Motores de pistón-Orden de encendido 1-3-4-2

Los pistones en un motor convierten su movimiento recíproco al movimiento rotativo que gira el cigüeñal. La secuencia en la que los cilindros generan potencia está determinada por su orden de disparo. En una secuencia típica de 1-3-4-2, el cilindro #1 comienza primero el ciclo de combustión. Examinando la Figura 2, puede ver que el cilindro #2 debe ser tres golpes detrás del cilindro #1 (P). Esta es la carrera de poder (P). Cilindro #3 dispara a continuación (i). Luego cilindro #4 dispara (2S). Finalmente, el cilindro #5 dispara (3s). Esto se llama carrera de compresión.

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La carrera de potencia es el segundo evento en el ciclo operativo de cinco tiempos de un motor de pistón. Durante este evento, la mezcla de combustible comprimida se enciende por la bujía y se expande rápidamente. Esta expansión empuja el pistón hacia abajo, conduciendo el cigüeñal para girar y producir energía. La válvula de entrada se cierra y la válvula de escape se abre durante este evento para que el combustible quemado pueda escapar del cilindro.

El movimiento hacia arriba del pistón durante este trazo chupa la mezcla de combustible-aire desde el puerto de entrada a través de la válvula de entrada abierta, y también empuja los gases de escape a través de la válvula de escape cerrada. El cilindro #1 dispara en este trazo ya que la orden de disparo es 1-3-4-2. El cilindro #3 dispara en el siguiente trazo porque es dos trazos detrás del cilindro #1.

Cuando el pistón llega a TDC durante la carrera de compresión, alcanza la parte superior de su viaje. La presión de compresión de la mezcla en este punto es muy alta, y el calor liberado de la combustión de la mezcla de combustible-aire aumenta la presión aún más. Cuando la presión alcanza su pico, la bujía enciende la mezcla y se expande a una velocidad rápida, impulsando el pistón hacia abajo. Este movimiento descendente es el golpe de poder.

Las válvulas de entrada y de escape permanecen cerradas durante la carrera de potencia, pero cuando el pistón alcanza BDC, todavía se mueve hacia abajo, y el gas en rápida expansión lo obliga a ponerse en contacto con la parte inferior del cilindro. Esto hace que el cilindro se deforma, lo que libera la energía de combustión a medida que los gases calientes se disparan a través de la válvula de escape y hacia la atmósfera.

Una vez que el gas ha escapado a través de la válvula de escape, se abre la válvula de entrada y comienza un nuevo ciclo. Este ciclo se repite una y otra vez.

Un aspecto importante de esta operación del motor es que no puede haber omisiones en los cinco eventos. La admisión, la compresión, la encendido, la potencia y el escape deben ocurrir en la secuencia adecuada para que el motor funcione en absoluto. Esto es lo que hace que un motor de pistón sea una máquina tan eficiente.

Golpe de compresión

Los pistones convierten el movimiento recíproco de arriba y hacia abajo del cigüeñal en movimiento rotativo para producir potencia. El poder para girar el cigüeñal se pone a disposición por combustión dentro de una cámara de combustión que alberga los pistones. Este evento de combustión solo puede ocurrir mientras el combustible esté disponible, el sistema de encendido del motor está funcionando y se cumplen otras condiciones de habilitación. El orden de los cilindros que disparan para crear el evento de combustión está determinado por el orden de disparo del motor. El orden de disparo también se puede modificar para optimizar el rendimiento del motor ajustando cómo se dispara cada cilindro temprano o tardío.

Durante la carrera de potencia, la mezcla de combustible-aire en la cámara de combustión se enciende para formar una explosión de gas que impulsa el pistón por el orificio del cilindro y gira el cigüeñal. Este movimiento de rotación genera la potencia que impulsa las ruedas y impulsa el vehículo.

A medida que el pistón viaja por el orificio del cilindro, la válvula de admisión se abre para dibujar la mezcla de combustible de aire hacia la cámara de combustión. Luego se inyecta el combustible en la cámara de combustión a través de una bujía para iniciar la ignición y comenzar el ciclo de movimiento hacia arriba y hacia abajo llamado ciclo de cuatro tiempos.

La siguiente carrera es la carrera de compresión, que ocurre cuando el pistón se mueve hacia arriba del orificio del cilindro de BDC a TDC con las válvulas de ingesta y de escape cerradas. Este proceso comprime la mezcla de combustible-aire a una densidad más alta para que pueda encenderse de manera más eficiente por la bujía para la carrera de combustión posterior.

Luego, a medida que la mezcla de combustible comprimida se enciende en su camino hacia TDC, el pistón se forja por el orificio del cilindro y gira el cigüeñal para la carrera de admisión. Cuando el pistón llega a TDC nuevamente, la válvula de escape se abre para liberar los gases combustidos restantes en la atmósfera. El ciclo se repite para cada cilindro hasta que el último cilindro complete su carrera de escape. Esta carrera ayuda a reducir la acumulación de calor y la presión en el cilindro y el motor. Esto da como resultado menos desgaste en los pistones, una mejor lubricación y una mejor eficiencia de combustible.

