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La mezcla pobre se refiere a la quema de combustible con un exceso de aire en un motor de combustión interna . En los motores de combustión pobre, la relación aire: combustible puede ser tan pobre como 65: 1 (en masa). La relación aire / combustible necesaria para quemar estequiométricamente la gasolina, por el contrario, es 14,64: 1. El exceso de aire en un motor de mezcla pobre emite muchos menos hidrocarburos. También se pueden utilizar relaciones aire-combustible elevadas para reducir las pérdidas causadas por otros sistemas de gestión de la potencia del motor, como las pérdidas por estrangulamiento.
Principio [ editar ]
Un modo de combustión pobre es una forma de reducir las pérdidas por estrangulamiento. Un motor en un vehículo típico está dimensionado para proporcionar la potencia deseada para la aceleración, pero debe funcionar muy por debajo de ese punto en el funcionamiento normal a velocidad constante. Por lo general, la energía se corta cerrando parcialmente un acelerador. Sin embargo, el trabajo adicional realizado para bombear aire a través del acelerador reduce la eficiencia. Si se reduce la relación aire / combustible, entonces se puede lograr una potencia menor con el acelerador más cerca de la apertura total, y la eficiencia durante la conducción normal (por debajo de la capacidad de par máximo del motor) puede ser mayor.
Los motores diseñados para combustión pobre pueden emplear relaciones de compresión más altas y, por lo tanto, proporcionar un mejor rendimiento, un uso eficiente de combustible y bajas emisiones de hidrocarburos de escape que los que se encuentran en los motores de gasolina convencionales . Las mezclas ultrafinas con relaciones aire-combustible muy altas solo se pueden lograr con motores de inyección directa .
El principal inconveniente de la combustión pobre es que se requiere un complejo sistema de convertidor catalítico para reducir las emisiones de NOx . Los motores de combustión pobre no funcionan bien con el convertidor catalítico de 3 vías moderno, que requiere un equilibrio de contaminantes en el puerto de escape para que puedan llevar a cabo reacciones de oxidación y reducción, por lo que la mayoría de los motores modernos tienden a acelerar y desacelerar en el punto estequiométrico o cerca del mismo. .
Chrysler Electronic Lean-Burn [ editar ]
Desde 1976 hasta 1989, Chrysler equipó muchos vehículos con su sistema Electronic Lean-Burn (ELB) , que consistía en una computadora de control de chispas y varios sensores y transductores . La computadora ajustó la sincronización de la chispa según el vacío del colector, la velocidad del motor, la temperatura del motor, la posición del acelerador a lo largo del tiempo y la temperatura del aire entrante. Los motores equipados con ELB utilizaban distribuidores de sincronización fija sin los mecanismos tradicionales de avance de sincronización centrífuga y de vacío. La computadora ELB también accionaba directamente la bobina de encendido, eliminando la necesidad de un módulo de encendido separado.
ELB se produjo en variantes de bucle abierto y de bucle cerrado; los sistemas de circuito abierto produjeron un escape lo suficientemente limpio para muchas variantes de vehículos equipados para pasar las regulaciones de emisiones federales de los Estados Unidos de 1976 y 1977 y las regulaciones de emisiones canadienses hasta 1980, sin un convertidor catalítico . La versión de circuito cerrado de ELB usó un sensor de oxígeno y un carburador de retroalimentación , y se introdujo gradualmente en producción a medida que las regulaciones de emisiones se volvieron más estrictas a partir de 1981, pero el ELB de circuito abierto se usó hasta 1990 en mercados con regulaciones de emisiones laxas, en vehículos como el Chrysler Spirit mexicano. El control de chispa y las estrategias de detección y transducción de parámetros del motor introducidas con ELB se mantuvieron en uso hasta 1995 en los vehículos Chrysler equipados con inyección de combustible en el cuerpo del acelerador . [ cita requerida ]
Motores de gas de servicio pesado [ editar ]
Los conceptos de mezcla pobre se utilizan a menudo para el diseño de motores de servicio pesado alimentados con gas natural , biogás y gas licuado de petróleo (GLP). Estos motores pueden ser de combustión pobre de tiempo completo, donde el motor funciona con una mezcla débil de aire y combustible independientemente de la carga y la velocidad del motor, o de combustión pobre de tiempo parcial (también conocido como "mezcla pobre" o "mezcla pobre" ), donde el motor funciona pobremente solo durante baja carga y a altas velocidades del motor, volviendo a una mezcla estequiométrica de aire y combustible en otros casos.
