PROCESO DE COMBUSTION

1. Nociones Generales.La combustión es una reacción química exotérmica, de oxidación – reducción entre dos o más sustancias, combustible y comburente, que se realiza a gran velocidad con desprendimiento de luz y calor.Comburente: es la sustancia oxidante de la combustión. En el motor de combustión interna es el oxígeno del aire que se encuentra en una proporción del 21% frente al 79% de nitrógeno.Combustible: es la sustancia reductora de la combustión. Los empleados en los motores de combustión interna son hidrocarburos derivados del petróleo. Los hidrocarburos están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre.

En el proceso de la combustión la energía química del combustible se transforma en térmica. Esta transformación se realiza durante cierto lapso en que el émbolo se halla cerca del p.m.s.

La eficacia del proceso de la combustión depende de un gran número de factores y, ante todo del procedimiento de formación de la mezcla y de inflamación del combustible.

Por esta razón, a diferencia de los procesos de intercambio de los gases y de compresión, la combustión en los motores de encendido por chispa debe estudiarse aparte de la que tiene lugar en los motores Diesel.

Proceso de Combustión en los Motores de E.CH.El proceso de la combustión, su desarrollo y terminación en un corto espacio de tiempo representa una serie de reacciones complejas sucesivas.• Si la temperatura de la mezcla de trabajo en el instante inicial de la

reacción de combustión es baja, el oxígeno prácticamente no reacciona con el combustible.

• Si las temperaturas son muy altas, la velocidad de esta reacción aumenta y el proceso de la combustión es muy rápido.

• Las experiencias han demostrado que la velocidad de la reacción depende de la composición de la mezcla combustible, es decir, del coeficiente de exceso de aire, y que la inflamación de una mezcla combustible homogénea es posible dentro de determinado límites de variación de dicho coeficiente de exceso de aire.

• Fuera de estos valores límites es imposible inflamar una mezcla homogénea.

El valor mínimo del coeficiente de exceso de aire αmín con que se puede inflamar una mezcla, se llama límite superior de concentración para la propagación de la llama. El valor máximo del coeficiente de exceso de aire αmáx, con que aún se puede inflamar la mezcla, recibe el nombre del límite inferior de concentración para la propagación de la llama.En los combustibles de hidrocarburos que se utilizan en los motores de automóvil la velocidad máxima corresponde a las mezclas que tienen α = 0,85 - 0,9. Un mayor enriquecimiento o empobrecimiento de la mezcla conduce a una disminución suave de la propagación de la llama hasta llegar a un valor con el cual la mezcla no se inflama.Si se eleva la temperatura en el instante de la inflamación del combustible, up aumenta (proporcionalmente al cuadrado de la temperatura), si lo que aumenta es la presión, up disminuye un poco.

Fig. 52. Variación de la velocidad de propagación de la llama (up) en las mezclas de aire hidrocarburos en función del coeficiente de exceso de aire α:

1, hidrógeno; 2, acetileno; 3, anhídrido carbónico; 4, etileno; 5, propano; 6, metano.

En los motores con formación externa de la mezcla y encendido por chispa, la mezcla combustible, constituida por un gas combustible o por vapores de un combustible líquido y aire, es prácticamente homogénea y su inflamación fuera de los límites de inflamabilidad es imposible.

Si la mezcla contiene gases residuales los límites de inflamabilidad se estrechan. Por esto, en los motores de E.CH, cuando varía la carga hay que variar al mismo tiempo la cantidad de combustible y aire que entra en el cilindro, de manera que para todas las cargas se encuentre la mezcla combustible dentro de los límites de inflamabilidad. La cantidad de mezcla combustible que entra en el cilindro de un motor de E.CH se regula cambiando la posición de la mariposa de gases y variando al mismo tiempo, dentro de unos límites estrechos (α = 0,85 – 1,20), la composición de la mezcla en función de la carga.

