En un motor de combustión interna de encendido por chispa , el tiempo de encendido es el momento, 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 avanzar (o retrasar) la sincronización de la chispa se debe a que el combustible no se quema completamente en el instante en que se dispara 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 ocurrir 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 donde 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 se producen después del punto muerto superior (ATDC) suelen ser contraproducentes (producen un desperdicio de chispas , petardos , golpes en el motor , etc.) a menos que sea necesario una chispa suplementaria o continua antes de la carrera de escape .
Establecer el momento de encendido correcto es crucial para el rendimiento de un motor. Las chispas que aparecen demasiado pronto o demasiado tarde en el ciclo del motor suelen ser responsables de vibraciones excesivas e incluso daños al motor. El tiempo de encendido afecta muchas variables, incluida la longevidad del motor, la economía de combustible y la potencia del motor. Muchas variables también afectan cuál es el "mejor" momento. Los motores modernos 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 utilizan distribuidores mecánicos dependen de la inercia (mediante el uso de pesos y resortes giratorios) y del vacío del colector para establecer el tiempo de encendido en todas las RPM y el rango de carga del motor.
Los primeros coches requerían que el conductor ajustara la sincronización mediante controles según las condiciones de conducción, pero ahora esto está automatizado.
Hay muchos factores que influyen en el momento adecuado del encendido para un motor determinado. Estos incluyen la sincronización de la (s) válvula(s) de admisión o del(los) inyector (es) de combustible, el tipo de sistema de encendido utilizado, el tipo y condición de las bujías , el contenido e impurezas del combustible, la temperatura y presión del combustible , la velocidad del motor y carga, temperatura del aire y del motor, presión de sobrealimentación del turbo o presión de aire de admisión, los componentes utilizados en el sistema de encendido y la configuración de los componentes del sistema de encendido. Por lo general, cualquier cambio o mejora importante del motor requerirá un cambio en la configuración de sincronización de encendido del motor. [1]
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 activa 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 del encendido, en relación con la posición del pistón, se basa en una sincronización estática (inicial o básica) sin avance mecánico. El mecanismo de avance de 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 adelanta la sincronización durante cargas ligeras y desaceleración, independientemente del avance centrífugo. Esto normalmente se aplica al uso automotriz; Los motores marinos de gasolina utilizan generalmente 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 pasaba una corriente muy baja a través de los puntos de encendido, utilizando un transistor PNP para realizar una conmutación de alto voltaje de la corriente de encendido, lo que permite una chispa de encendido de voltaje más alto, además de reducir las variaciones en el tiempo de encendido debido al desgaste del arco. los puntos de ruptura. Los motores así equipados llevaban pegatinas especiales en las tapas de válvulas que decían "427-T". El sistema de encendido por impulsos magnéticos con control de transistores Delcotron de AC Delco se volvió opcional en varios vehículos de General Motors a partir de 1964. El sistema Delco eliminó los puntos mecánicos por completo, utilizando variación de flujo magnético para la conmutación de corriente, eliminando prácticamente los problemas de desgaste de los puntos. En 1967, Ferrari y Fiat Dinos vinieron equipados con encendido electrónico Magneti Marelli Dinoplex, y todos los Porsche 911 tenían encendido electrónico a partir de los modelos de la Serie B de 1969. En 1972, Chrysler introdujo un sistema de encendido electrónico inútil accionado magnéticamente como equipo estándar en algunos automóviles de producción, y lo incluyó como estándar en todos los ámbitos en 1973.
El control electrónico del tiempo de 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 modernos sistemas de gestión del motor .
El "avance de sincronización" se refiere a la cantidad de grados antes del punto muerto superior (BTDC) que disparará la bujía para encender la mezcla de aire y combustible en la cámara de combustión antes del final de la carrera de compresión . La sincronización retardada se puede definir como cambiar la sincronización para que el encendido del combustible ocurra más tarde del 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 .
Es necesario adelantar el tiempo porque lleva tiempo quemar la mezcla de aire y combustible. Encender la mezcla antes de que el pistón alcance el PMS permitirá que la mezcla se queme por completo poco después de que el pistón alcance el PMS. Si la mezcla se enciende en el momento correcto, la presión máxima en el cilindro se producirá en algún momento después de que el pistón alcance el PMS, 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 unos 20 grados ATDC. [ cita necesaria ] 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 (pinchazos o ping) y posibles daños al motor, esto generalmente ocurre. a bajas RPM y se conoce como preignición o en casos severos 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 pérdida de energía, tendencia al sobrecalentamiento, altas emisiones y combustible no quemado.
El tiempo de encendido deberá ser cada vez más avanzado (en relación con el PMS) a medida que aumenta la velocidad del motor para que la mezcla de aire y combustible tenga el tiempo correcto 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 y es necesario iniciarla cada vez más temprano para completarla a tiempo. La mala eficiencia volumétrica a velocidades más altas del motor también requiere un mayor avance del tiempo de encendido. El avance de sincronización correcto para una velocidad determinada 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, ya que una temperatura más baja 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 ligada al diseño de la culata y el sistema de válvulas) y de la relación aire-combustible. Es un mito común que la velocidad de combustión está relacionada con el octanaje .
