Deslocamento variável - Variable displacement

A cilindrada variável é uma tecnologia de motor automotivo que permite que a cilindrada do motor mude, geralmente desativando os cilindros , para maior economia de combustível . A tecnologia é usada principalmente em grandes motores multicilindros. Muitos fabricantes de automóveis adotaram essa tecnologia a partir de 2005, embora o conceito já existisse por algum tempo antes disso.

Teoria de Operação

A desativação do cilindro é usada para reduzir o consumo de combustível e as emissões de um motor de combustão interna durante a operação de carga leve. Em uma direção típica com carga leve, o motorista usa apenas cerca de 30% da potência máxima do motor. Nessas condições, a válvula borboleta está quase fechada e o motor precisa trabalhar para puxar o ar. Isso causa uma ineficiência conhecida como perda de bombeamento. Alguns motores de grande capacidade precisam ser regulados tanto com carga leve que a pressão do cilindro no ponto morto superior é aproximadamente a metade da pressão de um motor pequeno de 4 cilindros . A pressão baixa do cilindro resulta em menor eficiência de combustível . O uso da desativação do cilindro em carga leve significa que há menos cilindros puxando ar do coletor de admissão , o que funciona para aumentar a pressão do fluido (ar). A operação sem deslocamento variável é um desperdício porque o combustível é continuamente bombeado em cada cilindro e queimado, embora o desempenho máximo não seja necessário. Desligando metade dos cilindros do motor, a quantidade de combustível consumida é muito menor. Entre a redução das perdas de bombeamento, o que aumenta a pressão em cada cilindro operacional, e a diminuição da quantidade de combustível sendo bombeado para os cilindros, o consumo de combustível pode ser reduzido em 8 a 25 por cento em condições de rodovia.

A desativação do cilindro é obtida mantendo as válvulas de admissão e exaustão fechadas para um cilindro específico. Ao manter as válvulas de admissão e exaustão fechadas, ele cria uma "mola de ar" na câmara de combustão - os gases de exaustão presos (mantidos da queima de carga anterior) são comprimidos durante o movimento ascendente do pistão e empurrados para baixo no pistão durante o movimento descendente. A compressão e descompressão dos gases de escape presos têm um efeito de equalização - em geral, não há virtualmente nenhuma carga extra no motor. Na última geração de sistemas de desativação de cilindro, o sistema de gerenciamento do motor também é usado para reduzir o fornecimento de combustível aos cilindros desativados. A transição entre a operação normal do motor e a desativação do cilindro também é suavizada, usando mudanças no tempo de ignição , tempo do came e posição do acelerador (graças ao controle eletrônico do acelerador ). Na maioria dos casos, a desativação do cilindro é aplicada a motores de cilindrada relativamente grandes que são particularmente ineficientes com carga leve. No caso de um V12 , até 6 cilindros podem ser desativados.

Dois problemas a serem superados com todos os motores de cilindrada variável são o resfriamento desequilibrado e a vibração.

História

O mais antigo predecessor tecnológico do motor de cilindrada variável é o motor hit and miss , desenvolvido no final do século XIX. Esses motores estacionários de cilindro único tinham um regulador centrífugo que cortava o cilindro fora de operação enquanto o motor estava operando acima de uma velocidade definida, normalmente mantendo a válvula de escape aberta.

Cadillac L62 V8-6-4

Emblema Cadillac V8-6-4

Primeiras experiências com motores de vários cilindros durante a Segunda Guerra Mundial , foram re-tentada em 1981, Cadillac é malfadado L62 'V8-6-4' motor. A tecnologia tornou-se um recurso padrão em todos os modelos Cadillac, exceto Sevilha , que tinha o motor 350 diesel V-8 como motor base. A Cadillac, em conjunto com a Eaton Corporation , desenvolveu o inovador sistema V-8-6-4 que usou a primeira unidade de controle do motor da indústria para mudar o motor de operação de 8 a 6 a 4 cilindros, dependendo da quantidade de potência necessária. O sistema original de múltiplos cilindros desligava pares opostos de cilindros, permitindo que o motor tivesse três configurações e deslocamentos diferentes. Os carros tinham um procedimento de diagnóstico elaborado, incluindo a exibição de códigos de problemas do motor no visor do ar condicionado. No entanto, o sistema era problemático, incompreendido pelos clientes e uma onda de falhas imprevisíveis levou à retirada rápida da tecnologia.