Carrera de admisión

La carrera de admisión abre la válvula de entrada que dibuja aire en la cámara de combustión y la mezcla con el combustible. El pistón se mueve hacia abajo durante esta carrera, comprimiendo la mezcla a una temperatura y presión alta. Esta mezcla comprimida se enciende cuando la bujía dispara. Los gases calientes obligan al pistón hacia arriba durante una carrera de potencia, empujando el escape a través de la válvula de escape abierta y hacia la atmósfera. Los gases de expansión en caliente aplican una fuerza a la varilla del pistón que a su vez aplica torque al cigüeñal, girándolo. Esta es la carrera de potencia de un motor de cuatro tiempos.

Después de un período de retraso de unos pocos CAD, la ignición espontánea, controlada principalmente por difusión, ocurre en partes del combustible y el aire ya mixtos. Esto da como resultado la carrera de potencia de un motor de combustión de cuatro tiempos. A medida que el pistón se mueve hacia arriba durante la carrera de potencia, empuja los gases de escape a través de la válvula de escape abierta para limpiar el cilindro para el siguiente ciclo.

Se reinyecta una parte de los gases de escape a través de la válvula de entrada durante la carrera de potencia para crear un evento de combustión secundaria, aumentando la eficiencia y el rendimiento del motor. Los gases de escape restantes se expulsan a través de la válvula de escape abierta durante la carrera de escape, devolviendo el cilindro a su posición inicial para el siguiente ciclo.

Esta secuencia de cinco eventos de admisión, compresión, encendido, potencia y golpes de escape es esencial para la operación de un motor de cuatro tiempos. La falla de cualquiera de estos eventos puede hacer que el motor se detenga. El orden en el que ocurren estos eventos está determinado por la orden de disparo. La orden de disparo en un motor en línea de 4 cilindros es normalmente 1-3-4-2, aunque son posibles otras combinaciones (ver la nota al final de este artículo). El orden de disparo es importante porque determina qué cilindro estará en su carrera de potencia cuando el cilindro anterior haya terminado su carrera de escape y se está preparando para comenzar su carrera de admisión. Los cilindros deben disparar en el orden adecuado para evitar la vibración del motor y proporcionar un disco suave. Cambiar el orden de disparo es común entre los entusiastas del rendimiento para optimizar la potencia de salida de un motor.

Carrera de escape

La carrera final es la carrera de escape, que ocurre cuando los gases gastados se expulsan del cilindro. En esta carrera, la válvula de escape está abierta, mientras que el pistón viaja hacia atrás por el cilindro que empuja el combustible y el aire quemados. Esto completa un ciclo operativo y lleva el pistón a TDC para el próximo golpe de admisión.

A medida que el pistón se mueve hacia arriba en su carrera de potencia, una chispa enciende la mezcla de combustible de aire comprimido en la cámara de combustión y produce los gases de expansión en caliente que reducen el pistón. La fuerza del movimiento del pistón y la energía resultante se transfieren a través de la biela y el cigüeñal para iniciar la rotación del cigüeñal. El resultado es la potencia del motor, que puede variar según las cabezas del cilindro, el tamaño del cilindro y el lanzamiento del pistón.

La carrera de potencia también crea cilindros complementarios, que son pares de pistones que se mueven hacia arriba y hacia abajo en el mismo ciclo. Un buen ejemplo es la configuración 4-5-7-2 comúnmente utilizada en los motores LS. Sin embargo, los cilindros complementarios a menudo se consideran malos para aplicaciones de carreras, ya que hacen que el cigüeñal se agite como cada par de cilindros se dispara simultáneamente. Esto puede dañar los pistones, y también puede causar pre-encontración o detonación en el escape.

Al final de su carrera de poder, el pistón llega a TDC. Este es el punto en el que la bujía se dispara, produciendo un frente de llama que enciende el gas restante en la cámara de combustión y continúa ardiendo mientras el pistón empuja hacia abajo. A medida que el pistón se mueve hacia abajo, el calor de la mezcla de ardor vaporiza el refrigerante y se alivia la presión en el cilindro. El pistón luego alcanza BDC y la válvula de escape se abre, expulsando los gases gastados del cilindro.

El proceso de combustión se repite para el siguiente cilindro. Dado que un ciclo de operación requiere dos revoluciones del cigüeñal, cuando el cilindro #1 está en la carrera de potencia y la válvula de escape está cerrada, el cilindro #2 está a punto de ingresar a su carrera de compresión. El cilindro #3, que está en su carrera de admisión, es dos golpes detrás del cilindro #1. Cylinder #4 está a punto de ingresar a su carrera de potencia al final de la carrera de escape del cilindro #3.