Los motores de encendido por chispa a gasolina enfrentan tres modos distintos de combustión anormal. La detonación (a menudo llamada golpeteo) es la autoignición del gas residual después de la chispa, creando una resonancia de presión de alta frecuencia. La preignición inicia la combustión antes de la chispa debido a un punto caliente, lo que lleva a un aumento extremo de presión. La Preignición a Baja Velocidad (LSPI) es una preignición esporádica y severa que se observa en motores sobrealimentados con inyección directa a bajas revoluciones y alta carga. Los controles modernos—sensores de golpeteo montados en el bloque, detección de iones a través de la bujía y sistemas cerrados de chispa/impulso/combustible—mantienen la operación cerca del límite de golpeteo mientras evitan la LSPI. El resultado es un par constante en todos los combustibles (AKI 87–93), con la eficiencia preservada al operar cerca del tiempo de MBT cuando es seguro.
La detonación/golpeteo, la pre‑ignición y el LSPI a menudo se confunden, pero difieren en el momento y el mecanismo. El golpeteo es la auto‑ignición del gas final que ocurre después de que la chispa ordenada inicia la llama principal. Genera oscilaciones de presión en el rango de 5–15 kHz (para diámetros de 80–100 mm) y erosiona los componentes si se mantiene. La pre‑ignición ocurre antes de la chispa, por lo que la mezcla ya está ardiendo en el momento o antes del comando de ignición; produce un aumento de presión muy rápido.
El LSPI es un subtipo de pre‑ignición típico de los motores de inyección directa de gasolina (GDI) con turbocompresor a 1200–2500 rpm y alto BMEP, lo que a menudo conduce a un “super‑golpeteo” con picos de presión dañinos. La filosofía de control es: operar lo más cerca posible del tiempo óptimo limitado por el golpeteo (MBT) para la eficiencia, detectar el golpeteo incipiente y retroceder unos pocos grados de cigüeñal, y evitar puntos de operación y condiciones que desencadenen pre‑ignición/LSPI. Eso requiere detección rápida, adaptación por cilindro y límites calibrados en el impulso, lambda y la fase de inyección a baja velocidad. El hardware, la química del aceite/combustible y la fase de combustión contribuyen; ningún solo factor previene los tres fenómenos.
Mecánicamente, el golpeteo surge cuando el gas final alcanza condiciones de auto‑ignición debido a los efectos combinados de la relación de compresión, la temperatura de la carga, los residuos/EGR y el impulso. Los motores SI típicamente sobrealimentados funcionan con una compresión de 9.5–11.0:1, λ ≈ 0.85–0.95 a alta carga para enfriar la carga, y las temperaturas del aire de admisión pueden superar los 50–70 °C en ambientes calurosos a pesar del intercooler. El gas final puede alcanzar 800–900 K antes de la llegada de la llama; si su retraso de auto‑ignición es más corto que el tiempo de combustión restante, se enciende, enviando ondas de presión a través de la cámara. El golpeteo limita el avance de la chispa y el impulso; en AKI 87 frente a 93, el mismo motor puede necesitar 4–7° menos de avance a media carga o ~0.2–0.4 bar menos de presión en el colector para evitar el golpeteo.
La pre‑ignición difiere porque la fuente es un punto caliente o un núcleo de ignición local no relacionado con el comando de chispa: depósitos incandescentes, electrodos sobrecalentados, bordes afilados o gotas de aceite/combustible. Con el pistón aún subiendo, la tasa de aumento de presión puede exceder 20–50 bar/ms, elevando las presiones máximas del cilindro por encima de 150–200 bar en un ciclo, suficiente para agrietar las tierras de los anillos o romper las bujías. El LSPI es un riesgo particular en GDI sobrealimentados a baja velocidad/alta carga: el largo tiempo de residencia, la alta presión en el cilindro y la interacción pared/aceite crean gotas reactivas. Los factores contribuyentes incluyen inyección tardía que moja la parte superior, fracciones volátiles de aceite/combustible del flujo PCV y algunas químicas de detergentes.
Las calibraciones muestran que las tasas de eventos de LSPI disminuyen en más del 50–80% al cambiar de paquetes de detergentes dominados por calcio a dominados por magnesio y en márgenes similares con volumen reducido de la ranura superior y estrategias de inyección temprana/dual. La detección y el control están estratificados. Los sensores de golpeteo de banda ancha (acelerómetros piezoeléctricos) detectan la resonancia del bloque en la frecuencia de golpeteo; las ECUs pasan la señal por banda por cilindro y por marcha/carga para estimar la intensidad. Los recortes de chispa en bucle cerrado generalmente retiran 2–3° en un golpe de golpeteo, luego regresan en pasos de 0.25–0.5° para mantenerse al límite; se puede ordenar el enriquecimiento (por ejemplo, λ de 0.95 a 0.88) o la reducción del impulso si ocurren eventos repetidos.
Un escalar de “aprendizaje de octano” adapta el tiempo a largo plazo a la calidad del combustible y la temperatura de admisión, manteniendo el par en AKI 87–93. Las bobinas de detección de iones aplican un sesgo a través de la bujía después (y ligeramente antes) de la chispa; la forma de onda de la corriente de iones revela la fase de combustión y el inicio del golpeteo, permitiendo ajustes aún más rápidos por ciclo y discriminación de fallos de encendido. Crucialmente, la pre‑ignición/LSPI puede verse como corriente de iones antes de la chispa ordenada o como un aumento de presión anormal; cuando se detecta, la ECU aborta el par: corte inmediato de combustible para ese cilindro, apertura del acelerador/válvula de descarga y retraso de tiempo en los vecinos para prevenir daños en cascada. La mitigación adicional del LSPI incluye: limitar el impulso por debajo de ~2000 rpm, apuntar a λ ≈ 0.92–0.98 en lugar de muy rico o muy pobre, inyección temprana/multi‑pulso para minimizar el mojado de la pared, EGR enfriado para reducir las temperaturas del gas final, control de flujo PCV y aceites de baja volatilidad especificados.
En la práctica, estas estrategias protegen la fiabilidad manteniendo el aumento de presión y la presión máxima dentro de los límites de los componentes, reduciendo la frecuencia del super‑golpeteo que fractura las tierras de los anillos o daña los cojinetes. Las compensaciones de emisiones son reales: el enriquecimiento para el control del golpeteo aumenta CO/HC y partículas, mientras que los límites de EGR y de impulso pueden reducir NOx pero pueden atenuar la respuesta transitoria. El hardware (sensores, encendido de detección de iones, pistones robustos) y la calibración añaden costo, pero el control en bucle cerrado ofrece una manejabilidad consistente en el mundo real: par suave en todos los combustibles y climas, recortes de par breves y a menudo imperceptibles a baja velocidad/alta carga para evitar LSPI, y eficiencia cercana a MBT durante el crucero donde las relaciones de compresión (10–11:1) y λ ≈ 1.00 pueden mantenerse de manera segura.