1. Concepto de sistema de encendido

SISTEMA DE ENCENDIDO
1. Concepto de sistema de encendido..................... Pág. 1
1 A) El sistema de encendido................................... Pág. 1
1 B) Tipos de sistemas de encendido....................... Pág. 13
1 C) Elementos especiales........................................ Pág. 54
2. Elementos comunes que lo componen................
Pág. 63
2 A) Sistema eléctrico (cableado)............................ Pág. 63
2 B) Sistema de carga (alternador y dinamo)........ Pág. 63
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D) Acumuladores de energía eléctrica
Pág. 82
(baterías).................................................................
2 E) Motor de arranque........................................... Pág. 87
3. Funcionamiento para motor Otto y motor Diesel Pág. 90
3 A) Motores de encendido por compresión..........
Pág. 90
3 B) Motores de encendido por chispa.................... Pág. 95
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1. Concepto de sistema de encendido
A) El sistema de encendido.
El sistema de encendido comprende aquellos elementos necesarios para arrancar el
motor de combustión. Un motor de combustión funciona cíclicamente, es decir, tiene
que realizar unos ciclos para poder aportar la energía mecánica necesaria para el
objetivo al que se destina. Por lo tanto, deben ocurrir estos ciclos.
Para ello existe el sistema de encendido que se encarga de entregar la energía que
necesita el motor de combustión para poder comenzar a realizar las fases de admisión,
compresión, combustión y escape.
Realmente, el sistema de encendido lo que hace es mover el eje del motor de
combustión durante el tiempo necesario para que este produzca las explosiones o
detonaciones regulares y con la fuerza necesaria para que continúe el ciclo por si
mismo.
Además de la energía que transfiere al motor de combustión, el sistema de encendido
también debe producir la chispa que produce la explosión en los motores Otto, con las
condiciones a las que está sujeto este aspecto, pues la chispa debe producirse siempre en
el momento adecuado para que toda la energía de la explosión se transmita
correctamente al pistón y de este modo no existe desfases en el giro del cigüeñal.
Por tanto en líneas generales el sistema de encendido debe poseer la energía eléctrica
que realice todas estos trabajos; que consigue mediante el alternador- rectificador,
dinamo, acumulador (batería)... además de la utilización de ésta energía para otras
utilidades en el automóvil.
Contando con estos requisitos y sobre todo debido a los avances en la electrónica
durante los últimos años, se han generado diversos tipos de sistemas de encendido. Así
como múltiples avances en cada uno de los elementos que los componen.
Por esto a continuación veremos los diferentes tipos de encendidos y la función que
desempeñan cada uno de ellos.
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Comparación de los sistemas de encendido.
Encendido convencional
Ofrece un buen funcionamiento para exigencias normales (capaz de generar hasta
20.000 chispas por minuto, es decir puede satisfacer las exigencias de un motor de 4
cilindros hasta 10.000 r.p.m. Para motores de 6 y 8 cilindros ya daría mas problemas).
La ejecución técnica del ruptor, sometido a grandes cargas por la corriente eléctrica que
pasa por el primario de la bobina, constituye un compromiso entre el comportamiento
de conmutación a baja velocidad de rotación y el rebote de los contactos a alta
velocidad. Derivaciones debidas a la condensación de agua, suciedad, residuos de
combustión, etc. disminuyen la tensión disponible en medida muy considerable.
Encendido con ayuda electrónica
Existe una mayor tensión disponible en las bujías, especialmente en los altos regímenes
del motor. Utilizando un ruptor de reducido rebote de contactos, puede conseguirse que
este sistema trabaje sin perturbaciones hasta 24.000 chispas por minuto. El ruptor no
esta sometido a grandes cargas de corriente eléctrica por lo que su duración es mucho
mayor lo que disminuye el mantenimiento y las averías de este tipo de encendido. Se
suprime el condensador.
Encendido electrónico sin contactos
Estos modelos satisfacen exigencias aun mayores. El ruptor se sustituye por un
generador de impulsos ("inductivo" o de "efecto Hall") que están exentos de
mantenimiento. El numero de chispas es de 30.000. Como consecuencia de la menor
impedancia de las bobinas utilizadas, la subida de la alta tensión es más rápida y, en
consecuencia, la tensión de encendido es menos sensible a las derivaciones eléctricas.
Encendido electrónico integral
Al quedar suprimidos los dispositivos mecánicos de los sistemas de corrección de
avance del encendido por la aplicación de componentes electrónicos, se obtiene mayor
precisión en las curvas de avance, que pueden adaptarse cualquiera que sea su ley,
cumpliendo perfectamente con la normativa de anticontaminación. El mantenimiento de
estos sistemas de encendido es prácticamente nulo.
