Què és l'avenç d'encesa?

Els motors de benzina encenen la barreja de combustible i aire a través de l'espurna de la bugia. El cicle teòric indica que el moment per produir aquesta espurna és quan el pistó és a dalt de tot. És a dir, amb la barreja completament comprimida. Tanmateix, això no és així a la pràctica, perquè el combustible no arrenca de forma instantània en la seva totalitat. Per això existeix el que es coneix com avenç d'encesa.

El problema de l' cicle teòric que explica el funcionament d'un motor, és que no té en compte algunes consideracions que ens dóna la física. El temps que triga la barreja a cremar-se està al voltant dels 2 mil·lisegons. Un temps que pot semblar menyspreable, però que és molt si tenim en compte la gran velocitat amb què passen les coses a les càmeres de combustió.

Com funciona

Perquè et facis una idea clara de com es mou de ràpid un motor, quan gira a 2.000 rpm, el pistó puja i baixa unes 33 vegades per segon. És a dir, que la seva cigonyal triga al voltant de 30 mil·lèsimes de segon a completar un gir. Per tant, el pistó triga prop de 15 mil·lèsimes a pujar o baixar.

Si això et sembla ràpid, imagina què es redueixen els temps si el motor accelera fins a 4.000 rpm, 6.000 rpm o fins i tot més. Al següent vídeo pots veure els arbres de lleves d'un motor girant des del ralentí fins a les 14.000 rpm (un règim propi de la Fórmula 1):

Sabent això, les 2 mil·lèsimes que triga el combustible a cremar-se no semblen tan poc temps. Especialment si voleu aprofitar bé l'impuls que dóna cada explosió. Per això, l'avenç d'encesa és una tècnica molt important, que no és altra cosa que iniciar el cremat de la barreja quan el pistó encara està pujant.

L'avenç d'encesa en graus

La manera com es mesura l'avenç d'encesa d'un motor no és en mil·lisegons. En realitat, per calibrar-ho bé es mesura en els graus de gir que fa el cigonyal. Et recordem que quan el pistó baixa per l'explosió, el cigonyal gira 180 º.

El moment ideal perquè la barreja d'aire combustible s'acabi de cremar és entre els 17è i els 23è de gir. Així que perquè això s'aconsegueixi a temps, cal avançar l'encesa uns graus abans que el pistó estigui al Punt Mort Superior (PMS). Dit d'una altra manera abans que el cigonyal estigui als 0º de gir.

Però…tampoc ens podem passar, perquè si ho fem massa aviat, l'explosió empenyerà el pistó abans d'aconseguir el PMS i per tant intentarà que el motor giri en direcció contrària a la que anava. Aquesta situació on l'avenç d'encesa és massa gran (en graus) rep el conegut nom de picat de bieles, que es mostra per aquests sons metàl·lics tan característics. Un efecte molt perjudicial que provoca desequilibris i vibracions molt perjudicials per a les peces internes. En casos extrems, es pot arribar a produir el rebot del pistó cap avall. Una mica poc probable als motors de diversos cilindres, per la inèrcia que porten, però que als d'un o dos pot causar danys molt greus.

Sistemes d'avenç d'encesa

Com que el motor no sempre gira a la mateixa velocitat, requereix algun sistema que modifiqui l'avenç d'encesa segons calgui. Antigament es feien servir elements de major o menys complexitat per aconseguir això de forma mecànica, encara que actualment tot està controlat per l'ordinador del cotxe. Hi ha principalment tres tipus de mecanismes encarregats de fer això:

Avanç d'encesa electrònica

Comencem per ell, perquè els motors actuals funcionen gràcies a l'electrònica i han deixat enrere molts enginys mecànics que ja no són necessaris. L'encarregada d'escollir el moment d'encesa és l'ordinador del cotxe, que rep multitud de dades per encertar amb precisió: la temperatura, la quantitat d'aire, la velocitat del motor gràcies al sensor del cigonyal, etc.

Article relacionat:

Funcionament bàsic de la Unitat de Control de Motor (ECU)

Avanç d'encesa per buit

En un sistema antic que serveix per ajustar l'avenç d'encesa segons la quantitat d'aire que rep el motor. Com menys aire rep, més tarda la barreja a arrestar, així que necessita produir l'espurna una mica abans per aprofitar bé l'explosió.

Funciona utilitzant el buit, o per ser més exactes depressió, que es genera al col·lector d'admissió. Aquesta depressió afecta una membrana que es comba amb la diferència de pressió a banda i banda. Això mou un ressort que altera el calibratge d'avanç d'encesa. A més, sol tenir dues càmeres, una encarregada de l'avenç d'encesa i una altra per al retard si cal.

