Tiempo de encendido - Ignition timing
En un motor de combustión interna de encendido por chispa , la sincronización del encendido se refiere a la sincronización, en relación con la posición actual del pistón y el ángulo del cigüeñal, de la liberación de una chispa en la cámara de combustión cerca del final de la carrera de compresión .
La necesidad de adelantar (o retardar) la sincronización de la chispa se debe a que el combustible no se quema por completo en el instante en que se enciende la chispa. Los gases de combustión tardan un tiempo en expandirse y la velocidad angular o de rotación del motor puede alargar o acortar el período de tiempo en el que debe producirse la combustión y la expansión. En la gran mayoría de los casos, el ángulo se describirá como un cierto ángulo avanzado antes del punto muerto superior (BTDC). Hacer avanzar la chispa BTDC significa que la chispa se energiza antes del punto en el que la cámara de combustión alcanza su tamaño mínimo, ya que el propósito de la carrera de potencia en el motor es forzar la expansión de la cámara de combustión. Las chispas que ocurren después del punto muerto superior (ATDC) generalmente son contraproducentes (producen chispa desperdiciada , fuego de retorno , detonación del motor , etc.) a menos que sea necesaria una chispa complementaria o continua antes de la carrera de escape .
Establecer el tiempo de encendido correcto es crucial en el rendimiento de un motor. Las chispas que ocurren demasiado pronto o demasiado tarde en el ciclo del motor a menudo son responsables de vibraciones excesivas e incluso daños al motor. El tiempo de encendido afecta muchas variables, incluida la longevidad del motor, el ahorro de combustible y la potencia del motor. Muchas variables también afectan cuál es el "mejor" momento. Los motores modernos que están controlados en tiempo real por una unidad de control del motor utilizan una computadora para controlar la sincronización en todo el rango de carga y RPM del motor . Los motores más antiguos que usan distribuidores mecánicos se basan en la inercia (mediante el uso de pesos y resortes giratorios) y el vacío del colector para establecer el tiempo de encendido en todo el rango de carga y RPM del motor.
Los primeros automóviles requerían que el conductor ajustara el tiempo a través de los controles de acuerdo con las condiciones de conducción, pero ahora esto está automatizado.
Hay muchos factores que influyen en el tiempo de encendido adecuado para un motor determinado. Estos incluyen la sincronización de la (s) válvula (s) de admisión o inyector (es) de combustible , el tipo de sistema de encendido utilizado, el tipo y condición de las bujías , el contenido y las impurezas del combustible, temperatura y presión del combustible , velocidad del motor y carga, temperatura del aire y del motor, presión de sobrealimentación del turbo o presión del aire de admisión, los componentes utilizados en el sistema de encendido y los ajustes de los componentes del sistema de encendido. Por lo general, cualquier cambio o actualización importante del motor requerirá un cambio en la configuración de sincronización de encendido del motor.
Antecedentes
El sistema de encendido por chispa de los motores de combustión interna de gasolina controlados mecánicamente consiste en un dispositivo mecánico, conocido como distribuidor , que dispara y distribuye la chispa de encendido a cada cilindro en relación con la posición del pistón, en grados del cigüeñal con respecto al punto muerto superior (TDC).
La sincronización de la chispa, en relación con la posición del pistón, se basa en la sincronización estática (inicial o base) sin avance mecánico. El mecanismo de avance de la sincronización centrífuga del distribuidor hace que la chispa se produzca antes a medida que aumenta la velocidad del motor. Muchos de estos motores también utilizarán un avance de vacío que avanza la sincronización durante cargas ligeras y desaceleración, independientemente del avance centrífugo. Normalmente, esto se aplica al uso de automóviles; Los motores de gasolina marinos generalmente usan un sistema similar pero sin avance de vacío.
