¿Por qué motores más pequeños en vehículos más nuevos?

He estado buscando algunos autos en Internet y he observado que los autos más nuevos tienen motores más pequeños.

Por ejemplo, he encontrado un Ford Focus 1.6 diesel, o incluso un Mercedes A Klass 2015 diesel que tiene un motor 1.6, que parecen ser buenos.

¿Podrías explicar por qué?

Los motores más pequeños brindan innumerables beneficios en comparación con los motores enormes. Principalmente es la eficiencia del combustible que también se traduce en emisiones. Cuanto menos combustible quemes, menos cantidad de gases serán expulsados ​​del motor. No solo eso, sino que el peso es algo a considerar también. El espacio en el compartimento del motor para más accesorios también es algo que los ingenieros también disfrutan.

Ya no necesita enormes motores de 8 cilindros en los automóviles normales porque la ingeniería ha llegado a un punto en el que un 1.4L puede empujar un automóvil enorme. Se trata del diseño del motor. No obtendrá el torque que obtendría de 6 u 8 cilindros, pero para un conductor diario que lo lleva del punto A al punto B; Eso es todo lo que realmente necesitas. Además, con la implementación cada vez mayor de la inducción forzada (turbos y sobrealimentadores) volviéndose normal, la potencia y el par se logran más fácilmente en motores mucho más pequeños. He visto poco 2.0L que expulsan las existencias de 275HP de la fábrica, lo que sería casi imposible si no se hubiera utilizado un turbo.

Principalmente, aunque tiene que ver con el consumo de combustible y las emisiones. Como nota al margen, tampoco me importa; Es mucho más fácil para los técnicos trabajar.

Como dice cloudnyn3, se trata de mejoras en el diseño del motor: un 1.4 moderno puede producir tanta potencia como un 2.0 de hace 20 años, pero con un consumo de combustible y emisiones mucho mejores, además de ser más pequeño y liviano, lo que ayuda de nuevo. más espacio en el automóvil para otras cosas, y la mejor economía de combustible significa que puede colocar un tanque de combustible más pequeño sin perder alcance, nuevamente ganando espacio.

Ha habido una tendencia con el desarrollo de motores de combustión interna (ICE) desde su creación para hacerlos más pequeños, más ligeros, más baratos, más potentes y más eficientes desde que se inventaron.

Los primeros ICE eran extremadamente grandes, pero producían muy poca energía en comparación con los motores modernos. Los primeros automóviles tuvieron que ser extremadamente grandes y lo suficientemente robustos como para albergar estos motores. En los primeros días, los automóviles también eran muy caros, y la persona promedio no habría podido pagarlos.

En octubre de 1913, Louis Coatalen, ingeniero jefe de la Sunbeam Motor Car Company, ingresó a un automóvil con motor V12 en las carreras de handicap cortas y largas de Brooklands. El motor desplazó 9 L (550 pies cúbicos), con diámetro y carrera de 80 x 150 mm. Un cárter de aluminio llevaba dos bloques de tres cilindros a cada lado, con un ángulo incluido de 60 grados. Los cilindros eran de hierro, con culatas integrales con cámaras de combustión en forma de L. Las válvulas de entrada y escape fueron operadas por un árbol de levas central en V. La holgura de la válvula se ajustó moliendo las partes relevantes, el motor carecía de cualquier medio fácil de ajuste. Esto apuntó al objetivo final de Coatalen de usar el nuevo V12 como motor aerodinámico, donde se debía evitar cualquier método de ajuste que pudiera salir mal en vuelo. Como se construyó inicialmente, el V12 tenía una potencia de 200 CV (150 kW) a 2.400 rpm, con un peso aproximado de 750 libras (340 kg). El motor alimentó el automóvil (llamado 'Toodles V' (por el nombre de mascota de la esposa de Coatalen, Olive) en varios registros en 1913 y 1914.

https://en.wikipedia.org/wiki/V12_engine#Motor_car_engines

El motor 'Toodles V' era mucho más grande y pesado que un motor moderno, pero a pesar de eso, solo producía tanta potencia como un motor moderno comparativamente pequeño. Los primeros ingenieros simplemente carecían de la capacidad de hacer que los motores fueran más pequeños y livianos en ese momento.

Henry Ford ayudó a cambiar esto drásticamente. Introdujo un motor de 4 cilindros muy ligero y pequeño para el Modelo T. Su motor solo producía alrededor de 20 caballos de fuerza, pero eso era suficiente para la persona promedio. Todavía había motores grandes y potentes producidos para los entusiastas del automóvil, pero sí creó un mercado para un automóvil asequible.

