Relación entre par, potencia, consumo específico de combustible y AFR

El gráfico te dice cómo es, yo te diré por qué es así.

La razón por la que un AFR más delgado (que el estoico) es más eficiente es que se quema más caliente (pero más lento). Es así en cada combustión. Compárelo con una fogata, arderá más cuando comience a soplar. Hay un exceso de aire, por lo que el combustible no tendrá ningún problema para quemarse, si ese exceso no es demasiado grande.

Una combustión más caliente tiene dos ventajas:

• La temperatura más alta provocará una combustión más completa, por lo que se gastará menos combustible sin quemar o quemado de forma incompleta. Eso significa que se extrae más energía del combustible.
• La temperatura más alta también significa que se ejerce más presión en el cilindro, lo que hace que el pistón haga más trabajo. Lo que nuevamente, le da un buen uso a más energía del combustible.

Pero, ¿por qué una relación más rica es mejor para obtener más torque? (y por lo tanto más poder)

Eso es porque los AFR ricos se queman más rápido (hasta cierta riqueza). Eso significa que la presión se hace más rápido después de TDC. Y así se hace más torque. Y el par multiplicado por rpm es potencia. Con una relación más pobre, esa presión se produce más tarde, lo que no permite que el motor genere tanta potencia. La relación rica también significa que se puede usar más combustible con el mismo aire. Eso significa que se puede generar más calor. NB: el calor es diferente de la temperatura.

Además, debido a que las mezclas más ricas se queman más frías, son más amables con el motor y, por lo tanto, le permiten generar más potencia sin que las cosas se destruyan o se derritan.

La desventaja es que no es proporcional, por lo que necesita proporcionalmente más combustible para obtener más potencia. Es por eso que las proporciones más magras son más eficientes. El consumo específico de combustible dice algo sobre la potencia generada por caudal de combustible. Eso es esencialmente lo mismo que la cantidad de energía que se extrae de una cierta cantidad de combustible.

Hay más, pero esto cubre lo básico y debería responder a todas sus preguntas. Si dejas un comentario al respecto, puedo enviarte un PDF que explique todo lo que hay que saber sobre el proceso de combustión en los motores si quieres. No olvides marcar la respuesta a tu pregunta ;)

Ese gráfico te lo dice todo:

• NOx más alto en la mejor economía :)

• el CO más alto con la mejor potencia,

CO casi más bajo en el rango A/F objetivo...

Algunas referencias que te pueden resultar útiles son:

1. Judge, motores de combustión interna de alta velocidad https://archive.org/details/cu31924003632191

2. https://www.amazon.com/High-Speed-Internal-Combustion-Engine-Ricardo-FRS/dp/0216890268

Ambos ayudarán a "completar" lo que necesita saber.

También vea el diagrama en la respuesta aquí:

https://mecanica.stackexchange.com/a/58191/10976