Desplazamiento variable

La cilindrada variable es una tecnología automotriz que permite modificar la cilindrada , generalmente mediante la desactivación de cilindros , para optimizar el consumo de combustible . Esta tecnología se utiliza principalmente en motores multicilíndricos de gran tamaño. Muchos fabricantes de automóviles la adoptaron a partir de 2005, aunque el concepto ya existía desde hacía tiempo.

La desactivación de cilindros se utiliza para reducir el consumo de combustible y las emisiones de un motor de combustión interna durante el funcionamiento a baja carga. En la conducción típica a baja carga, el conductor utiliza solo alrededor del 30 por ciento de la potencia máxima del motor. En estas condiciones, la válvula de mariposa está casi cerrada y el motor necesita trabajar para aspirar aire. Esto provoca una ineficiencia conocida como pérdida por bombeo. Algunos motores de gran cilindrada necesitan ser estrangulados tanto a baja carga que la presión del cilindro en el punto muerto superior es aproximadamente la mitad que la de un pequeño motor de cuatro cilindros . Una baja presión en el cilindro resulta en una menor eficiencia de combustible . El uso de la desactivación de cilindros a baja carga significa que hay menos cilindros aspirando aire del colector de admisión , lo que aumenta su presión de fluido (aire). El funcionamiento sin desplazamiento variable es un desperdicio porque el combustible se bombea continuamente a cada cilindro y se quema incluso cuando no se requiere el máximo rendimiento. Al desactivar la mitad de los cilindros de un motor, la cantidad de combustible consumido es mucho menor. Al reducir las pérdidas por bombeo, lo que aumenta la presión en cada cilindro en funcionamiento, y disminuir la cantidad de combustible que se bombea a los cilindros, el consumo de combustible puede reducirse entre un 8 y un 25 por ciento en condiciones de carretera. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La desactivación de cilindros se logra manteniendo cerradas las válvulas de admisión y escape de un cilindro en particular. Al mantener cerradas estas válvulas, se crea un "resorte de aire" en la cámara de combustión : los gases de escape atrapados (provenientes de la combustión anterior) se comprimen durante la carrera ascendente del pistón y lo empujan hacia abajo durante su carrera descendente. La compresión y descompresión de los gases de escape atrapados tienen un efecto compensatorio; en general, prácticamente no hay carga adicional en el motor. En los sistemas de desactivación de cilindros más recientes, el sistema de gestión del motor también se utiliza para reducir el suministro de combustible a los cilindros desactivados. La transición entre el funcionamiento normal del motor y la desactivación de cilindros también se suaviza mediante cambios en el momento del encendido , la sincronización de las levas y la posición del acelerador (debido al control electrónico del acelerador ). En la mayoría de los casos, la desactivación de cilindros se aplica a motores de cilindrada relativamente grande que son particularmente ineficientes a baja carga. En el caso de un V12 , se pueden desactivar hasta seis cilindros. ^{[ 1 ]}

Dos problemas que deben superarse en todos los motores de cilindrada variable son la refrigeración desequilibrada y las vibraciones.

El predecesor tecnológico más antiguo del motor de cilindrada variable es el motor de encendido intermitente , desarrollado a finales del siglo XIX. Estos motores estacionarios monocilíndricos contaban con un regulador centrífugo que desconectaba el cilindro mientras el motor funcionara por encima de una velocidad determinada, normalmente manteniendo abierta la válvula de escape.

Cadillac L62 V8-6-4

Los primeros experimentos con motores multicilíndricos durante la Segunda Guerra Mundial ^{[ 3 ]} se repitieron en 1981 con el desafortunado motor L62 "V8-6-4" de Cadillac . La tecnología se convirtió en una característica estándar en todos los modelos Cadillac, excepto en el Seville , que tenía el motor diésel V-8 de 350 como motor base. Cadillac, en colaboración con Eaton Corporation , desarrolló el innovador sistema V-8-6-4, que utilizaba la primera unidad de control del motor de la industria para cambiar el motor de ocho a seis o cuatro cilindros según la potencia requerida. ^{[ 3 ]} El sistema original de desplazamiento variable desactivaba pares de cilindros opuestos, lo que permitía que el motor tuviera tres configuraciones y desplazamientos diferentes. Los automóviles contaban con un elaborado procedimiento de diagnóstico, que incluía la visualización de códigos de avería del motor en la pantalla del aire acondicionado. Sin embargo, el sistema era problemático, los clientes lo malinterpretaban y una serie de fallos impredecibles llevaron a que la tecnología se retirara rápidamente. ^{[ 3 ]}

Actualmente se utilizan dos tipos principales de mecanismos de desactivación de cilindros, según el tipo de tren de válvulas del motor. El primero, para los diseños con varillas de empuje , utiliza solenoides para modificar la presión del aceite que llega a los pasadores de bloqueo de los taqués. Si el pasador de bloqueo se sale de su posición, los taqués se colapsan y no pueden elevar las varillas de empuje correspondientes bajo los balancines, lo que provoca que las válvulas permanezcan cerradas cuando la leva empuja la parte que se encuentra en reposo.