Alfa Romeo Alfetta CEM

Em 1981, a Alfa Romeo desenvolveu em colaboração com a Universidade de Gênova uma versão semi-experimental do motor de cilindrada variável do Alfa Romeo Alfetta , chamada Alfetta CEM ( Controlo Elettronico del Motore , ou Electronic Engine Management), e a apresentou no Salão do Automóvel de Frankfurt . O motor modular de 2.0 litros de 130 PS (96 kW; 128 bhp) apresentava sistemas de injeção de combustível e ignição governados por uma unidade de controle do motor, que poderia desligar dois dos quatro cilindros conforme necessário para reduzir o consumo de combustível. Um lote inicial de 10 exemplos foi atribuído a motoristas de táxi em Milão, para verificar a operação e o desempenho em situações do mundo real. De acordo com a Alfa Romeo, durante estes testes, a desativação do cilindro reduziu o consumo de combustível em 12% em comparação com um motor com injeção de combustível CEM sem cilindrada variável, e quase 25% em comparação com a produção normal de 2,0 litros com carburador . Após o primeiro ensaio, em 1983 foi colocada à venda uma pequena série de 1000 exemplares, oferecidos a clientes selecionados; Foram produzidos 991 exemplos. Apesar desta segunda fase experimental, o projeto não teve mais desenvolvimentos.

Mitsubishi MD

Em 1982, a Mitsubishi desenvolveu seu próprio deslocamento variável na forma de MD (deslocamento modulado), que provou que a tecnologia, usada pela primeira vez no motor 1.4 L 4G12 de quatro cilindros em linha da Mitsubishi , pode funcionar com sucesso. Como o sistema da Cadillac provou ser um fracasso e um motor de quatro cilindros foi usado, a Mitsubishi considerou o seu próprio um primeiro no mundo. A tecnologia foi usada mais tarde nos motores V6 da Mitsubishi.

O sistema funcionava desativando as válvulas dos cilindros 1 e 4 em velocidades abaixo de 70 km / h (43,5 mph), em marcha lenta e durante a desaceleração. Os números de consumo de combustível foram geralmente cerca de 20 por cento melhorados em relação ao motor 4G12 regular. Fontes da época, no entanto, reclamaram sobre o motor funcionando de forma muito rude no modo de dois cilindros, apesar dos suportes especiais do motor com amortecimento hidráulico. Outros esforços feitos para minimizar as vibrações e aspereza incluíram uma seção de tubo de escape flexível, sem operar o sistema até que a temperatura do líquido refrigerante atingisse 70 ° C, e um volante 70 por cento mais pesado. O esforço da Mitsubishi continuou a durar pouco, principalmente por causa da falta de resposta dos compradores de automóveis.

Em 1993, um ano após a Mitsubishi desenvolver sua própria tecnologia de temporização de válvula variável , a variante MIVEC -MD foi introduzida. A tecnologia MD revivida estava agora em sua segunda geração, com controles eletrônicos do motor aprimorados, permitindo que a troca de 4 para 2 cilindros fosse feita de forma quase imperceptível. No modo MD, o motor MIVEC utiliza apenas dois de seus quatro cilindros, o que reduz significativamente a energia desperdiçada devido às perdas de bombeamento. Além disso, a perda de potência devido ao atrito do motor também é reduzida. Dependendo das condições, o sistema MIVEC-MD pode reduzir o consumo de combustível em 10–20 por cento; embora parte desse ganho seja do sistema de temporização da válvula variável, não do recurso de deslocamento variável. O deslocamento modulado foi abandonado por volta de 1996.

Sistemas de pós-venda

Várias empresas desenvolveram sistemas de desativação de cilindros pós-venda, com vários graus de sucesso. A avaliação da EPA de 1979 do Automotive Cylinder Deactivation System (ACDS), que permitia que os motores de oito cilindros funcionassem com quatro cilindros, descobriu que as emissões de monóxido de carbono e óxido de nitrogênio aumentaram além dos limites legais dos padrões de emissão então em vigor. Embora a economia de combustível tenha aumentado, a aceleração foi seriamente comprometida e a perda de vácuo do motor levou a uma perda perigosa da assistência de frenagem quando o sistema estava no modo de quatro cilindros. Além desses problemas, enquanto a empresa propôs um sistema controlado hidraulicamente que poderia ser trocado de dentro do carro, a versão implementada teve que ser trocada manualmente no compartimento do motor usando ferramentas manuais.

