Para que empiece la combustión, el combustible y el aire deben ser calentados por aportación de energía exterior hasta la temperatura de ignición. Cuando se llega a ella, señala el ingeniero austriaco Hans List, del centro de investigación de máquinas térmicas que lleva su apellido, empieza la combustión visible y sigue acelerándose por sí misma sin aporte de nueva energía exterior hasta que, según las circunstancias, termina de un modo más o menos completo.
En el encendido en el motor debemos distinguir dos casos:
El encendido provocado, en el cual la energía exterior se aporta a la mezcla ya preparada por medio de una chispa eléctrica (ciclo Otto) o por el calor de las paredes del recipiente. Este calor así cedido enciende las capas de la mezcla más próximas y la reacción se propaga de esta manera a partir del lugar del encendido.El encendido espontáneo, en el cual al principio solamente uno de los cuerpos que reaccionan, el aire (oxígeno), se calienta por aportación de energía hasta una temperatura superior al punto de ignición.
Entonces, el combustible se introduce en este aire, se calienta en su seno y se enciende sin más aporte de calor exterior (ciclo Diesel). En el motor, el calentamiento del aire se consigue por la compresión. En los instrumentos de laboratorio, para ensayar el modo de encenderse los combustibles, se calienta casi siempre el aire o el oxígeno de un modo indirecto.En las diferentes clases de motores el encendido se realiza según los esquemas que siguen: 1. Encendido provocado: por la chispa eléctrica, motores Otto, motores Hesselman. 2. Por una pieza incandescente; motores de culata incandescente. 3. Encendido espontáneo: motores Diesel, motores de polvo de carbón.
La combustión con detonación
El proceso de detonación (también llamado de “picado” o “pistoneo”) consiste, lo mismo en los motores Otto que en los motores Diesel, en una combustión extrarrápida de los componentes de la mezcla, debido a la cual la presión en el cilindro aumenta muy velozmente, produciendo en el mecanismo y en el cilindro un ruido de golpe, del cual procede la denominación de detonación que se da a este fenómeno.
En el motor Otto, y según List, el pistoneo se presenta después de la combustión normal de una parte de la mezcla, en el resto que no ha ardido todavía, cuando se dan las condiciones propicias para una propagación rápida de la combustión o del autoencendido.
Con instrumentos especiales de laboratorio, es posible verificar el fenómeno de la detonación que ocurre en el interior del cilindro. En los motores de inyección directa de nafta en la cámara de combustión, la detonación tiene menos probabilidad de producirse.
En el motor Otto, lo que produce la detonación es una velocidad de reacción del combustible demasiado elevada. En los motores con inyección de nafta, la velocidad de propagación de la llama, que normalmente es de 6 a 20 m/seg, se eleva en la detonación hasta valores muy superiores, que, con alguna excepción, son de 300 a 500 m/seg. La velocidad en el caso de una detonación real es de unos 2.000 m/seg, pero verosímilmente en el pistoneo no se alcanza.
Para explicar la combustión con detonación en el motor Otto, es muy apropiada la suposición de las reacciones en cadena, porque muestra sin dificultad la influencia que tienen las adiciones en la combustión. Porque si se imagina una reacción que transcurre por la formación sucesiva de un componente que la activa (por ejemplo, hidrógeno u oxígeno), es claro que se acelerará por la adición de este mismo elemento o de una materia que lo proporcione, o que se retardará por la aportación de una materia que anule estos elementos activos. De acuerdo con lo dicho actúan los cuerpos que producen la detonación acelerando la oxidación; y por el contrario, lo evitan los cuerpos que retrasan la oxidación (antidetonantes).
Las reacciones en cadena se verifican con una rapidez tanto más grandes cuantos mayores son el número y la longitud de las cadenas. Mientras la acción de los materiales que tienden a la detonación puede explicarse por un aumento del número de las cadenas, la acción de los materiales opuestos se explica por la rotura de la cadena.
