Encendido

Descripción general del sistema de encendido del motor

Como puede verse en el capítulo de “núcleo de motor”  el motor rotativo renesis es un motor tipo Wankel de ciclo Otto, donde la combustión se inicia por medio de una chispa.

El sistema de encendido del motor es el encargado de generar esa chispa e iniciar, en el momento apropiado, el proceso de combustión de la mezcla aire/combustible.

visión general encendido RX8 renesis RotaryPit
Visión general de los componentes principales del sistema de encendido del Renesis

En el caso del RX8 el sistema de encendido es completamente electrónico, como en la mayoría de los coches actuales y lo componen los siguientes elementos :

esquema eléctrico encendido RX8 jird20 RotaryPit
Esquema eléctrico del sistema de encendido del RX8

1) PCM – Centralita

2) Sensor de posición/ángulo del eje de excéntricas

3) Cables de baja tensión hasta las bobinas transformadoras

4) Condensador

5) Bobinas transformadoras

6) Cables de alta tensión

7) Bujías

La PCM, o centralita del RX8, tiene un módulo correspondiente al encendido. Este módulo se encarga de determinar los instantes en los que las chispas deben producirse y para ello utiliza dos cosas:

  • La señal del sensor de posición del eje de excéntricas, que determina de forma muy precisa el ángulo de giro en el que se encuentra cada rotor
  • Los mapas de avance de encendido que lleva en su memoria (en función de las rpm, carga de motor, temperatura de agua de refrigeración, detección de detonación, etc )

Como resultado de conjugar estos 2 factores la PCM emite 4 señales digitales 12 Vcc ó  cero – 0 Vcc, que se transmiten a través de los cables de baja tensión y que “cargan y disparan” las bobinas.

Cada bobina (y esto es válido en general en automoción) es en realidad un transformador eléctrico en miniatura. Las bobinas del RX8 tienen en su interior un transistor polarizado mediante unas resistencias, un transformador con sus arrollamientos primario y secundario (por lo que en realidad son 2 bobinas) y un diodo. El transistor conecta/desconecta la bobina del primario dependiendo de si la señal que le llega es de 12 Vcc (conectada) o de 0 Vcc (desconectada). Cuando la bobina primaria (n1) está conectada entre +12 Vcc, r2 y masa, fluye por ella una corriente que induce otra corriente en el secundario (n2) de menor intensidad pero de alta tensión. La tensión a la que se llega en el secundario en el pico de chispa es de 18.000V.

Pendiente explicar el proceso de carga y de descarga de la energía en el transformador

 

esquema eléctrico bobina RX8 jird20 RotaryPit
Lo que tiene una bobina por dentro es mucho más que una simple bobina

El condensador sirve para mantener el nivel de baja tensión en bornas de las bobinas, actuando de acumulador local de energía. El lado de masa se encuentra conectado en el bloque de motor y el lado positivo mediante un conector al cableado de motor. El condensador está oculto por todo el colector superior de admisión y pasa inadvertido, es difícil de ver.

Condensador de encendido RX8 jird20 RotaryPit

Mediante cada cable de alta tensión se aplica a cada bujía la tensión del secundario del transformador de cada bobina. Si esta tensión excede el límite dieléctrico de la distancia que separa los electrodos de la bujía, se produce un arco eléctrico entre estos electrodos: tenemos la chispa. Las bujías no solo se encargan de producir los arcos eléctricos de forma controlada, sino que estos arcos sucedan en los lugares previstos en las cámaras de combustión. Hacer un video con 2 bujías disparando a la vez, una con las bobinas normales y otro con las BHR.

Tenemos completado el sistema de encendido electrónico.

Antes de ver los detalles de algunos componentes clave, vamos a observar una característica del motor rotativo Wankel en relación al encendido ⇒ los orificios para las bujías trailing y leading comunican las cámaras de combustión adyacentes como puede verse en las siguientes fotos.


En el caso de cada orificio para las trailing, se produce una presión diferencial (Δp) importante entre cámaras adyacentes y por ello un potencial importante para traspasar gases del lado de mayor presión al lado de menor presión. Resulta obvio que cuanto mayor sea el orificio más cantidad de gases podrán pasar de una cámara a otra. Por ello el orificio de las bujías trailing es pequeño. Así se reduce la cantidad de gases ya en proceso de combustión que pasan y se mezclan con gases todavía frescos en la cámara cronológicamente anterior. Si unos gases frescos se “contaminan” con gases en pleno proceso de combustión, cuando estos gases -ya no tan frescos- entran en fase de explosión la siguiente combustión es más inestable.

diferencia presiones cámaras adyacentes motor Wankel RX8 RotaryPit

Al tener que reducir el orificio a una mínima expresión, la chispa de la bujía trailing lo tiene muy difícil para iniciar la combustión de forma eficaz. Este es un problema inherente del motor rotativo Wankel y toda ayuda para poner en contacto chispas con gases a presión resulta fundamental para facilitar la combustión.

