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

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

Los motores diésel son escasos 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. Este es el responsable del sonido de combustión que genera un motor diesel que es música para los oídos de todo aquel que lea 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 gasolina que tiene la mezcla creada antes de entrar en 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 pobre que la estequiométrica para evitar cantidades excesivas de humo. Por esta razón, un diésel modificado de alto rendimiento arrojará humo negro porque se alimenta solo con energía sin preocuparse por la generación de hollín. El diesel sin 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 que se encienda, por lo que tiene tiempo de mezclarse de manera más homogénea. El diésel 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 esparcirse por todo el aire disponible. Como indica la cita anterior, hacer funcionar el motor diésel con mezcla pobre es un intento de reducir la cantidad de hollín producido, lo que reduce las emisiones.

Editar

Para abordar su pregunta de qué sucede con un motor de gasolina que se quema pobre.

La inyección de gasolina en el motor tiene un efecto refrescante. Un motor de combustión pobre, en el que 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. Ejecute demasiado pobre y corre el riesgo de sobrecalentamiento y desgaste adicional en los componentes del motor, como los sellos. Con relaciones de compresión más altas, los motores magros 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 el que tienen 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 "impulsado por cable") y controla la cantidad de aire que puede pasar al motor. No controla directamente la cantidad de gasolina que se inyecta. El sensor de flujo de masa detecta cuánto aire pasa al motor, pasa esa información a la ECU y la ECU controla la cantidad de combustible que se inyecta. La ECU decide si su automóvil está funcionando pobre o rico 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 rico o pobre, 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 podría querer hacer funcionar su motor pobre o rico que tiene 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 sola 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 un octanaje mucho más alto, técnicamente podríamos funcionar como un diésel.

Si mezcló diésel con aire antes de que entrara en el cilindro y luego lo comprimió en una carrera de compresión normal (motor diésel), sin duda detonaría antes de llegar al punto muerto superior. Sin embargo, en funcionamiento normal, se rocía diésel en el cilindro y se quema cuando sale del inyector y entra en contacto con el aire caliente. Solo se enciende el diésel que entra en la cámara de combustión. Como no hay otro combustible presente, no hay nada para 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 inicie el encendido. Luego, un frente de llama se mueve hacia afuera desde la bujía. Si la presión es demasiado alta o la temperatura demasiado alta o si hay un punto caliente en el cilindro, toda la mezcla de combustible y aire puede detonar a la vez. Como nota al margen: - El diesel en realidad se puede usar 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. Comenzaste con gasolina, cambiaste a diesel cuando el motor se había calentado y volviste a cambiar a gasolina antes de apagarlo, para asegurarte de que había gasolina en el carburador lista para el próximo arranque. Era imposible arrancar en 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 menos que el diesel normal, y la gasolina causaría una detonación cuando las temperaturas subieran antes de cambiar a diesel. para asegurarse de que había gasolina en el carburador lista para la próxima puesta en marcha. Era imposible arrancar en 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 menos que el diesel normal, y la gasolina causaría una detonación cuando las temperaturas subieran antes de cambiar a diesel. para asegurarse de que había gasolina en el carburador lista para la próxima puesta en marcha. Era imposible arrancar en 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 menos que el diesel normal, y la gasolina causaría una detonación cuando las temperaturas subieran antes de cambiar a diesel.

Las otras respuestas no notaron que la relación aire-combustible depende de la posición en la que la mida. Entonces, aunque la relación aire-combustible promediada en todo el cilindro es pobre (tan pobre 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 es posible). t posible), y un poco más lejos del punto de inyección es estequiométrica, 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 hay diesel. De manera similar, un motor de gasolina de inyección directa tiene una relación aire-combustible muy cercana al punto de inyección, pero un poco más lejos es estequiométrica y, por lo tanto, el combustible se quema, aunque globalmente la relación aire-combustible puede ser pobre.

Sin embargo, el problema de la relación aire-combustible pobre es que hay demasiado oxígeno, lo que hace posible que el nitrógeno en el aire se queme en varios óxidos de nitrógeno. El NOx producido es un contaminante, y en el futuro impedirá que todos los motores que utilicen una relación aire-combustible pobre cumplan con la normativa, a menos que se utilice algún tipo de sistema SCR. Entonces, a menos que desee agregar fluido 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 solo el combustible 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 se encuentra el combustible una vez inyectado. Además, los motores de encendido por compresión de inyección directa no son una mezcla homogénea porque no se permite que el combustible tenga suficiente tiempo para mezclarse en la cámara de combustión antes del encendido. Puede ver esto en un video de YouTube de una cámara dentro de un motor diesel. En el video, puede ver literalmente rastros de combustible encendiéndose a medida que se rocían desde la boquilla del inyector. Además, cuando era niño, tenía una cortadora de césped vieja y solía jugar con el tornillo de ajuste de la mezcla y, al hacer que el motor funcionara más delgado, podía lograr RPM más altas sin mover 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, a cada gota se le podría dar 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 utiliza la placa del acelerador para controlar el aire, la placa del acelerador siempre está abierta.

Esto significa que el motor diésel siempre aspira la máxima cantidad de aire y la potencia se regula por la cantidad de combustible suministrada. Con el motor de gasolina, la placa del acelerador controla la cantidad de aire que ingresa al motor, esta cantidad variará según la carga y, por lo tanto, la necesidad de controlar la relación aire-combustible.

Espero que ayude.