hace tiempo lei algo de informacion sobre los motores diesel,en concreto los TDI ya que lelvo tiempo leyendo por el foro que si este "tira mas" que el otro,que si TDI o HDI pues bueno espero aportar algo de luz al asunto
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La explicación de porque el motor 1.9TDI puede dar más potencia con los mismos materiales está en la concepción de las medidas del propio motor.Donde el grupo VAG fue una pionera y fue contracorriente(luego lo explico,primero la física).
1º/SUPONDREMOS IGUALDAD DE MATERIALES EN CUALQUIER MOTOR.es decir ,el bloque es del mismo tipo de fundición,las bielas el mismo tipo de forjado,la culata la misma aleación...y esto no esta muy lejos de la realidad,ya que la tecnología sólo es competitiva a nivel de costes en una gama no muy amplia.
2º/ASUMIMOS QUE EL LÍMITE DE POTENCIA QUE SE LE PUEDE SACAR A UN MOTOR DEPENDE DE LA RESISTENCIA DE SUS MATERIALES.El límite viene dado por los ensayos de fatiga,que evidentemente depende del material (que es el mismo en todos los motores),de la intensidad de la carga alternante y del número de ciclos.
Entramos ahora con el 1,9TDI,¿qué es lo que tuvo en su época y aún tiene que marcará las tendencias y el camino?.
1º/SU CARRERA,ES UN 10%(aprox) más larga que la competencia(cuando salió).¿En que se traduce esto?.
Pues el par es fuerza por distancia , donde la distancia es la carrera del motor multiplicada por seno del ángulo girado desde el PMS,lo que se traduce que a igualdad de fuerza sobre la biela ese motor producirá un 10% más de par aproximadamente.
Pero al aumentar la carrera,hay que disminuir el diámetro,y por lo tanto con la misma fuerza de explosión se tendrá la misma presión que antes y por lo tanto la fuerza del gas será menor,ya que la fuerza sobre el pistón será,la presión del gas multiplicada por el área útil del pistón.
¿Pero no estamos hablando de un motor turbo?,no tenemos toda la presión que queremos para llenar la cámara y recuperar con creces la fuerza perdida al disminuir el área del pistón.
Hoy en día el límite dinámico de un motor,es decir cargas que puede soportar son dos:
LA FUERZA DE INERCIA QUE A PARTIR DE LAS 5000-6000RPM(según la carrera y peso de las masas alternantes) ES MAYOR QUE LA DEL GAS(explosión)en un motor atmosférico,y por lo tanto es el límite de carga sobre la muñequilla,y se produce más veces frente a una sola del gas,por esta razón en los motores de gasolina de altas prestaciones hay que hablar de carrera corta,hasta el punto de que en un F1 ultimamente ya en vez de potencia se habla de revoluciones que pueden alcanzar(sinónimo de carga alternante que pueden resistir a fatiga para el número de ciclos previsto y por lo tanto de potencia).
PERO ES QUE LAS RPM DE UN GASOLINA NO SE ENCUENTRAN LIMITADAS POR EL PROCESO DE COMBUSTIÓN COMO EN EL CASO DEL DIESEL,por eso es una tontería tener que hablar de carrera corta pues esta limitación no existe en las diesel,en un gasolina se representa en el corte y hasta hace poco los valores usuales eran de 21m/s para los materiales habitualmente usados (supuesta contante la velocidad del pistón).
2º/EL OTRO LÍMITE DINÁMICO ES LA FUERZA SOBRE LAS MUÑEQUILLAS,Y AQUÍ SI QUE SE ENCUENTRA EL LÍMITE DINÁMICO DEL DIESEL.Y su límite esta en el par por biela en función de su carrera.Aquí voy a dar ejemplos:
Un Saab 9,5 Aero tiene 10,5m.Kg por biela con una carrera de 90mm. Un Bentley continental R anda por los 11mkg y un Porche turbo anda por los 9,5m·kg a 2700rpm para 76,4 de carrera.Y que significa esto?pues que si las muñequillas del TDI soportaran la misma fuerza y fueran material que el Porche turbo se le podrían dar 180cv a 2700rpm,y a 4000rpm ya sería 265cv(250cv si se exprime como el Saab9,5),y no soportaría fuerzas mayores sobre su bancada,claro que si la cosa va firmada por Saab,es distinto de si lo firma Audi para algunos¿No?,sobran comentarios.
