Aunque a todos nos encanta conducir nuestros coches, a nadie le gusta gastar su dinero a la hora de cargar gasolina. Si bien los propietarios de coches de alto rendimiento solemos pasar por alto las especificaciones del fabricante sobre el consumo de combustible y nos centramos directamente en las cifras de potencia y par, vivir con un bajo consumo de combustible puede acabar con tu cuenta bancaria. En este artículo, analizaremos por qué tu motor consume tanto combustible y cómo se puede mejorar mediante un ajuste .
Si prestaste atención en la clase de química, habrás oído el término "estequiométrico". Este término define la proporción de aire y combustible que produce una combustión teóricamente perfecta, es decir, que se quema todo el oxígeno y el combustible disponibles. Para el combustible de surtidor normal, esta proporción estequiométrica aire-combustible es de 14,7:1, lo que significa que por cada kilogramo de combustible que quema el motor, consume 14,7 kilogramos de aire.
Esta relación estequiométrica es importante porque todos los fabricantes de automóviles del mundo utilizan sensores de oxígeno en el sistema de escape para garantizar que el motor funcione con una relación aire/combustible de 14,7:1 al ralentí o a velocidad constante. Esto se denomina modo de circuito cerrado, y la ECU monitorea los sensores de oxígeno y aumenta o disminuye el suministro de combustible hasta alcanzar una relación aire/combustible estequiométrica.
¿Qué ocurre entonces si optamos por una relación aire/combustible más pobre que la estequiométrica? Mis propias pruebas han demostrado que usar una relación aire/combustible de alrededor de 15,5:1 muestra una pequeña pero notable mejora en el ahorro de combustible.
Ahora bien, si conseguimos una mejora en el ahorro de combustible con una relación aire/combustible más pobre, ¿por qué no seguimos utilizando una relación aire/combustible más pobre? Con un motor convencional que utiliza inyectores de combustible en los puertos de admisión, si seguimos empobreciendo la relación aire/combustible, llegaremos a un punto en el que el motor empezará a tener fallos de encendido. Básicamente, la carga de combustión es demasiado pobre para que la bujía se encienda correctamente, por lo que una relación aire/combustible de alrededor de 16.0:1 es el límite máximo al que podemos llegar.
Sin embargo, existen excepciones, y la tecnología de inyección directa puede mostrar mejoras significativas en el ahorro de combustible. Los motores de inyección directa inyectan el combustible directamente en la cámara de combustión y controlan perfectamente cuándo se añade y cómo se mezcla con el aire. Si bien el límite de mezcla pobre se define cuando la combustión se vuelve inestable o el motor comienza a fallar, los motores DI de combustión pobre emplean una estrategia denominada carga estratificada. Con esta técnica, el combustible se inyecta de forma que la relación aire-combustible general es muy pobre, pero la distribución de la mezcla en el cilindro tampoco es uniforme. El combustible se dirige principalmente hacia la bujía, de modo que la relación aire-combustible en las proximidades de esta sea suficiente para promover una combustión estable. Esto permite relaciones aire-combustible generales extremadamente pobres, manteniendo una combustión fiable. Relaciones aire-combustible de hasta 20:1-25:1 son factibles.
Modo de crucero lean
Entonces, si podemos ver una mejora considerable en el ahorro de combustible con una relación aire/combustible más pobre, ¿por qué los autos no salen de fábrica como este? Lamentablemente, la respuesta son las emisiones. Esa relación aire/combustible estequiométrica de 14,7:1 también es el punto en el que se emite la mínima cantidad de contaminantes nocivos por el tubo de escape, y el convertidor catalítico de fábrica puede funcionar mejor. Este es el punto clave para los fabricantes, ya que si no superan la prueba de emisiones del ciclo de conducción, el motor nunca entrará en producción.
Sin embargo, algunos fabricantes se vuelven creativos y diseñan los controles de su motor en función de la prueba del ciclo de conducción, proporcionando un modo de crucero pobre, pero garantizando que el motor no entre en este modo durante la prueba. El motor LS1 de GM es un ejemplo clásico, con un modo de crucero pobre discretamente oculto en el PCM de fábrica. En el mercado de posventa, podemos observar mejoras considerables en la economía de combustible al modificar los parámetros de control y permitir que el motor entre en crucero pobre con mayor rapidez y frecuencia.
Pérdidas de bombeo
Uno de los aspectos que limita la eficiencia de crucero con aceleración parcial en un motor de gasolina son las pérdidas por bombeo. Probablemente no te diga mucho, así que déjame explicarte. Imagina que tienes una de esas jeringas grandes de plástico y empujas el émbolo hasta el fondo y luego lo sacas por completo. Hay poca resistencia al aire que entra y sale de la jeringa, por lo que es fácil mover el émbolo. Ahora imagina lo que ocurre cuando bloqueas el extremo de la jeringa con el pulgar. El aire no puede entrar ni salir de la jeringa y se dificulta mover el émbolo.
Esto es lo que ocurre en un motor cuando el cuerpo del acelerador está cerrado durante la velocidad de crucero. El motor se esfuerza para impulsar el aire a través de la mariposa del acelerador, y por eso se observa un vacío en el colector de admisión. Esto se denomina pérdida de bombeo y reduce la eficiencia del motor a bajas aperturas del acelerador, ya que el motor necesita esforzarse más para realizar su función.
Si alguna vez has intentado arrancar un coche bajando una cuesta, puedes ver claramente las pérdidas por bombeo en acción. Al bajar la cuesta con el motor en marcha, pero sin arrancar, descubres que puedes ajustar la velocidad con el acelerador. Si aceleras a fondo, minimizas las pérdidas por bombeo y el coche acelera (aunque el motor no esté en marcha). Si aceleras a fondo, el coche reduce la velocidad, ya que el motor debe esforzarse más para aspirar aire.
Minimizar las pérdidas de bombeo
En un mundo ideal, nuestro motor no necesitaría una mariposa de aceleración. La mariposa estaría permanentemente abierta al máximo y la potencia se controlaría por otros medios. Este es el caso de la mayoría de los motores diésel common rail modernos, donde la potencia se ajusta según la cantidad de combustible inyectado, y esta es una de las razones por las que un motor diésel presenta una mayor eficiencia que un motor de gasolina.
Eliminar el cuerpo del acelerador en nuestros motores de gasolina no es tan sencillo como en los diésel, pero los fabricantes aún tienen ases bajo la manga. Los sistemas de control de levas variables pueden utilizarse para mejorar la situación a velocidad de crucero, optimizando el solapamiento de levas para minimizar las pérdidas de bombeo. Creo que veremos grandes avances en la próxima década, así que estén atentos.
Lo que puedes hacer
A menos que desarrolle su propio motor, las posibilidades de lograr mejoras significativas rediseñándolo no son muy realistas. La buena noticia es que muchas de las modificaciones que realizamos para aumentar la potencia también contribuyen al ahorro de combustible. Un mejor diseño de escape o una admisión menos restrictiva permiten que el motor respire mejor, mejorando la eficiencia volumétrica y, por lo tanto, el ahorro. Si está ajustando su motor, consulte con su preparador sobre las opciones de crucero pobre y lo que puede hacer aquí, ya que es un excelente lugar para obtener mejoras.
