Por que motores menores em veículos mais novos

Estive procurando alguns carros na internet e observei que os carros mais novos têm motores menores.

Por exemplo, eu encontrei um Ford Focus diesel 1.6, ou mesmo um diesel Mercedess A Klass 2015 tem um motor 1.6, que parece ser bom.

Você poderia explicar o porquê?

Motores menores oferecem uma infinidade de benefícios em comparação a motores enormes. Principalmente a eficiência de combustível, que também se traduz em emissões. Quanto menos combustível você queima, menor quantidade de gases expelidos do motor. Não apenas isso, mas o peso é algo a considerar também. O espaço no compartimento do motor para obter mais acessórios também é algo que os engenheiros também apreciam.

Você não precisa mais de grandes motores de 8 cilindros em carros comuns porque a engenharia chegou a um ponto em que um 1.4L pode empurrar um carro enorme. É tudo sobre design de motor. Você não obterá o torque que obteria de 6 ou 8 cilindros, mas para um motorista diário que o leva do ponto A ao ponto B; É tudo o que você realmente precisa. Além disso, com a crescente implementação da indução forçada (turbos e superalimentadores) se tornando normal, a potência e o torque são mais facilmente alcançados em motores muito menores. Eu vi pouco 2.0L que empurra o estoque de 275HP para fora da fábrica, o que seria quase impossível se um turbo não tivesse sido usado.

Principalmente, porém, tem a ver com o consumo de combustível e as emissões. Como observação, também não me importo; É muito mais fácil para os técnicos trabalharem.

Como o cloudnyn3 diz, trata-se de melhorias no projeto do motor - um 1.4 moderno pode produzir tanta potência quanto um 2.0 de 20 anos atrás, mas com muito mais consumo e emissões de combustível - além de ser menor e mais leve, o que ajuda novamente - você obtém mais espaço no carro para outras coisas, e a melhor economia de combustível significa que você pode instalar um tanque de combustível menor sem perder o alcance, ganhando espaço novamente.

Desde o início, houve uma tendência no desenvolvimento de motores de combustão interna (ICE) para torná-los menores, mais leves, mais baratos, mais poderosos e mais eficientes desde que foram inventados.

O ICE inicial era extremamente grande, mas produzia muito pouca energia quando comparado aos motores modernos. Os primeiros automóveis tiveram que ser extremamente grandes e robustos o suficiente para abrigar esses motores. Nos primeiros dias, os automóveis também eram muito caros e a pessoa comum não teria condições de comprá-los.

Em outubro de 1913, Louis Coatalen, engenheiro-chefe da Sunbeam Motor Car Company, entrou em um carro com motor V12 nas corridas de handicap de curta e longa duração de Brooklands. O motor deslocou 9 L (550 cu in), com furo e curso de 80 x 150 mm. Um cárter de alumínio carregava dois blocos de três cilindros cada um de cada lado, com um ângulo incluído de 60 graus. Os cilindros eram de ferro, com cabeças de cilindro integradas com câmaras de combustão em forma de L. As válvulas de admissão e escape foram operadas por uma árvore de cames central no V. A folga das válvulas foi ajustada moendo as peças relevantes, sem o mecanismo de ajuste fácil. Isso apontava para o objetivo final de Coatalen de usar o novo V12 como um motor aero, onde qualquer método de ajuste que pudesse dar errado no voo deveria ser evitado. Como construído inicialmente, o V12 foi avaliado em 200 cv (150 kW) a 2.400 rpm, pesando cerca de 750 libras (340 kg). O motor acionou o carro (chamado 'Toodles V' (para o nome de estimação da esposa de Coatalen, Olive), para vários recordes em 1913 e 1914.

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

O motor 'Toodles V' era muito maior e mais pesado que um motor moderno, mas, apesar disso, produzia tanta potência quanto um motor moderno comparativamente pequeno. Os primeiros engenheiros simplesmente não tinham a capacidade de tornar os motores menores e mais leves naquele momento.

Henry Ford ajudou a mudar isso drasticamente. Ele introduziu um motor leve e pequeno de 4 cilindros para o Modelo T. Seu motor produzia apenas cerca de 20 cavalos de potência, mas isso era suficiente para as pessoas comuns. Ainda havia motores grandes e potentes produzidos para os entusiastas de automóveis, mas isso criou um mercado para um carro acessível.

