¿Por qué un motor de gasolina necesita mantener una relación aire-combustible, mientras que un motor diesel no?

Esta simple pregunta me ha estado molestando por un tiempo. La cantidad de combustible inyectado en un motor de gasolina se calcula de acuerdo con la cantidad de aire que ingresa a través de la válvula de mariposa (medida por el sensor de presión absoluta del flujo de aire en masa / múltiple). Sin embargo, la cantidad de combustible inyectado en un motor diesel simplemente depende de la presión del pedal y el aire puede ser aspirado libremente en los cilindros. Eso significa que, en el funcionamiento normal, el diésel funciona realmente pobre y la gasolina mantiene constantemente la relación estequiométrica (no se consideran situaciones de alta carga). ¿Por qué el motor de gasolina no funciona también sin la válvula de mariposa, solo dependiendo de la cantidad de combustible inyectado?

Parece que ya sabe por qué un motor de gasolina mantiene la relación combustible / aire lo más cerca posible de la relación estequiométrica, pero solo por el bien de la información para cualquier otra persona: la relación combustible / aire estequiométrica es la cantidad de oxígeno requerida para quemar toda la gasolina por completo. Una quemadura "magra" deja algo de oxígeno sobrante y una quemadura "rica" ​​significa que la gasolina no se quema por completo.

Los motores diésel funcionan de forma esbelta porque, según este sitio web:

En el motor diesel, el combustible se inyecta en la cámara de combustión cerca del final de la carrera de compresión y se enciende espontáneamente. Esto es responsable del sonido de combustión que genera un motor diesel que es música para los oídos de todos los que leen esta revista. A medida que se produce la mezcla entre el combustible y el aire, la combustión continúa. Este proceso es muy heterogéneo (dado que el combustible y el aire se mezclan en una cámara de combustión, no es tan uniforme como en un motor de gas que tiene la mezcla creada antes de ingresar a la culata). El hollín se forma durante la combustión porque parte del combustible se quema con oxígeno insuficiente, y la combustión del combustible no se completa. A medida que se inyecta combustible adicional, se produce más y más hollín. Por lo tanto, La relación aire / combustible del motor diesel siempre debe ser más delgada que la estequiométrica para evitar cantidades excesivas de humo. Por esta razón, un diésel modificado de alto rendimiento emitirá humo negro porque se alimenta solo de energía sin preocuparse por la generación de hollín. El diesel libre de humo tiene menos combustible presente en el cilindro que en el cilindro del motor de gasolina y, por lo tanto, la potencia del diesel se reduce en comparación.

La gasolina se inyecta antes de encenderse, por lo que tiene tiempo de mezclarse de manera más homogénea. El diesel se inyecta hacia el final de la carrera de compresión, por lo que se quema bajo la presión casi inmediatamente antes de que tenga tiempo de extenderse por todo el aire disponible. Como dice la cita anterior, hacer funcionar el motor diesel es un intento de reducir la cantidad de hollín producido, lo que reduce las emisiones.

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Para responder a su pregunta sobre qué le sucede a un motor de gasolina que se quema sin grasa.

Inyectar gasolina en el motor tiene un efecto de enfriamiento. Un motor de combustión lenta, donde hay menos gasolina de la necesaria para lograr la relación estequiométrica, funcionará más caliente que un motor que funcione con la relación estequiométrica o uno que funcione rico. Si corre demasiado delgado, corre el riesgo de sobrecalentamiento y desgaste adicional de los componentes del motor, como los sellos. Con relaciones de compresión más altas, los motores ajustados pueden ser más eficientes en combustible y producir menos emisiones de carbono. La desventaja es que hay más emisiones de NOx que requieren un convertidor catalítico más complejo que la mayoría de los vehículos modernos.

También debería aclarar tu oración final. Su acelerador está conectado a la válvula de mariposa (ya sea directamente o "impulsada por cable") y controla la cantidad de aire que puede pasar al motor. No controla directamente cuánta gasolina se inyecta. El sensor de flujo másico detecta la cantidad de aire que pasa al motor, pasa esa información a la ECU y la ECU controla la cantidad de combustible inyectado. La ECU decide si su automóvil funciona de manera eficiente o eficiente a través de las entradas del sensor de flujo másico, el sensor de O2 y / o la configuración del fabricante o del usuario. En los días del carburador, era fácil ajustar el motor para que funcionara bien o fuera de control, pero se necesita un equipo especial para ajustar la configuración en una ECU.

Por cierto, hay varias razones por las que un fabricante o propietario de un vehículo puede querer hacer funcionar su motor con poca potencia o tener que ver con el rendimiento, la refrigeración o el ahorro de combustible.

Estoy muy sorprendido de que nadie lo haya mencionado específicamente, pero la respuesta es la detonación. Poisson Fish estuvo cerca, pero el desgaste adicional por el aumento de la temperatura del cilindro no es el problema principal. El principal problema es el calor adicional que hace que la gasolina se encienda antes de la chispa y destruya el motor.

El diesel no sufre este problema, ya que básicamente funciona según este principio: el diesel se enciende tan pronto como ingresa al cilindro.

Supongo que si la gasolina tuviera una clasificación de octano mucho más alta, entonces técnicamente podríamos funcionar como un diesel.

