La respuesta es limitaciones tecnológicas. Y no tiene nada que ver con las bujías. Más bien ha sido el objetivo de los ingenieros aumentar la relación de compresión a valores más altos. Pero el problema es el fenómeno de los golpes.
Así es como funciona, ya que el pistón comprime la mezcla de aire y combustible en el cilindro y alcanza el TDC, la bujía se enciende y enciende la mezcla. Esta mezcla de combustible de aire es esencialmente de naturaleza homogénea para motores de gasolina (también se han desarrollado versiones heterogéneas en forma de motores cargados estratificados). La mezcla arde con llama y esta llama viaja desde el lado de la bujía al otro lado de la cámara de combustión y fuerza el pistón hacia abajo debido al aumento de la presión. Esta llama está destinada a consumir la mezcla no quemada mientras viaja. Pero, no siempre sucede. El motor contiene varios puntos calientes (regiones con alta temperatura). Esto da como resultado la auto detonación de la mezcla de aire y combustible en esos puntos, con su propia propagación de llama. A medida que estas dos llamas chocan entre sí, se emite un ruido de pluma con mucha energía que puede dañar el motor.
Este fenómeno de aumento de golpes depende de las propiedades del combustible y aumenta con el aumento de la relación de compresión.
Por lo tanto, viene la clasificación de octano de combustible. En una escala de 0 a 100, cuanto mayor sea el número, mejor es el combustible para evitar golpes. Es por eso que tiene combustibles especiales, como Speed in India, que tienen un mejor número de octanos y también son costosos. Anteriormente, se solía agregar plomo en la gasolina, ya que solía mejorar el índice de octano. Pero lentamente se descubrieron sus efectos venenosos y se eliminó. Es por eso que escucha gasolina sin plomo en estos días cuando visita una bomba de gasolina.
Ahora, se ha hecho un gran esfuerzo para aumentar la relación de compresión sin aumentar la tendencia a golpear. Hasta ahora, el investigador ha logrado un CR de 12. Con suerte, podremos impulsarlo aún más.
Para una relación de compresión dada, la eficiencia térmica del ciclo otto es mayor que el ciclo diesel, entonces ¿por qué no se usan motores de gasolina con una relación de compresión de 15: 1 a 20: 1 en lugar de motores diesel del mismo motor?
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Los motores de gasolina pueden y han tenido relaciones de compresión tan altas como 16: 1.
Pero hay inconvenientes significativos al hacerlo.
- Requiere combustible altamente refinado y productos químicos oxigenadores que no se almacenan bien y son muy corrosivos.
- Requiere diseño de árbol de levas de alto RPM.
- El par no es significativo en el rango de operación bajo RPM.
- No es posible correr con turbocompresores
- Los ciclos de calor reducen significativamente la durabilidad.
A principios de la década de 1990, varios equipos de NASCAR, junto con algunos autos Sprint sucios, realizaron con éxito eventos utilizando motores de gasolina de alta relación de compresión.
Pero como se señaló anteriormente, muchos de estos motores ni siquiera fueron capaces de reconstruirse después de solo 500 vueltas. Todos los componentes principales eran basura, incluidos los cigüeñales junto con el resto del conjunto giratorio. Las válvulas estaban quemadas y ya no se podían usar. El bloque a menudo se deformaba más allá de las especificaciones de reconstrucción. Las culatas a menudo mostraron grietas (hierro fundido y aluminio) debido a la saturación de calor y se excedieron los límites de tensión.
Los motores a veces simplemente explotaron sin previo aviso, a menudo en ventanas del bloque.
La tecnología de combustión pobre de gasolina no es factible para un tranvía dado los amplios entornos operativos requeridos. Los motores de alta relación de compresión requieren una concentricidad muy estricta del diámetro interior del cilindro o fallarán.
El refinado de combustible que puede soportar una compresión de 14-16: 1 también sería muy costoso, especialmente en épocas más frías del año.
A fines de los años 70, un equipo de Top Fuel intentó sobrealimentar el motor alimentado con nitro, ejecutando una compresión mecánica de 16.5: 1. Durante una prueba de funcionamiento en la pista, acababa de comenzar el desgaste de los neumáticos en la caja de cloro cuando explotó todo el extremo superior. Encontraron una de las paletas de soplado de raíces a 1,000 ‘de distancia en el estacionamiento. No recuerdo si fue Don Garlits. Podría haber sido Kalitta.
Ay.
Incorrecto. El diesel es más eficiente que el ciclo Otto.
La gasolina / gasolina se auto enciende, detona / golpea cuando se comprime a más de 12: 1. Se encendería antes de tdc e intentaría invertir la rotación del cigüeñal. La gasolina necesita un CR más bajo y una chispa para el encendido. Un diésel comprime solo aire hasta que el diésel se inyecta a alta presión alrededor de un CR de 20: 1.
La rotación de los motores diesel está limitada a alrededor de 6000 rpm debido a la velocidad de la llama del diesel y no a la metalurgia. Los motores de gasolina estaban limitados por la metalurgia, pero la tecnología hoy en día puede alcanzar alrededor de 22,000 rpm debido a la velocidad de llama más rápida de la gasolina.