Los motores de gas de combustión pobre de servicio pesado admiten el doble de aire [1] del que se necesita teóricamente para una combustión completa en las cámaras de combustión. Las mezclas de aire-combustible extremadamente débiles conducen a temperaturas de combustión más bajas y, por lo tanto, a una menor formación de NOx. Si bien los motores de gas de combustión pobre ofrecen eficiencias térmicas teóricas más altas, la respuesta y el rendimiento transitorios pueden verse comprometidos en ciertas situaciones. Sin embargo, los avances en el control de combustible y la tecnología de circuito cerrado de compañías como North American Repower han llevado a la producción de motores de servicio pesado de combustión pobre con certificación CARB para uso en flotas de vehículos comerciales. [2] Los motores de gas de combustión pobre casi siempre están turboalimentados, lo que da como resultado cifras de alta potencia y par que no se pueden lograr con motores estequiométricos debido a las altas temperaturas de combustión.
Los motores de gas de servicio pesado pueden emplear cámaras de precombustión en la culata. En primer lugar, el pistón comprime una mezcla pobre de aire y gas en la cámara principal. Una mezcla de gas / aire mucho más rica, aunque de menor volumen, se introduce en la cámara de precombustión y se enciende mediante una bujía. El frente de la llama se propaga a la mezcla pobre de aire y gas en el cilindro.
Esta combustión de mezcla pobre en dos etapas produce un bajo nivel de NOx y ninguna emisión de partículas. La eficiencia térmica es mejor a medida que se logran relaciones de compresión más altas.
Los fabricantes de motores de gas de combustión pobre para trabajo pesado incluyen MTU , Cummins , Caterpillar , MWM , GE Jenbacher , MAN Diesel & Turbo , Wärtsilä , Mitsubishi Heavy Industries , Dresser-Rand Guascor , Waukesha Engine y Rolls-Royce Holdings .
Sistemas Honda de mezcla pobre [ editar ]
Una de las tecnologías más nuevas de mezcla pobre disponible en los automóviles actualmente en producción utiliza un control muy preciso de la inyección de combustible, un fuerte remolino de aire y combustible creado en la cámara de combustión, un nuevo sensor lineal de aire y combustible ( sensor de O2 tipo LAF ) y un -Quemar el catalizador de NOx para reducir aún más las emisiones de NOx resultantes que aumentan en condiciones de "combustión pobre" y cumplen con los requisitos de emisiones de NOx.
Este enfoque de carga estratificada para la combustión de mezcla pobre significa que la relación aire-combustible no es igual en todo el cilindro. En cambio, el control preciso sobre la dinámica del flujo de admisión y la inyección de combustible permite una mayor concentración de combustible más cerca de la punta de la bujía (más rica), que es necesaria para un encendido y propagación de la llama exitosos para una combustión completa. El resto de la carga de admisión de los cilindros es progresivamente más pobre con una relación aire: combustible promedio general que cae en la categoría de mezcla pobre de hasta 22: 1.
Los motores Honda más antiguos que usaban mezcla pobre (no todos lo hicieron) lograron esto al tener un sistema de admisión y combustible paralelo que alimentaba una precámara con la relación "ideal" para la combustión inicial. Esta mezcla ardiente se abrió luego a la cámara principal donde se encendió una mezcla mucho más grande y más delgada para proporcionar suficiente energía. Durante el tiempo que este diseño estuvo en producción, este sistema ( CVCC, Combustión controlada por vórtice compuesto ) permitió principalmente emisiones más bajas sin la necesidad de un convertidor catalítico . Estos eran motores con carburador y la naturaleza relativa "imprecisa" de las capacidades de MPG tan limitadas del concepto que ahora bajo MPI (inyección de combustible multipuerto) también permite un MPG más alto.
La carga estratificada más nueva de Honda (motores de mezcla pobre) opera en relaciones aire-combustible tan altas como 22: 1. La cantidad de combustible que ingresa al motor es mucho menor que la de un motor de gasolina típico, que opera a 14.7: 1, el ideal estequiométrico químico para una combustión completa cuando se promedia la gasolina según el estándar aceptado de C8H18 de las industrias petroquímicas.