El paso de la combustión normal sin detonación a la combustión con pistoneo puede suponerse que ocurre de manera que, al principio, el número y longitud de las cadenas son pequeños; durante este tiempo, la adición de un medio para evitar el pistoneo no tiene valor alguno. Pero prosiguiendo la combustión, el número de cadenas aumenta y, cuando la presión, la temperatura y el estado de oxidación previa del gas sin quemar lo hacen posible, sobreviene la detonación y la combustión se realiza con una velocidad muy diferente de la normal. Esta parte de la combustión puede ser in-fluida por adiciones que rompan las cadenas, como el plomo tetraetilo (ya no se emplea en las naftas y ha sido reemplazado por aditivos a base de éter).
Su acción, sin embargo, debe buscarse sobre todo en la influencia de la oxidación previa de la parte no quemada, mientras la propia combustión no sufre influencia alguna. Gracias a la utilización de avanzados métodos de estudio de la combustión, se puede ver en la actualidad cómo vibra la masa del motor cuando aparece la detonación.Los motores dotados de sobrealimentación, equipados con turbocompresor o con un compresor mecánico (o con una combinación de ambos) son particularmente sensibles a los fenómenos de la detonación, debido a que trabajan muy exigidos, tanto del punto de vista térmico como mecánico.
Procesos muy rápidos
El rendimiento del motor aumenta a medida que crece la compresión, de modo que lo que se procura es hacer esta compresión lo más alta posible. Pero de esta manera también aumenta, al mismo tiempo, la presión final de la compresión y la temperatura, elevándose, asimismo, la presión y la temperatura medias. Mas como una elevación de presión y de temperatura produce una mayor capacidad de reacción del aire con el combustible (y con el aceite de lubricación), aumenta también en los motores Otto el peligro de una combustión rápida indeseable (detonación). Análogamente, la potencia de un motor se eleva cuando aumenta el volumen del cilindro y cuando se emplea una compresión previa.
Únicamente el aumento del número de revoluciones produce un efecto contrario; el tiempo disponible para la combustión y para la preparación de la detonación se acorta por este motivo. También al aumentar el número de revoluciones baja el grado de plenitud del cilindro y, en consecuencia, disminuye la presión final de compresión.Al considerar el proceso del motor es conveniente tener a la vista los tiempos extraordinariamente cortos durante los cuales se desarrolla.
Para un número de dos mil revoluciones por minuto, por ejemplo, se dispone, según el tipo de motor, de un cuarto o un tercio de revolución, lo cual equivale a 0,0075 a 0,010 segundos, para la combustión. En tiempos de duración semejante debe formarse en os motores Otto la mezcla combustible, mientras en los motores Diesel se dispone de tiempos todavía más cortos, puesto que la primera formación de mezcla solo dista del momento del encendido lo que se llama el retraso.
Sensores de la combustión
Muchos automóviles de serie ya incorporan este tipo de sensores en sus motores para monitorear la combustión. Son sensores piezoeléctricos que se instalan cerca de la bujía, en la tapa de cilindros, y que envían señales a la computadora de gestión motriz. Estos registran realmente la presión reinante en el interior del cilindro durante el proceso de la combustión, lo que es considerado como una de las variables fundamentales para determinar el estado operativo del motor, según señala el investigador inglés Paúl Revenís.Las relaciones aire-combustible de la mezcla hacen variar la presión de combustión en los cilindros de la máquina.
Las relaciones aire-combustible comprendidas entre 13 y 20 provocan fluctuaciones relativamente bajas en la presión en los cilindros, mientras que, cuando la relación aire-combustible es más pobre, la presión aumenta. Por lo tanto, la computadora interpreta estas señales y es capaz de mantener una relación de mezcla apropiada para un funcionamiento suave del motor. El sensor de la presión de combustión también puede permitir concretar una estrategia de control del avance al encendido.