Encendido electrónico para inyección de gasolina
En los actuales sistemas de inyección electrónica de gasolina se combinan con un
encendido electrónico integral aprovechando muchos de los sensores que les son
comunes y la propia unidad de control (UCE) para gobernar ambos sistemas. Dentro de
estos sistemas de encendido podemos encontrar los que siguen usando el distribuidor y
los que lo suprimen por completo (encendido electrónico estático DIS).
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Encendido por descarga de condensador
Este sistema que se aplica a motores que funcionan a un alto nº de revoluciones por su
elevada tensión en las bujías. La subida rápida en extremo de la tensión de encendido
hace a la instalación insensible a derivaciones eléctricas. Sin embargo la chispa de
encendido es de muy corta duración.
El circuito de encendido ¿qué es?.
El circuito de encendido utilizado en los motores de gasolina, es el encargado de hacer
saltar una chispa eléctrica en el interior de los cilindros, para provocar la combustión de
la mezcla aire-gasolina en el momento oportuno. La encargada de generar una alta
tensión para provocar la chispa eléctrica es "la bobina". La bobina es un transformador
que convierte la tensión de batería 12 V. en una alta tensión del orden de 12.000 a
15.000. Una vez generada esta alta tensión necesitamos un elemento que la distribuya a
cada uno de los cilindros en el momento oportuno, teniendo en cuenta que los motores
policilindricos trabajan en un ciclo de funcionamiento con un orden de explosiones
determinado para cada cilindro (ejemplo: motor de 4 cilindros orden de encendido: 1-34-2). El elemento que se encarga de distribuir la alta tensión es el "distribuidor o delco".
La alta tensión para provocar la chispa eléctrica en el interior de cada uno de los
cilindros necesita de un elemento que es "la bujía", hay tantas bujías como numero de
cilindros tiene el motor.
En el esquema inferior vemos un "encendido convencional" o también llamado
"encendido por ruptor".
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Elementos básicos que componen el circuito Esquema eléctrico del circuito de encendido
de encendido
La bobina
De la bobina poco hay que decir ya que es un elemento que da pocos problemas y en
caso de que falle se cambia por otra (no tiene reparación). La bobina de encendido no es
mas que un transformador eléctrico que transforma la tensión de batería en un impulso
de alta tensión que hace saltar la chispa entre los electrodos de la bujía.
La bobina esta compuesta por un núcleo de hierro en forma de barra, constituido por
laminas de chapa magnética, sobre el cual esta enrollado el bobinado secundario,
formado por gran cantidad de espiras de hilo fino de cobre (entre 15.000 y 30.000)
debidamente aisladas entre sí y el núcleo. Encima de este arrollamiento va enrollado el
bobinado primario, formado por algunos centenares de espiras de hilo grueso, aisladas
entre sí y del secundario. La relación entre el numero de espiras de ambos arrollamiento
(primario y secundario) esta comprendida entre 60 y 150.
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El conjunto formado por ambos bobinados y el
núcleo, se rodea por chapa magnética y masa de
relleno, de manera que se mantengan
perfectamente sujetas en el interior del recipiente
metálico o carcasa de la bobina. Generalmente
están sumergidos en un baño de aceite de alta
rigidez dieléctrica, que sirve de aislante y
refrigerante.
Aunque en lo esencial todas las bobinas son
iguales, existen algunas cuyas características son
especiales. Una de estas es la que dispone de dos
bobinados primarios. Uno de los bobinados se
utiliza únicamente durante el arranque (bobinado
primario auxiliar), una vez puesto en marcha el
motor este bobinado se desconecta. Este sistema se utiliza para compensar la caída de
tensión que se produce durante la puesta en marcha del motor cuando se esta
accionando el motor de arranque, que como se sabe, este dispositivo consume mucha
corriente. El arrollamiento primario mediante el interruptor (I) (llave de contacto C) que
lo pone en circuito, con esto se aumente el campo magnético creado y por lo tanto la
tensión en el bobinado secundario de la bobina aumenta. Una vez puesto en marcha el
motor en el momento que se deja de accionar la llave de arranque, el interruptor (I) se
abre y desconecta el el bobinado primario auxiliar, quedando en funcionamiento
exclusivamente el bobinado primario auxiliar se utiliza únicamente en el momento del
arranque,
Para paliar los efectos de caída de tensión en el momento del arranque del motor,
algunas bobinas disponen de una resistencia (R) a la entrada del arrollamiento primario
de la bobina conectada en serie con el, que es puesta fuera de servicio en el momento
del arranque y puesta en servicio cuando el motor ya esta funcionando.
