Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 2, Pagina: 10-29
Aviation: Basic Engine Operating Principles
Proceso de combustión - Combustion Process
La combustión normal ocurre cuando la mezcla de aire y combustible se enciende en el cilindro y se quema progresivamente a un ritmo bastante uniforme en toda la cámara de combustión. Cuando el encendido se sincroniza correctamente, la presión máxima se acumula justo después de que el pistón haya pasado el punto muerto superior al final de la carrera de compresión.
Los frentes de llama comienzan en cada bujía y se queman en formas más o menos onduladas. La velocidad del viaje de la llama está influenciada por el tipo de combustible, la proporción de la mezcla de aire/combustible y la presión y temperatura de la mezcla de combustible.
Con una combustión normal, el recorrido de la llama es de unos 100 pies/segundo. La temperatura y la presión dentro del cilindro aumentan a un ritmo normal a medida que se quema la mezcla de aire y combustible.
Detonación - Detonation
Sin embargo, existe un límite en cuanto a la cantidad de compresión y el grado de aumento de la temperatura que se puede tolerar dentro de un cilindro del motor y aun así permitir una combustión normal. Todos los combustibles tienen límites críticos de temperatura y compresión.
Más allá de este límite, se encienden espontáneamente y arden con violencia explosiva. Esta quema instantánea y explosiva de la mezcla aire/combustible o, más exactamente, de la última porción de la carga se denomina detonación.
La detonación es la combustión espontánea de la carga no quemada por delante de los frentes de llama después de la ignición de la carga. Durante la combustión normal, los frentes de llama avanzan desde el punto de ignición a través del cilindro.
Estos frentes de llamas comprimen los gases delante de ellos. Al mismo tiempo, los gases están siendo comprimidos por el movimiento ascendente del pistón. Si la compresión total de los gases no quemados restantes supera el punto crítico, se produce la detonación.
La quema explosiva durante la detonación da como resultado un aumento de presión extremadamente rápido. Este rápido aumento de presión y la alta temperatura instantánea, combinados con la alta turbulencia generada, provocan una acción de fregado en el cilindro y el pistón. Esto puede quemar un agujero completamente a través del pistón.
El punto crítico de detonación varía con la relación de combustible a aire en la mezcla. Por lo tanto, la característica de detonación de la mezcla se puede controlar variando la relación aire/combustible. A alta potencia, las presiones y temperaturas de combustión son más altas que a baja o media potencia.
Por lo tanto, a alta potencia, la relación aire/combustible se enriquece más de lo necesario para una buena combustión a media o baja potencia. Esto se hace porque, en general, una mezcla rica no detona tan fácilmente como una mezcla pobre.
A menos que la detonación sea fuerte, no hay evidencia en la cabina de vuelo de su presencia. La detonación de ligera a media no provoca asperezas, aumentos de temperatura ni pérdidas de potencia notables. Como resultado, puede estar presente durante el despegue y el ascenso a gran potencia sin que la tripulación de vuelo lo sepa.
De hecho, los efectos de la detonación a menudo no se descubren hasta después del desmontaje del motor. Sin embargo, cuando se reacondiciona el motor, la presencia de una detonación severa durante su funcionamiento se indica mediante cabezas de pistón abombadas, cabezas de válvulas colapsadas, superficies de anillos rotas o partes erosionadas de válvulas, pistones o cabezas de cilindros.
La protección básica contra la detonación se proporciona en el diseño de la configuración del carburador del motor, que suministra automáticamente las mezclas ricas requeridas para la supresión de la detonación a alta potencia; las limitaciones nominales, que incluyen las temperaturas máximas de funcionamiento; y selección del grado correcto de combustible.
Los factores de diseño, enfriamiento del cilindro, sincronización del magneto, distribución de la mezcla, grado de sobrealimentación y ajuste del carburador se tienen en cuenta en el diseño y desarrollo del motor y su método de instalación en la aeronave.
La responsabilidad restante para la prevención de la detonación recae directamente en manos de las tripulaciones de tierra y de vuelo. Son responsables de la observancia de las rpm y los límites de presión del colector. Se debe cumplir con el uso adecuado del sobrealimentador y la mezcla de combustible, y el mantenimiento de la culata de cilindros y la temperatura del aire del carburador (CAT) adecuados.
Pre encendido - Pre-Ignition
El preencendido, como su nombre lo indica, significa que la combustión tiene lugar dentro del cilindro antes de que la chispa sincronizada salte a través de los terminales de la bujía. Esta condición a menudo se puede atribuir a un exceso de carbono u otros depósitos que causan puntos calientes locales.
La detonación a menudo conduce a la preignición. Sin embargo, el preencendido también puede ser causado por una operación de alta potencia en mezclas excesivamente pobres. La preignición generalmente se indica en la cabina de vuelo por la aspereza del motor, el petardeo y por un aumento repentino en la temperatura de la culata.
