¿Qué es el avance de encendido?

Los motores de gasolina encienden la mezcla de combustible y aire a través de la chispa de la bujía. El ciclo teórico indica que el momento para producir esta chispa es cuando el pistón está arriba del todo. Es decir, con la mezcla completamente comprimida. Sin embargo, esto no es así en la práctica, porque el combustible no prende de forma instantánea en su totalidad. Por eso existe lo que se conoce como avance de encendido.

El problema del ciclo teórico que explica el funcionamiento de un motor, es que no toma en cuenta algunas consideraciones que nos da la física. El tiempo que tarda la mezcla en quemarse está en torno a los 2 milisegundos. Un tiempo que puede parecer despreciable, pero que es mucho si tenemos en cuenta la gran velocidad con la que ocurren las cosas en las cámaras de combustión.

Cómo funciona

Para que te hagas una idea clara de lo rápido que se mueve un motor, cuando gira a 2.000 rpm, el pistón sube y baja unas 33 veces por segundo. Es decir, que su cigüeñal tarda en torno a 30 milésimas de segundo en completar un giro. Por lo tanto, el pistón tarda cerca de 15 milésimas en subir o bajar.

Si eso te parece rápido, imagina lo que se reducen los tiempos si el motor acelera hasta 4.000 rpm , 6.000 rpm ó incluso más. En el siguiente vídeo puedes ver los árboles de levas de un motor girando desde el ralentí hasta las 14.000 rpm (un régimen propio de la Fórmula 1):

Sabiendo esto, las 2 milésimas que tarda el combustible en quemarse no parecen tan poco tiempo. Especialmente si se quiere aprovechar bien el impulso que da cada explosión. Por eso, el avance de encendido es una técnica muy importante, que no es otra cosa que iniciar el quemado de la mezcla cuando el pistón todavía está subiendo.

El avance de encendido en grados

La forma en la que se mide el avance de encendido de un motor no es en milisegundos. En realidad, para calibrarlo bien se mide en los grados de giro que hace el cigüeñal. Te recordamos que cuando el pistón baja por la explosión, el cigüeñal gira 180º.

El momento ideal para que la mezcla de aire combustible se termine de quemar es entre los 17º y los 23º de giro. Así que para que esto se consiga a tiempo, hay que adelantar el encendido unos grados antes de que el pistón esté en el Punto Muerto Superior (PMS). Dicho de otra forma antes de que el cigüeñal esté en los 0º de giro.

Pero…tampoco nos podemos pasar, porque si lo hacemos demasiado pronto, la explosión empujará el pistón antes de alcanzar el PMS y por tanto intentará que el motor gire en dirección contraria a la que iba. Esta situación donde el avance de encendido es demasiado grande (en grados) recibe el conocido nombre de picado de bielas, que se muestra por esos sonidos metálicos tan característicos. Un efecto muy perjudicial que provoca desequilibrios y vibraciones muy dañinas para las piezas internas. En casos extremos, puede llegar a producirse el rebote del pistón hacia abajo. Algo poco probable en los motores de varios cilindros, por la inercia que llevan, pero que en los de uno o dos puede causar daños muy graves.

Sistemas de avance de encendido

Como el motor no siempre gira a la misma velocidad, requiere de algún sistema que modifique el avance de encendido según sea necesario. Antiguamente se usaban elementos de mayor o menos complejidad para conseguir esto de forma mecánica, aunque actualmente todo está controlado por el ordenador del coche. Existen principalmente tres tipos de mecanismos encargados de hacer esto:

Avance de encendido electrónico

Empezamos por él, porque los motores actuales funcionan gracias a la electrónica y han dejado atrás muchos ingenios mecánicos que ya no son necesarios. La encargada de elegir el momento de encendido es la computadora del coche, que recibe multitud de datos para acertar con precisión: la temperatura, la cantidad de aire, la velocidad del motor gracias al sensor del cigüeñal, etc.

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Avance de encendido por vacío

En un sistema antiguo que sirve para ajustar el avance de encendido en función de la cantidad de aire que recibe el motor. Cuanto menos aire recibe, más tarda la mezcla en prender, así que necesita producir la chispa un poco antes para aprovechar bien la explosión.

Funciona utilizando el vacío, o para ser más exactos depresión, que se genera en el colector de admisión. Esta depresión afecta a una membrana que se comba con la diferencia de presión en ambos lados. Esto mueve un resorte que altera la calibración de avance de encendido. Además, suele tener dos cámaras, una encargada del avance de encendido y otra para el retraso si es necesario.