Durante las siguientes décadas, los diseños de motores mejoraron constantemente, lo que llevó a la era de los muscle car. Las carreras de autos se hicieron mucho más populares y convencionales, y las compañías automotrices compitieron entre sí para producir motores más potentes. Hay un viejo adagio que dice algo así como "Gana el domingo, vende el lunes". En este momento, los fabricantes tenían muy pocas regulaciones sobre los tipos de automóviles que podían producir. Los autos eran básicamente trampas de muerte, y los fabricantes lo sabían, y decidieron no hacer nada. Muchos de ellos carecían de características básicas de seguridad, como los cinturones de seguridad. También había muy poca consideración por la economía de combustible. El gas era barato, y no había regulaciones sobre emisiones, y la eficiencia del combustible como la hay hoy.

A principios de la década de 1960, el gobierno buscó limitar las emisiones de los automóviles. Esto condujo a la creación de la EPA en 1970. La escasez de gas en 1973, y el posterior aumento del costo del gas también fueron factores determinantes que marcaron el final de la era de los muscle cars que comenzó con el año modelo 1974.

Por primera vez, los fabricantes tuvieron el mandato de cumplir con las estrictas pautas creadas por el gobierno de los EE. UU. Para el ahorro de combustible y las emisiones. El problema era que los fabricantes no tenían idea de cómo cumplir con las nuevas regulaciones estrictas y no se les daba mucho tiempo para cumplirlas. Estas nuevas reglas de emisiones obligaron a los fabricantes a agregar dispositivos de control de emisiones como convertidores catalíticos, lo que redujo el flujo de gases de escape. Las regulaciones de la EPA también eliminaron el aditivo de plomo de la gasolina en 1973, lo que obligó a cambiar los diseños de los motores para que puedan manejar la gasolina sin plomo.

A mediados de la década de 1970, se fabricaron muchos automóviles que tenían grandes motores de 8 cilindros que solo producían alrededor de 100 caballos de fuerza. El Corvette de 1971 se ofreció con un motor que tenía 425 hp, y en 1975 solo tenía 205 hp. El modelo base de 1975 era aún peor, ya que solo tenía 165 hp, que es casi el mismo poder que tiene una minivan familiar hoy. Esto llevó a una gran protesta pública, y los fabricantes de automóviles intentaron en vano hacer mejoras, pero las mejoras llegaron muy lentamente. No fue hasta finales de la década de 1990 cuando Corvettes tuvo números de rendimiento similares a sus predecesores de muscle car.

Alrededor de este tiempo, los autos pequeños y eficientes de Japón se estaban introduciendo en los mercados estadounidenses, y fueron bien recibidos. Esto eventualmente condujo a la pérdida de dominio para los fabricantes de automóviles estadounidenses en los Estados Unidos. Las compañías estadounidenses se vieron obligadas a ingresar al mercado de autos compactos porque estaban perdiendo ventas debido a las importaciones. Antes de eso, se vendían muy pocos automóviles extranjeros en los Estados Unidos. Muchas de esas ventas fueron para autos deportivos europeos pequeños como Triumph, Alfa Romeo, MGB, Austin-Healey, Jaguar, Porsche, Mercedes-Benz, Lotus, etc.

Con el tiempo, tecnologías como la inyección electrónica de combustible y la carga turbo condujeron a mejoras significativas en la eficiencia y la potencia. Muchos motores modernos pueden entregar una gran cantidad de caballos de fuerza, pero aún así beben combustible. Estos nuevos diseños son tan eficientes que ya no es necesario tener un motor grande en la mayoría de los automóviles.

Los fabricantes de automóviles todavía están siendo presionados para producir vehículos aún más eficientes en combustible. También hay regulaciones que limitan el consumo promedio de combustible en toda su flota. Básicamente, se ven obligados a producir automóviles eléctricos o híbridos para que el MPG promedio llegue al estándar. Todavía hay autos con grandes V8 y V10, pero la razón por la que se producen menos es debido a las estrictas regulaciones.

Esto se reduce a la eficiencia.

No hace mucho tiempo, los autos eran más grandes y pesados ​​en general. La EPA y otras organizaciones gubernamentales en países que producen automóviles exigieron una mayor eficiencia de combustible. Esto impulsó la I + D en dos áreas:

• Hacer que los vehículos pesen menos, por lo que el motor necesita menos energía para mover el automóvil.
• La fabricación de motores produce más potencia con menos combustible utilizado.