Configurar el tiempo de encendido mientras se monitorea la potencia del motor con un dinamómetro es una forma de configurar correctamente el tiempo de encendido. Después de avanzar o retrasar la sincronización, normalmente se producirá un cambio correspondiente en la potencia de salida. Un dinamómetro de tipo carga es la mejor manera de lograr esto, ya que el motor se puede mantener a una velocidad y carga constantes mientras se ajusta la sincronización para obtener el máximo rendimiento.
Usar un sensor de detonación para encontrar la sincronización correcta es un método utilizado para ajustar un motor. En este método, el tiempo avanza hasta que se produce un golpe. Luego se retrasa el tiempo uno o dos grados y se fija allí. Este método es inferior al ajuste con un dinamómetro, ya que a menudo conduce a que la sincronización del encendido sea excesivamente avanzada, especialmente en los motores modernos que no requieren tanto avance para generar el par máximo. Con un avance excesivo, el motor será propenso a hacer ping y detonar cuando las condiciones cambien (calidad del combustible, temperatura, problemas con los sensores, etc.). Después de lograr las características de potencia deseadas para una carga/rpm determinada del motor, se deben inspeccionar las bujías para detectar signos de detonación del motor. Si hay tales signos, se debe retrasar el tiempo de encendido hasta que no los haya.
La mejor manera de configurar el tiempo de encendido en un dinamómetro de tipo carga es avanzar lentamente el tiempo hasta alcanzar la salida de par máximo. Algunos motores (particularmente turbo o sobrealimentados) no alcanzarán el par máximo a una velocidad determinada del motor antes de comenzar a golpear (pinging o detonación menor). 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 varía el tiempo de encendido, lo que significa que la cantidad de combustible también debe cambiarse a medida que varía el encendido. Después de cada cambio en el tiempo de encendido, el combustible también se ajusta para entregar el par máximo.
Los sistemas de encendido mecánico utilizan un distribuidor de chispa mecánico para distribuir una corriente de alto voltaje a la bujía correcta en el momento correcto. Para establecer un avance o retraso de sincronización inicial para un motor, se deja que el motor funcione en ralentí y se ajusta el distribuidor para lograr la mejor sincronización de encendido para el motor en ralentí. Este proceso se llama "establecer el avance base". Hay dos métodos para aumentar el avance temporal más allá del avance base. Los avances logrados mediante estos métodos se suman al número de avance base para lograr un número de avance de tiempo total.
Al aumentar el régimen del motor se produce un avance mecánico cada vez mayor de la sincronización. Esto es posible utilizando la ley de inercia . Los pesos y resortes dentro del distribuidor giran y afectan el avance de la sincronización según 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 temporizado también se conoce como avance centrífugo . 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 la sincronización a bajas RPM del motor. Se pueden usar pesos más pesados o resortes más livianos para avanzar la sincronización a bajas RPM del motor. Por lo general, en algún punto del rango de RPM del motor, estos pesos entran en contacto con sus límites de recorrido y la cantidad de avance del encendido centrífugo se fija por encima de esas rpm.
El segundo método utilizado para avanzar (o retrasar) el tiempo de encendido se llama avance del tiempo de vacío. Este método casi siempre se utiliza además del avance de sincronización mecánica. Generalmente aumenta la economía de combustible y la capacidad 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 de los anillos del pistón) y menos dilución del aceite lubricante (cojinetes, vida útil del árbol de levas, etc.). El avance de vacío funciona utilizando una fuente de vacío múltiple para avanzar la sincronización en condiciones de carga baja a media del motor 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 al eje distribuidor. El avance del vacío disminuye con el acelerador completamente abierto (WOT), lo que hace que el avance sincronizado regrese al avance base además del avance mecánico.
Una fuente de avance de 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 ralentí, 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) al 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 de los puertos. Estas unidades avanzarán y retrasarán el tiempo de encendido.
En algunos vehículos, un interruptor de detección de temperatura aplicará vacío en el colector al sistema de avance de vacío cuando el motor esté caliente o frío, y vacío en los puertos a temperatura de funcionamiento normal . Esta es una versión del control de emisiones; la aspiradora con puerto permitió ajustes del carburador para una mezcla inactiva más pobre. 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. Los primeros dispositivos electrónicos de emisiones involucrarían 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 la totalidad del avance del vacío en ciertos engranajes para evitar la detonación debido a los motores de combustión pobre.
Los motores más nuevos suelen utilizar sistemas de encendido computarizados . La computadora tiene un mapa de sincronización (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 en el momento indicado en el mapa de sincronización para disparar la bujía. La mayoría de las computadoras de fabricantes de equipos originales (OEM) no se pueden modificar, por lo que no es posible cambiar la curva de avance de sincronización. Aún son posibles cambios generales de sincronización, dependiendo del diseño del motor. Las unidades de control del motor del mercado de accesorios permiten al sintonizador realizar cambios en el mapa de sincronización. Esto permite avanzar o retrasar la sincronización según diversas aplicaciones del motor. El sistema de encendido puede utilizar un sensor de detonación para permitir la variación de la calidad del combustible.