¿Por qué los motores de combustión interna tienen "órdenes de encendido" específicas?

¿Cuál es el punto de tener una orden de despido? Leí que ayuda a equilibrar el poder para no ser demasiado de un lado si el cigüeñal, pero ¿por qué tenemos un orden tan específico? Si ese fuera el caso, ¿podría hacer que el orden de encendido en un motor de 4 cilindros sea 1-4-2-3?

engine engine-theory firing-order

— usuario15938
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El orden de encendido se puede configurar (en tiempo de diseño) de muchas maneras. Existen limitaciones como la vibración, pero hay otras formas de hacer frente a algunas de ellas (por ejemplo, ejes de equilibrio para tratar de contrarrestar la vibración). Su orden de encendido sugerida es posible para un motor diseñado de esa manera (manivela / levas / etc.). Si buscas en Google el motor Yamaha Big Bang R1, verás un orden de disparo muy extraño.

— Kickstart

Respuestas:

Existen múltiples órdenes de disparo para algunas configuraciones de motor, especialmente en el ámbito V8. Un Ford Smallblock dispara 1-5-4-8-6-3-7-2, mientras que el mismo desplazamiento moderno Ford V8 modular dispara 1-5-4-8-7-2-6-3.

Hay una gran wiki sobre Firing Order que contiene una gran cantidad de arreglos viables, incluso a través de la misma configuración de cilindro.

Para responder a su pregunta específica, el orden de disparo generalmente se decide para minimizar las vibraciones potencialmente destructivas y las fuerzas mecánicas que resultarían si los impulsos de torque en los lanzamientos del cigüeñal se armonizaran. Una nota similar es que siempre encontrará motores con varios cilindros que sean divisibles en 360 grados de rotación del cigüeñal. 4,5,6,8,10,12 están todos bien. 7,11 y 13 no lo son. La explicación exacta está más allá de mí, pero tiene que ver con vibraciones y órdenes de armónicos en mecanismos combinados de manivela deslizante.

— SteveRacer
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Siendo que los grados son una unidad arbitraria, creo que la afirmación de que el número de cilindros debería dividirse equitativamente 360 grados no es plausible, pero probablemente haya alguna restricción real de que esta regla se esté duplicando o aproximando.

— R .. GitHub DEJA DE AYUDAR AL HIELO

@R .. De acuerdo, un poco de taquigrafía, pero aunque no es una regla , sin duda difícil. Un 7 cilindros en línea tendría golpes de poder superpuestos, que por definición deben durar 180 grados (pi radianes para usted). Incluso con los ejes de equilibrio necesarios y otras complicaciones abordadas, todavía habría momentos libres de primer y segundo orden. Es mucho más fácil construir un desplazamiento mayor en línea 6, que es inherentemente equilibrado y no sufre armónicos debido a momentos libres desequilibrados, porque no tiene ninguno. La regla general divisible de 360 es una simplificación general de algunas matemáticas dinámicas muy complejas.

— SteveRacer

Además de los 5, todos sus ejemplos también son divisibles por dos, lo que sospecho es el hecho más importante. Esto permite que pares de cilindros se equilibren entre sí.

— Monty Harder

La "regla" opuesta se aplica a los motores radiales, donde un número impar de cilindros es mejor porque proporciona una distribución más regular de los golpes de potencia (por ejemplo, 1 3 5 7 9 2 4 6 8 para un radial de 9 cilindros). Hay motores de aeronaves radiales de 7 y 9 cilindros, ¡sin mencionar el Pratt & Whitney R-4360 de 28 cilindros, con 4 juegos de 7 cilindros en una configuración de "mazorca de maíz"! en.wikipedia.org/wiki/Pratt_%26_Whitney_R-4360_Wasp_Major#/…

— alephzero

Me gustaría señalar que 360 no es completamente arbitrario. Es el número más pequeño divisible por cada uno de (1,2,3,4,5,6,8,9,10). Esa versatilidad en los factores disponibles es extremadamente útil. Sin embargo, hace que la observación sobre el número de cilindros sea algo trivial. (Factores completos de 360: 1,2,3,4,5,6,8,9,10,12,15,18,20,24,30,36,40,45,60,72,90,120,180,360.)

