo reducir el tamaño e instalar el turbo no lo es todo. El motor downsizing requiere de ciertos cálculos donde tenga en cuenta el balance de la masa entre el sistema de sobrealimentación y el intercambiador de calor. El espesor de paredes, culata y cárter deben ser recalculados, puesto que la presión y la temperatura del cilindro cambian.

Sobrealimentación

El objetivo de incorporar el sistema de sobrealimentación al motor no quiere decir que sea un motor para vehículos deportivos, lo que se busca es que un motor de bajo cilindraje logre alcanzar un nivel de prestaciones aceptables.

Los sistemas de sobrealimentación que se utilizan regularmente son el turbocompresor y el compresor volumétrico, que se introducen con algunas modificaciones.

Turbocompresor

Es el sistema de sobrealimentación más usado, ya que dispone de un buen rendimiento, permite aprovechar el par máximo a régimen bajo y su costo no es elevado. Sin embargo, presenta algunas desventajas:

  • Presenta inconvenientes de respuesta en la aceleración cuando se varía rápidamente la carga.
  • Aumenta el consumo por enriquecimiento de la mezcla (necesario para proteger la turbina de las altas temperaturas de escape cuando se efectúa una conducción deportiva)
  • Se incrementa la inercia térmica de los gases de escape y por tanto aumenta el tiempo necesario para que el catalizador entre en su punto óptimo de funcionamiento.

Para reducir al mínimo estos inconvenientes podemos encontrar tres propuestas:

1) Twin Scroll: este sistema integra una doble voluta en la turbina que permite un desacoplamiento acústico en el escape de los motores de 4 cilindros. Las ventajas son la mejora del rendimiento volumétrico, la reducción de los gases residuales y una mejora de la resistencia a la detonación. Por otro lado, se aumenta la complejidad del escape y la inercia térmica.

2) Geometría Variable: permite un buen rendimiento en un amplio rango de regímenes. Este sistema puede ser aplicado tanto al compresor como a la turbina.

Turbina de geometría variable: proporciona un par elevado a regímenes tanto bajos como altos. El gran inconveniente es que actualmente este sistema no soporta las temperaturas elevadas del escape de los motores de encendido incitado.

Compresor de geometría variable: permite una reducción de la zona de bombeo y una separación del límite de velocidad. Mejora el tiempo de respuesta de la sobrealimentación y permite un buen rendimiento en todo el rango de funcionamiento. El inconveniente más importante es el precio elevado de este sistema.

3) Combinación Turbo compresor + Compresor auxiliar (volumétrico o eléctrico): el objetivo es la reducción del tiempo de respuesta y del fenómeno "aceleración en dos tiempos" que perturban al conductor. La asistencia al sistema principal solo sería activada en situaciones puntuales como aceleraciones mayores que un cierto límite o encendidos a bajas temperaturas. Los grandes obstáculos a cruzar son los costes, la gestión electrónica y la acústica.

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