A mediados de 1963, Ford ofreció encendido transistorizado en su nuevo 427 FE V8 . Este sistema solo pasó una corriente muy baja a través de los puntos de encendido, utilizando un transistor PNP para realizar la conmutación de alto voltaje de la corriente de encendido, lo que permite una chispa de encendido de mayor voltaje, así como también reduce las variaciones en el tiempo de encendido debido al desgaste del arco de los puntos de ruptura. Los motores así equipados llevaban pegatinas especiales en las tapas de las válvulas que decían "427-T". El sistema de encendido por pulsos magnéticos con control de transistores Delcotron de AC Delco se convirtió en opcional en varios vehículos de General Motors a partir de 1964. El sistema Delco eliminó los puntos mecánicos por completo, utilizando la variación de flujo magnético para la conmutación de corriente, eliminando virtualmente los problemas de desgaste de los puntos. En 1967, Ferrari y Fiat Dinos venían equipados con encendido electrónico Magneti Marelli Dinoplex, y todos los Porsche 911 tenían encendido electrónico a partir de los modelos B-Series 1969. En 1972, Chrysler introdujo un sistema de encendido electrónico inútil de activación magnética como equipo estándar en algunos autos de producción, y lo incluyó como estándar en todos los ámbitos en 1973.
El control electrónico de la sincronización del encendido se introdujo unos años más tarde, en 1975-76, con la introducción del sistema electrónico de avance de chispa "Lean-Burn" controlado por computadora de Chrysler. En 1979, con el sistema de gestión del motor Bosch Motronic , la tecnología había avanzado para incluir el control simultáneo tanto del tiempo de encendido como del suministro de combustible. Estos sistemas forman la base de los sistemas modernos de gestión del motor .
Configuración del tiempo de encendido
El "avance de tiempo" se refiere al número de grados antes del punto muerto superior (BTDC) que la chispa encenderá la mezcla de aire y combustible en la cámara de combustión al final de la carrera de compresión . La sincronización retrasada se puede definir como cambiar la sincronización para que el encendido del combustible ocurra más tarde que el tiempo especificado por el fabricante. Por ejemplo, si el tiempo especificado por el fabricante se fijó inicialmente en 12 grados BTDC y se ajustó a 11 grados BTDC, se denominaría retardado. En un sistema de encendido clásico con puntos de interrupción , la sincronización básica se puede configurar estáticamente usando una luz de prueba o dinámicamente usando las marcas de sincronización y una luz de sincronización .
Se requiere un avance de tiempo porque se necesita tiempo para quemar la mezcla de aire y combustible. Encender la mezcla antes de que el pistón alcance el TDC permitirá que la mezcla se queme por completo poco después de que el pistón alcance el TDC. Si la mezcla se enciende en el momento correcto, la presión máxima en el cilindro ocurrirá en algún momento después de que el pistón alcance el TDC, lo que permitirá que la mezcla encendida empuje el pistón hacia abajo del cilindro con la mayor fuerza. Idealmente, el tiempo en el que la mezcla debe quemarse por completo es de aproximadamente 20 grados ATDC. Esto maximizará el potencial de producción de energía del motor. Si la chispa de encendido ocurre en una posición que está demasiado avanzada en relación con la posición del pistón, la mezcla que se quema rápidamente puede empujar contra el pistón que aún se mueve hacia arriba en su carrera de compresión, causando golpes (picado o ping) y posibles daños al motor, esto generalmente ocurre. a bajas revoluciones por minuto y se conoce como preencendido o, en casos graves, detonación. Si la chispa se produce demasiado retardada en relación con la posición del pistón, la presión máxima del cilindro se producirá después de que el pistón ya esté demasiado abajo en el cilindro en su carrera de potencia. Esto da como resultado una pérdida de energía, tendencias de sobrecalentamiento, altas emisiones y combustible no quemado.
La sincronización del encendido deberá avanzar cada vez más (en relación con el TDC) a medida que aumenta la velocidad del motor para que la mezcla de aire y combustible tenga la cantidad correcta de tiempo para quemarse por completo. A medida que aumenta la velocidad del motor (RPM), el tiempo disponible para quemar la mezcla disminuye, pero la combustión en sí avanza a la misma velocidad, es necesario comenzar cada vez más temprano para completar a tiempo. La eficiencia volumétrica deficiente a velocidades del motor más altas también requiere un mayor avance de la sincronización del encendido. El avance de sincronización correcto para una determinada velocidad del motor permitirá alcanzar la presión máxima del cilindro en la posición angular correcta del cigüeñal . Al configurar la sincronización de un motor de automóvil, la configuración de sincronización de fábrica generalmente se puede encontrar en una etiqueta en el compartimiento del motor.