El segundo tipo es para motores con árbol de levas en cabeza y utiliza un par de balancines bloqueados que se emplean para cada válvula. Un balancín sigue el perfil de la leva, mientras que el otro acciona la válvula. Cuando se desactiva un cilindro, la presión de aceite controlada por un solenoide libera un pasador de bloqueo entre los dos balancines. Mientras un balancín sigue el árbol de levas, el balancín desbloqueado permanece inmóvil y no mueve la válvula. ^{[ 14 ]} Con el control computarizado, la desactivación y reactivación rápidas de los cilindros ocurren casi instantáneamente. ^{[ 15 ]}

Varios fabricantes de automóviles tienen motores con desactivación de cilindros en producción actualmente.

La tecnología de control activo de cilindros (ACC) de Daimler AG, de cilindrada variable, debutó en 2001 en el motor V12 de 5,8 litros de los modelos CL600 y S600.

Mercedes-Benz desarrolló su sistema de desplazamiento variable V12 a finales de la década de 1990, que desactiva un cilindro sí y otro no en el orden de encendido. Se implementó ampliamente en los motores V8 de varillas de empuje a partir del DaimlerChrysler Hemi de 2004 .

A partir de 2003, Honda introdujo el sistema de gestión variable de cilindros en los motores de la familia J. El sistema de Honda funciona desactivando bancos de cilindros, alternando entre seis, cuatro y tres cilindros.

En 2005, GM introdujo su sistema de desactivación de cilindros Active Fuel Management (en el motor V8 de cuarta generación ) que, similar al MDS de Chrysler, desactivaba la mitad de los cilindros. En 2018, GM introdujo un sistema mejorado llamado Dynamic Fuel Management ^{[ 16 ]} que desactiva cualquier número de cilindros, en diversas combinaciones, según las necesidades inmediatas. El sistema se basa en Dynamic Skip Fire ^{[ 17 ],} una tecnología desarrollada por la empresa californiana Tula Technology ^{[ 18 ]} , y el motor de 6.2 L que lo incorpora fue nombrado uno de los 10 mejores motores de Ward para 2019.

En 2012, Volkswagen introdujo la tecnología Active Cylinder Technology (ACT), siendo el primer fabricante en hacerlo en motores de cuatro cilindros. ^{[ 19 ]}

En 2015, Alfa Romeo implementó la desactivación de bancos de cilindros en el motor V6 Quadrifoglio del Giulia y el Stelvio , lo que le permite funcionar como un motor de tres cilindros en línea bajo cargas ligeras. ^{[ 20 ]}

En noviembre de 2016, Ford anunció su motor Ecoboost compacto de tres cilindros con desactivación en uno de ellos. Este es el motor más pequeño hasta la fecha que utiliza la desactivación, y permitirá aplicar sus beneficios en automóviles pequeños. ^{[ 21 ]}

En noviembre de 2017, Mazda anunció la desactivación de cilindros de serie en todos los modelos CX-5 de 2018 y su disponibilidad en los modelos Mazda6 . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

A partir del año modelo 2020, alrededor del 15% de los vehículos ligeros vendidos en los Estados Unidos utilizaban desactivación de cilindros, predominantemente por Mazda (64%), GM (44%), Honda (24%) y FCA (23%). ^{[ 24 ]}

Relación de compresión variable . El sistema más conocido de este tipo fue el motor experimental Saab de compresión variable , que utilizaba un bloque articulado para acercar o alejar los pistones de la culata, modificando así el tamaño de las cámaras de combustión. Otros sistemas experimentales incluyen el motor Hefley, que utiliza una pista de cigüeñal deslizante en un eje excéntrico, ^{[ 25 ]} y el motor de desactivación de pistones Scalzo, que utiliza un mecanismo de cuatro barras y tiene la particularidad de poder detener pistones individuales por completo. ^{[ 26 ]} Actualmente no existen vehículos de producción que utilicen ninguno de estos diseños.

Además, algunos motores, como la serie Northstar de Cadillac y los motores Modular y Duratec de Ford, cuentan con un modo de seguridad que, en caso de sobrecalentamiento o pérdida de refrigerante, activa un sistema de control que corta el suministro de combustible y la chispa a la mitad de los cilindros. Al no alterarse el funcionamiento de las válvulas, los cilindros no combustibles enfrían el motor mediante aire. ^{[ 27 ]}

• Bentley presentó en 2015 una versión actualizada del motor de la Serie L con cilindrada variable.
• El sistema de desplazamiento múltiple (MDS) de DaimlerChrysler se utilizó en los modelos Chrysler.
• El sistema de control activo de cilindros (ACC) de DaimlerChrysler se utilizó en los modelos de Mercedes-Benz .
• General Motors V8-6-4 ( Cadillac )
• General Motors Cadillac Sixteen ( Cadillac )
• Gestión activa de combustible de General Motors
• Sistema de gestión variable de cilindros (VCM) de Honda
• Los motores Mazda Skyactiv -G 2.5 fabricados a partir de 2018 incorporan desactivación de cilindros.

• Motor sin árbol de levas
• Motor de compresión variable Saab
• Sistema de arranque y parada