Motores de combustión pobre (Lean-Burn) explicados: Cómo las relaciones aire-combustible mejoran la eficiencia

En un motor de combustión interna, la combustión pobre (lean-burn) se refiere a la quema de combustible con un exceso de aire. La relación aire-combustible en estos motores puede ser tan baja como 65:1 (en masa). En comparación, la relación estequiométrica para gasolina es 14,64:1. En un motor lean-burn, el exceso de aire produce significativamente menos hidrocarburos. Las altas relaciones aire-combustible también pueden emplearse para reducir las pérdidas por estrangulación, generadas por diversas técnicas de gestión de potencia del motor.

En este artículo aprenderás la definición, aplicaciones, diagrama, funcionamiento, ventajas y desventajas de los motores lean-burn.

¿Qué es un motor lean-burn?

Aunque los motores lean-burn (tanto de gasolina como diésel) consumen menos combustible y emiten menos CO₂ que los motores con relación estequiométrica, la presencia de O₂ en sus emisiones impide el uso de catalizadores "de tres vías" actuales. Se requieren catalizadores capaces de convertir NOx a N₂ en emisiones que contienen oxígeno. El término "lean-burn" es autoexplicativo: es una pequeña cantidad de combustible entregada y consumida en la cámara de combustión. La relación aire-combustible normal es alrededor de 15:1 (15 partes de aire por 1 de combustible). Las verdaderas relaciones lean-burn pueden alcanzar 23:1.

Los motores lean-burn (gasolina y diésel) tienen mejor economía de combustible y menores emisiones que los motores sintonizados tradicionalmente. Por su naturaleza, utilizan menos combustible y producen menos hidrocarburos sin quemar y gases de efecto invernadero que un motor de combustión "regular" comparable, entregando la misma potencia. Se alcanzan condiciones lean-burn mediante mayores relaciones de compresión (mayor presión en cilindro), turbulencia de admisión sustancial e inyección directa de combustible con medición precisa.

Las aplicaciones de sistemas lean-burn son comunes en todo tipo de vehículos: coches comerciales como Honda, Toyota, Mitsubishi, motores de gas de servicio pesado y también motores diésel.

Diagrama de un motor lean-burn:

[Se recomienda insertar diagrama esquemático del motor lean-burn]

Principio de funcionamiento

El funcionamiento de un motor lean-burn es menos complejo y fácil de entender. Las pérdidas por estrangulación pueden reducirse usando el modo lean-burn. En operación a velocidad constante normal, un motor en un vehículo convencional está dimensionado para proporcionar la potencia requerida para la aceleración, pero debe funcionar muy por debajo de ese punto. Normalmente, la potencia se reduce cerrando parcialmente el mariposa. El trabajo extra requerido para bombear aire a través del mariposa reduce la eficiencia. Se puede lograr menor potencia con el mariposa más cerca de totalmente abierto si se reduce la relación combustible/aire, mejorando la eficiencia durante la conducción normal (por debajo de la capacidad máxima de par del motor).

Los motores lean-burn pueden usar mayores relaciones de compresión, resultando en rendimiento superior, eficiencia de combustible y menores emisiones de hidrocarburos que los motores de gasolina tradicionales. Los motores de inyección directa son la única forma de lograr mezclas ultra-pobres con altas relaciones aire-combustible.

La principal desventaja de la combustión limpia es que reducir emisiones de NOx requiere un sistema de convertidor catalítico complicado. Los catalizadores de tres vías actuales requieren un equilibrio de contaminantes en el puerto de escape para realizar reacciones de oxidación y reducción, por lo que la mayoría de los motores modernos crucero y desaceleran en o cerca del punto estequiométrico.

Mira el video a continuación para aprender más sobre el funcionamiento de un motor lean-burn:

[Insertar video explicativo]

Ventajas y desventajas del motor lean-burn

Ventajas:

Estos son los beneficios de un motor lean-burn en sus diversas aplicaciones:

• Mayor eficiencia de combustible
• Reducción de hidrocarburos sin quemar y gases de efecto invernadero liberados a la atmósfera
• El modo lean-burn es una técnica para reducir pérdidas por estrangulación

Desventajas:

A pesar de las buenas ventajas, persisten algunas limitaciones:

• Para reducir emisiones de NOx, la combustión pobre requiere un sistema de convertidor catalítico complicado
• Costos relativamente altos

Conclusión

Los motores lean-burn (gasolina y diésel) tienen mejor economía de combustible y menores emisiones que los motores sintonizados tradicionalmente. Utilizan menos combustible y producen menos hidrocarburos sin quemar y gases de efecto invernadero que un motor de combustión "regular" comparable, entregando la misma potencia. En este artículo se discutieron la definición, aplicaciones, diagrama, funcionamiento, ventajas y desventajas de un motor lean-burn.

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