Esta regulación cuantitativa de la composición de la mezcla, en que estando la mariposa poco abierta hay que emplear mezcla rica, hace que disminuya el rendimiento económico del motor.

Fig. 53. Proceso de la combustión en un motor de encendido por chispa.

• En el ciclo real, donde la combustión dura cierto tiempo (cerca de 0,001 s), el émbolo tiene tiempo de alejarse un poco del p.m.s.

• En el tiempo que dura la combustión el cigüeñal gira de 15 a 20 °.

• En la parte baja de la fig. 53 se han marcado los ángulos de giro

del cigüeñal correspondientes al desplazamiento del émbolo.• Como puede verse en el diagrama, mientras dura la combustión

(un ángulo de 20° de giro, aproximadamente, del cigüeñal) el émbolo recorre cierto camino , para el cual la línea que caracteriza el proceso de la combustión se desvía poco de la que representa V = constante.

• Resulta más cómodo estudiar este proceso en un sistema de coordenadas en que sobre el eje de ordenadas se tome la presión p y sobre el eje de abscisas, el ángulo de giro φ del cigüeñal.

Fig. 54. Características del proceso de la combustión

a) diagrama de indicador en coordenadas p – φ que caracteriza el proceso de la combustiónb) posiciones del frente de la llama en distintos periodos del proceso de la combustión cuando la carga no tiene movimiento dirigido (datos de A. N. Voinov) c) variación de la presión y de la temperatura en el motor GAZ-21 en función del ángulo de giro del cigüeñal (α = 1,02; n = 2000 r.p.m.):• 1, instante del salto de la chispa• 2, comienzo de la evaluación de la presión; φ1 y φ2 ángulos de

giro del cigüeñal, desde el p.m.s., con los cuales se alcanzan respectivamente la presión máxima y la temperatura máxima del ciclo.

• Para que la combustión de la mezcla de trabajo sea rápida y se efectúe cerca de p.m.s., con lo que se consigue el mejor aprovechamiento del calor, es necesario que la chispa eléctrica se produzca en la cámara de combustión en el instante en que al cigüeñal le faltan varios grados para llegar al p.m.s.

• El ángulo de giro del cigüeñal correspondiente al salto de la chispa antes del p.m.s. se llama ángulo de avance del encendido y se representa por φe.

• En la zona de acción de la chispa ésta ejerce influencia térmica y eléctrica sobre la mezcla de trabajo. Si la mezcla se encuentre dentro de los límites de inflamabilidad se produce un foco de inflamación.

• Los experimentos han demostrado que la llama visible no aparece inmediatamente en el instante de saltar la chispa, ya que tanto para que se forme como para que la mezcla se prepare químicamente para la combustión se necesita cierto lapso, igual a unas milésimas de segundo.

• La chispa eléctrica se hace saltar en la cámara de combustión en el punto 1, la elevación de la presión desde el punto 1 hasta el punto 2 se efectúa como si la chispa no hubiese saltado.

• Si durante este periodo de tiempo se fotografía la cámara, no se descubren indicios del proceso de combustión.

• En el punto 2, correspondiente al ángulo de 8° de giro antes del p.m.s se nota el principio de una elevación brusca de la presión. Desde este instante, debido a la ampliación del frente de la llama, aumenta bruscamente la cantidad de calor que se desprende, lo que hace que se eleve sensiblemente la presión y la temperatura.

• La presión máxima debe conseguirse cuando φ = 11º después del p.m.s..