El distribuidor
El distribuidor también llamado delco a evolucionado a la vez que lo hacían los
sistemas de encendido llegando a desaparecer actualmente en los últimos sistemas de
encendido. En los sistemas de encendido por ruptor, es el elemento más complejo y que
más funciones cumple, por que además de distribuir la alta tensión como su propio
nombre indica, controla el corte de corriente del primario de la bobina por medio del
ruptor generándose así la alta tensión. También cumple la misión de adelantar o retrasar
el punto de encendido en los cilindros por medio de un "regulador centrifugo" que actúa
en función del nº de revoluciones del motor y un "regulador de vació" que actúa
combinado con el regulador centrifugo según sea la carga del motor (según este mas o
menos pisado el pedal del acelerador).
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El distribuidor o delco es accionado por el árbol de levas girando el mismo numero de
vueltas que este y la mitad que el cigüeñal. La forma de accionamiento del distribuidor
no siempre es el mismo, en unos el accionamiento es por medio de una transmisión
piñón-piñón, quedando el distribuidor en posición vertical con respecto al árbol de levas
(figura derecha). En otros el distribuidor es accionado
directamente por el árbol de levas sin ningún tipo de
transmisión, quedando el distribuidor en posición
horizontal (figura de abajo).
Encendido con ayuda electrónica
El encendido convencional por ruptor se beneficia de la aplicación de la electrónica en
el mundo del automóvil, salvando así los inconvenientes del encendido por ruptor que
son: la aparición de fallos de encendido a altas revoluciones del motor así como el
desgaste prematuro de los contactos del ruptor, lo que obliga a pasar el vehículo por el
taller cada pocos km. A este tipo de encendido se le llama: "encendido con ayuda
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electrónica" (figura derecha), el ruptor ya no es el encargado de cortar la corriente
eléctrica de la bobina, de ello se encarga un transistor (T). El ruptor solo tiene funciones
de mando por lo que ya no obliga a pasar el vehículo por el taller tan frecuentemente, se
elimina el condensador, ya no es necesario y los fallos a altas revoluciones mejora hasta
cierto punto ya que llega un momento en que los contactos del ruptor rebotan
provocando los consabidos fallos de encendido.
Encendido electrónico sin contactos
Una evolución importante del distribuidor o delco vino provocada por la sustitución del
"ruptor", elemento mecánico, por un "generador de impulsos" que es un elemento
electrónico. Con este tipo de distribuidores se consiguió un sistema de encendido
denominado: "Encendido electrónico sin contactos" como se ve en el esquema de la
figura inferior..
El distribuidor dotado con "generador de impulsos" es igual al utilizado en los sistemas
de encendido convencionales, es decir, cuenta con los elementos de variación del punto
de encendido ("regulador centrifugo" y "regulador de vació") y de mas elementos
constructivos. La diferencia fundamental esta en la sustitución del ruptor por un
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generador de impulsos y la eliminación del condensador.
El generador de impulsos puede ser de tipo: "inductivo", y de "efecto Hall".
El generador de impulsos de inducción: es uno de los más utilizados en los sistemas
de encendido. Esta instalado en la cabeza del distribuidor sustituyendo al ruptor, la señal
eléctrica que genera se envía a la unidad electrónica que gestiona el corte de la corriente
del bobinado primario de la bobina para generar la alta tensión que se manda a las
bujías.
El generador de impulsos esta constituido por una rueda de aspas llamada rotor, de
acero magnético, que produce durante su rotación una variación del flujo magnético del
imán permanente que induce de esta forma una tensión en la bobina que se hace llegar a
la unidad electrónica. La rueda tiene tantas aspas como cilindros tiene el motor y a
medida que se acerca cada una de ellas a la bobina de inducción, la tensión va subiendo
cada vez con mas rapidez hasta alcanzar su valor máximo cuando la bobina y el aspa
estén frente a frente (+V). Al alejarse el aspa siguiendo el giro, la tensión cambia muy
rápidamente y alcanza su valor negativo máximo (-V) . En este cambio de tensión se
produce el encendido y el impulso así originado en el distribuidor se hace llegar a la
unidad electrónica. Cuando las aspas de la rueda no están enfrentadas a la bobina de
inducción no se produce el encendido.
El generador de impulsos de "efecto Hall" se basa en crear una barrera magnética
para interrumpirla periódicamente, esto genera una señal eléctrica que se envía a la
centralita electrónica que determina el punto de encendido.
Este generador esta constituido por una parte fija que se compone de un circuito
integrado Hall y un imán permanente con piezas conductoras. La parte móvil del
generador esta formada por un tambor obturador, que tiene una serie de pantallas tantas
como cilindros tenga el motor. Cuando una de las pantallas del obturador se sitúa en el
entrehierro de la barrera magnética, desvía el campo magnético impidiendo que pase el
campo magnético al circuito integrado. Cuando la pantalla del tambor obturador
abandona el entrehierro, el campo magnético es detectado otra vez por el circuito
integrado. Justo en este momento tiene lugar el encendido. La anchura de las pantallas
determina el tiempo de conducción de la bobina.