En el caso de los orificios de las leading, la presión diferencial entre cámaras adyacentes es baja con lo que la tendencia al paso de gases entre cámaras en proceso de combustión y compresión es mucho menor: por ello estos orificios pueden ser y son de mayor tamaño y la chispa de las bujías leading puede entrar en contacto más íntimo con la mezcla aire/combustible comprimida.

paso gases por orificio leading RX8 RotaryPit

En cualquier caso como por geometría del motor Wankel las bujías están fuera y relativamente alejadas de las cámaras de combustión, el encendido de la mezcla explosiva es más dificultoso en relación al motor alternativo (el de pistones). Esto es algo en lo que con un 100% de probabilidades estará trabajando Mazda para la siguiente generación de motores rotativos SkyActiv-R. Para nuestro Renesis 1 sí podemos hacer algo útil al alcance de todos: generar chispas de mayor nivel de intensidad de descarga que compensen parcialmente en escaso contacto chispa/gas explosivo.

Bien, repasaremos ahora algunas características y datos de algunos componentes del sistema de encendido del RX8.

Bobinas transformadoras

Como hemos visto anteriormente las bobinas son los elementos transformadores de los que se obtiene una tensión de varios miles de voltios a partir de los 12 Vcc de la batería del coche.

Hasta mediados de 2006, los RX-8 montaban un primer tipo de bobinas. Muchas de estas, perdían parcialmente el aislamiento dieléctrico primario/secundario con pocos km (20-50.000 km) dando como resultado una disminución de la tensión efectiva de disparo y de la energía entregada en la descarga eléctrica. El resultado era la generación de chispas débiles que formaban débiles frentes de llama iniciales, reduciendo la intensidad y velocidad del proceso de combustión. Los 2 efectos más obvios eran el aumento de los consumos de gasolina y la pérdida progresiva de potencia y del fino sonido del motor rotativo.

El efecto más pernicioso de la mala combustión era la excesiva generación de carbonilla (la carbonilla es fruto de una combustión incompleta) que se acumulaba en el interior del motor, especialmente en los huelgos del rotor para los sellos de vértices y sobre todo laterales.


La acumulación de carbonilla en los huelgos impide no solo el normal movimiento de acomodo entre sellos y carcasas (lo que provoca un mayor desgaste tanto de sellos como de carcasas) sino una menor presión de los gases sobre la base de los sellos, haciendo que estos no presionaran las carcasas como estaba previsto. En definitiva una pérdida progresiva pero acelerada de compresión.

entrada deposición carbonilla sellos laterales renesis RX8 RotaryPit
Entrada y deposición de carbonilla en los huelgos de los sellos laterales

La carbonilla acababa obturando muchos catalizadores que a su vez restringían el normal paso de gases de escape hacia la atmósfera. Efectos directos de esto: el sobrecalentamiento del motor, su deterioro acelerado y una menor potencia obtenible.

El resultado a medio plazo era la paulatina perdida de la linealidad de operación del motor, los ralentís menos estables y con vibraciones, la pérdida clara de potencia en todo régimen de giro y las dificultades de arranque, sobre todo en caliente.

 

bobinas encendido serie RX8 RotaryPit
Bobinas de encendido de serie de un RX8

Este primer tipo de bobinas fue substituido por otro nuevo y que sigue vigente.

El aspecto de las nuevas bobinas es idéntico al de las antiguas y solamente se distinguen ópticamente por la referencia que viene en su caja. Las buenas son las N3H1-18-100 C (la clave es que termine en “C”)

Si tu coche fue construido (no matriculado, sino construido) antes de mediados de 2006 merece la pena que cambies las 4 bobinas aunque no notes problemas evidentes. Unas bobinas deterioradas todavía son operativas por lo que el motor “funciona”, aunque no como debe hacerlo. Si notas que el motor empuja con bastante menos fuerza desde las 7500 a las 9000 rpm que de 5000 a 7500 rpm, o no es del todo lineal a lo largo de todo el recorrido de rpm, o tienes ralentí inestables, sonido apagado del motor, o los consumos han empezado a aumentar, pero la compresión del motor es buena, es muy posible que las bobinas pre mediados de 2006 estén deterioradas.