El análisis del proceso de la combustión por el diagrama de indicador (fig. 54, c) muestra que la temperatura máxima del ciclo se alcanza no cuando la presión es mayor, sino un poco después. Esto se explica porque el proceso intensivo de la combustión continúa aún después de que la presión llega a su valor máximo. Sin embargo, como el émbolo se mueve con una velocidad cada vez mayor y los gases se expanden al ocurrir esto, la presión comienza a disminuir, cosa que también se ve favorecida por el aumento de la transmisión de calor de los gases a las paredes. Al fotografiar los diversos periodos del proceso de combustión, en la cámara de explosión se ha descubierto la existencia de un contorno luminoso que separa la mezcla quemada de la que no ha ardido todavía. Este contorno recibe el nombre de frente de la llama y representa una capa delgada de mezcla en la cual se desarrolla la reacción de combustión

2. Fases de la Combustión en los motores de E.ChEl proceso de la combustión se puede dividir en 3 fases (fig. 54, a): La primera fase: fase inicial Comprende desde el instante en que salta la chispa eléctrica hasta el comienzo de la elevación brusca de la presión, en el diagrama de indicador se caracteriza por el ángulo θ1 y que se llama fase inicial de la combustión. En esta fase se incluye el periodo durante el cual se produce el pequeño foco de ignición, en la zona de altas temperaturas entre los electrodos de la bujía (en el instante de la descarga la temperatura llega aproximadamente a 10000 K) y el periodo de aparición del foco inicial de inflamación visible. Durante el tiempo correspondiente a la primera fase arde del 6 - 8 % de la mezcla combustible.

La segunda fase: fase principal Se le llama fase principal, se caracteriza por el ángulo θII que abarca desde el instante en que comienza el aumento brusco de la presión hasta el momento en que la presión alcanza su valor máximo (desde el punto 2 hasta el punto 3). Durante este periodo la llama se propaga la mayor parte del volumen de la mezcla de trabajo y se desprende la mayor cantidad de calor. En el tiempo que dura la segunda fase arde cerca del 80% de la mezcla combustible. La llama turbulenta se propaga por toda la cámara de combustión, cuyo

volumen casi es constante y el pistón se encuentra cerca del PMS.La velocidad de propagación depende de la intensidad de la turbulencia

lo que es a su vez directamente proporcional a la frecuencia de rotación del cigüeñal.

Cuando el frente de la llama llega a las paredes, como hay menos turbulencia, la velocidad disminuye

• Esta segunda fase de la combustión se aprecia, si se tiene el diagrama de indicador, la velocidad a que aumenta la presión por cada grado de ángulo de giro del cigüeñal

• El valor medio de esta magnitud, recibe el nombre de rigidez del proceso; viene determinada por la relación:

• En estos motores el valor de la rigidez media del proceso es de 1-2 bar/grado.

La tercera fase: Fase de combustión residualSe designa por θIII, comienza en el punto 3 del diagrama de indicador y caracteriza el periodo de extinción del combustible. Se quema la mezcla detrás del frente de llama. La presión ya no crece por que

ya se produce la carrera de expansión y hay transmisión de calor a las paredes.

La velocidad de la combustión en las paredes y detrás del frente de la llama es lenta y depende de las propiedades físico–quimicas de la mezcla.

Para aumentar esta velocidad hay que crear turbulencia en las zonas de combustión residual.

La terminación de esta fase es difícil de marcar en el diagrama de indicador, puesto que es imposible establecer el instante en que el combustible se ha quemado por completo.

En los motores de encendido por chispa la duración de la tercera fase no es grande y, si el proceso de la combustión se efectúa correctamente termina totalmente durante la primera mitad de la carrera de expansión del émbolo.

3. Factores que influyen en la duración y calidad de la combustión.Entre los factores que influyen en la duración y calidad de la combustión tenemos:1. Influencia de la composición de la mezcla de trabajo2. Influencia del ángulo de avance al encendido3. Influencia de la velocidad del movimiento vortiginoso de la

mezcla de trabajo4. Influencia del número de revoluciones5. Influencia de la carga del motor6. Influencia de la relación de compresión. 7. Influencia de la forma de la cámara de combustión y de la

colocación de la bujía de encendido.

1. Influencia de la composición de la mezcla de trabajo• La composición de la mezcla de trabajo, definida por el coeficiente

de exceso de aire (Ɛ), ejerce gran influencia sobre el proceso de la combustión.