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Esquema de un generador de
impulsos de "efecto Hall" y señal
eléctrica correspondiente.
Para distinguir si un distribuidor lleva un generador de impulsos "inductivo" o de
"efecto Hall" solo tendremos que fijarnos en el numero de cables que salen del
distribuidor a la centralita electrónica. Si lleva solo dos cables se trata de un distribuidor
con generador de impulsos "inductivo", en caso de que lleve tres cables se tratara de un
distribuidor
con
generador
de
impulsos
de
"efecto
Hall".
Para el buen funcionamiento del generador de impulsos hay que comprobar la distancia
entre la parte fija y la parte móvil del generador, que siempre deben de mantener la
distancia que nos preconiza el fabricante.
Encendido electrónico integral
Una vez mas el distribuidor evoluciona a la vez que se perfecciona el sistema de
encendido , esta vez desaparecen los elementos de corrección del avance del punto de
encendido ("regulador centrifugo" y "regulador de vació") y también el generador de
impulsos, a los que se sustituye por componentes electrónicos. El distribuidor en este
tipo de encendido se limita a distribuir, como su propio nombre indica, la alta tensión
procedente de la bobina a cada una de las bujías.
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El tipo de sistema de encendido al que nos referimos ahora se le denomina: "encendido
electrónico integral" y sus particularidades con respecto a los anteriores sistemas de
encendido son el uso de:
Un generador de impulsos del tipo "inductivo",
Esta constituido por una corona dentada que va acoplada al volante de inercia del motor
y un captador magnético frente a ella. El captador esta formado por un imán
permanente, alrededor esta enrollada una bobina donde se induce una tensión cada vez
que pasa un diente de la corona dentada frente al. Como resultado se detecta la
velocidad de rotación del motor. La corona dentada dispone de un diente, y su
correspondiente hueco, más ancho que los demás, situado 90º antes de cada posición
p.m.s. Cuando pasa este
diente frente al captador la
tensión que se induce es
mayor, lo que indica a la
centralita electrónica que el
pistón llegara al p.m.s. 90º de
giro después.
Un captador de depresión
Tiene la función de transformar el valor de depresión que hay en el colector de admisión
en una señal eléctrica que será enviada e interpretada por la centralita electrónica. Su
constitución es parecido al utilizado en los distribuidores ("regulador de vació"), se
diferencia en que su forma de trabajar ahora se limita a mover un núcleo que se desplaza
por el interior de la bobina de un oscilador, cuya frecuencia eléctrica varia en función de
la posición que ocupe el núcleo con respecto a la bobina.
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La centralita electrónica
La centralita del "encendido electrónico integral" recibe señales del captador o
generador de impulsos para saber el numero de r.p.m. del motor y la posición que ocupa
con respecto al p.m.s, también recibe señales del captador de depresión para saber la
carga del motor. Además de recibir estas señales tiene en cuenta la temperatura del
motor mediante un captador que mide la temperatura del refrigerante (agua del motor) y
un captador que mide la temperatura del aire de admisión. Con todos estos datos la
centralita calcula el avance al punto de encendido.
En estos sistemas de encendido en algunos motores se incluye un captador de picado
que se instala cerca de las cámaras de combustión, capaz de detectar en inicio de picado.
Cuando el par resistente es elevado (ejemplo: subiendo una pendiente) y la velocidad
del un motor es baja, un exceso de avance en el encendido tiende a producir una
detonación a destiempo denominada "picado" (ruido del cojinete de biela). Para corregir
este fenómeno es necesario reducir las prestaciones del motor adoptando una curva de
avance
inferior
El captador de picado viene a ser un micrófono que genera una pequeña tensión
cuando el material piezoeléctrico del que esta construido sufre una deformación
provocada por la detonación de la mezcla en el interior del cilindro del motor.
a.- nivel de presión dentro del cilindro
b.- señal que recibe la ECU
c.- señal generada por el sensor de picado
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B) Tipos de sistema de encendido.
Encendido convencional (por ruptor)
Este sistema es el más sencillo de los sistemas de encendido por bobina, en él, se
cumplen todas las funciones que se le piden a estos dispositivos. Esta compuesto por los
siguientes elementos que se van a repetir parte de ellos en los siguientes sistemas de
encendido mas evolucionados que estudiaremos mas adelante.
-
Bobina de encendido (también llamado transformador): su función es acumular la
energía eléctrica de encendido que después se transmite en forma de impulso de alta
tensión a través del distribuidor a las bujías.
-
Resistencia previa: se utiliza en algunos sistemas de encendido (no siempre). Se
pone en cortocircuito en el momento de arranque para aumentar la tensión de
arranque.