— amp108

Depende de si está preguntando desde el punto de vista de un diseñador de motores o de alguien que intenta mantener o solucionar problemas de un motor.

Desde el punto de vista de una orden de disparo mecánico, le indica el orden en que los cilindros están listos para disparar, cuando cada uno está en su carrera de compresión con las válvulas cerradas y una carga de combustible. Eso es importante si está conectando cables de bujías (o líneas de inyector de combustible en un diésel con una bomba separada) o está tratando de diagnosticar un motor que funciona mal o uno que no arranca.

Desde el punto de vista de un diseñador de motores, sospecho que algunas de las consideraciones están relacionadas con preocupaciones como usted mencionó: controlar el estrés y las vibraciones y tal vez también intentar hacerlo sin sorprender a las personas que trabajarán en el motor más adelante.

En respuesta a su pregunta sobre otros pedidos, creo, al menos en teoría, que el diseñador puede tener cualquier pedido que desee. El mecánico, por otro lado, tiene que seguir el orden que se diseñó en el motor.

— dlu
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El orden de encendido está limitado por:

geometría del cigüeñal
disposición del pistón (en línea, V, VR, plana, etc.)

Estos dos factores se combinarán para determinar cuándo se alcanza el punto muerto superior (TDC) de cada cilindro con respecto al ángulo del cigüeñal.

Idealmente, el orden de encendido se configura para hacer que el encendido ocurra tan regularmente como sea posible.

Ejemplo en línea cuatro

Aquí hay una animación de un plano plano regular en línea cuatro:

Notarás que los dos cilindros centrales (# 2 y # 3) se mueven al unísono, al igual que los # 1 y # 4. Cuando # 2 y # 3 están en TDC, # 1 y # 4 están en BDC, y viceversa. Los dos pares están desfasados 180 °. Así es como se ve el recorrido de la cabeza del pistón en el transcurso de una duración de arranque de 720 ° (ciclo de cuatro tiempos).

Agregando estrellas para denotar eventos de ignición, debería ser obvio por qué estamos limitados a lo que podemos usar como orden de disparo. Un orden de disparo 1-4-2-3 no es factible porque hay un TDC para # 2 y # 3 entre los de # 1 y # 4:

Aquí, solo hay dos opciones para el orden de disparo:

1-3-4-2
1-2-4-3

Siempre que sea posible realizar varias órdenes de disparo, los ingenieros buscarán otros factores, entre los que se encuentran el equilibrio del motor, las vibraciones y los armónicos a los que se han referido otras respuestas.

— Zaid
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@ Jason C En realidad explica ambos, y muy bien. Está buscando distribuir eventos discretos de golpe de potencia de la manera más uniforme posible. Supongo que podría hacer un cigüeñal que tuviera brazos de manivela no espaciados uniformemente, o todos a la vez, o adelante y atrás, pero tendría vibraciones masivas en cada reciprocidad o cruce por cero, como se muestra en las tramas de arriba. Al igual que podrías hacer una rueda cuadrada o triangular ... pero ¿por qué quieres hacerlo?

— SteveRacer

@JasonC Nada en la mitad superior de la respuesta dice nada sobre una limitación de 180 °; Acabo de usar el plano para ilustrar cómo se combinan la geometría del cigüeñal y el diseño del motor para determinar qué es un orden de encendido factible. Tuvimos una discusión en el chat acerca de las cuatro patas en línea de cruce de aviones hace un tiempo. Puede revisar esa discusión aquí (gráficos incluidos) .

— Zaid

@ SteveRacer Podría agregar algunos gráficos para el plano cruzado en línea cuatro. Solo me temo que va a restar valor a la claridad de la explicación.

— Zaid

@Zaid sí. Y me di cuenta de que los cruces por cero a los que me refería estarían en los primeros gráficos de velocidad derivados , no en la posición representada. Entonces, peca por tu cos .

— SteveRacer

@Zaid Cuando lo pones de esa manera, es mucho más claro, supongo que lo interpreté desde el punto de vista incorrecto.

— Jason C