El tiempo de encendido también depende de la carga del motor con más carga (mayor apertura del acelerador y, por lo tanto, relación aire: combustible) que requiere menos avance (la mezcla se quema más rápido). También depende de la temperatura del motor con una temperatura más baja que permite un mayor avance. La velocidad con la que se quema la mezcla depende del tipo de combustible, la cantidad de turbulencia en el flujo de aire (que está vinculado al diseño de la culata y el sistema de tren de válvulas) y de la relación aire-combustible. Es un mito común que la velocidad de combustión está relacionada con el índice de octanaje .
Ajuste del dinamómetro
Configurar el tiempo de encendido mientras se monitorea la salida de potencia del motor con un dinamómetro es una forma de configurar correctamente el tiempo de encendido. Después de adelantar o retrasar la sincronización, generalmente se producirá un cambio correspondiente en la salida de potencia. Un dinamómetro de carga es la mejor manera de lograr esto, ya que el motor puede mantenerse a una velocidad y carga constantes mientras se ajusta la sincronización para obtener la máxima salida.
El uso de un sensor de detonación para encontrar la sincronización correcta es un método utilizado para ajustar un motor. En este método, el tiempo se avanza hasta que ocurre el golpe. Luego, el tiempo se retrasa uno o dos grados y se establece allí. Este método es inferior al ajuste con un dinomómetro, ya que a menudo conduce a una sincronización de encendido que es excesivamente avanzada, particularmente en motores modernos que no requieren tanto avance para entregar el par máximo. Con un avance excesivo, el motor será propenso a hacer ping y detonación cuando cambien las condiciones (calidad del combustible, temperatura, problemas con los sensores, etc.). Después de lograr las características de potencia deseadas para una determinada carga del motor / rpm, se deben inspeccionar las bujías para detectar signos de detonación del motor. Si hay tales signos, el tiempo de encendido debe retrasarse hasta que no haya ninguno.
La mejor manera de configurar el tiempo de encendido en un dinamómetro de carga es avanzar lentamente el tiempo hasta que se alcance la salida de par máximo. Algunos motores (particularmente los turbo o sobrealimentados) no alcanzarán el par máximo a una determinada velocidad del motor antes de que comiencen a golpear (pitar o detonación leve). En este caso, la sincronización del motor debe retrasarse ligeramente por debajo de este valor de sincronización (conocido como "límite de detonación"). La eficiencia de combustión del motor y la eficiencia volumétrica cambiarán a medida que se varíe el tiempo de encendido, lo que significa que la cantidad de combustible también se debe cambiar a medida que se varía el encendido. Después de cada cambio en la sincronización del encendido, el combustible también se ajusta para entregar el par máximo.
Sistemas de encendido mecánico
Los sistemas de encendido mecánico utilizan un distribuidor de chispas mecánicas para distribuir una corriente de alto voltaje a la bujía correcta en el momento correcto. Para establecer un avance o retardo de sincronización inicial para un motor, se permite que el motor funcione en ralentí y el distribuidor se ajusta para lograr la mejor sincronización de encendido para el motor a velocidad de ralentí. Este proceso se denomina "establecimiento del avance base". Hay dos métodos para aumentar el avance del tiempo más allá del avance base. Los avances logrados por estos métodos se agregan al número de avance de base para lograr un número de avance de tiempo total.
Avance de sincronización mecánica
Un avance mecánico creciente de la sincronización tiene lugar al aumentar la velocidad del motor. Esto es posible utilizando la ley de la inercia . Los pesos y resortes dentro del distribuidor giran y afectan el avance de la sincronización de acuerdo con la velocidad del motor al alterar la posición angular del eje del sensor de sincronización con respecto a la posición real del motor. Este tipo de avance de sincronización también se conoce como avance de sincronización centrífuga . La cantidad de avance mecánico depende únicamente de la velocidad a la que gira el distribuidor. En un motor de 2 tiempos , esto es lo mismo que las RPM del motor. En un motor de 4 tiempos , esto es la mitad de las RPM del motor. La relación entre el avance en grados y las RPM del distribuidor se puede dibujar como un gráfico bidimensional simple .