-
Ruptor (también llamado platinos): cierra y abre el circuito primario de la bobina de
encendido, que acumula energía eléctrica con los contactos del ruptor cerrados que
se transforma en impulso de alta tensión cada vez que se abren los contactos.
-
Condensador: proporciona una interrupción exacta de la corriente primaria de la
bobina y además minimiza el salto de chispa entre los contactos del ruptor que lo
inutilizarían en poco tiempo.
-
Distribuidor de encendido (también llamado delco): distribuye la alta tensión de
encendido a las bujías en un orden predeterminado.
-
Variador de avance centrifugo: regula automáticamente el momento de encendido
en función de las revoluciones del motor.
-
Variador de avance de vació: regula automáticamente el momento de encendido en
función de la carga del motor.
-
Bujías: contiene los electrodos que es donde salta la chispa cuando recibe la alta
tensión, además la bujía sirve para hermetizar la cámara de combustión con el
exterior.
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Funcionamiento:
Una vez que giramos la llave de contacto a posición de contacto el circuito primario es
alimentado por la tensión de batería, el circuito primario esta formado por el
arrollamiento primario de la bobina de encendido y los contactos del ruptor que cierran
el circuito a masa. Con los contactos del ruptor cerrados la corriente eléctrica fluye a
masa a través del arrollamiento primario de la bobina. De esta forma se crea en la
bobina un campo magnético en el que se acumula la energía de encendido. Cuando se
abren los contactos del ruptor la corriente de carga se deriva hacia el condensador que
esta conectado en paralelo con los contactos del ruptor. El condensador se cargara
absorbiendo una parte de la corriente eléctrica hasta que los contactos del ruptor estén lo
suficientemente separados evitando que salte un arco eléctrico que haría perder parte de
la tensión que se acumulaba en el arrollamiento primario de la bobina. Es gracias a este
modo de funcionar, perfeccionado por el montaje del condensador, que la tensión
generada en el circuito primario de un sistema de encendido puede alcanzar
momentáneamente algunos centenares de voltios.
Debido a que la relación entre el numero de espiras del bobinado primario y secundario
es de 100/1 aproximadamente se obtienen tensiones entre los electrodos de las bujías
entre 10 y 15000 Voltios.
Una vez que tenemos la alta tensión en el secundario de la bobina esta es enviada al
distribuidor a través del cable de alta tensión que une la bobina y el distribuidor. Una
vez que tenemos la alta tensión en el distribuidor pasa al rotor que gira en su interior y
que distribuye la alta tensión a cada una de las bujías.
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En la figura inferior se han representado las variaciones de corriente y tensión (primaria
y secundaria de sus circuitos correspondientes) en función del tiempo. En la curva
correspondiente a la corriente primaria, pueden verse las oscilaciones y los cambios de
sentido de esta en el momento de abrirse los contactos del ruptor. Las mismas
oscilaciones se producen en la tensión primaria. En la curva correspondiente a la tensión
secundaria, pueden observarse el máximo valor alcanzado por la tensión de encendido y
la subida brusca de la misma (aguja de tensión), para descender también bruscamente al
valor de inflamación, en un cortisimo espacio de tiempo. La tensión de inflamación es
ondulada, debido a las variaciones de flujo en el primario. La duración de la chispa
supone un corte espacio de tiempo en que los contactos del ruptor permanecen abiertos
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El distribuidor
Es el elemento más complejo y que más
funciones cumple dentro de un sistema de
encendido. El distribuidor reparte el impulso
de alta tensión de encendido entre las
diferentes bujías, siguiendo un orden
determinado (orden de encendido) y en el
instante preciso.
Funciones:
- Abrir y cerrar a través del ruptor el circuito
que alimenta el arrollamiento primario de la
bobina.
- Distribuir la alta tensión que se genera en
el arrollamiento secundario de la bobina a
cada una de las bujías a través del rotor y la
tapa
del
distribuidor.
- Avanzar o retrasar el punto de encendido
en función del nº de revoluciones y de la
carga del motor, esto se consigue con el
sistema de avance centrifugo y el sistema de
avance por vacío respectivamente.
El movimiento de rotación del eje del
distribuidor le es transmitido a través del
árbol de levas del motor. El distribuidor
lleva un acoplamiento al árbol de levas que impide en el mayor de los casos el erróneo
posicionamiento.
El distribuidor tiene en su parte superior una tapa de material aislante en la que están
labrados un borne central y tantos laterales como cilindros tenga el motor. Sobre el eje
que mueve la leva del ruptor se monta el rotor o dedo distribuidor, fabricado en material
aislante similar al de la tapa. En la parte superior del rotor se dispone una lamina
metálica contra la que se aplica el carboncillo empujado por un muelle, ambos alojados
en la cara interna del borne central de la tapa. La distancia entre el borde de la lamina
del rotor y los contactos laterales es de 0,25 a 0,50 mm. Tanto el rotor como la tapa del
distribuidor, solo admiten una posición de montaje, para que exista en todo momento un
perfecto sincronismo entre la posición en su giro del rotor y la leva.