Alternativamente puedes substituir las bobinas de serie por el kit de encendido de alta intensidad de BHR. Este sistema utiliza unas bobinas transformadoras cuyo secundario eleva la tensión hasta los 45.000V (frente a los 18.000V de las bobinas de serie), haciendo que la chispa sea mucho más intensa e inicie la combustión de forma más contundente. Ya hemos visto antes el claro beneficio de un encendido mejorado en un motor Wankel.

kit encendido BHR RX8 RotaryPit
Kit de encendido electrónico de BHR, incluye el armazón y las 4 bobinas transformadoras, cables de alta tensión, cables de baja tensión y de masa

El kit además viene con unos cables de alta tensión con mayor aislamiento dieléctrico para poder soportar el nuevo nivel de tensión de disparo, que es casi el triple que el de serie.

Lo importante es que una mejor combustión implica una mayor transformación de la energía química del combustible, en energía térmica de alto nivel, lo que a su vez implica un rendimiento termodinámico mas elevado, lo que conlleva una mayor cifra de potencia para el mismo consumo de combustible y un menor consumo de combustible para una misma cifra de potencia. Además al combustionarse de forma más intensa y rápida la mezcla, la oxidación de las cadenas de carbono de la gasolina es mayor y la generación de monoxido de carbono (CO) y de hidrocarburos inquemados son menores.

En definitiva se obtienen:

  • Mejores consumos generales de gasolina. Mención especial al uso en ciudad, donde se puede llevar una marcha más larga reduciendo los consumos en este territorio tan poco propicio para nuestro deportivo.
  • Mejor arranque de motor, regularidad del ralentí, mayor suavidad, linealidad y potencia a cualquier régimen desde ralentí hasta el corte de inyección
  • Se alarga la vida del motor y del catalizador al reducirse la formación de carbonilla
  • El sonido del motor es más vivo, fino y puesto a punto. El nivel acústico es menor ya que al haberse utilizado la presión de la cámara de combustión antes y durante más tiempo para impulsar los rotores, queda una menor presión residual en los puertos de escapes: es decir queda una menor presión sonora.

Las diferencias de un coche con este kit, con respecto a otro que no lo tiene, son evidentes a la hora de repostar y a la hora de acelerar. El coche con el encendido de alta intensidad -gana- claramente y ahora ya sabes por qué. Para redondear la ecuación pueden reprogramarse en la centralita los tiempos de carga de las bobinas para provocar que la energía descargada en la chispa sea aún mayor y la combustión sea incluso mejor.

El kit de encendido de BHR es una de las modificaciones favoritas de RotaryPit para el RX-8. Es una mejora en toda la regla y no tiene ni una sola contrapartida física (quitando el tema de la homologación para ITV y un desgaste más rápido de los electrodos de las bujías).

 

Cables de AT de bobinas/bujías

bobinas cables AT bujías RX8 RotaryPit
Bobinas transformadoras de serie junto con cables de alta tensión de aftermarket conectados a las bujías NGK

Son los encargados de transportar la corriente desde la bobina hasta la bujía. Las características principales que debe tener todo cable de AT (alta tensión) de bobinas/bujías, son dos:

 

1)   Buena conductividad eléctrica

En todo el conductor interno pero especialmente con buenos contactos eléctricos en los extremos. El diseño de estos contactos tiene que permitir la conexión y desconexión duradera de varios juegos de bujías. Deben ser hechos en un material resistente a la corrosión ya que el óxido dificulta el paso de la corriente.

2)   Buen aislamiento dieléctrico del plástico exterior

Como en las bobinas se produce una tensión de varios miles de voltios, un mal aislamiento dará como resultado directo una derivación de parte de la corriente a otro elemento que no sea la bujía, debilitando la chispa en ésta y pudiendo estropear el otro elemento al que se deriva la corriente.

Un buen aislador deberá soportar temperaturas elevadas, variaciones continuas de temperatura frío/calor/frío, vibraciones y resistencia a hidrocarburos (manchas de aceite, refrigerante gasolina).

Adicionalmente y por temas de compatibilidad electromagnética, los cables deberían tener un núcleo que reduzca la emisión radiada y evite su propagación. Si no lo tuvieran el motor funcionaría igual pero podrían quedar afectados equipos electrónicos cercanos.

 

Los cables de serie son correctos y cumplen su función.

 

Existen muchos fabricantes de cables que producen cables alternativos. Los hay de buena calidad y a precios muy variados. También hay quien clama grandes mejoras de potencia, lo cual no es posible salvo que los cables substituidos estuvieran deteriorados.