• Los experimentos demuestran que este proceso tiene su duración máxima cuando la mezcla de trabajo se inflama con un coeficiente de exceso de aire aire α = 0,85÷0,9 que es con el que se alcanza la velocidad máxima de propagación del frente de la llama.

• Cuando el coeficiente de exceso de aire tiene estos valores la fase inicial del proceso de la combustión se acorta y la fundamental se desarrolla rápidamente y si el ángulo de avance al encendido está bien elegido, tiene lugar en las proximidades del p. m. s. asegurando el valor máximo de la presión pz y del trabajo del ciclo

• cuando α > 0,9 la combustión dura más, debido principalmente a que la fase inicial aumenta

• El empobrecimiento de la mezcla más allá de cierto límite, que depende de la forma de la cámara de combustión, de la relación de compresión y de la carga del motor, conduce a la imposibilidad de que la mezcla combustible – aire se inflame y arda.

• En los motores modernos de E.CH para automóviles se consigue el mejor rendimiento económico cuando el coeficiente de exceso de aire α=1,05÷1,15.

• En este caso, a pesar de que la combustión se desarrolla lentamente y de que el trabajo del ciclo disminuye, se quema todo el combustible.

• Esto determina que, cuando α tiene los valores que acabamos de señalar, el aprovechamiento de calor en el ciclo real sea óptimo y su rendimiento indicado, máximo.

2. Influencia del ángulo de avance al encendido. Para que la masa fundamental de la mezcla de trabajo arda en el proceso de expansión cerca del p.m.s; es necesario, que la chispa eléctrica se produzca con cierta antelación al p.m.s, correspondiente a varios grados de giro del cigüeñal.

En la fig. 55 se muestran los diagramas de indicador de un motor de E.CH tomados con diversos ángulos de avance al encendido e igual posición de la mariposa de gases. El diagrama representado en la fig. 55 a) se obtuvo estableciendo el ángulo óptimo de avance al encendido. Haciendo saltar la chispa oportunamente se consiguió que la combustión transcurriera cerca del p. m. s. en este caso se consiguió la potencia máxima del motor y mejor rendimiento económico.

Fig. 55. Diagrama de indicador. De un motor carburador, para distintos ángulos de avance al encendido

Si el ángulo de avance al encendido se toma demasiado grande (fig. 55, b), el proceso de la combustión comienza antes de que el embolo llegue al p. m .s; la presión aumenta bruscamente y alcanza su valor máximo cuando el pistón se mueve aún hacia dicho p. m. s

Luego se observa una disminución de la presión y en las proximidades del p. m. s. se produce un “lazo” cuya área rayada determina el trabajo que se gasta inútilmente.Un encendido prematuro ocasiona disminución de la potencia y del rendimiento económico del motor.

El establecimiento de un ángulo demasiado grande de avance al encendido puede provocar una combustión anormal detonante.

Si el ángulo de avance al encendido es muy pequeño (fig. 55. c); el proceso de la combustión se efectúa durante la expansión, cuando el émbolo ya se encuentra lejos del p. m. s Como resultado de la combustión tardía empeoran la potencia y el rendimiento económico del motor , y la temperatura de los gases quemados es mayor durante la expansión y el escape y el motor se recalienta.

El ángulo óptimo de avance al encendido depende de todos los factores que influyen en el proceso de la combustión enumerados anteriormente. Este ángulo se elige al probar el motor en el banco de pruebas de frenado.

3. Influencia de la velocidad del movimiento vortiginoso de la mezcla de trabajo.El aumento de la velocidad del movimiento vortiginoso de la mezcla de trabajo contribuye a acelerar el desarrollo del frente de la llama y a disminuir bruscamente la duración total de la combustión, al acortamiento de su segunda fase. Los experimentos han demostrado que la velocidad de propagación de la llama en los motores de carburador en que la mezcla tiene movimiento de torbellino, es de 15 ÷ 60 m/s, es decir 8 ÷ 12 mayor que cuando carece de este movimiento.El movimiento vortiginoso de la mezcla de trabajo dentro del cilindro se produce durante la admisión de la carga fresca.

