UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FICM

INGENIERÍA MECÁNICA

MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA

Nombre: Christian Martínez. Fecha: Octubre 15 de 2015.

Curso: Noveno “B”.

1. Tema:

Control de la detonación en motores a gasolina de competencia (F1, NASCAR, LE

MANS)

2. Objetivos:

2.1 Objetivo general.

Indagar a cerca del control de la detonación a la que están expuestos los motores

a gasolina de competencia como F1 y NASCAR

2.2 Objetivos específicos.

Determinar los métodos de control de la detonación.

Conocer qué es exactamente el fenómeno de la detonación.

Determinar los parámetros de relación de compresión que tienen estos motores.

Investigar el número de rpm que alcanzan este tipo de motores.

3. Desarrollo.

Control de la detonación en motores F1.

Mezcla magra, no homogénea, provoca una temprana ignición y causa el fenómeno de

la detonación. Un factor, que causa la detonación espontánea dentro del cilindro, es la

alta compresión de los motores modernos actuales. Para extraer más potencia del motor,

la cámara de combustión está disminuyendo cada vez, aumentando la compresión a

niveles altos y contribuye, junto con los otros factores, mencionados anteriormente, con

el efecto de la detonación. [1]

Los proveedores de motores de Fórmula 1 tienen la difícil tarea de controlar la

“detonación” o “picado”. La detonación es una explosión incontrolada en el interior del

cilindro, que no sólo reduce el rendimiento sino que puede causar daños en los

componentes internos del motor. Los motores turbo son mucho más susceptibles a esto

debido a que trabajan a mayor compresión y menos revoluciones, lo que significa que

hay más tiempo para que surja una segunda explosión.

Aunque los proveedores de gasolina pueden controlar el riesgo de detonación

aumentando los niveles de octanaje, hay que buscar el octanaje óptimo, porque la mayor

potencia no llega con el mayor nivel de octanaje.

Además de ser turbo, los motores de esta temporada tienen inyección directa, es decir,

que el combustible se inyecta directamente en la cámara como en un diésel, en lugar de

ser mezclado con aire previamente. Por eso es muy importante cómo se atomiza al

inyectarlo en un aire comprimido. Cuantas más pequeñas sean las gotas, mayor

rendimiento se extraerá del combustible. [2]

Fig. 1. Inyección Directa e Indirecta. [1]

Los motores de hoy están equipados con sensores de detonación, calibrados para

detectar la frecuencia exacta de detonación crítica. Retardan el ángulo de ignición de la

chispa y reducen la demanda de combustible, disminuyendo la potencia y el torque,

protegiendo el motor de una ruptura consecuente. En otros casos la solución es

aumentar la inyección de combustible, con el objetivo de reducir la temperatura del

cilindro.

La gasolina de un F1 lleva prácticamente los mismos componentes que la gasolina que

le echamos a nuestros coches de calle. La diferencia se encuentra en la proporción de

los mismos.

Gasolina Normal Gasolina F10%

10%

20%

30%

40%

50%

60%50%

40%

10%

30%

10%

25%30%

5%

COMPOSICIÓN GASOLINA NORMAL vs. F1

Parafínicos Aromáticos Otros y aditivos Naftalénicos

Gráfico 1. Porcentajes de los componentes de la gasolina Fórmula 1. [3]

La composición de la gasolina de Fórmula 1 está regulada por la FIA, que establece los

límites admitidos para cada componente. Y esta se analiza en cada Gran Premio.

La densidad de la gasolina de Fórmula 1 por reglamentación debe estar entre 0,720

Kg/litro y 0,775 Kg/litro. Con lo que en una parada de 10 segundos cargan unos 115

litros, que serían unos 85 Kg de combustible. [3]

“El motor de cualquier F1 actual es un V10, atmosférico, de 3000cc. Tiene una relación

de compresión en el entorno de los 16:1. Son motores de carrera muy corta: el diámetro

de pistón se sitúa en el entorno de los 100mm y la carrera unos 36mm. Esto, junto con

unos cruces de válvula enormes (de unos 140º) le permiten girar a altísimos regímenes:

18000rpm. Régimen posible (también) gracias a la contribución de las distribuciones

neumáticas que utilizan (los cierres de válvula por resortes son ineficientes, por no decir

otra cosa, a esas velocidades). Esa capacidad de girar a alto régimen compromete

seriamente su respuesta a bajo régimen: de hecho no es nada descabellado pensar en un

ralentí situado a 7000rpm. Todo esto en números significa un par máximo (aproximado)

de unos 36mkg y una potencia superior a los 800cv”. [4]

Motores de competencia NASCAR.