Con excepción del ruptor de encendido, todas las piezas del distribuidor están
prácticamente exentas de mantenimiento.
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Tanto la superficie interna como externa de la tapa del distribuidor esta impregnada de
un barniz especial que condensa la humedad evitando las derivaciones de corriente
eléctrica así como repele el polvo para evitar la adherencia de suciedad que puede
también provocar derivaciones de corriente.
La interconexión eléctrica entre la tapa del distribuidor y la bobina, así como la salida
para las diferentes bujías, se realiza por medio de cables especiales de alta tensión,
formados en general por un hilo de tela de rayon impregnada en carbón, rodeada de un
aislante de plástico de un grosor considerable. La resistencia de estos cables es la
adecuada para suprimir los parásitos que afectan a los equipos de radio instalados en los
vehículos.
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Sistemas de encendido con doble ruptor y doble encendido
Teniendo en cuenta que a medida que aumenta el numero de cilindros en un motor
(4,6,8 ..... cilindros) el ángulo disponible de encendido se hace menor (ángulo = 360/nº
cilindros) por lo tanto, y sobre todo a altas revoluciones del motor puede ser que el
sistema de encendido no genere tensión suficiente para hacer saltar la chispa en las
bujías. Para minimizar este inconveniente se recurre a fabricar distribuidores con doble
ruptor como el representado en la figura, que como puede observarse se trata de un
distribuidor para un motor de 6 cilindros. Al llevar dos juegos de contactos que se abren
alternativamente, el tiempo de que disponen para realizar la apertura es doble, por cuya
razón la leva es de solo tres lóbulos o excentricidades. Además estos distribuidores
deben tener en su cabeza dos "rotores" (en vez de uno como hemos visto hasta ahora)
que distribuyan la alta tensión generada por sendas bobinas de encendido.
Circuito con doble ruptor
En los motores de 6, 8 y 12 cilindros, con el fin de obtener un mayor ángulo de cierre
del ruptor o lo que es lo mismo para que la bobina
tenga tiempo suficiente para crear campo magnético,
se disponen en el distribuidor dos ruptores accionados
independientemente (figura inferior) cada uno de
ellos por una leva (2) y (3) con la mitad de lóbulos y
dos bobinas de encendido (4) y (5) formando
circuitos separados; de este modo cada ruptor dispone
de un tiempo doble para abrir y cerrar los contactos.
Los ruptores van montados con su apertura y cierre
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sincronizados en el distribuidor, el cual lleva un doble contacto móvil (6) Y (7),
tomando corriente de cada una de las salidas de alta de las bobinas, alimentando cada
una de ellas a la mitad de los cilindros en forma alternativa
Circuito de doble encendido (Twin Spark)
Otra disposición adoptada en circuitos de encendido con doble ruptor es el aplicado a
vehículos de altas prestaciones, en los que en cada cilindro se montan dos bujías con
salto de chispa simultánea. En este circuito los ruptores situados en el distribuidor abren
y cierran sus contactos a la vez, estando perfectamente sincronizados en sus tiempos de
apertura con una leva de tantos lóbulos como cilindros tiene el motor. Cada uno de los
circuitos se alimenta de una bobina independiente, con un impulso de chispa idéntico
para cada serie de bujías.
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Encendido convencional con ayuda electrónica
El sistema de encendido convencional tiene unas limitaciones que vienen provocadas
por los contactos del ruptor, que solo puede trabajar con corrientes eléctricas de hasta 5
A, en efecto si la intensidad eléctrica que circula por el primario de la bobina es de valor
bajo, también resultara de bajo valor la corriente de alta tensión creada en el
arrollamiento secundario y de insuficiente la potencia eléctrica para conseguir el salto
en el vacío de la chispa entre los electrodos de la bujía. Se necesitan por lo tanto valores
elevados de intensidad en el arrollamiento primario de la bobina para obtener buenos
resultados en el arrollamiento secundario. Como vemos lo dicho esta en contradicción
con las posibilidades verdaderas del ruptor y sus contactos ya que cada vez que el ruptor
abre sus contactos salta un arco eléctrico que contribuye a quemarlos, transfiriendo
metal de un contacto a otro. En la figura se ve la disgregación de los puntos de contacto
del raptor; los iones positivos son extraídos del contacto móvil (positivo) creando
huecos y depositando el material al contacto fijo (negativo) formando protuberancias.
Con la evolución de la electrónica y sus componentes este problema se soluciono. La
utilización del transistor como interruptor, permite manejar corrientes eléctricas mucho
más elevadas que las admitidas por el ruptor, pudiéndose utilizar bobinas para corrientes
eléctricas en su arrollamiento primario de mas de 10 A.
