La detonación (golpeteo), la pre-ignición y el LSPI a menudo se confunden, pero difieren en el momento, los desencadenantes y la gravedad. La detonación es la autoignición del gas residual después de la chispa; la pre-ignición es cualquier ignición no intencionada antes de la chispa programada; el LSPI es un modo de pre-ignición aleatorio peculiar de los motores de gasolina con inyección directa, baja velocidad y sobrealimentados. Las ECUs modernas gestionan estos fenómenos con sensores de golpeteo, detección de iones y control en bucle cerrado de la sincronización y el suministro de combustible. Comprender sus mecanismos y las herramientas de control explica por qué los motores pueden funcionar con una relación de compresión de 9.5–11.0:1 y un impulso absoluto de 1.2–1.8 bar con combustible de 95 RON, preservando la durabilidad y las emisiones.
La distinción principal es el momento y el detonante. La detonación ocurre después de la chispa cuando el "gas final" restante se autoenciende, enviando ondas de presión que resuenan en la cámara a su frecuencia resonante (típicamente 5–9 kHz para diámetros de 80–95 mm). Es un problema de oscilación de presión superpuesto a una combustión que de otro modo sería normal. La preignición enciende la carga antes de la chispa ordenada—por un depósito caliente, una bujía incandescente o una gota de aceite—por lo que la presión máxima llega demasiado cerca o antes del PMS.
LSPI (preignición a baja velocidad) es un modo severo y aleatorio de preignición a bajas revoluciones y alta carga en motores turbo GDI, que a menudo escala a un "supergolpe".
Por qué importa: la detonación leve e intermitente principalmente limita el avance de la chispa y el BMEP; el golpeteo crónico o fuerte erosiona las tierras de los anillos y las juntas de la culata. La preignición es mucho más destructiva porque la llama comienza temprano, comprimiendo gases ya en combustión mientras el pistón sube. Las presiones máximas típicas en cilindros de motores turbo SI modernos pueden ser de 80–110 bar bajo operación normal limitada por golpeteo; el supergolpe por LSPI puede superar los 150–200 bar, rompiendo anillos, pistones o bielas en unos pocos ciclos. Mecanismos y límites: El riesgo de detonación aumenta con la temperatura, presión y tiempo de residencia del gas final.
Alta presión de sobrealimentación, alta temperatura de admisión, alta compresión y chispa avanzada empujan hacia el límite de golpeteo; alto octanaje (RON/MON), EGR enfriado (5–15%), enfriamiento de carga (intercoolers, inyección directa) y mezclas más ricas (lambda 0.85–0.90) lo retrasan. Una calibración limitada por golpeteo típicamente ajusta la chispa justo antes del golpeteo mientras apunta al MBT (torque máximo de freno) donde sea posible; a plena carga de 2,000–4,000 rpm, eso podría ser de 10–20 grados de cigüeñal BTDC para CA50 ~8–12 ATDC dependiendo del diámetro, turbulencia y combustible. La preignición es diferente: puede comenzar a −30 a −10 grados de cigüeñal BTDC cuando un punto caliente o una gota enciende la mezcla. LSPI es un subtipo de preignición promovido por gotas de aceite-combustible y depósitos en GDI sobrealimentados a 1,200–2,500 rpm, alto BMEP (por ejemplo, 18–22 bar) y altas temperaturas en el cilindro.
Los factores contribuyentes incluyen aceite con detergentes de calcio alto, aceite en la ranura superior, impacto tardío de combustible en la corona del pistón y altos residuos. Los fabricantes de equipos originales mitigan con la química del aceite (más Mg, menos Ca), control más estricto de PCV, diseños de chorro de aceite de pistón y paquete de anillos que reducen el aceite en la cámara, inyecciones de múltiples pulsos que evitan el mojado de paredes, y límites de sobrealimentación/chispa en la zona de LSPI. Las tasas de eventos en desarrollo se reducen a menos de ~1 evento por cada 100,000 ciclos en la "esquina caliente" del mapa antes de su lanzamiento. Detección y control: Los sensores de golpeteo piezoeléctricos (acelerómetros) detectan la resonancia de la cámara en una ventana de ángulo de cigüeñal poco después de la chispa—comúnmente de 5–40 grados ATDC.