Nas décadas seguintes, os projetos de motores melhoraram constantemente, o que levou à era dos muscle cars. O automobilismo se tornou muito mais popular e popular, e as empresas de automóveis competiram entre si para produzir motores mais potentes. Há um velho ditado que diz algo como "Ganhe no domingo, venda na segunda-feira". No momento, os fabricantes tinham muito poucos regulamentos sobre os tipos de carros que podiam produzir. Os carros eram basicamente armadilhas mortais, e os fabricantes sabiam disso e optaram por não fazer nada. Muitos deles não possuíam recursos básicos de segurança, como cintos de segurança. Havia também muito pouca consideração pela economia de combustível. O gás era barato, e não havia regulamentos sobre emissões e eficiência de combustível, como existe hoje.

A partir do final da década de 1960, o governo procurou limitar as emissões de automóveis. Isso levou à criação da EPA em 1970. A escassez de gás em 1973 e o subsequente aumento do custo do gás também foram fatores determinantes que marcaram o fim da era dos muscle cars, começando com o modelo de 1974.

Pela primeira vez, os fabricantes foram obrigados a cumprir as rígidas diretrizes criadas pelo governo dos EUA para economia de combustível e emissões. O problema era que os fabricantes não tinham idéia de como cumprir os novos regulamentos rigorosos e não tinham muito tempo para cumpri-los. Essas novas regras de emissões forçaram os fabricantes a adicionar dispositivos de controle de emissões, como conversores catalíticos, que reduziram o fluxo de gases de escape. Os regulamentos da EPA também removeram o aditivo de chumbo da gasolina em 1973, o que obrigou os projetos de motores a mudar para que eles possam lidar com gasolina sem chumbo.

Em meados da década de 1970, havia muitos carros fabricados com grandes motores de 8 cilindros que produziam apenas cerca de 100 cavalos de potência. O Corvette de 1971 foi oferecido com um motor de 425 cv e, em 1975, tinha apenas 205 cv. O modelo básico de 1975 era ainda pior, com apenas 165 hp, que é aproximadamente o mesmo poder que uma minivan familiar hoje possui. Isso levou a um grande clamor público, e os fabricantes de automóveis tentaram em vão fazer melhorias, mas as melhorias ocorreram muito lentamente. Não foi até o final dos anos 90, quando o Corvettes teve números de desempenho semelhantes aos de seus antecessores.

Nessa época, carros pequenos e eficientes do Japão estavam sendo introduzidos nos mercados dos EUA e foram bem recebidos. Isso acabou levando à perda de domínio dos fabricantes de automóveis dos EUA nos Estados Unidos. As empresas americanas foram forçadas a entrar no mercado de carros compactos porque estavam perdendo as vendas para as importações. Antes disso, pouquíssimos carros estrangeiros eram vendidos nos EUA. Muitas dessas vendas foram para carros esportivos europeus pequenos, como Triumph, Alfa Romeo, MGB, Austin-Healey, Jaguar, Porsche, Mercedes-Benz, Lotus, etc.

Com o tempo, tecnologias como injeção eletrônica de combustível e carregamento turbo levaram a melhorias significativas em eficiência e potência. Muitos motores modernos podem fornecer uma grande quantidade de potência, mas ainda bebem combustível. Esses novos designs são tão eficientes que não é mais necessário ter um motor grande na maioria dos carros.

Os fabricantes de automóveis ainda estão sendo pressionados a produzir veículos ainda mais eficientes em termos de combustível. Existem também regulamentos que limitam o consumo médio de combustível em toda a frota. Eles são basicamente forçados a produzir carros elétricos ou híbridos para obter o MPG médio até o padrão. Ainda existem carros com grandes V8s e V10s, mas a razão pela qual estão sendo menos produzidos é por causa de regulamentos estritos.

Isso se resume à eficiência.

Não faz muito tempo, os carros eram maiores e mais pesados ​​em geral. A EPA e outras organizações governamentais em países que produzem carros exigiram maior eficiência de combustível. Isso impulsionou a pesquisa e o desenvolvimento em duas áreas:

• Como os veículos pesam menos, o motor precisa de menos energia para mover o carro.
• Fabricar motores produz mais potência com menos combustível usado.