Esta capacidad de combustión pobre por la necesidad de los límites de la física y la química de la combustión, tal como se aplica a un motor de gasolina actual, debe limitarse a condiciones de carga ligera y RPM más bajas. Se requiere un punto de corte de velocidad "máxima" ya que las mezclas de gasolina y combustible más magras se queman más lentamente y para que se produzca energía, la combustión debe estar "completa" en el momento en que se abre la válvula de escape.
Aplicaciones [ editar ]
- 1992-1995 Civic VX
- 1996-2005 Civic Hx
- 2002-05 Civic Híbrido
- 2000–06 Insight Transmisión manual y especificaciones japonesas Cvt solamente
| Aplicaciones de motores de mezcla pobre de Honda | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Peso muerto | Consumo de combustible, modo Japón 10-15 | Capacidad del tanque de combustible | Distancia | ||||||||||||
| Años | Modelo | Motor | kg | libras | L / 100 km | km / L | mpg Reino Unido | mpg EE. UU. | L | gal Reino Unido | gal EE. UU. | km | milla | Notas | |
| 1991-1995 | Cívico ETi | D15B | 930 | 2050 | 4.8 | 20,8 | 59 | 49 | 45 | 9,9 | 11,9 | 938 | 583 | 5 velocidades manual, escotilla 3d, VTEC-E [3] | |
| 1995-2000 | Civic VTi | D15B | 1010 | 2226 | 5,0 | 20,0 | 56 | 47 | 45 | 9,9 | 11,9 | 900 | 559 | 5 velocidades manual, escotilla 3dr, VTEC de 3 etapas [4] | |
| 1995-2000 | Civic Vi | D15B | 1030 | 2226 | 5.3 | 18,9 | 53 | 44 | 45 | 9,9 | 11,9 | 849 | 528 | Manual de 5 velocidades, sedán de 5 velocidades, VTEC de 3 etapas [5] | |
| 2000-2006 | visión | ECA1 | 838 | 1847 | 3.4 | 29,4 | 84 | 70 | 40,2 | 8.8 | 10,6 | 1194 | 742 | 5 velocidades manual, sin aire acondicionado | |
Motores Toyota de mezcla pobre [ editar ]
En 1984, Toyota lanzó el motor 4A-E . Este fue el primer motor en el mundo en utilizar un sistema de control de combustión de mezcla pobre con un sensor de mezcla pobre, Toyota llamado "TTC-L" ( Toyota Total Clean -Lean-Burn). Se usó en Japón en Toyota Carina T150 reemplazando el enfoque de recirculación de gases de escape TTC-V (Vortex) utilizado anteriormente, Toyota Corolla E80 y Toyota Sprinter. El sensor de mezcla pobre se proporcionó en el sistema de escape para detectar relaciones aire-combustible más pobres que la relación aire-combustible teórica. El volumen de inyección de combustible fue luego controlado con precisión por una computadora usando esta señal de detección para lograr una retroalimentación de la relación aire-combustible pobre. Para una combustión óptima, se aplicaron los siguientes elementos: inyección independiente del programa que cambiaba con precisión el volumen de inyección y el tiempo de los cilindros individuales, tapones de platino para mejorar el rendimiento de encendido con mezclas pobres y encendedores de alto rendimiento. [6]
Las versiones de mezcla pobre de los motores de 4 cilindros de 1587 cc 4A-FE y 1762 cc 7A-FE tienen 2 válvulas de admisión y 2 de escape por cilindro. Toyota usa un conjunto de mariposas para restringir el flujo en cada segundo corredor de entrada durante la operación de combustión pobre. Esto crea una gran cantidad de remolinos en la cámara de combustión. Los inyectores se montan en la cabeza, en lugar de hacerlo convencionalmente en el colector de admisión. Relación de compresión 9.5: 1. [7] El motor 3S-FSE de 1998 cc es un motor de gasolina de inyección directa de mezcla pobre. Relación de compresión 10: 1. [8]
Aplicaciones [ editar ]
| Aplicaciones de motores de mezcla pobre de Toyota | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Peso muerto | Consumo de combustible, modo Japón 10-15 | Capacidad del tanque de combustible | Distancia | ||||||||||||
| Años | Modelo | Motor | kg | libras | L / 100 km | km / L | mpg Reino Unido | mpg EE. UU. | L | gal Reino Unido | gal EE. UU. | km | milla | Notas | |
| 1984–88 | Carina T150 | 4A-E | 950 | 2100 | 5,6 | 17.0 | 50 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1056 | 656 | 5 velocidades manual [6] | |