Presente

Atualmente, existem dois tipos principais de mecanizações de desativação de cilindros usados ​​hoje, dependendo do tipo de valvetrain do motor. O primeiro é para designs de haste que usam solenóides para alterar a pressão do óleo fornecida para travar os pinos nos elevadores. Com o pino de travamento fora do lugar, os elevadores são colapsados ​​e incapazes de elevar suas hastes de comando sob os balancins da válvula, resultando em válvulas que permanecem fechadas quando o came empurra a peça em movimento perdido.

O segundo tipo é para motores de came suspenso e usa um par de balancins travados que são empregados para cada válvula. Um balancim segue o perfil do came, enquanto o outro aciona a válvula. Quando um cilindro é desativado, a pressão do óleo controlada por solenóide libera um pino de travamento entre os dois balancins. Enquanto um braço ainda segue o eixo de comando, o braço destravado permanece imóvel e não move a válvula. Com o controle do computador, a rápida desativação e reativação do cilindro ocorrem quase que instantaneamente.

Vários fabricantes automotivos possuem motores com desativação de cilindro na produção atual.

O Seat Cupra 1.4 turbo da Callum foi o primeiro veículo produzido em massa a ter o cilindro desligado.

A tecnologia de deslocamento variável Active Cylinder Control (ACC) da Daimler AG estreou em 2001 no 5.8 L V12 no CL600 e S600.

A Mercedes-Benz desenvolveu seu Multi-Displacement System V12 no final da década de 1990, que desliga todos os outros cilindros na ordem de disparo. Foi amplamente implantado em motores V8 pushrod começando com o 2004 DaimlerChrysler Hemi .

A partir de 2003, a Honda introduziu o Gerenciamento de Cilindro Variável nos motores da família J. O sistema da Honda funciona desativando bancos de cilindros, passando de 6 para 4 para 3 cilindros.

Em 2005, a GM introduziu seu sistema de desativação de cilindro Active Fuel Management (no bloco pequeno Geração IV ) que, semelhante ao MDS da Chrysler, desligou metade dos cilindros. Em 2018, a GM introduziu um sistema aprimorado chamado Gerenciamento Dinâmico de Combustível que desliga qualquer número de cilindros, em uma variedade de combinações, dependendo das necessidades imediatas. O sistema é baseado em Dynamic Skip Fire, uma tecnologia desenvolvida pela empresa californiana Tula Technology e o motor 6.2L que o incorpora foi nomeado um dos 10 melhores motores da Ward para 2019.

Em 2012, a Volkswagen introduziu a Active Cylinder Technology (ACT), o primeiro fabricante a fazê-lo em motores de quatro cilindros.

Em novembro de 2016, a Ford anunciou seu motor compacto Ecoboost de três cilindros com desativação em um dos cilindros. Este é o menor motor até agora a ser desativado e permitirá que os benefícios sejam aplicados em carros pequenos.

Em novembro de 2017, a Mazda anunciou a desativação do cilindro padrão em todos os modelos 2018 CX-5 e a disponibilidade nos modelos Mazda6 .

No ano modelo 2019, cerca de 13% dos veículos leves vendidos nos Estados Unidos usavam a desativação do cilindro, predominantemente usada pela Mazda (54%), GM (47%), Honda (21%) e FCA (19% )

Tecnologias relacionadas

Taxa de compressão variável . O mais conhecido desses sistemas era o motor experimental Saab Variable Compression , que usava um bloco articulado para mover os pistões para mais perto ou mais longe da cabeça, mudando assim o tamanho das câmaras de combustão. Outros sistemas experimentais incluem o motor Hefley, que usa uma corrida de manivela deslizante em um eixo excêntrico, e o motor de desativação de pistão Scalzo, que usa uma articulação de quatro barras e tem a distinção de ser capaz de parar completamente os pistões individuais. Atualmente não há veículos de produção que usam qualquer um desses designs.

Além disso, a série de motores Northstar da Cadillac apresentava um modo à prova de falhas "casa manca". Se o motor perdesse líquido de arrefecimento, o controlador do motor cortaria o combustível e a faísca na metade dos cilindros. Com a operação da válvula deixada inalterada, os cilindros não combustíveis resfriariam o motor com ar, permitindo que ele dirigisse por até 160 quilômetros sem refrigerante.

Tecnologias de deslocamento variável

Veja também

Referências