Pérdidas de bombeo de carga parcial
La operación de carga parcial de los motores SI se logra convencionalmente mediante el uso de un acelerador para restringir el flujo de aire en el motor, permitiendo así que se reduzca la cantidad de combustible que se inyecta, mientras se mantiene una relación aire-combustible (AFR) constante.
La relación entre la masa de aire atrapado y la masa máxima de aire en su densidad de admisión que podría estar contenida en el cilindro se denomina eficiencia volumétrica. Cuando se opera bajo condiciones de carga completa, la eficiencia volumétrica de un motor IC debe ser lo más alta posible para que se maximice la masa de la mezcla de aire y combustible y, por lo tanto, la potencia de salida.
Por lo tanto, los motores están diseñados para minimizar la restricción de aire que fluye hacia el motor, de modo que el aire pueda ingresar al cilindro lo más cerca posible de la presión atmosférica.
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Cuando funciona a carga parcial, el acelerador restringe el flujo de aire hacia el motor, reduciendo la eficiencia volumétrica y, como resultado, la presión de aire en el colector de admisión cae significativamente por debajo de la presión atmosférica. Para extraer aire del múltiple al cilindro, se requiere que el pistón trabaje contra la depresión del múltiple y esto se denomina trabajo de bombeo (Estrictamente hablando, el trabajo realizado por el pistón es el resultado de la diferencia de presión entre el colector y el cárter).
Ciclos estándar de aire
El ciclo Otto estándar de aire se ilustra en la figura 1 (ver arriba a la derecha), mientras que la figura 2 (ver a la derecha) ilustra un diagrama PV más típico para un motor SI que funciona a carga parcial.
De la comparación de los dos diagramas se puede ver que el ciclo ideal no tiene circuito de bombeo (sombreado gris). Esto indica que los intercambios de gas desde el colector de admisión al cilindro, y desde el cilindro al colector de escape después de la combustión, deberían ocurrir idealmente sin ninguna pérdida asociada. En la práctica, esto nunca se puede realizar, y el trabajo siempre se gasta aspirando aire al cilindro y expulsando los gases de escape del cilindro.
Cuando funciona a plena carga, el colector de admisión estará ligeramente por debajo de la presión atmosférica, y el colector de escape estará ligeramente por encima de la presión atmosférica. A medida que se reduce el requisito de potencia del motor, se requiere el acelerador para reducir la presión del múltiple más allá de la presión atmosférica, aumentando así el tamaño del circuito de bombeo como se ilustra en la figura 2.
La salida de trabajo de un motor IC se indica por la diferencia en el área contenida dentro del circuito de alimentación y el circuito de bombeo. Por lo tanto, a medida que se reduce la salida del motor, el área del circuito de bombeo se acerca más a la del circuito de potencia y, por lo tanto, la mayor parte del trabajo positivo producido por el motor se utiliza para superar las pérdidas por bombeo y fricción.