Para aumentar la velocidad de este movimiento en el periodo de la combustión, cuando el embolo se aproxima al p. m. s. se utilizan cámaras de combustión con expulsor. En estas cámaras, cuando el embolo se acerca al p. m. s. en la zona opuesta a la de la bujía de encendido queda un hueco pequeño (de cerca de 1mm ) entre la cabeza de dicho émbolo y la culata del cilindro, de donde la carga es expulsada en dirección a la bujía con esto se consigue intensificar el movimiento de torbellino.

Cuando existe expulsor, en el cual se quema la última porción de combustible, disminuyen las posibilidades de que se produzca una combustión detonante.

4. Influencia del número de revoluciones Al aumentar las r. p. m del motor el tiempo reservado al proceso de la combustión disminuye en proporción directa al aumento del número de revoluciones.Analicemos como varían las fases de la combustión en función del número de revoluciones. A medida que aumentan las r. p. m, el tiempo de la fase inicial de la combustión disminuye un poco, pero esta disminución no es proporcional al crecimiento del número de revoluciones, por lo que la duración de la de fase expresada en grados de ángulo de giro de cigüeñal, aumenta.

Como la intensidad del movimiento de la carga crece, la velocidad de propagación del frente de la llama aumenta también al elevarse el número de revoluciones, de manera que la duración de la fase fundamental de la combustión, expresada por el ángulo de giro del cigüeñal, no varía prácticamente. Con el aumento de las r. p. m. crece también la duración de la tercera fase de la combustión.Para compensar el aumento del ángulo de giro del cigüeñal correspondiente de la fase θI y para conseguir las condiciones optimas de la combustión, es decir, para que transcurra cerca del p. m. s. es necesario que al aumentar las r. p. m. aumente al mismo tiempo al ángulo de avance al encendido.El ángulo de avance al encendido se cambia automáticamente por medio de un regulador centrífugo ó mediante la UCE

5. Influencia de la carga del motorCuando disminuye la carga del motor se cierra un poco la mariposa de gases disminuyendo la cantidad de mezcla fresca que llega al cilindro. Al hacer esto disminuyen los valores iniciales y finales de la presión y de la temperatura. La cantidad de gases residuales permanecen invariables, pero el coeficiente de gases residuales aumenta y, por consiguiente, los gases inertes impurifican mas la mezcla fresca. A consecuencia de esto se empeoran las condiciones de inflamación de dicha mezcla, disminuye la velocidad de propagación de la llama y aumenta la duración de las fases inicial y Principal del proceso de la combustión.

Al entornar la mariposa de gases, como disminuye la velocidad del aire en el difusor, el proceso de formación de la mezcla se empeora.Se consigue un mejoramiento parcial de la combustión estando entornada la mariposa, regulando especialmente la composición de la mezcla de acuerdo con la posición que tome dicha mariposa y variando el ángulo de avance al encendido. La composición de la mezcla se regula de manera que al ir cerrando la válvula de mariposa, desde la posición en que proporciona el mejor rendimiento económico del motor (α=1,05÷1,15), la mezcla se haga mas rica.

Este enriquecimiento de la mezcla favorece la aceleración del proceso de la combustión.

El aumento del ángulo de avance al encendido, que se realiza automáticamente por medio del corrector de vacío hace que la segunda fase de la combustión transcurra más cerca del p. m. s. al enriquecerse la mezcla (α1), como la reacción química de combustión resulta incompleta, parte del calor no se desprende, por lo que el gasto de combustible aumenta bruscamente.

Además, junto con los gases quemados se lanza a la atmósfera una gran cantidad de productos de la combustión incompleta, que contienen sustancias tóxicas (monóxido de carbono y otros).