Lalit Khatri tiene una gran respuesta.
Extenderlo un poco más allá de las limitaciones tecnológicas, con regulaciones gubernamentales.
Hay un punto dulce en el triángulo de economía de combustible, potencia y emisiones. No puede cambiar uno de ellos sin afectar a los otros dos y, en el caso de su pregunta, el aumento (en este caso teórico, hasta que tengamos un gas que no detone bajo una compresión más alta) que vendría de la compresión aumentada La relación sesgaría el equilibrio del triángulo y tendría un mayor efecto negativo en la producción de emisiones que un efecto positivo en la energía, y al medio ambiente no le gusta eso.
Nota al margen: se agrega octano al gas para reducir la volatilidad y evitar la detonación que de otro modo se produciría con una mayor compresión y mayor calor de los automóviles de alto rendimiento. Por lo tanto, los automóviles de alto rendimiento generalmente requieren gas de “alto octanaje” (90+) para evitar golpes. Los autos de rendimiento regular con menor compresión pueden usar combustible de alto octanaje, pero no es necesario que funcionen correctamente (en términos de golpes).
La relación de compresión de un motor de ciclo Otto está limitada por el tiempo en que se inyecta el combustible, así como por las características del combustible.
En el ciclo de Otto, la mezcla combinada de aire / combustible se comprime y su temperatura aumenta según las conocidas leyes de gases. Con un exceso de compresión, la temperatura excederá la temperatura de ignición de la mezcla de aire / combustible, y la energía liberada por el combustible funcionará para impulsar el cigüeñal hacia atrás. Esto es muy estresante para el motor y puede provocar daños si la condición se prolonga.
El octanaje de combustible tiene mucho que ver con la relación de compresión alcanzable en un motor de ciclo Otto. El combustible de mayor octanaje tiene una temperatura de ignición más alta y un retraso mayor después del encendido antes de que ocurra una gran liberación de calor. La temperatura de ignición más alta permite una mayor compresión sin temor a una ignición prematura, y el mayor retraso de ignición se compensa adelantando la sincronización de la chispa. Tenga en cuenta que los sofisticados motores de ciclo Otto detectan los golpes y pueden ajustar las relaciones de compresión a través del control de las válvulas y adaptarse al índice de octanaje de combustible a través del tiempo de chispa variable.
En el ciclo Diesel, solo el aire se comprime durante el ciclo de compresión, por lo que se puede comprimir tanto como se desee hasta los límites estructurales del motor sin riesgo de ignición. El combustible se inyecta en el aire comprimido extremadamente caliente poco después del punto muerto superior. Desafortunadamente, el tiempo necesario para la inyección más el retraso de encendido del combustible consume una parte de la carrera de potencia. Es por eso que la eficiencia * teórica * del ciclo Diesel es menor que la del ciclo Otto. Sin embargo, en un Diesel bien diseñado, el beneficio de una relación de compresión más alta excede la pérdida de eficiencia de una carrera de potencia acortada.
El combustible de cetano tiene mucho que ver con la eficiencia de un motor de ciclo Diesel. El cetano es el inverso del octano con un valor de cetano más alto que indica un retraso de ignición más corto. El combustible con alto contenido de cetano (bajo octanaje) se enciende casi inmediatamente al entrar en contacto con el aire extremadamente caliente producido durante la carrera de compresión. Dado que la parte de la carrera de potencia desperdiciada durante el proceso de abastecimiento de combustible es el momento de la inyección más el retraso del encendido, la reducción del retraso del encendido mediante el uso de combustible con alto contenido de cetano disminuye el desperdicio y mejora la eficiencia del diésel.
Para lograr una alta relación de compresión, todas las partes del motor deberán ser capaces de manejar valores de tensión más altos, lo que resultará en un mayor peso, mayores momentos de inercia y requerirá cigüeñales y volantes más pesados. Dado que el objetivo principal es lograr la máxima relación potencia / peso del motor, el aumento de la relación de compresión frustra aún más el propósito
Porque, en el motor de gasolina, hay una bujía para encender el combustible. Pero en el motor diesel, la mezcla de aire se comprime a un valor tal que se calienta demasiado y cuando se inyecta combustible en forma de gotas, se produce una combustión automática.
Es por eso que en el motor diesel, hay más relación de compresión.
Además, la gasolina es más volátil que el diésel, por lo que se quema y vaporiza más fácilmente, por lo que necesita menos relación de compresión.
Los motores diesel con Cr tan bajo no se encenderán y, por lo tanto, deben tener una relación de compresión más alta. Y si se usan motores de gasolina en este punto, entonces entrará el fenómeno de los golpes. Sin embargo, la tecnología se está desarrollando y pronto la relación de compresión para vehículos de gasolina llegará a esta etapa.
Es cierto que para una relación de compresión dada, la eficiencia térmica del ciclo Otto es mayor que el ciclo diesel, pero la relación de compresión de los motores de gasolina se mantiene por debajo de 10: 1 en la mayoría de los casos para evitar golpes. Tenga en cuenta que el fenómeno de golpe es diferente para un motor de gasolina y un motor diesel. Si se cambia el número de octano, también podemos aumentar la proporción de compresión para los automóviles de gasolina.