| 1994-1996 | Carina SG-i SX-i | 4A-FE | 1040 | 2292 | 5,6 | 17,6 | 50 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1056 | 656 | Manual de 5 velocidades [9] | |
| 1994-1996 | Carina SG-i SX-i | 7A-FE | 1040 | 2292 | 5,6 | 17,6 | 50 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1056 | 656 | Manual de 5 velocidades [9] | |
| 1996-2001 | Carina Si | 7A-FE | 1120 | 2468 | 5.5 | 18,0 | 51 | 42 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1080 | 671 | Manual de 5 velocidades [9] | |
| 1996-2000 | Corona Premio E | 7A-FE | 1120 | 2468 | 5.5 | 18,0 | 51 | 42 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1080 | 671 | Manual de 5 velocidades [10] | |
| 1998–2000 | Corona Premio G | 3S-FSE | 1200 | 2645 | 5.8 | 17.2 | 49 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1034 | 643 | Automático [11] | |
| 1996-1997 | Caldina FZ CZ | 7A-FE | 1140 | 2513 | 5,6 | 17,6 | 50 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1056 | 656 | Manual de 5 velocidades [12] | |
| 1997-2002 | Caldina E | 7A-FE | 1200 | 2645 | 5,6 | 17,6 | 50 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1056 | 656 | Manual de 5 velocidades [13] | |
| 1997-2002 | Spacio | 7A-FE | Automático [14] | ||||||||||||
Motores de mezcla pobre de Nissan [ editar ]
Los motores Nissan QG tienen un diseño de 4 válvulas DOHC de aluminio de mezcla pobre con sincronización variable de válvulas e inyección directa NEO Di opcional . La QG15DE de 1497 cc tiene una relación de compresión de 9,9: 1 [15] y la QG18DE de 1769 cc de 9,5: 1. [dieciséis]
Aplicaciones [ editar ]
| Aplicaciones de motores de mezcla pobre de Nissan | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Peso muerto | Consumo de combustible, modo Japón 10-15 | Capacidad del tanque de combustible | Distancia | ||||||||||||
| Años | Modelo | Motor | kg | libras | L / 100 km | km / L | mpg Reino Unido | mpg EE. UU. | L | gal Reino Unido | gal EE. UU. | km | milla | Notas | |
| 1998-2001 | Soleado | QG15DE | 1060 | 2865 | 5.3 | 18,9 | 53 | 44 | 50 | 11 | 13,2 | 943 | 586 | 5 velocidades manual, sedán 4 ruedas [15] | |
| 1998-2001 | Azulejo | QG18DE | 1180 | 2600 | 5.8 | 17.2 | 49 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1035 | 643 | 5 velocidades manual, sedán 4 ruedas [17] | |
| 1998-2001 | Primera | QG18DE | 1180 | 2600 | 5.8 | 17.2 | 49 | 41 | 60 | 13,2 | 15,9 | 1035 | 643 | 556 | 5 velocidades manual, vagón 5 velocidades [16] |
Mitsubishi Vertical Vortex (MVV) [ editar ]
En 1991, Mitsubishi desarrolló y comenzó a producir la MVV (Mitsubishi Vertical Vortex) sistema de mezcla pobre utilizado por primera vez en de Mitsubishi 1,5 L 4G15 recta 4- single-árbol de levas del motor 1468 cc. El motor de vórtice vertical tiene una velocidad de ralentí de 600 rpm y una relación de compresión de 9,4: 1 en comparación con las cifras respectivas de 700 rpm y 9,2: 1 de la versión convencional. El motor MVV de mezcla pobre puede lograr una combustión completa con una relación aire-combustible tan alta como 25: 1, esto cuenta con una ganancia de 10-20% en la economía de combustible (en el ciclo urbano japonés de 10 modos) en pruebas de banco en comparación con su Central eléctrica MPI convencional de la misma cilindrada, lo que se traduce en menores emisiones de CO 2 . [18] [19]
El corazón del sistema MVV de Mitsubishi es el sensor de oxígeno de los gases de escape con relación lineal aire-combustible. En comparación con los sensores de oxígeno estándar, que esencialmente son interruptores de encendido y apagado configurados en una sola proporción de aire / combustible, el sensor de oxígeno pobre es más un dispositivo de medición que cubre el rango de la proporción de aire / combustible de aproximadamente 15: 1 a 26: 1. [19]
Para acelerar la combustión que de otro modo sería lenta de mezclas magras, el motor MVV usa dos válvulas de admisión y una válvula de escape por cilindro. Los puertos de admisión separados de forma especial (diseño de puerto de admisión doble) son del mismo tamaño, pero solo un puerto recibe combustible de un inyector. Esto crea dos vórtices verticales de idéntico tamaño, fuerza y velocidad de rotación dentro de la cámara de combustión durante la carrera de admisión: un vórtice de aire, el otro de una mezcla de aire / combustible. Los dos vórtices también siguen siendo capas independientes durante la mayor parte de la carrera de compresión. [18] [19]