6. Influencia de la relación de compresión (Ɛ)

Cuando aumenta la relación de compresión, la presión y la temperatura se elevan al final de la compresión. Al aumentar la temperatura y la presión se acelera la preparación del combustible para la ignición y aumenta la velocidad de propagación de la llama.Como resultado de esto la duración total del proceso de la combustión disminuye y los índices de funcionamiento del motor.Cuando se aumenta la relación de compresión hay que disminuir al ángulo de avance al encendido. Debe señalarse que la evaluación de la relación de compresión produce un efecto positivo si no provoca la combustión detonante o el autoencendido prematuro o retrasado.

7. Influencia de la forma de la cámara de combustión y de la colocación de la bujía de encendido La forma de la cámara de combustión y la disposición que en ella tiene la bujía de encendido influyen considerablemente de la duración del proceso de la combustión. La forma más eficaz de la cámara de combustión es aquella en que la distancia desde la bujía de encendido hasta el punto más alejado es mínima.Cuando la bujía se encuentra en el centro de la cámara de combustión se dan las mejores condiciones para la combustión de la mezcla de trabajo, puesto que el frente de la llama se puede propagar uniformemente desde la bujía en todos direcciones.

Cuando los cilindros tienen diámetros relativamente grandes se suelen montar en ellos dos bujías de encendido, para acelerar la combustión y asegurar el funcionamiento sin fallas del motor.Esta medida es conveniente tomarla también en los motores de gas, cuya velocidad es menor que la de los motores de gasolina.

En los casos en que se utilizan cámaras de combustión cuneiformes, con la válvulas dispuestas formando ángulo y la bujía de encendido desviada con respecto al centro (figs. 57, c y d), el proceso de la combustión mejora en la parte de la cámara más alejada de la bujía de encendido, donde se quema la última porción de mezcla de trabajo; debido a la existencia de un huelgo pequeño entre la cabeza del embolo y la culata del cilindro llamado expulsor.Esta estructura de la cámara asegura la combustión no detonante de la última porción de la mezcla de trabajo, aumenta el volumen de mezcla que se encuentra más cerca del foco del encendido y crea un movimiento vortiginoso adicional de la carga.

4. Combustión DetonanteEn determinadas condiciones, en los motores de encendido por chispa se produce un golpeteo metálico estridente, síntoma de que la combustión es detonante. Cuando la detonación es débil, el golpeteo se produce con ciertos intervalos y se parece al que suele oírse cuando el huelgo entre el casquillo del pie de la biela y el bulón del émbolo es exagerado. Al aumentar la intensidad de la detonación, en el cilindro del motor se oye un golpeteo fuerte y continuo.En estas condiciones el funcionamiento del motor se hace inestable, disminuye el número de revoluciones del cigüeñal, se recalientan el émbolo, el cilindro y su culata y aparece humo negro en los gases de escape

Si el motor funciona durante mucho tiempo con detonación se pueden quemar la arista de los émbolos, las juntas entre los cilindros y la culata del bloque, así como los electrodos y los aisladores de la bujía de encendido. Las altas presiones locales que aparecen con la detonación crean cargas de impacto en el mecanismo de biela y manivela y destruyen la capa antifricción de los cojinetes de las bielas.La destrucción de la película de aceite y la acción de las sustancias activas contenidas en los productos de la combustión provocan un desgaste intenso de la parte superior de las camisas de los cilindros. Por las razones que acabamos de exponer no debe tolerarse que el motor funcione mucho tiempo con detonación.