El primer elemento está fuera de tema para esta pregunta, pero los vehículos se han vuelto más ligeros por varias razones. La física básica es que, independientemente del tren motriz, un vehículo con cierta masa requiere una cantidad mínima de energía para moverse. Baje esa masa, necesita menos energía (léase: combustible).

Los motores se han vuelto mucho más eficientes en cuanto a potencia y combustible en los últimos años. Pongamos algunos números concretos en esto con algunos ejemplos. Elegiré un camión con el que estoy familiarizado y que haya investigado anteriormente.

Un Chevy Silverado de tercera generación (2014+) viene con dos opciones principales de motor:

• 4.3L V6 - 285HP
• 5.3L V8 - 355HP

Si regresa unos años a la segunda generación de Silverado (2007-2013), hay algunas opciones más a lo largo de los años, pero estos son algunos de los motores más ampliamente producidos:

• 4.3L V6 - 195HP
• 4.8L V8 - 295-302HP
• 5.3L V8 - 315HP

Esa es una sola generación / iteración del vehículo, y la potencia es bastante diferente. El V6 más nuevo produce casi tanto HP como el V8 anterior, apagado por 10HP. Produce 90 CV más que el V6 anterior con el mismo desplazamiento .

GM puso su motor LFX en bastantes vehículos en los años modelo 2015 y 2016. Su potencia varía según el vehículo en el que se encuentre (hay más en un motor que el bloque de metal, hay muchas partes que impactan la potencia). En general, varían entre 301 y 323 HP. ¡Este 3.6L V6 tiene más potencia que el V8 de la generación anterior mencionado anteriormente! De hecho, el motor 3.6L LFX tiene 15-35 HP más que el 4.3L de generación actual en el Silverado (pero menos torque).

Sin hacer esta respuesta demasiado larga, encontrará resultados muy similares si mira a otros fabricantes y motores (I4 v V6). En general, existe una enorme cantidad de presión para mejorar la eficiencia del motor.

Los motores modernos básicamente tienen dos cilindros adicionales en comparación con los motores producidos hace solo diez años. Un desplazamiento más pequeño generalmente significa una mayor eficiencia de combustible, y los diseños modernos también producen más potencia.

Los automóviles más nuevos tienen motores más pequeños porque ese nuevo motor I4 puede producir tanta potencia como el V6 de la última generación de automóviles, y consume menos combustible. Esto satisface a la EPA, así como a los conductores que gastan menos en combustible y aún así tienen mucha potencia cuando es necesario.

^{(Nota: omití algunas de las opciones de motor anteriores que no son muy comunes y realmente no agregan mucho a la discusión. Sí, sé que GM ofrece un V8 6.2L, pero muy pocos Silverados lo tienen y no ayuda responde la pregunta)}

Debido a que un motor de combustión interna impulsado por pistón es una fuente de energía no continua que solo produce energía cuando el combustible en el cilindro "explota", hay dos formas básicas para obtener más potencia de un motor: 1) hacer que gire más rápido, dando más golpes por unidad de tiempo, o 2) mantenga el giro más lento, pero agregue más cilindros para obtener más golpes por unidad de tiempo.

(Sí, puede agregar sobrealimentadores o turbocompresores o algún otro sistema para empacar más combustible y aire en el cilindro, y puede empacar múltiples conjuntos de puntos en el distribuidor y rotar el distribuidor más lentamente, pero ignoremos esas cosas en este momento, solo por el valor del argumento :-).

Back In The Day (tm) la mayoría de los motores de gasolina usaban el sistema de encendido de puntos y rotor, donde un interruptor mecánico accionado por resorte (los "puntos") se abría y se cerraba mediante una leva en el eje del distribuidor, generando una chispa que era encaminado al cilindro apropiado por el rotor y los cables entre el distribuidor y las bujías. El interruptor mecánico generó una chispa al interrumpir el flujo de corriente eléctrica a través de la bobina cuando se abrió el interruptor; la corriente que fluye a través de la bobina provocó la formación de un campo magnético, y la interrupción del flujo de corriente provocó el colapso del campo magnético, lo que provocó una corriente inducida en la barra de hierro en el medio de la bobina que estaba conectada al polo central en el distribuidor.

