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 El Downsizing en motores de gasolina

El compromiso de los constructores europeos con la reducción de las emisiones de CO2 y del resto de componentes contaminantes de los gases de escape, tiene como consecuencia directa un cambio tecnológico importante en los motores de gasolina. La reducción de la cilindrada a iso-potencia es una de las vías que esta siendo estudiada actualmente.

El fenómeno llamado "Downsizing" pretende sustituir los motores de gasolina de cilindrada importante por otros más pequeños sobrealimentados con el objetivo de reducir el consumo pero manteniendo el mismo nivel de potencia y par que el motor de referencia. La base de la mejora en consumo es el desplazamiento de los puntos de funcionamiento mas frecuentes hacia la zona de mejor rendimiento.

Ejemplo: la potencia necesaria para circular a 70km/h a un régimen de 2000 rpm en un vehículo de tamaño medio es de 7 kW.

Por tanto, un motor de 2 litros necesita una presión media efectiva de 2,1 bars y un motor de 1 litro necesita el doble, 4,2 bars.

La imagen superior muestra que el consumo específico pasa de 400 (en el caso del motor de 2 l) a 300 g/kWh (motor de 1l).

Las consecuencias de la reducción de la cilindrada sobre el coste, el espacio ocupado y la masa del motor, no son tan claras como cabría pensar en un principio. Se tendría tendencia a decir que el nuevo motor será más pequeño y más ligero, pero la conclusión no es tan evidente, incluso si se plantea la reducción del número de cilindros. El sistema de sobrealimentación y el intercambiador deben ser tenidos en cuenta en el balance de masa. Junto a esto, el espesor de las paredes de la culata y del carter deben ser recalculados puesto que la presión y la temperatura en el cilindro serán más importantes.

El objetivo de la introducción del sistema de sobrealimentación no es la realización de un motor para vehículos deportivos, se trata de permitir a un motor de cilindrada reducida de alcanzar un nivel de prestaciones aceptables. Los dos sistemas más comúnmente utilizados son el turbo-compresor y el compresor volumétrico, y que serán sin duda introducidos con algunas modificaciones en los futuros motores de gasolina.

Turbo-Compresor: es el tipo de sobrealimentación más utilizado puesto que dispone de un buen rendimiento, permite alcanzar el par máximo a regimenes bajos y el coste no es excesivo. Sin embargo, presenta algunos inconvenientes:

- Introducción de un tiempo de reacción importante y aceleración en dos tiempos cuando se varía rápidamente la carga.

- Aumento del consumo por enriquecimiento de la mezcla, necesario para proteger la turbina de las altas temperaturas de escape cuando se efectúa una conducción deportiva.

- Aumento de la inercia térmica del escape al introducir la turbina y por tanto aumento del tiempo necesario para que el catalizador llegue a su punto optimo de funcionamiento.

Para reducir al mínimo estos inconvenientes, tres sistemas son actualmente propuestos:

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 regimenes. Este sistema puede ser aplicado tanto al compresor como a la turbina.

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

Compresor de geometría variable: permite una reducción de la zona de bombeo y un alejamiento 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 seria activada en situaciones puntuales como aceleraciones mayores que un cierto límite o encendidos a bajas temperaturas. Los grandes obstáculos a franquear son los costes, la gestión electrónica y la acústica.

Compresor Volumétrico: el principio de funcionamiento es diferente, no son los gases de escape los que proporcionan la energía para comprimir el aire en la admisión, el compresor es directamente accionado por el motor gracias a una correa. Las ventajas y los inconvenientes son los siguientes:




 Fuente: F. Carranza
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