Pero vamos a centrarnos en los diesel,prueba de que el límite no son las rpm fué que cuando empezaron a llegar los Td ,por ejemplo el de PSA,a pesar de ser un buen motor,si rompía lo hacia a traves del asiento de una biela. Y en este tipo de rotura,que es la mayor causa de rotura dinámica en un diesel,el VAG 1.9TDI lleva ventaja al disponer de una carrera más larga y poder generar el mismo par con menos fuerza sobre las bielas.Por eso cuendo se sube la presión para recuperar parte de la fuerza del gas perdida al reducir el área del pistón,cosa que se hace facilmente por ser un motor turbo,este motor esta en ventaja de ofrecer más cv con la misma fuerza sobre la muñequilla que es lo que limita a los diesel.De esta forma se puede decir que motor de 1.9TDI puede estar dando 150cv con la misma fuerza sobre las muñequillas que el BMW320 da 140cv.
Nota:No voy a entrar en la calidad del aceite empleado ni en el sistema de lubricación,que lo suponemos suficiente para no sucumbir en ninguno de los dos casos ante estas cargas,aunque el desarrollo del sistema de lubricación es largo y tedioso y se hace poco a poco a base de ensallos de fiabilidad,ya que a la hora de la verdad nadie se arriesga,sin ir probando las posibilidades del motor con su sistema de lubricación de forma escalonada.Ya que la fuerza que se puede ejercer sobre las muñequillas,esta directamente relacionada con la potencia que el sistema de lubricación pueda disipar,y aunque en un diesel no es tan importante como en un gasolina de altas rpm,si que hay que tener en cuenta que el sistema de lubricación debe estas preparado para disipar toda las perdidas por rozamiento,en las muñequillas especialmente sin que se alcance la temperatura de flash.
---------------------------------------- Cambiando de tercio,y viendo su superioridad dinámica.
Nos encontramos que no todo son ventajas,ya que la mayor carrera repercute,sobre el mayor rozamiento,fuerzas de inercia, volante... Pero una vez que se a asumido que hay que darle mayor presión para recuperar lo perdido en el área del pistón.¿Sería recomendable una culata de 4 valvulas?,pues no,porque las dos valvulas permiten respirar el un motor perfectamente hasta las rpm que alcanza un diesel.Las cuatro válvulas crean un mejor llenado de la camara,pero no mejor que lo hace un turbo de geometría variable,je,je.Es verdad que el uso de las cuatro valvulas genera unas turbulencias más uniformes en toda la camara,y el beneficio de las turbulencias es que se crean torbellinos,de forma que en el nucleo del torbellino la presión es mayor y tienen lugar el inicio de las reacciones radicalicas que por presión y temperatura dan lugar a la detonación.Pero es que la camara del TDI es pequeña,su diámetro el menor,y si quieres presión para eso ya esta el turbo,y la mayor presión de inyección que te permite hacer incluso preinyecciones para preparar la camara...y poder inyectar lo más tarde posible la cantidad de combustible,cargando el menor tiempo posible la bancada(y disminuyendo el calor generado sobre ella).De todas formas un buen diseño de la geometría de la cámara y de la cabeza del pistón no es menos importante,y puede ser más decisivo que el número de válvulas.
Y para que justificar el que no se necesitan las 4válvulas en la cámara,¿alguien a movido alguna vez un arbol de levas de un diesel con su fuertes muelles para aguantar las altas presiones en la camara?,pues imaginaros la potencia necesaria para moverlo a 4000rpm ,y esta potencia es necesaria ya sea cargas parciales como a plena carga,y es proporcinal a las rpm.En un ibiza a 90Km/h se necesitaran aprox. 15cv para moverlo,de los cuales se podría ahorrar casi un 10% si le quitamos ese arbol con lo que supone en perdidas en la transmisión por correa(menor,un fallo que tuvo el motor en sus inicios,fue este,escatimar en el sistema de mando de la distribución,creo que el 150cv ahra incluso es por cadena,con los beneficios que conlleva)) y el propio arbol,de hay que si se busca consumo mínimo no sea rentable el usar 4 válvulas por cilindro,y para potencia máxima tampoco es necesario frente a un turbo de geometría variable,donde el llenado a cualquier régimen de las 4000rpm de un diesel no le supone ningúnes esfuerzo.Y es la casa suministradora del turbo la que se le dan datos que se requieren para ese motor y ella tiene que ver si puede dar o no el producto que cumpla las especificaciones...y la responsabilidad caerá sobre el proveedor.Y no es achacable a la marca en si de forma directa, como fallo de diseño de la casa,sino del proveedor de turbos(muchas veces la colaraboración es conjunta).