Cualquier área dentro de la cámara de combustión que se vuelva incandescente sirve como un encendedor antes del encendido programado normal y provoca la combustión antes de lo deseado. La preignición puede ser causada por un área rugosa y calentada por la erosión de la detonación.
Una válvula o pistón agrietado, o un aislante de bujía roto, pueden proporcionar un punto caliente que sirve como bujía incandescente.
El punto caliente puede ser causado por depósitos en las superficies de la cámara como resultado del uso de combustibles con plomo. Los depósitos de carbón normales también pueden causar una preignición. Específicamente, el preencendido es una condición similar a la sincronización temprana de la chispa.
La carga en el cilindro se enciende antes del tiempo requerido para el encendido normal del motor. Sin embargo, no confunda el preencendido con la chispa que ocurre demasiado temprano en el ciclo.
El preencendido es causado por un punto caliente en la cámara de combustión, no por un tiempo de encendido incorrecto. El punto caliente puede deberse a un cilindro sobrecalentado o a un defecto dentro del cilindro.
El método más obvio para corregir el preencendido es reducir la temperatura del cilindro. El paso inmediato es retardar el acelerador. Esto reduce la cantidad de carga de combustible y la cantidad de calor generado.
Si se utiliza un sobrealimentador, reduzca la presión del colector tanto como sea posible para reducir la temperatura de carga. A continuación, se debe enriquecer la mezcla, si es posible, para bajar la temperatura de combustión.
Si el motor está a alta potencia cuando se produce el preencendido, retrasar el acelerador durante unos segundos puede proporcionar suficiente enfriamiento para quitar parte del plomo u otros depósitos dentro de la cámara de combustión. Estas partículas astilladas salen por el escape.
Backfiring
Cuando una mezcla de combustible y aire no contiene suficiente combustible para consumir todo el oxígeno, se denomina mezcla pobre. Por el contrario, una carga que contiene más combustible del necesario se denomina mezcla rica. Una mezcla extremadamente pobre no se quema en absoluto o se quema tan lentamente que la combustión no se completa al final de la carrera de escape.
La llama permanece en el cilindro y luego enciende el contenido en el colector de admisión o el sistema de inducción cuando se abre la válvula de admisión. Esto provoca una explosión conocida como petardeo, que puede dañar el carburador y otras partes del sistema de inducción.
El tiempo de encendido incorrecto o los cables de encendido defectuosos pueden hacer que el cilindro se encienda en el momento equivocado, lo que permite que el cilindro se encienda cuando la válvula de admisión está abierta, lo que puede provocar una explosión.
Un punto que vale la pena enfatizar es que las fallas rara vez involucran todo el motor. Por lo tanto, rara vez es culpa del carburador. En prácticamente todos los casos, el petardeo se limita a uno o dos cilindros.
Por lo general, es el resultado de un ajuste incorrecto de la holgura de las válvulas, boquillas de los inyectores de combustible defectuosas u otras condiciones que hacen que estos cilindros funcionen de forma más pobre que el motor en su conjunto.
No puede haber cura permanente hasta que estos defectos sean descubiertos y corregidos. Debido a que estos cilindros de petardeo disparan intermitentemente y, por lo tanto, se enfrían, pueden ser detectados por la verificación del cilindro frío.
En algunos casos, un motor falla en el rango de ralentí pero funciona satisfactoriamente en configuraciones de potencia media y alta. La causa más probable, en este caso, es una mezcla inactiva excesivamente pobre. El ajuste adecuado de la mezcla de aire/combustible al ralentí generalmente corrige esta dificultad.
Afterfiring
La postcombustión, a veces llamada postcombustión, a menudo se produce cuando la mezcla de aire y combustible es demasiado rica. Las mezclas demasiado ricas también se queman lentamente; por lo tanto, las cargas de combustible no quemado están presentes en los gases de escape.
El aire del exterior de las chimeneas de escape se mezcla con este combustible no quemado que se enciende. Esto provoca una explosión en el sistema de escape.
La postcombustión es quizás más común donde los conductos de escape largos retienen una mayor cantidad de cargas sin quemar. Al igual que en el caso de petardeo, la corrección del disparo posterior es el ajuste adecuado de la mezcla de aire y combustible.
El disparo posterior también puede ser causado por cilindros que no encienden debido a bujías defectuosas, boquillas de inyección de combustible defectuosas. o juego de válvulas incorrecto. La mezcla sin quemar de estos cilindros muertos pasa al sistema de escape, donde se enciende y se quema.
Desafortunadamente, el soplete resultante o la postcombustión pueden confundirse fácilmente con la evidencia de un carburador rico. Los cilindros que disparan intermitentemente pueden causar un efecto similar.
Nuevamente, el mal funcionamiento solo se puede remediar descubriendo la causa real y corrigiendo el defecto. Los cilindros muertos o intermitentes se pueden localizar mediante la verificación del cilindro frío.