Para contrarrestar la detonación:

Bajar la temperatura del refrigerante.

Bajar la temperatura del aire de admisión.

Retrasar el punto de encendido.

Utilizar gasolina de mayor octanaje.

Utilizar mezcla rica, para enfriar.

Bajar la relación de compresión.

La llama producida por la combustión de la gasolina normalmente se propaga a una

velocidad de 40 a 50 metros por segundo. Cuando se produce el fenómeno de

detonación la llama puede alcanzar los 1.000 metros por segundo.

Pre-Ignición

Este tipo de combustión anormal es generada por exceso de carbón depositado en el

pistón y la culata. Se manifiesta produciendo detonación y en algunos casos auto

encendido. Este último se hace evidente cuando el motor sigue girando a pesar de que se

ha cortado el encendido.

Generalmente los motores de competencia NASCAR presentan las siguientes

características.

MOTOR: Tipo de Motor SPEC

MODELO: HO Vortec

CILINDRADA: 350 Pulgadas cúbicas, 5.7 Litros 5700 Centímetros Cúbicos

CILINDROS: V8

POTENCIA: 400 HP 5700 RPM a nivel de mar

TORQUE: >424 libras-ft 4200 RPM a nivel de mar

VÁLVULAS: 16

VÁLVULAS POR CILINDRO: 2 Admisión y Escape

ÁRBOL DE LEVAS: SOHC Single Over Head Camshaft

DIÁMETRO X CARRERA: 4.007" X 3.484"

RELACIÓN DE COMPRESIÓN: 9.39:1

DIÁMETRO VÁLVULA ADMISIÓN:1.9"

DIÁMETRO VÁLVULA ESCAPE: 1.6"

MÚLTIPLE DE ADMISIÓN: Edelbrock 7516

CARBURADOR: Holley 4777 C650

TIPO DE ADMISIÓN: 4 Gargantas. [5]

4. Conclusiones.

La detonación o picado es una combustión rápida y violenta de la mezcla aire-

combustible en la cámara de combustión del motor, después del encendido por

la chispa o arco eléctrico en la bujía. Cuando se presenta la detonación en un

motor, se percibe un golpeteo o cascabeleo metálico, llamado en ocasiones

"pistoneo". Este golpeteo es debido a que, cuando existe detonación, la presión

de los gases al interior de la cámara de combustión sube excesivamente,

resultando en grandes fuerzas que actúan sobre los pistones o émbolos del

motor, pudiendo llegar a romperlos.

La detonación es controlada mediante el aumento de octanaje de la gasolina,

pero también ya en la actualidad hay motores que presentan un sistema de

censado para detectar la frecuencia exacta de detonación crítica. Retardan el

ángulo de ignición de la chispa y reducen la demanda de combustible,

disminuyendo la potencia y el torque, protegiendo el motor de una ruptura

consecuente.

Los motores a gasolina utilizados en la Fórmula 1 tienen una relación de

compresión en el entorno de los 16:1, mientras que en los utilizados en la

competencia NASCAR es menor de 9.39:1. Lo que significa que los de F1

presentan mucha más potencia y velocidad.

Un motor de F1 alcanza fácilmente unas 18000 rpm y su ralentí unas 7000 rpm a

diferencia de los motores de competencia NASCAR que tienen 4200 rpm de

ralentí.

5. Bibliografía.

[1] B.-F. SAVER, «BE-FUEL SAVER,» 2014. [En línea]. Available: http://www.economizar-combustible.com/index.php/fenomeno-de-detonacion.

[2] I. Emparan, «Comunidad Fórmula 1,» 19 05 2014. [En línea]. Available: http://www.formulaf1.es/49753/la-guerra-de-los-combustibles/.

[3] «Qué fórmula 1,» 25 02 2013. [En línea]. Available: http://www.que-formula1.com/index.php/articulos-tecnicos/como-es-la-gasolina-de-un-formula-1-2/.

[4] ANDRETTI, «CRONICAS F1.COM,» [En línea]. Available: http://www.cronicasf1.com/Contenido/Tecnica/tecnica_comparacion_f1_vs_wrc.htm.

[5] N. MÉXICO, «NASCAR MÉXICO SERIES,» [En línea]. Available: http://www.nascarmexico.com.mx/v8/noticias/.