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Avance de encendido centrífugo

Este sistema solo ajusta el avance de encendido en función de las revoluciones que tenga motor en cada momento. Cuantas más rpm, más debe anticipar el encendido de las bujías, para que el combustible se termine de quemar en el momento adecuado.

Funciona gracias a dos pesos centrífugos o platinos. Cuanto más rápido se haga girar el elemento en el que van ubicados, más se desplazan hacia fuera. Su posición determina cuánto avanza el encendido en el distribuidor.

Consecuencias del encendido atrasado

Si la mezcla de combustible y aire se enciende tarde, se aprovechará menos energía cinética de la inflamación de los gases. Para entender esto, se puede hacer una comparación con una bicicleta: si solo aplicamos fuerza cuando el pedal ya está muy abajo, apenas obtendremos impulso. Sin embargo, si empujamos el pedal cuando está más arriba, conseguiremos mucha más velocidad.

Sin embargo, ésta no es la única consecuencia del encendido atrasado. Como la explosión sigue siendo la misma a pesar de que no la aprovechemos bien, el calor generado se transmite en mayor medida a las paredes del cilindro. Dicho de otra forma, conseguir menos energía cinética de la explosión, se traspasa más energía calórica. Lo que en ingeniería se llama un menor rendimiento térmico.

Además, si el retraso del encendido es muy acusado, todavía puede haber llamas cuando se abren las válvulas de escape, lo que envía un extra de calor donde no se supone que debería estar. Algo que puede dañar el motor de forma muy seria.

Fallas y problemas

• En los motores actuales donde prima la electrónica, las fallas en el avance de encendido suelen estar producidas por un mal funcionamiento de los sensores que informan a la computadora. Ya sea el que cuenta las revoluciones del cigüeñal, como otros que miden valores relacionados con el aire, la temperatura, etc. También puede deberse a una mala programación de la centralita en el caso de que se hayan modificado los valores de fábrica.
• Cuando hablamos de motores más antiguos, los problemas se pueden deber al fallo o mal reglaje de los elementos mecánicos del sistema de encendido. Por ejemplo, el tarado incorrecto del avance fijo que tenga el distribuidor. Es decir, antes de que actúe cualquier sistema de avance de encendido de vacío o centrífugo. El avance fijo, es el que mantiene el motor funcionando al ralentí, para luego modificarse según se requiera. En los avances de encendido electrónicos, sería una mala programación del avance fijo.
• Problemas en la leva del ruptor. Es decir, que la leva que hace contacto para mandar la corriente a las bujías está deteriorada, mal reglada o tiene la forma incorrecta. Cuadrada para los motores de cuatro cilindros, exagonal para los de seis, octogonal para los de ocho, dodecagonal para los de 12, etc. Como te podrás figurar, en este último caso la descompensación del motor irá más allá de un problema en el avance de encendido. Además, aunque la leva sea correcta y esté bien calibrada, puede haber una alteración en la distancia que separa los contactos del ruptor.
• La cadena o correa que mantiene coordinado el sistema de encendido con el resto del motor se ha estirado. Por lo tanto, el avance no está armonizado y el motor funciona de forma anómala.
• En los sistemas de avance de encendido por vacío que se desajuste el elemento neumático de avance de la membrana. Este elemento es de goma, así que puede acabar dañándose con el paso del tiempo.
• En los sistemas de avance de encendido centrífugo, que las dos masas que te hemos descrito más arriba no se muevan libremente y por lo tanto no respondan bien a la velocidad de giro. Por lo que hay que proceder a un ajuste de platinos.

El avance de encendido y el combustible

Otra peculiaridad es que el combustible utilizado afecta a cuánto se puede avanzar el encendido (y conseguir más potencia). Los combustibles de 98 octanos tienen menos tendencia a quemarse, por lo que, mientras la mezcla se comprime al subir el pistón tienden menos a autodetonar. Por lo tanto se le puede aplicar un avance de encendido mayor, sin que el combustible explote antes del Punto Muerto Superior (PMS).

A propósito y como anécdota, el E85 tiene un octanaje de 105, lo que permitirá aumentar la relación de compresión en futuros motores, pero esto lo explicaré otro día. Aunque eso tendría que pasar por la amplia aceptación de este combustible en el mercado. Además, ya se están comercializando combustibles con 97 y 100 octanos, en lugar de los de 95 y 98 octanos tradicionales. Con lo que se podría conseguir mayor avance de encendido u otras ventajas , como una relación de compresión mayor.

Imágenes – Kevin Rheese, Robert Couse-Baker, Emilio Küffer, Eduardo Otubo