Article relacionat:

Autoencesa, detonació i picat de biela

Avanç d'encesa centrífug

Aquest sistema només ajusta l'avenç d'encesa en funció de les revolucions que tingui motor a cada moment. Com més rpm, més heu d'anticipar l'encesa de les bugies, perquè el combustible s'acabi de cremar en el moment adequat.

Funciona gràcies a dos pesos centrífugs o platins. Com més ràpid es faci girar l'element on van ubicats, més es desplacen cap a fora. La seva posició determina quant avança l'encesa al distribuïdor.

Conseqüències de l'encesa endarrerit

Si la barreja de combustible i aire s'encén tard, s'aprofitarà menys energia cinètica de la inflamació dels gasos. Per entendre això, es pot fer una comparació amb una bicicleta: si només apliquem força quan el pedal ja és molt avall, amb prou feines obtindrem impuls. No obstant això, si empenyem el pedal quan és més amunt, aconseguirem molta més velocitat.

Tanmateix, aquesta no és l'única conseqüència de l'encesa endarrerit. Com que l'explosió continua sent la mateixa tot i que no l'aprofitem bé, la calor generada es transmet en major mesura a les parets del cilindre. Dit altrament, aconseguir menys energia cinètica de l'explosió, es traspassa més energia calòrica. El que en enginyeria s'anomena un menor rendiment tèrmic.

A més, si el retard de l'encesa és molt acusat, encara hi pot haver flames quan s'obren les vàlvules d'escapament, cosa que envia un extra de calor on no se suposa que hi hauria d'estar. Cosa que pot fer malbé el motor de forma molt seriosa.

Falles i problemes

• Als motors actuals on prima l'electrònica, les falles en l'avanç d'encesa solen estar produïdes per un mal funcionament dels sensors que informen a l'ordinador. Ja sigui el que explica les revolucions del cigonyal, com d'altres que mesuren valors relacionats amb l'aire, la temperatura, etc. També es pot deure a una mala programació de la centraleta en el cas que s'hagin modificat els valors de fàbrica.
• Quan parlem de motors més antics, els problemes es poden deure al error o mal reglatge dels elements mecànics del sistema d'encendit. Per exemple, el tarat incorrecte de l'avenç fix que tingui el distribuïdor. És a dir, abans que actuï qualsevol sistema d'avanç d'encesa de buit o centrífug. L'avenç fix és el que manté el motor funcionant al ralentí, per després modificar-se segons es requereixi. En els avenços d'encesa electrònics, seria una mala programació de l'avenç fix.
• Problemes a la lleva del ruptor. És a dir, que la lleva que fa contacte per enviar el corrent a les bugies està deteriorada, malament reglada o té la forma incorrecta. Quadrada per als motors de quatre cilindres, exagonal per als de sis, octogonal per als de vuit, dodecagonal per als de 12, etc. Com podreu figurar, en aquest darrer cas la descompensació del motor anirà més enllà d'un problema en l'avanç d'encesa. A més, encara que la lleva sigui correcta i estigui ben calibrada, n'hi pot haver una alteració a la distància que separa els contactes del ruptor.
• La Cadena o corretja que manté coordinat el sistema d'encesa amb la resta del motor s'ha estirat. Per tant, l'avenç no està harmonitzat i el motor funciona de manera anòmala.
• En els sistemes de avenç d'encesa per buit es desajust l'element pneumàtic d'avenç de la membrana. Aquest element és de goma, així que es pot acabar danyant amb el pas del temps.
• En els sistemes de avenç d'encesa centrífug, que les dues masses que t'hem descrit més amunt no es moguin lliurement i per tant no responguin bé a la velocitat de gir. Per això cal procedir a un ajust de platins.

L'avenç d'encesa i el combustible

Una altra peculiaritat és que el combustible utilitzat afecta quant es pot avançar l'encesa (i aconseguir més potència). Els combustibles de 98 octans tenen menys tendència a cremar-se, per tant, mentre la barreja es comprimeix en pujar el pistó tendeixen menys a autodetonar. Per tant se li pot aplicar un avanç d'encesa més gran, sense que el combustible exploti abans del Punt Mort Superior (PMS).

A propòsit i com a anècdota, l'E85 té un octanatge de 105, cosa que permetrà augmentar la relació de compressió en futurs motors, però això ho explicaré un altre dia. Tot i que això hauria de passar per l'àmplia acceptació d'aquest combustible al mercat. A més, ja s'estan comercialitzant combustibles amb 97 y 100 octans, en lloc dels de 95 i 98 octans tradicionals. Amb el que es podria aconseguir més avenç d'encesa o altres avantatges, com una relació de compressió major.

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