Optimización del Encendido y Prevención de la Detonación en Motores de Combustión Interna

Factores de Diseño que Influyen en el Avance de Encendido

La correcta gestión del avance de encendido es crucial para la eficiencia y la prevención de la detonación en motores de combustión interna.

• RPM del motor: Al aumentar las revoluciones por minuto (RPM) del motor, se debe avanzar el encendido.
• Presión de admisión (Carga): A cargas mayores (alta presión de admisión), se corresponden ángulos de avance más pequeños (retardo del encendido).
• Riqueza de la mezcla: Se debe avanzar el encendido cuando se utilizan mezclas pobres.

Tipos de Combustión Anormal

Combustión Detonante (Picado de Bielas)

La detonación ocurre cuando la masa de mezcla fresca restante es calentada y comprimida por los gases ya quemados. Tras un determinado tiempo de retardo, esta masa se autoenciende, generando casi instantáneamente una onda de choque que eleva bruscamente la presión. Esta onda rebota por la cámara, provocando una vibración que se transmite al cilindro en forma de ruido metálico característico.

Combustión por Ignición Superficial

Este fenómeno se produce cuando existe un punto caliente en la cámara de combustión. Estos puntos calientes pueden ser provocados por la válvula de escape, el electrodo de la bujía o incrustaciones carbonosas.

Tipos de Ignición Superficial

• Preencendido (Pre-ignición): Ocurre antes de que salte la chispa de la bujía.
• Postencendido (Post-ignición): Ocurre después del salto de chispa.

Factores que Aumentan la Tendencia a la Detonación

Variables de Temperatura y Presión

• Relación de compresión: Si es alta, la temperatura máxima al final de la compresión es mayor, incrementando el riesgo de detonación.
• Presión del sobrealimentador: Una presión mayor aumenta la tendencia a detonar (similar al efecto de la relación de compresión).
• Presión de admisión: A mayor presión, más facilidad para la detonación.
• Temperatura de admisión (Tadm): A mayor temperatura, aumenta la tendencia a la detonación.
• Temperatura del refrigerante: Una temperatura más alta del refrigerante aumenta la tendencia a la detonación.
• Avance del encendido: Un avance exagerado favorece la detonación.
• Inyección de agua o agua-metanol: (Nota: Esta técnica se utiliza para reducir la detonación, aunque su uso es raro en motores convencionales).

Factores que Afectan el Tiempo de Residencia (Tiempo Disponible para la Detonación)

• Régimen de giro (RPM): A mayor velocidad de rotación, menor es el tiempo de residencia y, por lo tanto, menor es la posibilidad de detonación.
• Geometría de la cámara: Es un factor muy importante y diverso en el control de la propagación de la llama.
• Riqueza de la mezcla:
  • Las mezclas pobres disminuyen la tendencia a detonar, aunque la combustión normal sea más lenta.
  • En mezclas ricas, la vaporización del combustible ayuda a la refrigeración de la cámara.
• Poder antidetonante del combustible: Depende de la composición química del combustible; a mayor poder antidetonante, menor tendencia del motor a detonar.

Estrategias de Control y Optimización de la Combustión

Métodos para Influir en el Tiempo de Retardo de la Ignición

• Inyección neumática: Consiste en inyectar combustible mediante un compresor adicional.
• Calentamiento de los colectores de admisión: Un aumento de la temperatura de admisión (hasta 100 °C) puede reducir el retardo en 2 grados de cigüeñal. Sin embargo, calentamientos importantes reducirán el rendimiento volumétrico.
• Aumento de la relación de compresión: Las mayores temperaturas y presiones en la cámara favorecen la reducción del retardo.
• Recuperadores de calor: Acumulan el calor para calentar el aire admitido, pero en fase de compresión, lo que ayuda a mantener el rendimiento volumétrico.

Técnicas Avanzadas de Inyección y Alimentación

• Sobrealimentación: Se alcanzan mayores temperaturas y presiones, lo que reduce el tiempo de retardo.
• Inyección piloto: Consiste en inyectar entre un 5% y un 10% del combustible total, seguido del resto. Esto disminuye el retardo, ya que la primera inyección aumenta la presión y la temperatura iniciales.
• Fumigación: Consiste en alimentar la admisión con otro combustible distinto (generalmente gaseoso) previamente a la inyección principal. Esto provoca un aumento de los radicales libres y mejora el retardo. Su uso es casi exclusivo como vaporizadores para mejorar el arranque en condiciones de muy baja temperatura.