Combustão anormal em motores de Ciclo Otto

Detonação
A teoria sobre o processo de detonação diz que o fenômeno está relacionado com a combustão muito rápida da mistura que se encontra além da frente de chama e que ainda não queimou.
Manifesta-se quando a faísca provoca a ignição da mistura, antes do pistão atingir o PMS (ponto morto superior), no fim do ciclo de compressão.

Quando esta mistura entra em combustão de forma abrupta, a elevação da pressão desequilibrada provoca a ressonância da câmara de combustão e a sua estrutura vibra.

Durante a detonação verificam-se pulsos de pressão de até 150 bar e freqüências vibratórias de 6 a 12 kHz (kilociclos/segundo), o que pode ser causa de falha nas juntas, erosão do pistão, quebra de anéis, etc.
Basicamente, a detonação é o resultado de altas taxas de compressão ou avanços do ponto de ignição além do limite e acontece, geralmente, com altas pressões absolutas de coletor de admissão (motor sob carga).
Pode-se dizer, portanto, que a detonação, também conhecida como “batida de pino”, é o resultado da “explosão” da mistura dentro do cilindro, em contraposição à queima gradual, necessária ao correto funcionamento.

Em resumo, é uma forma de combustão descontrolada que provoca perda de eficiência, além do aumento das emissões.
Nota: Não confundir detonação com “auto-ignição” ou “efeito diesel” dos motores carburados, situação esta em que o motor continua a funcionar ainda depois de a ignição ter sido desligada.
A auto-ignição é o resultado da presença de pontos quentes na câmara de combustão e não pode ser controlada modificando o avanço. As causas, geralmente, residem no acúmulo de carvão na câmara de combustão (ponto quentes) ou velas inapropriadas (velas quentes).

Nos motores equipados com sensor de detonação o fenômeno é controlado, pela UC, modificando (atrasando) o ponto de ignição.
Nos casos em que o motor não possui sensor KS, o fenômeno da detonação merece um cuidado especial já que, como mencionado, se persistir por um período prolongado, pode provocar sérios danos ao motor.

Limite de Detonação
O motor ciclo Otto apresenta, em função de condições de projeto e do combustível utilizado, um limite máximo de avanço (denominado Limite de Detonação Inferior ou LDi) que pode ser aplicado. Avanços superiores a este limite provocam o aparecimento do fenômeno de detonação.

A figura 1 apresenta as curvas de Potência x Avanço para duas taxas de compressão. Reparar no ganho de potência máxima (Gp) que a maior taxa de compressão oferece.
Na figura estão salientados os pontos do Limite de Detonação Inferior para ambas as curvas (1 e 2).
Como pode ser observado, quanto maior a taxa de compressão, mais próximo fica o avanço do limite inferior de detonação, do avanço correspondente à máxima potência.

Este fato é salientado pelas distâncias L1 e L2. Com isto, diminui a margem de proteção contra o aparecimento do fenômeno de detonação.
Dessa forma, as variações de tal limite, em função das condições mecânicas e de funcionamento, assim como da qualidade do combustível utilizado, podem interferir no desempenho e integridade do motor.

Nos sistemas com controle mecânico do avanço e naqueles mapeados que não dispõem de detecção da detonação, a solução encontrada é diminuir o avanço aplicado nas condições de carga e rotação para as quais poderia aparecer o fenômeno; ou seja, a curva de avanço é corrigida no sentido de adotar uma margem de segurança para os avanços acima de um determinado valor.
A figura 2 apresenta um comparativo de eficiência em função da taxa de compressão. Reparar que o ciclo Otto pode atingir níveis de eficiência superiores àqueles correspondentes ao ciclo Diesel.

No entanto, por não ter o fator limitante da detonação, o diesel consegue trabalhar com taxas de compressão maiores de onde resulta o ganho de eficiência Ge.

Ignição Superficial
Este processo de combustão anormal está relacionado com o início da combustão provocado por algum ponto quente na superfície da câmara. Esses pontos quentes podem ter origem em:

- Vela superaquecida
- Fragmento de carvão incandescente

Quando acontece após o centelhamento da vela é denominado de pós-ignição e pode passar despercebido.
Quando acontece antes, é denominado de pré-ignição. Neste caso, o fenômeno se apresenta com um avanço exagerado e pode resultar em detonação.
O importante a salientar é que o fenômeno de ignição superficial está fora do controle do sistema eletrônico de gerenciamento do motor.