La ECU pasa banda alrededor de la frecuencia de golpeteo específica del diámetro (por ejemplo, 6.5–7.5 kHz para diámetros de ~86–92 mm) y calcula un índice de golpeteo por cilindro. El ajuste de tiempo en bucle cerrado recorta la chispa en pequeños pasos (0.5–2.0 grados/evento de golpeteo) y reaprende lentamente el avance sin eventos. Cuando se detecta un golpeteo sostenido, la ECU puede enriquecer (por ejemplo, de lambda 1.00 a 0.88), agregar EGR enfriado, retrasar levas o reducir la sobrealimentación. Muchas estrategias incluyen un escalar de "aprendizaje de octanaje" que se adapta a la calidad del combustible (por ejemplo, 91–98 RON), temperatura del aire de admisión y altitud, sesgando todo el mapa de chispa.
Debido a que los sensores de golpeteo solo escuchan después de la chispa, son deficientes para detectar el verdadero inicio de la preignición; para cuando aparece la resonancia, el daño ya puede haber ocurrido. La detección de iones agrega información más temprana y resuelta por cilindro. Al aplicar un voltaje de polarización a través de la bujía después de la descarga, la ECU mide la corriente de iones proporcional a la presencia del frente de llama y la presión/temperatura. La detección de iones puede estimar la fase de combustión (CA10–CA50), detectar el inicio del golpeteo dentro de unos pocos grados de cigüeñal y señalar llamas anormalmente tempranas indicativas de preignición, incluso antes de que el sensor de golpeteo resuene.
Eso permite respuestas rápidas: retraso inmediato de la chispa, corte de combustible y sobrealimentación para el cilindro afectado, y registro de diagnóstico. Los sensores de presión en el cilindro ofrecen la mejor fidelidad (p-θ directa), pero el costo y la durabilidad los limitan al desarrollo y producción de nicho. Juntos, los sensores de golpeteo para robustez y la detección de iones para inmediatez permiten un control en bucle cerrado para mantener el borde del MBT sin cruzar hacia el daño. Compromisos y calibración: Evitar el golpeteo con mezclas ricas eleva la temperatura de escape y las partículas, aumentando la carga del catalizador y el GPF; el EGR reduce NOx y el golpeteo pero puede ralentizar la combustión, perjudicando la estabilidad en ralentí.
Retrasar la chispa reduce la presión máxima y el riesgo de golpeteo pero sacrifica torque y aumenta el BSFC. La reducción de sobrealimentación protege contra LSPI pero suaviza la respuesta a bajas revoluciones. Los cambios de hardware—diámetro más pequeño, mayor turbulencia, compresión de 9.5–10.5:1 en motores de alta sobrealimentación, válvulas llenas de sodio—desplazan los límites pero aumentan el costo. Implicaciones: Los motores confiables separan el control de detonación (continuo, en bucle cerrado de chispa/sobrealimentación/combustible guiado por sensores de golpeteo) del control de preignición/LSPI raro y de alta severidad (arquitectura, selección de aceite/combustible, fase de inyección y abortos rápidos mediante detección de iones e intervención de torque).
El cumplimiento de emisiones favorece el EGR enfriado y la fase precisa sobre el enriquecimiento pesado. El costo impulsa hacia una detección de golpeteo robusta y un tiempo adaptativo en lugar de hardware exótico, mientras que la manejabilidad exige una gestión de torque rápida y transparente. El resultado son curvas de torque amplias con sobrealimentación restringida a bajas revoluciones, calibradas para mantener los índices de golpeteo por debajo de los umbrales y la incidencia de LSPI efectivamente nula en el uso real.