Debido a que los puntos son un interruptor mecánico accionado por resorte, tienen un límite de la rapidez con la que pueden reaccionar. En general (y estoy siendo muygeneral aquí) los motores que usan un sistema de encendido con puntos en ellos no funcionarían de manera confiable a velocidades superiores a 2500 RPM porque los puntos "flotarían" en la posición abierta, y debido a que los puntos no se cerraron, ninguna corriente podría fluir a través de la bobina hacia configure el campo magnético que colapsaría cuando los puntos se abrieran para generar la chispa de ignición. Sí, podría usar un resorte más fuerte en los puntos, pero esto causó problemas no deseados como un desgaste excesivo en el distribuidor. Entonces, con un límite superior absoluto (ish) en RPM, la única forma de obtener más potencia de un motor era agregarle más cilindros para obtener más golpes del motor para cada rotación. Un motor de cuatro cilindros te da dos golpes por rotación; seis cilindros, tres golpes; ocho cilindros, cuatro golpes. Los enormes motores de los aviones con hasta 22 cilindros dieron incluso más golpes por rotación. Entonces, más cilindros, más potencia.

Ingrese al mundo del encendido electrónico, que ahora es estándar en casi todos los motores de gasolina del mundo. Este sistema elimina el interruptor mecánico, reemplazándolo por un dispositivo completamente electrónico sin tiempo de "reinicio", lo que permite que los motores funcionen mucho más rápido. Hoy en día, es común hacer funcionar motores de cuatro cilindros por encima de 3000 RPM a velocidades de autopista: el pequeño cuatro golpes en mi Ford Fiesta gira a alrededor de 3200 RPM a 65 MPH. Al mismo tiempo, los fabricantes han realizado mejoras incrementales en el diseño del motor que contribuyen a una mayor potencia por unidad de desplazamiento. Pero IMO, el mayor contribuyente a la mayor potencia de los motores más pequeños ha sido el encendido electrónico, que permite que un motor pequeño funcione a RPM más altas.

YMMV :-)

Diferentes respuestas tocan diferentes partes de la respuesta general. La respuesta raíz que está buscando es la densidad de potencia: cuántos caballos de fuerza (kW, lo que sea) por pulgada cúbica (o litro) de desplazamiento.

¿Cuánta potencia se necesita para empujar este vehículo de una manera deseable? Una fracción significativa del peso de un vehículo es el motor, por lo que un motor más pequeño y liviano significará menos peso para empujar. Y menos masa = menos gas. Es por eso que la actual línea F-150 de Ford usa un cuerpo de aluminio, en lugar de uno de acero. Es más ligero y requiere menos potencia para moverlo.

Como señala @Bob Jarvis, el encendido electrónico, a diferencia del antiguo sistema de puntos / bobina / distribuidor, proporciona la capacidad de ejecutar altas revoluciones y mantener el tiempo de encendido. De hecho, proporciona una sincronización más precisa en todo el rango. Y una sincronización más precisa da como resultado una mayor densidad de potencia.

La inyección de combustible proporciona una mezcla de combustible mucho más precisa. Con esto, y una sincronización más precisa, puede utilizar relaciones de compresión más altas (8: 1 para el Omni con carburador 1981 que conduje cuando era adolescente, 9.5: 1 para el Dakota del 1998 con inyección de combustible que manejé más recientemente; usando el mismo barato sin plomo gasolina). Las relaciones de compresión más altas permiten una mayor densidad de potencia, así como una mayor eficiencia térmica.

La inyección directa de gasolina puede aumentar aún más la relación de compresión que puede usar. La gasolina se inyecta directamente en el cilindro, enfriando solo el aire en el cilindro. El puerto de inyección rocía en el múltiple de admisión, enfriando las válvulas de admisión y el múltiple en el proceso. El aire más frío puede manejar más compresión antes de que comience a causar autoencendido (golpe).

Los turbos y los sobrealimentadores le permiten exprimir un mayor volumen de aire (y combustible) en un desplazamiento dado, permitiendo que su motor funcione como si tuviera mucho más desplazamiento. Quemará más combustible al hacerlo. Esto proporciona potencia "a pedido". Puede impulsar su densidad de energía "a pedido" realmente alta; lo suficientemente alto como para que no se necesiten más cilindros o desplazamiento para lograr un nivel deseable de potencia. No querrás correr a esa velocidad todo el tiempo, pero está ahí cuando lo necesitas.

La sincronización variable de la válvula le permite realizar el ciclo Atkinson / Miller en lugar del ciclo Otto simple. Esto no ayuda tanto a su densidad de potencia, ya que divide aún más su densidad de potencia "base" de su densidad de potencia "bajo demanda". Si no exige energía con tanta frecuencia, esto aumentará aún más su economía de combustible. Pero puede volver al ciclo Otto completo, volviendo a su configuración de potencia máxima "a pedido" cuando sea necesario.