O primeiro item está fora de tópico para esta pergunta, mas os veículos se tornaram mais leves por vários motivos. A física básica é que, independentemente do trem de força, um veículo com uma certa massa requer uma quantidade mínima de energia para se mover. Abaixe essa massa, ele precisa de menos energia (leia-se combustível).

Os motores se tornaram muito mais eficientes em termos de energia e combustível nos últimos anos. Vamos colocar alguns números concretos sobre isso com alguns exemplos. Vou escolher um caminhão que eu conheço e já pesquisei anteriormente.

Uma terceira geração Chevy Silverado (2014+) vem com duas opções principais de motor:

• 4.3L V6 - 285HP
• 5.3L V8 - 355HP

Se você voltar alguns anos para a segunda geração do Silverado (2007-2013), há mais algumas opções ao longo dos anos, mas aqui estão alguns dos motores mais amplamente produzidos:

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

Essa é uma única geração / iteração do veículo, e a potência é bem diferente. O V6 mais novo produz quase tanto HP quanto o V8 anterior, desligado por 10HP. Produz 90HP a mais que o V6 anterior com o mesmo deslocamento .

A GM colocou seu motor LFX em alguns veículos nos anos modelo de 2015 e 2016. Sua potência varia de acordo com o veículo em que está (há mais em um motor do que o bloco de metal, há muitas partes que afetam a potência). Em geral, eles variam entre 301 e 323 HP. Este 3.6L V6 tem mais potência do que a geração anterior V8 listada acima! De fato, o motor 3.6L LFX tem 15-35 HP a mais que a geração atual 4.3L no Silverado (mas menos torque).

Sem demorar muito para responder, você encontrará resultados muito semelhantes se observar outros fabricantes e motores (I4 v V6). No geral, há uma enorme quantidade de pressão para melhorar a eficiência do motor.

Os motores modernos têm basicamente dois cilindros extras em comparação com os motores produzidos apenas dez anos atrás. O deslocamento menor geralmente significa maior eficiência de combustível, e os projetos modernos também produzem mais energia.

Os carros mais novos têm motores menores, porque esse novo motor I4 pode produzir tanta energia quanto o V6 da última geração de carros e usar menos combustível ao fazê-lo. Isso satisfaz a EPA, assim como os motoristas que gastam menos em combustível e ainda têm bastante energia quando necessário.

^{(Nota: omiti algumas das opções de mecanismo acima, que não são muito comuns e realmente não acrescentam muito à discussão. Sim, eu sei que a GM oferece um V8 6.2L, mas muito poucos Silverados o possuem e isso não ajuda. Responda à pergunta)}

Como um motor de combustão interna movido a pistão é uma fonte de energia não contínua que só produz energia quando o combustível no cilindro "bate", há duas maneiras básicas de obter mais potência de um motor: 1) faça girar mais rápido, dando mais estrondos por unidade de tempo, ou 2) mantenha a rotação mais lenta, mas adicione mais cilindros para obter mais estrondos por unidade de tempo.

(Sim, você pode adicionar sobrealimentadores, turbocompressores ou outro sistema para armazenar mais combustível e ar no cilindro, e você pode colocar vários conjuntos de pontos no distribuidor e girar o distribuidor mais devagar - mas vamos ignorar essas coisas agora, apenas por uma questão de argumento :-).

Back In The Day (tm) a maioria dos motores a gasolina usava o sistema de ignição de pontos e rotores, onde um interruptor mecânico acionado por mola (os "pontos") era aberto e fechado por uma came no eixo do distribuidor, gerando uma faísca encaminhado para o cilindro apropriado pelo rotor e pelos fios entre o distribuidor e as velas de ignição. O interruptor mecânico gerou uma faísca interrompendo o fluxo de corrente elétrica através da bobina quando o interruptor foi aberto; a corrente que flui através da bobina causou a formação de um campo magnético, e a interrupção do fluxo de corrente causou o colapso do campo magnético, causando uma corrente induzida na barra de ferro no meio da bobina que foi conectada ao polo central no distribuidor.