Por otra parte el diseño de la culata y las tensiones térmicas que en ella se producen ser grandes,aunque se simplifica muchos con sólo dos válvulas,el toledo turbo proto que corría en el Dakar le sustituyeron la culata de 4v por una de 2v,para ganar fiabilidad).
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Cambiando de tercio nuevamente,y una vez asumida la ventaja dinámica y en distribución donde tambien saca ventaja tanto en cargas parciales(menos perdidas en rozamientos y distribución y por lo tanto menor consumo),como a plena carga(más presión de turbo,mayor presión de inyección y por lo tanto mayor potencia).
Vamos a ver que hay cosas que no se pueden subsanar tan facilmente,y sigue habiendo un costo por usar una carrera tan larga.La relación biela manivela debe estar entre tres y cinco aproximadamente,por lo que si se aumenta la carrera se debe aumentar la longitud de la biela convenientemente.Pero esto conlleva a motores especialmente altos,que no caben el en capó motor de todos los coches.Y dudo mucho que el motor de VAG sea 4-5cm más alto que el de la competencia,por lo que ello conlleva en perdida de materiales , peso , compacidad...Aunque a falta de datos exactos sobre las longitudes de la relación biela manivela,si se puede suponer que esta relación sera menor en un 10% a los otros motores de carrera más corta,¿y que desventajas trae esto?.
Pues que las fuerzas de sacudimiento en sus componentes armónicas de orden superior estan multiplicadas por esta la inversa de esta relación,es decir estan multiplicadas por la carrera y divididas por la longitud de la biela,así que vibrada algo más(ya he hablado mucho de esto en otros temas).
Por otra parte y muy impotante,la componente de la fuerza sobre el pistón sobre las paredes del bloque será mayor,por lo que la fueza de rozamiento del pistón sobre el bloque será mayor produciendo un mayor desgaste a la larga del conjunto bloque-pistón.Además del mayor ladeo por la mayor fuerza del pistón sobre el bloque,y la repercusión sobre los silenblocks que les mete en un dificil compromiso de aislar las vibraciones y contener el ladeo,cosa de las que no suelen salir airosos.
Tambien esta el mayor par para la caja...y muchos otros detalles asocidos a un motor de alta entreaga de par...pero esto ya no es el motor y mejor dejarlo aquí.
Y a que se debe todo esto,pues a una estrategia clara y nueva por parte de los directivos por tener claro lo que busca el cliente,cual es su muñeco y cuales son sus necesidades.
Mientras las otras marcas,se preocupaban de hacer su motores diesel lo más próximos a un gasolina,los de Vag tenían claro que el que renuncia aun gasolina en la gama baja,es por que le da prioridad a la relación consumo/prestaciones por lo que trataron de hacer un diesel de alto rendimiento sin prioridad de suavidad que lo asemejen al gasolina en la gama baja,para el que quiera un diesel suave,estan los diesel de más cilindros con carrera similar a la competencia y suavidad de marcha como el 2.5V6.
Esto además unido al desarrollo de nuevos silenblock e insonorizaciones que gozan los coches de hoy en día les ha hecho que este defecto casi no se perciba al volante respecto a los otros modelos de la competencia,y seguir conservando su superior rendimiento y posibilidad de potencia.Y creo que poco a poco las marcas generalistas iran renovando sus motores diesel por otros de menor relación diametro/carrera en la gama baja.
De todas formas para los que digan que la solución de acortar la relación biela/carrera es una cutrería que condiciona la duración y suavidad,y que no hay nada como BMW o Mercedes,les recuerdo que los M y especialmente para los AMG se obtienen a partir de aumentar la carrera a costa de disminuir la biela,especialmente en el V8 5.5AMG,con los mismos problemas de perdida de refinamiento y suavidad y duración en proporción al motor de partida del conjunto-bloque-piston que se puede derivar del 1.9 TDI de VAG respecto a su competenci