Cerca del final de la carrera de compresión, las capas se colapsan en turbulencias diminutas uniformes, que promueven eficazmente las características de quemado magro. Más importante aún, la ignición ocurre en las etapas iniciales de descomposición de las capas separadas mientras todavía existen cantidades sustanciales de cada capa. Debido a que la bujía está ubicada más cerca del vórtice que consiste en una mezcla de aire / combustible, la ignición surge en un área de la cámara de combustión con diseño de techo interior donde la densidad del combustible es mayor. Luego, la llama se propaga a través de la cámara de combustión a través de las pequeñas turbulencias. Esto proporciona una combustión estable incluso a niveles normales de energía de ignición, logrando así una combustión pobre. [18] [19]
La computadora del motor almacena las relaciones óptimas de aire y combustible para todas las condiciones de funcionamiento del motor, desde las más pobres (para un funcionamiento normal) hasta las más ricas (para una fuerte aceleración) y todos los puntos intermedios. Los sensores de oxígeno de rango completo (usados por primera vez) brindan información esencial que permite que las computadoras regulen adecuadamente el suministro de combustible. [19]
Motores diesel [ editar ]
Todos los motores diesel pueden considerarse de combustión pobre con respecto al volumen total, sin embargo, el combustible y el aire no se mezclan bien antes de la combustión. La mayor parte de la combustión ocurre en zonas ricas alrededor de pequeñas gotas de combustible. La combustión localmente rica es una fuente de emisiones de materia particulada (PM).
Ver también [ editar ]
- Golpeteo del motor
- Mejora del combustible de hidrógeno
Notas al pie [ editar ]
Citas [ editar ]
- ^ [1] , aConseil Internationaldes Machines A Combustion - Paper .: 167 Nuevos motores de gas - Congreso CIMAC 2007, Viena
- ^ http://arb.ca.gov/msprog/aftermkt/devices/eo/bseries/b-67-1.pdf
- ^ "91CivicHatch" Archivado 2011-08-15 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "95CivicHatch" Archivado 2011-08-15 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "95CivicSedan" Archivado 2011-08-15 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ a b "Motor Toyota 4A-ELU" , sitio web "240 hitos de la tecnología automotriz japonesa"
- ^ "Especificaciones de Toyota Carina" Archivado el15 de diciembre de 2009en la Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "Toyota Corona Premio G" Archivado el23 de noviembre de 2010en la Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ a b c "Toyota Carina" , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "Toyota Corona Premio" , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "Toyota Corona Premio G" Archivado 2004-06-02 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "Toyota Caldina" , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "Toyota Caldina" Archivado el 23 de mayo de 2010 en elsitio web Wayback Machine , Toyota NZ
- ^ "Toyota Spacio" , sitio web de Toyota NZ
- ^ a b "Nissan Sunny" Archivado 2011-08-15 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ a b "Nissan Avenir" Archivado 2011-08-15 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ "Nissan Bluebird" Archivado 2011-08-15 en Wayback Machine , sitio web de especificaciones de automóviles japoneses auto.vl.ru
- ^ a b c "Tecnología del motor" Archivado el 25 de enero de 2007 en la Wayback Machine , sitio web de Mitsubishi Motors Sudáfrica
- ^ a b c d e "Honda no puede vender lean-burn en California" , Joel D. Pietrangelo y Robert Brooks, Ward's Auto World , septiembre de 1991
Referencias [ editar ]
- "Modelado de vehículos de tecnología avanzada en PERE, EPA, Oficina de Transporte y Calidad del Aire"