El resultado final es que todos estos pequeños trucos pueden exprimir más potencia de cada pulgada cúbica (litro) de desplazamiento. Y le brinda un mayor rango de configuraciones de potencia, con configuraciones de potencia más bajas que proporcionan un consumo de combustible significativamente menor (y emisiones significativamente más bajas) por milla (o km, si lo prefiere).

La línea de motores Ecoboost de Ford utiliza todo lo anterior. Como resultado, están reemplazando rápidamente los V8 con V6 y los V6 con I4. @Gusdor menciona un motor de 1 litro en su Fiesta; Estoy bastante seguro de que es un motor Ecoboost de 3 cilindros. Si los motores resultantes son o no tan confiables, a largo plazo, es una pregunta abierta. Los turbos, particularmente en motores de gasolina (gasolina) de altas revoluciones, solían no ser tan confiables en el pasado. Esos motores son lo suficientemente nuevos como para que aún no haya mucha información a largo plazo sobre ellos. Es posible que hayan superado los problemas. Demasiado pronto para contarlo.

Hace unos años, lo que más entusiasmó fueron los muscle cars. La aceleración rápida, los motores ruidosos y la potencia fueron todo el estilo. Sin embargo, a lo largo de los años, la EPA y otras agencias han estado presionando para reducir las emisiones (salvar el medio ambiente). En consecuencia, los fabricantes de automóviles han comenzado a construir automóviles con el objetivo de tener un mínimo de monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno e hidrocarburos. Evidentemente, cuanto más pequeño es el motor, menos emisiones.

Además, la moda de los muscle cars ha dado lugar, en gran medida, al modo de vehículos de lujo, que pueden diseñarse con motores más pequeños pero con más características. Entonces los clientes están contentos, los fabricantes están contentos, la EPA está ~ contenta y, como dijo cloudnyn3, los mecánicos también están contentos.

En realidad, puede darse el caso de que esta tendencia se revierta. Los motores pequeños deben funcionar a aceleración máxima (WOT) para producir cualquier cantidad útil de potencia, y el enriquecimiento de WOT reducirá la eficiencia del combustible, algo que no se mide por los ciclos de conducción poco realistas actuales. Técnicas como la inyección directa de gasolina significa que se producen partículas, y un filtro de partículas cuesta mucho (pero el cáncer de pulmón cuesta más para los afectados). Un turbocompresor es un componente frágil y puede ser una carga general durante toda la vida útil de un automóvil, incluidos sus últimos años. Además, las mejoras en los ciclos de operación del motor (ciclo Atkinson) significan que la eficiencia volumétrica en realidad puede disminuir, aunque aumentará la eficiencia energética. El ciclo de Atkinson se usó originalmente en híbridos,

Por ejemplo, considere mi Opel Vectra 1989. Motor C20NE de 2.0 litros y 115 CV. Ahora considere el equivalente moderno: un Toyota Prius. Motor 2ZR-FXE de 1.8 litros con una potencia de 98 hp, aunque el impulso eléctrico produce algunas cantidades adicionales de potencia, por lo que, en general, esos autos son casi igual de potentes y aceleran casi igual de rápido. De 2.0 litros a 1.8 litros no es un gran cambio.

Sí, hubo una tendencia a reducir el tamaño y a la sobrealimentación, pero la tendencia parece estar revirtiéndose. Por ejemplo, Toyota Yaris, que solía tener un motor de 1.33 litros con aspiración natural, se está moviendo a un motor de 1.5 litros en su configuración no híbrida en el mercado europeo; el híbrido siempre usaba un motor de 1.5 litros (ligeramente diferente del motor no híbrido de 1.5 litros). También entiendo que el motor de 1.5 litros se ofreció en el mercado norteamericano todo el tiempo.

Por lo tanto, no llegue a una conclusión final antes de que los autos eléctricos eventualmente reemplacen los autos que funcionan con combustible líquido. Puede darse el caso de que los últimos autos con motor de combustible líquido que funcionan con dinosaurios muertos (*) usen motores de ciclo Atkinson sin turbocompresor, lo que significa que el tamaño del motor es casi el mismo que solía ser en los autos viejos.

¿Yo? Pasé de 2.0 litros (Opel Vectra 1989) a 1.33 litros (Toyota Yaris 2011) a 2.5 litros (híbrido Toyota RAV4 2016), aunque al mismo tiempo me moví ligeramente hacia arriba considerando el tamaño, precio, peso y rendimiento del automóvil.

(*): Sí, sé que el petróleo en realidad no proviene de dinosaurios muertos ...