Cuando detectes que tus cables están deteriorados, substitúyelos por los originales o por unos -no muy caros- de aftermarket.
Observa que los 4 cables amarillos de la foto pues tienen todos longitudes diferentes para adaptarse a las diferentes distancias entre las posiciones de bobinas y bujías en el renesis. Lo puedes ver aún mejor en la foto de al lado con los cables en la posición aproximada que llevarían una vez colocados sobre el motor.

 

En la opinión de RotaryPit, conviene verificar los cables y renovarlos cuando las conexiones tengan un mínimo de puntos de óxido o tengan desgastes por arcos eléctricos, pero NO merece la pena gastar grandes cifras de dinero en cables de bujías ya que no se obtienen mejoras significativas. 

 

Bujías

El Renesis, como la mayor parte de los motores rotativos, tiene 2 bujías por cada rotor, es decir 4 en total.

Dos son llamadas leading y las otras dos trailing.

Las leading son las que están en la parte inferior de cada carcasa periférica y las trailing las que están en la parte superior. Las leading son las bujías principales a la hora de encender la mezcla explosiva en cada cámara de combustión del motor Wankel. Las trailing ayudan a completar el proceso de combustión en las alargadas cámaras de combustión.

bujías RX8 iridio NGK RotaryPit
2 bujías leading y 2 trailing originales NGK de iridio. Observad que son diferentes en longitud de rosca y tipo de electrodos

Las bujías de serie son excelentes. Los electrodos tienen un recubrimiento exterior de iridio que les confieren una gran resistencia al desgaste frente al arco eléctrico. El compromiso de estas bujías en cuanto a duración y a evitar el fenómeno de preencendido es notable y por ello:

RotaryPit recomienda usar las bujías prescritas por Mazda (que son fabricadas por NGK).

Las bujías van identificadas con unos números correspondientes a los rangos o grados de temperatura de refrigeración de los electrodos: En el caso del fabricante NGK un número menor indica un valor mayor de refrigeración de las bujías. Para las bujías leading debes utilizar grado 7 u 8 de NGK y para las trailing grado 9. También van marcadas con la letras “L” o “T” según sean leading o trailing.

Si se pretende dar un uso racing al coche se pueden usar bujías con electrodos más refrigerados (comúnmente llamadas bujías “frías”). Con ello se evita que en condiciones de máxima potencia sostenida se sobrecalienten los electrodos y se pre-encienda la mezcla antes de que salte la chispa. El inconveniente de estas bujías de uso racing es que a cargas leves acumulan mayores deposiciones de iones y de carbonilla tanto en los electrodos como en el aislamiento cerámico, haciendo que la intensidad de la chispa disminuya y deban ser substituidas mucho antes que unas de refrigeración normal. Por ello no deben utilizarse para aplicaciones de calle.

El desgaste de las bujías leading y trailing en un motor con buena salud es muy similar. Puede no serlo tanto en el caso de un encendido con bobinas deterioradas. En cualquier caso y dado que las bujías actualmente ya no son caras (sí en talleres de Mazda) y que el tiempo necesario para cambiar 2 es casi el mismo que para lleva cambiar las 4, merece la pena cambiar siempre las 4.

Periodicidad del cambio: conviene no alargar los cambios con el propósito de ahorrar algo de dinero. Unas bujías en no buen estado empeoran el consumo (cancelándose ya solo ahí ese “ahorro”) empeoran las prestaciones y reducen la vida del motor y del catalizador. Se trata de uno de los cambios más agradecidos por el motor, el catalizador y el bolsillo.

1) Recorridos principalmente cortos (<10 km recorridos entre motor frío y parada de motor) ⇒ 12.000 km

2) Recorridos principalmente medios (11 a 40 km)  ⇒ 16.000 km

3) Recorridos principalmente largos (>40 km)  ⇒ 20-24.000 km

Importante:

Para evitar el agarre de las bujías y la posibilidad de que se partan al intentar aflojarlas hay que aplicar una pasta anti-agarre al instalarlas. Esto es algo que rara vez lo suelen hacer en los talleres y que puede tener consecuencias no deseables. Entre ellas que al forzar la extracción de las bujías se pueden deteriorar las roscas del alojamiento de las bujías, que es de aluminio. Ello puede implicar pasar un macho de roscar con el riesgo de introducir alguna viruta metálica al interior del motor. Las virutas podrían rallar de forma grave o definitiva las carcasas periféricas o laterales (las periféricas más fácilmente) al arrancar el motor.

Por lo tanto: exige pasta anti-agarre cuando te instalen las bujías.