Si mezcló diesel con aire antes de que ingresara al cilindro y luego lo comprimiera en una carrera de compresión normal (motor Diesel), ciertamente detonaría antes de llegar al punto muerto superior. Sin embargo, en el funcionamiento normal, el diesel se rocía en el cilindro y se quema cuando sale del inyector y entra en contacto con el aire calentado. Solo se enciende el diesel que ingresa a la cámara de combustión. Como no hay otro combustible presente, no hay nada que detonar. Los motores de encendido por chispa tienen todo el combustible y el aire presentes en la cámara de combustión listos y esperando que la chispa arranque el encendido. Luego, un frente de llama se mueve hacia afuera desde la bujía. Si la presión es demasiado alta o la temperatura es demasiado alta o hay un punto caliente en el cilindro, toda la mezcla de combustible y aire puede detonar de una vez. Como nota al margen: - El diésel en realidad puede usarse en un motor de encendido por chispa. Una vez tuvimos un tractor con un pequeño tanque de gasolina y un gran tanque de diesel o queroseno. Comenzó con gasolina, cambió a diesel cuando el motor se había calentado y volvió a cambiar a gasolina antes de apagarlo, para asegurarse de que había gasolina en el carburador lista para la próxima puesta en marcha. Era imposible arrancar frío con diésel y no funcionaba bien con gasolina cuando estaba caliente. Creo que la relación de compresión era más alta que la gasolina normal pero menor que el diesel normal, y la gasolina causaría una detonación cuando las temperaturas aumentaran antes de cambiar al diesel. para asegurarse de que haya gasolina en el carburador lista para la próxima puesta en marcha. Era imposible arrancar frío con diésel y no funcionaba bien con gasolina cuando estaba caliente. Creo que la relación de compresión era más alta que la gasolina normal pero menor que el diesel normal, y la gasolina causaría una detonación cuando las temperaturas aumentaran antes de cambiar al diesel. para asegurarse de que haya gasolina en el carburador lista para la próxima puesta en marcha. Era imposible arrancar frío con diésel y no funcionaba bien con gasolina cuando estaba caliente. Creo que la relación de compresión era más alta que la gasolina normal pero menor que el diesel normal, y la gasolina causaría una detonación cuando las temperaturas aumentaran antes de cambiar al diesel.

Las otras respuestas no pudieron notar que la relación aire-combustible depende de la posición en la que la mides. Entonces, a pesar de que la relación aire-combustible promediada en todo el cilindro es pobre (tan delgada que la combustión no sería posible si la mezcla fuera homogénea), muy cerca del punto de inyección es extremadamente rica (tan rica que la combustión no lo es) t posible), y un poco más lejos del punto de inyección es estequiométrico, y por lo tanto el combustible se quema.

En realidad, un motor de gasolina no necesita mantener una relación aire-combustible estequiométrica. Hay motores de gasolina de inyección directa como los diésel. De manera similar, un motor de gasolina de inyección directa tiene una relación aire-combustible rica muy cercana al punto de inyección, pero un poco más lejos es estequiométrico y, por lo tanto, el combustible se quema, aunque a nivel mundial la relación aire-combustible puede ser escasa.

Sin embargo, el problema de la escasa relación aire-combustible es que hay demasiado oxígeno, lo que hace posible que el nitrógeno en el aire se queme a varios óxidos de nitrógeno. El NOx producido es un contaminante y, en el futuro, evitará que todos los motores utilicen una relación pobre de aire y combustible para cumplir con las regulaciones, a menos que se utilice algún tipo de sistema SCR. Por lo tanto, a menos que desee agregar líquido SCR manualmente, la única opción en el futuro será un motor estequiométrico.

Porque en un motor de encendido por chispa, restringir el flujo de aire es la única forma de controlar las RPM del motor. Sería difícil controlar las RPM del motor variando el combustible solo sin restringir el flujo de aire. Esto se debe a que en los motores de encendido por chispa, el encendido comienza donde se encuentra la bujía y se aleja de ese punto. Mientras que en los motores de encendido por compresión, el encendido comienza donde sea que se encuentre el combustible una vez inyectado. Además, los motores de encendido por compresión por inyección directa no son una mezcla homogénea porque el combustible no tiene tiempo suficiente para mezclarse en la cámara de combustión antes del encendido. Puedes ver esto en un video de YouTube de una cámara dentro de un motor diesel. En el video, literalmente, puede ver rastros de combustible que se encienden a medida que se pulverizan desde la boquilla del inyector. Además, cuando era niño, tenía una vieja cortadora de césped y jugaba con el tornillo de ajuste de la mezcla y al hacer que el motor funcionara mejor, podía alcanzar RPM más altas sin mover realmente la placa del acelerador. Realmente no entiendo por qué una mezcla de combustible más pobre produce una temperatura más alta, pero podría deberse a que, dado que hay una mayor distancia entre las gotas de combustible, ya que hay menos de ellas, cada gota podría tener más tiempo para quemarse y, por lo tanto, generar más calor pero no estoy seguro de que sea solo una teoría.

Los motores de gasolina funcionan lo más cerca posible de la relación estequiométrica porque en esa banda, el convertidor catalítico es más eficiente .
Se evita una mezcla rica en combustible porque esto puede dañar el convertidor.

Aire

El motor diesel no usa la placa del acelerador para el control del aire, la placa del acelerador siempre está abierta.

Esto significa que el motor diesel siempre aspira la cantidad máxima de aire, y la potencia está regulada por la cantidad de combustible suministrado. Con la placa del acelerador del motor de gasolina controla la cantidad de aire que ingresa al motor, esta cantidad variará dependiendo de la carga y, por lo tanto, de la necesidad de controlar la relación aire-combustible.

Espero que ayude.