Se pueden usar pesos más livianos o resortes más pesados para reducir el avance de sincronización a menores RPM del motor. Se pueden usar pesos más pesados o resortes más livianos para avanzar la sincronización a menores RPM del motor. Por lo general, en algún punto en el rango de RPM del motor, estos pesos entran en contacto con sus límites de recorrido, y la cantidad de avance de encendido centrífugo se fija por encima de esas rpm.
Avance de sincronización de vacío
El segundo método utilizado para avanzar (o retardar) el tiempo de encendido se llama avance de tiempo de vacío. Este método casi siempre se usa además del avance de sincronización mecánico. Por lo general, aumenta el ahorro de combustible y la facilidad de conducción, particularmente en mezclas pobres. También aumenta la vida útil del motor a través de una combustión más completa, dejando menos combustible sin quemar para eliminar la lubricación de la pared del cilindro (desgaste del anillo del pistón) y menos dilución del aceite lubricante (cojinetes, vida útil del árbol de levas, etc.). El avance de vacío funciona mediante el uso de una fuente de vacío múltiple para avanzar la sincronización en condiciones de carga del motor de baja a media girando la placa de montaje del sensor de posición (puntos de contacto, efecto Hall o sensor óptico, estator reluctor, etc.) en el distribuidor con respecto a la eje distribuidor. El avance de vacío disminuye con el acelerador completamente abierto (WOT), lo que hace que el avance de sincronización regrese al avance de base además del avance mecánico.
Una fuente para el avance del vacío es una pequeña abertura ubicada en la pared del cuerpo del acelerador o carburador adyacente pero ligeramente aguas arriba del borde de la placa del acelerador . Esto se llama vacío portado . El efecto de tener la apertura aquí es que hay poco o ningún vacío en inactivo, por lo tanto, poco o ningún avance. Otros vehículos utilizan vacío directamente del colector de admisión. Esto proporciona un vacío total del motor (y por lo tanto, un avance de vacío total) en ralentí. Algunas unidades de avance de vacío tienen dos conexiones de vacío, una a cada lado de la membrana del actuador , conectadas tanto al vacío del colector como al vacío con puerto. Estas unidades avanzarán y retrasarán la sincronización del encendido.
En algunos vehículos, un interruptor sensor de temperatura aplicará vacío en el colector al sistema de avance de vacío cuando el motor está caliente o frío, y se aplicará vacío a la temperatura de funcionamiento normal . Esta es una versión de control de emisiones; el vacío portado permitió ajustes del carburador para una mezcla inactiva más magra. A alta temperatura del motor, el mayor avance aumentó la velocidad del motor para permitir que el sistema de enfriamiento funcione de manera más eficiente. A baja temperatura, el avance permitió que la mezcla de calentamiento enriquecida se quemara más completamente, proporcionando un mejor funcionamiento del motor en frío.
Se pueden usar interruptores eléctricos o mecánicos para prevenir o alterar el avance del vacío bajo ciertas condiciones. La electrónica de emisiones tempranas involucraría a algunos en relación con las señales de los sensores de oxígeno o la activación de equipos relacionados con las emisiones. También era común evitar parte o todo el avance del vacío en ciertos engranajes para evitar la detonación debido a motores de combustión pobre.
Sistemas de encendido controlados por computadora
Los motores más nuevos suelen utilizar sistemas de encendido computarizados . La computadora tiene un mapa de tiempo (tabla de búsqueda) con valores de avance de chispa para todas las combinaciones de velocidad y carga del motor. La computadora enviará una señal a la bobina de encendido a la hora indicada en el mapa de tiempo para encender la bujía. La mayoría de las computadoras de los fabricantes de equipos originales (OEM) no se pueden modificar, por lo que no es posible cambiar la curva de avance de tiempo. Los cambios generales de sincronización aún son posibles, dependiendo del diseño del motor. Las unidades de control del motor del mercado de accesorios permiten que el sintonizador realice cambios en el mapa de sincronización. Esto permite adelantar o retrasar la sincronización en función de diversas aplicaciones del motor. El sistema de encendido puede utilizar un sensor de detonación para permitir variaciones en la calidad del combustible.
Bibliografía
- Hartman, J. (2004). Cómo ajustar y modificar los sistemas de gestión del motor . Libros de motor
Ver también
Referencias
- ^ Julian Edgar. "Conseguir el tiempo de encendido correcto" .