Un transistor de potencia puede tener controlada su corriente de base por el ruptor de
modo que la corriente principal que circula hacia la bobina no pase por los contactos de
ruptor sino por el transistor (T) como se ve en el esquema inferior. La corriente eléctrica
procedente de la batería entra la unidad de control o centralita de encendido, en ella pasa
a través del transistor cuya base se polariza negativamente cuando los contactos (R) se
cierran guiados por la leva. En este caso el distribuidor es el mismo que el utilizado en
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el encendido convencional, pero la corriente que circula por los contactos de ruptor
ahora es insignificante. Con la suma del diodo Zenner (DZ) y el juego de resistencias
(R1, R2 y R3) puede controlarse perfectamente la corriente de base y proceder a la
protección del transistor (T).
Cuando los contactos del ruptor (R) se abren, guiados por el movimiento de la leva, la
polarización negativa de la base del transistor desaparece y entonces el transistor queda
bloqueado cortando la corriente eléctrica que pasa por la bobina. El corte de corriente en
el arrollamiento primario de la bobina es mucho mas rápido que en los encendido
convencionales de modo que la inducción se produce en unas condiciones muy
superiores de efectividad.
Los sistemas de encendido con ayuda electrónica, tienen unas ventajas importantes con
respecto a los encendidos convencionales:
- Los ruptores utilizados en la actualidad, pese a la calidad de sus materiales (los
contactos son de tungsteno), solamente soportan corrientes de hasta 5 A, sino se quiere
acortar su vida útil rápidamente, mientras que los transistores son capaces de trabajar
con corrientes de hasta 15 A, sin problemas de funcionamiento en toda su vida útil, por
lo que los periodos de mantenimiento en estos sistemas de encendido se alarga
considerablemente.
- Debido a que los transistores pueden trabajar con corrientes elevadas, se utiliza
bobinas de encendido con arrollamiento primario de pocas espiras (bobinas de baja
impedancia). Con la reducción del numero de espiras y el consiguiente descenso de la
autoinducción se consigue alcanzar el valor máximo de la corriente primaria en un
tiempo sensiblemente menor, cuando se cierran los contactos del ruptor, pues la
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oposición que presenta la bobina (autoinducción) a establecerse la corriente primaria, es
notablemente menor. La formación del campo magnético es mucho más rápida,
almacenándose la máxima energía en un corto espacio de tiempo, lo que en regímenes
elevados no es posible obtener en los sistemas de encendido convencionales, debido al
poco tiempo que los contactos del ruptor permanecen cerrados.
- En el encendido con ayuda electrónica, el ruptor (platinos) solamente se ocupa de
conmutar la corriente de base del transistor (300 a 500 mA), con lo que el "chispeo"
clásico que se produce en los encendidos convencionales no tiene lugar aquí y no es
preciso utilizar el condensador, cuya función de corte rápido de la corriente primaria ya
no es necesaria, por que esta función la desempeña el transistor.
El transistor y los componentes que le rodean (diodos, resistencias, etc.) se encierran en
una caja de aluminio provista de aletas de refrigeración, evacuándose así el calor al que
son muy sensibles los transistores. Por
esta razón la situación de esta caja debe
ser lo mas alejada posible del motor en
el montaje sobre el vehículo.
El encendido con ayuda electrónica
(figura de la derecha) esta generalmente
reservado a la instalación en el sector de
recambios o "after market" en el ámbito
de los profesionales, aunque los
particulares pueden realizar ellos
mismos la transformación, montando la
centralita, una bobina adecuada (baja
impedancia)
con
resistencias
adicionales, suprimir el condensador,
siendo recomendable poner nuevo el ruptor, las bujías, cables de alta tensión
En la figura de la derecha puede verse otro tipo de encendido con ayuda electrónica. El
transistor T1 tiene un circuito emisor-base gobernado por los contactos del ruptor, que
estando cerrados le hacen conducir y de esta forma se establece el circuito base-emisor
del transistor T2, lo cual permite que circule la corriente por el arrollamiento primario
de la bobina a través del colector-emisor del T2. Cuando los contactos de ruptor se
abren queda interrumpido el circuito emisor-base de T1, bloqueándose este transistor, lo
que impide al mismo tiempo la conducción de T2 cuyo circuito base-emisor esta ahora
interrumpido. El conjunto electrónico formado dispone de otros componentes
(resistencias, diodos y condensadores), algunos de los cuales no se han representado en
la figura, cuya misión es la de proteger a los transistores contra sobrecargas. Como a los
transistores empleados para la conmutación en los sistemas de encendido, se les exige
una alta potencia y gran resistencia a tensiones eléctricas. Actualmente suele emplearse
para esta función un transistor de tipo doble de Darlington.
