Регистрация Войти
Вопрос

Почему в двигателях внутреннего сгорания существует определённый порядок зажигания?

Какой смысл в порядке зажигания? Я читал, что это помогает сбалансировать мощность, чтобы она не была слишком высокой с одной стороны коленчатого вала, но почему у нас именно такой порядок? Если бы это было так, можно было бы сделать порядок зажигания в 4-цилиндровом двигателе следующим: 1-4-2-3
Авто и транспорт

Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/32567/why-do-internal-combustion-engines-have-specific-firing-orders
1
+ Читать

18 Комментариев

  1. Порядок стрельбы определяется:




    • геометрия коленчатого вала

    • Расположение поршней (рядное, V-образное, VR, оппозитное и т. д.)



    Сочетание этих двух факторов определяет, когда в каждом цилиндре достигается верхняя мёртвая точка (ВМТ) относительно угла поворота коленчатого вала.



    В идеале порядок зажигания должен быть таким, чтобы воспламенение происходило как можно регулярнее.





    Встроенный четвертый пример



    Вот анимация обычного четырёхместного самолёта:



    Inline-4, плоский самолёт



    Вы заметите, что два средних цилиндра (№ 2 и № 3) движутся синхронно, как и № 1 и № 4. Когда № 2 и № 3 находятся в верхней мёртвой точке, № 1 и № 4 находятся в нижней мёртвой точке, и наоборот. Эти две пары сдвинуты по фазе на 180°. Вот как выглядит движение головки поршня в течение 720° поворота кривошипа (один четырёхтактный цикл).



    Встроенный график 4



    Если добавить звёздочки для обозначения моментов зажигания, станет понятно, почему мы ограничены в выборе порядка зажигания. Порядок зажигания 1-4-2-3 невозможен, потому что между моментами зажигания #2 и #3 и #1 и #4 есть точка верхней мёртвой точки:



    График в 4 строки, с выносками



    Здесь есть только два варианта порядка стрельбы:




    • 1-3-4-2

    • 1-2-4-3



    Если возможно несколько вариантов порядка стрельбы, инженеры будут учитывать и другие факторы, в том числе баланс двигателя, вибрации и гармоники, о которых говорилось в других ответах.

  1. Для некоторых конфигураций двигателей существует несколько порядков зажигания, особенно в случае с V8. В малоблочном двигателе Ford порядок зажигания следующий: 1-5-4-8-6-3-7-2, а в современном модульном двигателе Ford V8 с таким же рабочим объёмом порядок зажигания такой: 1-5-4-8-7-2-6-3.



    Существует огромная вики-страница, посвящённая порядку зажигания, на которой представлено множество рабочих схем, в том числе для двигателей с одинаковой конфигурацией цилиндров.



    Чтобы ответить на ваш конкретный вопрос, скажу, что порядок зажигания обычно выбирают таким образом, чтобы свести к минимуму потенциально разрушительные вибрации и механические силы, которые могут возникнуть, если импульсы крутящего момента на коленчатом валу будут синхронизированы. Аналогично можно отметить, что всегда можно найти двигатели с количеством цилиндров, которое делится на 360 градусов поворота коленчатого вала. 4, 5, 6, 8, 10, 12 — все эти числа подходят. А вот 7, 11 и 13 — нет. Точное объяснение мне неизвестно, но это как-то связано с вибрациями и порядком гармоник в комбинированных кривошипно-шатунных механизмах.
  1. Как обычно, переходим на следующий уровень. Надеюсь, у тебя всё хорошо, друг мой.
  1. @Zaid Когда ты так говоришь, всё становится намного понятнее. Думаю, я просто интерпретировал это с неправильной точки зрения.
  1. @Zaid да. И я понял, что точки пересечения с осью, о которых я говорил, находятся на графиках первой производной скорости, а не в той позиции, которую вы изобразили. Итак, sin для вашего cos.
  1. @SteveRacer Я мог бы добавить несколько графиков для кросс-плоскостной встроенной четвёрки. Но я боюсь, что это снизит ясность объяснения.
  1. Я хотел бы отметить, что число 360 не является абсолютно произвольным. Это наименьшее число, которое делится на каждое из (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10). Такая универсальность в выборе делителей чрезвычайно удобна. Однако это всё же делает наблюдение о количестве цилиндров несколько банальным. (Все делители числа 360: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 20, 24, 30, 36, 40, 45, 60, 72, 90, 120, 1‌​80, 360.)

  1. Это зависит от того, с какой точки зрения вы задаёте вопрос: с точки зрения разработчика двигателя или человека, который пытается его обслуживать или устранять неполадки.



    С точки зрения механика, порядок зажигания определяет, в каком порядке цилиндры готовы к воспламенению — когда каждый из них находится на такте сжатия, клапаны закрыты, а в камеру сгорания подаётся топливо. Это важно, если вы подключаете провода свечей зажигания (или топливные форсунки на дизельном двигателе с отдельным насосом) или пытаетесь диагностировать двигатель, который работает с перебоями или не заводится.