Como os pontos são um interruptor mecânico acionado por mola, eles têm um limite de velocidade com que podem reagir. Geralmente (e eu estou sendo muitogeral aqui) os motores que usam um sistema de ignição com pontos neles não funcionavam de forma confiável a velocidades acima de 2500 RPM porque os pontos "flutuavam" na posição aberta - e porque os pontos não fechavam, nenhuma corrente poderia fluir através da bobina para configurar o campo magnético que entraria em colapso quando os pontos se abrissem para gerar a faísca de ignição. Sim, você pode usar uma mola mais forte nos pontos, mas isso causa problemas indesejados, como desgaste excessivo no distribuidor. Portanto, com um limite máximo absoluto (ish) na RPM, a única maneira de obter mais potência de um motor era adicionar mais cilindros a ele, para que você obtivesse mais estrondos do motor a cada rotação. Um motor de quatro cilindros oferece duas pancadas por rotação; seis cilindros, três estrondos; oito cilindros, quatro estrondos. Motores de aeronaves enormes, com até 22 cilindros, deram ainda mais impacto por rotação. Então, mais cilindros, mais potência.

Entre no mundo da ignição eletrônica, que agora é padrão em quase todos os motores a gasolina do mundo. Esse sistema elimina o interruptor mecânico, substituindo-o por um dispositivo totalmente eletrônico, sem tempo de "reset", que permite que os motores funcionem muito mais rapidamente. Hoje em dia é comum operar motores de quatro cilindros acima de 3000 RPM em velocidade de estrada - o pequeno banger de quatro no meu Ford Fiesta gira em torno de 3200 RPM a 65 MPH. Ao mesmo tempo, os fabricantes fizeram melhorias incrementais no projeto do motor, o que contribui para mais potência por unidade de cilindrada. Mas a OMI, o maior contribuinte para maior potência de motores menores, tem sido a ignição eletrônica, que permite que um pequeno motor opere em RPMs mais altas.

YMMV :-)

Respostas diferentes tocam em diferentes partes da resposta geral. A resposta raiz que você está procurando é a densidade de potência: quantos cavalos de potência (kW, qualquer que seja) por polegada cúbica (ou litro) de deslocamento.

Quanta energia é necessária para empurrar este veículo de uma maneira desejável? Uma fração significativa do peso de um veículo é o motor; portanto, um motor menor e mais leve significará menos peso para empurrar. E menos massa = menos gás. É por isso que a atual linha F-150 da Ford usa um corpo de alumínio, em vez de um corpo de aço. É mais leve, exigindo menos energia para movê-lo.

Como o @Bob Jarvis aponta, a ignição eletrônica, ao contrário do sistema antigo de pontos / bobina / distribuidor, oferece a capacidade de executar rotações altas e ainda manter o tempo de ignição. De fato, fornece um tempo mais preciso em toda a faixa. E o tempo mais preciso resulta em maior densidade de potência.

A injeção de combustível fornece uma mistura muito mais precisa de combustível. Com esse tempo e um tempo mais preciso, você pode usar taxas de compressão mais altas (8: 1 para o Omni I de 1981 com carburador quando adolescente, 9,5: 1 para o Dakota 1998 com injeção de combustível mais recente; usando o mesmo motor barato e sem chumbo Gasolina). Taxas de compressão mais altas permitem maior densidade de potência e maior eficiência térmica.

A injeção direta de gasolina pode aumentar ainda mais a taxa de compressão que você pode usar. A gasolina é injetada diretamente no cilindro, resfriando apenas o ar no cilindro. A injeção de bombordo é aplicada no coletor de admissão, resfriando as válvulas de admissão e o coletor no processo. O ar mais frio pode suportar mais compressão antes de começar a causar auto-ignição (batida).

Turbos e superalimentadores permitem espremer um volume maior de ar (e combustível) em um determinado deslocamento, permitindo que seu motor funcione como ele tem muito mais deslocamento. Vai queimar mais combustível ao fazê-lo. Isso fornece energia "sob demanda". Ele pode aumentar muito a sua densidade de energia "sob demanda"; alto o suficiente para que não sejam necessários mais cilindros ou deslocamento para atingir um nível de potência desejável. Você não quer correr com essa configuração do acelerador o tempo todo, mas está lá quando você precisar.

O tempo variável da válvula permite executar o ciclo de Atkinson / Miller em vez do ciclo Otto comum. Isso não ajuda tanto a sua densidade de energia quanto divide a densidade de energia "base" da densidade de energia "sob demanda". Se você não está exigindo energia com tanta frequência, isso aumentará ainda mais sua economia de combustível. Mas ele pode voltar ao Otto Cycle completo, retornando à sua configuração máxima de energia "sob demanda" quando necessário.