Los experimentos demuestran que, durante el proceso de la combustión, los gases quemados que se expanden comprimen delante de la llama la mezcla que todavía no arde, lo que hace que se eleve la temperatura. Este aumento de la temperatura y de la presión de la parte no quemada de la mezcla de trabajo provoca en ella reacciones químicas de oxidación de las moléculas del combustible y la formación de compuestos peroxídicos. Cuando las presiones y las temperaturas son suficientemente altas estos compuestos se inflaman espontáneamente antes de que a esta parte de la mezcla de trabajo se acerque al frente de la llama. El proceso de combustión así iniciado se propaga rapidísimamente a las capas vecinas de la mezcla de trabajo, donde también se produjeron previamente reacciones de oxidación

Como resultado de semejante desarrollo de la combustión se originan ondas de choque que se propaga a gran velocidad por todo el espacio de la cámara de combustión y que, en las paredes, producen los golpes metálico. Cuando estas ondas de choque entran en las zonas en que están a punto de terminar las reacciones químicas antes mencionadas provocan la explosión detonante. La onda detonante se propaga a la velocidad de 2000 ÷ 2300m/s.Se ha establecido experimentalmente que la combustión detonante, por regla general, se produce en la zona de la cámara de combustión más alejada de la bujía de encendido, donde La mezcla de trabajo se quema más tarde y está más sometida a la presión de los gases, que se forman al arder el combustible y a la acción de las altas temperaturas.

fig. 58. Diagrama de indicador de la combustión detonante en un motor de carburante

5. Factores que influyen en que se produzca la detonaciónHay varios factores que influyen en que se produzca la detonación, así tenemos:1. Relación de compresión2. Forma de la cámara de combustión y la disposición de la bujía

de encendido3. Dimensiones de los cilindros y su número4. Material de la culata de los cilindros5. Composición de la mezcla de trabajo6. El número de revoluciones del cigüeñal7. Carga del motor8. Angulo de avance al encendido9. Formación de carbonilla10. Enfriamiento del motor

1. Relación de compresiónCuando la relación de compresión aumenta, la temperatura y la presión se eleva al final de la compresión, lo que facilita la detonación. Por esto el aumento de la relación de compresión tiene por límite el valor de esta a que se produce la combustión detonante. A igualdad de las demás condiciones: la posibilidad de aumentar la relación de compresión depende del índice de octano del combustible y de la forma que tiene la cámara de combustión. Por esto al elegir la relación de compresión para un motor se tiene en cuenta la calidad del combustible que ha de consumir y el tipo de cámara de combustión que tiene.

2. Forma de la cámara de combustión y la disposición de la bujía de encendidoLa forma de la cámara de combustión determina en cierta medida de carácter de la propagación del frente de la llama. Una cámara de combustión compacta, con la bujía de encendido situado en el centro (véase la fig. 57, b), de manera que la llama se propague uniformemente en todas las direcciones, da la posibilidad de elevar la relación de compresión permitida sin que se produzca la detonación. Si se utiliza la cámara de compresión con expulsor (véase la fig. 57, c, d, y e) mejora la extracción de calor de la parte de la mezcla que se quema al último y disminuye la propensión del motor a detonar.

3.Dimensiones de los cilindros y su númeroSi los cilindros tienen el diámetro grade, el camino a seguir por la llama hasta el punto más alejado de la cámara de combustión es mayor, lo que facilita la detonación. En este caso, para conseguir que la combustión no sea detonante se montan dos bujías de encendido en cada cilindro, colocándolas en los extremos diametralmente opuestos de la cámara. En los motores de varios cilindros con formación exterior de la mezcla se puede producir la detonación en algunos de los cilindros debido a que la mezcla se distribuye entre ellos irregularmente. Son más propensos a la detonación los cilindros a que llega la mezcla más rica (α=0,8÷0,9).

4. Material de la culata de los cilindros

La propensión del motor a detonar se puede disminuir mejorando la extracción del calor de las piezas que forman la cámara de combustión. Con este fin la culata de los cilindros y los émbolos se deben hacer de un material que posea una gran conductibilidad calorífica. Empleando una aleación de aluminio, que conduce el calor mejor que la fundición, se consigue, utilizando el mismo combustible, aumentar algo la relación de compresión tolerable.5. Composición de la mezcla de trabajo La mezcla de trabajo que más propensa está a la detonación es la que tiene el coeficiente de exceso de aire α=0,8÷0,9 ya que en este caso la velocidad de combustión, la temperatura y la presión resultan ser máximas, lo que favorece la detonación.