    С точки зрения конструктора двигателей, я подозреваю, что некоторые из этих соображений связаны с проблемами, о которых вы упомянули: управление нагрузками и вибрациями, а также, возможно, стремление сделать это так, чтобы не удивлять тех, кто будет работать над двигателем позже.



    Отвечая на ваш вопрос о других порядках, я думаю — по крайней мере, теоретически, — что у конструктора может быть любой порядок, какой он пожелает. С другой стороны, механик должен следовать порядку, заложенному в конструкцию двигателя.
  1. @JasonC В верхней части ответа ничего не говорится об ограничении в 180°. Я просто использовал плоскую поверхность, чтобы проиллюстрировать, как геометрия коленчатого вала и компоновка двигателя влияют на возможный порядок зажигания. Некоторое время назад мы обсуждали в чате рядные четырёхцилиндровые двигатели с поперечным расположением цилиндров. Вы можете ознакомиться с этим обсуждением здесь (с графиками).
  1. @Jason C На самом деле это объясняет и то, и другое, причём очень хорошо. Вам нужно распределить дискретные события, связанные с ходом поршня, как можно более равномерно. Полагаю, вы могли бы сделать коленчатый вал с кривошипами, расположенными неравномерно, или со всеми кривошипами сразу, или сначала спереди, а потом сзади, но при каждом возвратно-поступательном движении или переходе через ноль, как показано на графиках выше, у вас будут возникать сильные вибрации. Точно так же вы могли бы сделать квадратное или треугольное колесо... но зачем вам это?
  1. Небольшое уточнение, чтобы все поняли, что я имею в виду: 720° вместо 360°, пожалуйста :)
  1. @alephzero согласен, но радиальная конфигурация позволяет создавать заданный угловой интервал между рабочими ходами, чего нельзя сделать с V-образной или рядной конфигурацией. Например, в то время как рядный шестицилиндровый двигатель обладает почти идеальной сбалансированностью, V-образный шестицилиндровый двигатель не обладает ею, независимо от того, под каким углом расположены ряды цилиндров — 60 или 90 градусов. Существует очень мало серийных семицилиндровых двигателей, которые не являются радиальными, хотя я не нашёл ни одного, который «доходит до одиннадцати».
  1. Все единицы измерения в некоторой степени условны. На самом деле не имеет значения, составляет ли полный круг 360 градусов, 400 градусов или 2 пи радиан. В четырёхтактном двигателе на каждые два оборота коленчатого вала приходится один рабочий ход.
  1. За исключением числа 5, все ваши примеры делятся на два, что, как я подозреваю, является более важным фактом. Это позволяет уравновесить пары цилиндров.
  1. Поскольку градусы — это условная единица измерения, я считаю неправдоподобным утверждение о том, что количество цилиндров должно равномерно делиться на 360 градусов, но, вероятно, существует какое-то реальное ограничение, которое это правило дублирует или приближает.
  1. Противоположное «правило» применимо к радиальным двигателям, в которых лучше использовать нечётное количество цилиндров, так как это обеспечивает более равномерное распределение тактов (например, 1 3 5 7 9 2 4 6 8 для 9-цилиндрового радиального двигателя). Существуют 7- и 9-цилиндровые радиальные авиационные двигатели, не говоря уже о 28-цилиндровом Pratt & Whitney R-4360 с 4 блоками по 7 цилиндров в конфигурации «кукурузный початок»! en.wikipedia.org/wiki/Pratt_%26_Whitney_R-4360_Wasp_Major#/…
  1. @R.. Согласен, это немного упрощённое объяснение, но, хотя это и не правило, это определённо сложно. В рядном 7-цилиндровом двигателе такты сжатия и расширения перекрываются, и по определению они должны длиться 180 градусов (пи радиан для вас). Даже с учётом необходимых балансировочных валов и других сложностей всё равно будут возникать свободные моменты первого и второго порядка. Гораздо проще создать рядный 6-цилиндровый двигатель большего объёма, который по своей сути сбалансирован и не подвержен гармоникам из-за несбалансированных свободных моментов — потому что их нет. Деление на 360 эмпирическое правило — это грубое упрощение очень сложной динамической математики.
  1. Порядок зажигания может быть установлен (на этапе проектирования) разными способами. Существуют ограничения, связанные с вибрацией, но есть и другие способы справиться с некоторыми из них (например, балансирные валы для противодействия вибрации). Предложенный вами порядок зажигания возможен для двигателя, спроектированного таким образом (кривошипно-шатунный механизм / распределительные валы / и т. д.). Если вы погуглите двигатель Yamaha Big Bang R1, то увидите очень странный порядок зажигания.
Вы уже ответили на этот вопрос