O resultado final é que todos esses pequenos truques podem extrair mais energia de cada polegada cúbica (litro) de deslocamento. E forneça uma variedade maior de configurações de energia, com as configurações de energia mais baixas fornecendo significativamente menos consumo de combustível (e emissões significativamente mais baixas) por milha (ou km, se você preferir).

A linha de motores Ecoboost da Ford usa todos os itens acima. Eles estão substituindo rapidamente V8s por V6s e V6s por I4s, como resultado. @Gusdor menciona um motor de 1 litro em seu Fiesta; certeza de que é um motor Ecoboost de 3 cilindros. Se os mecanismos resultantes são ou não confiáveis, a longo prazo, é uma questão em aberto. Os turbos, principalmente em motores a gasolina de alta rotação, costumavam não ser tão confiáveis ​​no passado. Esses mecanismos são novos o suficiente para que ainda não existam muitos dados de longo prazo. É possível que eles tenham superado os problemas. É muito cedo para contar.

Alguns anos atrás, a coisa mais emocionante eram os muscle cars. Aceleração rápida, motores barulhentos e potência eram todos do estilo. No entanto, ao longo dos anos, a EPA e outras agências têm pressionado por menos emissões (salvar o meio ambiente). Consequentemente, os fabricantes de automóveis começaram a fabricar carros com o objetivo de ter monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos mínimos. Evidentemente, quanto menor o motor, menos emissões.

Além disso, a moda dos muscle cars deu, em grande parte, lugar ao modo de veículos de luxo, que podem ser projetados com motores menores, mas com mais recursos. Portanto, os clientes estão felizes, os fabricantes estão felizes, a EPA está feliz e, como cloudnyn3 disse, os mecânicos também estão felizes.

Na verdade, pode ser que essa tendência seja revertida. Motores pequenos precisam operar em aceleração máxima (WOT) para produzir quantidades úteis de energia, e o enriquecimento de WOT reduzirá a eficiência de combustível, algo que não é medido pelos atuais ciclos de condução irrealistas. Técnicas como injeção direta de gasolina significam particulados, e um filtro de particulados custa muito (mas o câncer de pulmão custa mais para os afetados). Um turbocompressor é um componente frágil e pode ser um fardo geral durante toda a vida útil de um carro, incluindo seus últimos anos. Também melhorias nos ciclos de operação do motor (ciclo de Atkinson) significam que a eficiência volumétrica pode realmente diminuir, embora a eficiência energética aumente. O ciclo de Atkinson foi originalmente usado em híbridos,

Por exemplo, considere meu Opel Vectra de 1989. Motor C20NE de 115 cv e 2.0 litros. Agora considere o equivalente moderno: um Toyota Prius. Motor 2ZR-FXE de 1,8 litros com saída de 98 hp, embora o impulso elétrico produza quantidades adicionais de energia, de modo geral esses carros são igualmente poderosos e aceleram igualmente rápido. De 2,0 litros a 1,8 litros não muda muito.

Sim, houve uma tendência para reduzir o tamanho e turbinar, mas a tendência parece estar revertendo. Por exemplo, o Toyota Yaris, que costumava ter um motor naturalmente aspirado de 1,33 litro, está mudando para um motor de 1,5 litro em sua configuração não híbrida no mercado europeu; o híbrido sempre usava um motor de 1,5 litro (ligeiramente diferente do não-híbrido de 1,5 litro). Entendo também que o motor de 1,5 litro era oferecido no mercado norte-americano o tempo todo.

Portanto, não faça uma conclusão final antes que os carros elétricos substituam os carros movidos a combustível líquido. Pode ser que os últimos carros movidos a combustível líquido que funcionem em dinossauros mortos (*) usem motores de ciclo Atkinson sem turboalimentação, o que significa que o tamanho do motor é quase o mesmo de carros antigos.

Eu? Mudei de 2,0 litros (Opel Vectra de 1989) para 1,33 litros (Toyota Yaris 2011) para 2,5 litros (híbrido Toyota RAV4 2016), embora, ao mesmo tempo, tenha me movido levemente para cima, considerando o tamanho, preço, peso e desempenho do carro.

(*): Sim, eu sei que o petróleo realmente não vem de dinossauros mortos ...