6. El número de revoluciones del cigüeñal

Al aumentar la r. p. m. del cigüeñal el tiempo disponible para la preparación química de la mezcla disminuye. Además, como aumenta la resistencia en el sistema de admisión, el coeficiente de gases residuales crece. Como resultado de esto disminuyen la temperatura y la presión durante el proceso de la combustión. La acción conjunta de estos factores determina que a medida que aumentan las revoluciones disminuya la propensión del motor a detonar.7. Carga del motorCuando la carga disminuye y se entorna la mariposa de gases aumenta el coeficiente de gases residuales y la presión y la temperatura al final de la compresión desciende. Estos dos factores disminuyen la tendencia del motor a la detonación

8. Angulo de avance al encendidoCuando se aumenta el ángulo de avance al encendido el proceso de la combustión tiene lugar más cerca del p. m. s. aumentando la presión y la temperatura en la segunda fase del proceso, lo que facilita la detonación.

9. Formación de carbonilla Al depositarse la carbonilla en la cara superior del émbolo y en la superficie de la culata de los cilindros que limita la cámara de combustión, empeora la extracción del calor de estas piezas y la temperatura de las superficies que forman la cámara se eleva. Además, a medida que se va depositando la carbonilla aumenta un poco la relación de compresión.Estos dos factores hacen que se eleve la temperatura y la presión de la mezcla de trabajo, lo que contribuye a que se produzca la combustión detonante.Si es inevitable que el motor funcione con carbonilla en las piezas antedichas, debe disminuirse el ángulo de avance al encendido.

10. Enfriamiento del motor

Una parte del calor de los gases de combustión se transmite al medio refrigerante a través de las paredes. Si la extracción de calor disminuye de produce un recalentamiento de las superficies internas del cilindro, de su culata y del émbolo, lo que contribuye a que la combustión sea detonante.

4. autoencendido prematuro En ciertos casos, cuando existen zonas muy calientes (más de 700 - 800°c) en la superficie de la culata, en la válvula de escape y en los electródos de la bujía o partículas de carbonilla incandescente, puede producirse el autoencendido de la carga antes de que salte la chispa.

El diagrama indicador para el caso de autoencendido prematuro tiene la forma que se ve en la fig. 59 a; con este proceso anormal de encendido, que va acompañando de golpes secos, la potencia del motor baja, crecen las pérdidas de calor y, a consecuencia del brusco aumento de la presión en el proceso de la compresión, aparecen cargas dinámicas adicionales en el mecanismo de biela y manivela.

5. Autoencendido Retrasado En los motores forzados, con carburador, que tiene relaciones de compresión altas y que consumen combustibles de gran índice de octano con antidetonante, después de comenzar la combustión en algunas zonas de la cámara aparecen focos de auto encendido debido a partículas de carbonilla incandescente que se desprenden de las paredes.

Como resultado de esto en la cámara de combustión se propagan frentes de llama adicionales que aumentan bruscamente la velocidad con que se eleva la presión en la fase fundamental de la combustión y la presión máxima del ciclo. En este caso el proceso de la combustión va acompañado de golpeteo brusco (cliqueteo) y su diagrama de indicador tiene la forma que muestra la fig. 59, b.El autoencendido retrasado se produce principalmente cuando se pasa de cargas pequeñas a la plena carga.

Fig. 59. Diagramas de indicador de motores con encendido por chispa:

A, autoencendido prematura: b, autoencendido retrasado 1. Instante del salto de la chispa; 2. Comienzo de la inflamación; 3. Combustión con autoencendido retrasado 4. Combustión normal