22
Como se ve en el esquema superior el suministro de tensión al primario de la bobina se
lleva a cabo a través de un par de resistencias adicionales (3), normalmente conectadas
en serie. Al efectuar el arranque se puentea la resistencia izquierda a través del terminal
(4), al motor de arranque. Con ello se dispone de un mayor suministro de energía a
través de la resistencia adicional derecha, en la bobina de encendido. Esta compensa la
desventaja derivada del proceso de arranque y de la caída de tensión en la batería (por el
gran consumo de corriente eléctrica que necesita el motor de arranque). Las resistencias
previas sirven para limitar la corriente primaria en bobinas de encendido de baja
resistencia y rápida carga. Con ello evitan, especialmente a bajas revoluciones, una
sobrecarga en al bobina de encendido y protegen el contacto del ruptor de encendido.
Las resistencias adicionales y una bobina de encendido de carga rápida permiten
conseguir la optimización del encendido en todo el margen de revoluciones del motor.
23
Encendido electrónico por descarga de condensador
Este sistema llamado también "encendido por tiristor" funciona de una manera distinta a
todos los sistemas de encendido (encendido por bobina) tratados hasta aquí . Su
funcionamiento se basa en cargar un condensador con energía eléctrica para luego
descargarlo provocando en este momento la alta tensión que hace saltar la chispa en las
bujías.
En el encendido por bobina, el tiempo de crecimiento de la tensión secundaria y la
duración de la chispa son relativamente largos (del orden de 0,1 milisegundo y 1 msg
respectivamente), no permitiendo su aplicación en motores de alto régimen de
funcionamiento sobre todo en aquellos en los que el numero de cilindros es elevado.
Para motores de carácter deportivo donde es necesario almacenar una gran cantidad de
energía eléctrica para después descargarla en las bujías en intervalos muy cortos de
tiempo por el elevado numero de revoluciones a la que funcionan estos motores, se
utiliza el encendido por descarga de condensador.
En este tipo de encendido, la energía es almacenada en un condensador de capacidad
"C", cargado a la tensión "V". El valor de la capacidad del condensador esta limitada a 1
o 2 microFaradios debido a evidentes razones de dimensión del condensador, intentando
aumentar el nivel de energía almacenada aplicando tensiones elevadas. En la practica se
utilizan valores de tensión alrededor de los 400 V. Por lo tanto es necesario disponer de
un sistema que permita elevar la tensión de la batería para obtener los valores de tensión
indicados (400 V).
Cuando el alternador esta cargado, la descarga se realiza muy rápidamente a través del
arrollamiento primario del transformador de encendido, elevando la tensión del
condensador al valor de la alta tensión necesaria en el secundario, con el fin de provocar
la chispa en la bujía, como en el caso de encendido por bobinado inductivo.
En el esquema se ve como el condensador (C) se descarga a través del tiristor (Th)
comandado por el circuito de detección de régimen, haciendo la función de interruptor.
La centralita además de llevar en su interior el condensador y el tiristor tiene también
tres bloques funcionales que describimos a continuación:
- Dispositivo de carga (5): consiste en un transformador elevador de la baja tensión
continua de la batería en alta tensión continua debiendo asegurar la carga del
24
condensador de almacenamiento de energía eléctrica. La carga de tensión se puede
realizar en un tiempo aproximado de 0,3 msg.
- Dispositivo de mando (7): tiene la misión de pilotar la puerta del tiristor haciéndolo
conductor en un tiempo muy breve 0,05 msg.
- Conformador de impulsos (6): es un circuito electrónico que transforma la tensión
alterna del generador de impulsos en tensión rectangular positiva.
El transformador de encendido (2): el transformador utilizado en este tipo de encendido
se asemeja a la bobina del encendido inductivo solo en la forma exterior, ya que en su
construcción interna varia, en su funcionamiento es un transformador de impulsos que
convierte la corriente de carga rápida del condensador, a través de su bobinado primario
en una alta tensión que aparecerá rápidamente en el bobinado secundario. A pesar de
que el transformador tiene el aspecto de una bobina tradicional, su concepción eléctrica
es bien distinta ya que su inductancia primaria es muy inferior y por consiguiente el
circuito de descarga del condensador tendrá una impedancia global pequeña,
permitiendo una rápida elevación de la tensión.
El distribuidor (3): como se ve en el esquema es similar al utilizado en los demás
sistemas de encendido, contando en este caso con un generador de impulsos del tipo de
"inductivo".
En resumen, las ventajas esenciales del encendido por descarga del condensador son las
siguientes:
- Alta tensión mas elevada y constante en una gama de regímenes de funcionamiento
más amplia.
- Energía máxima en todos los regímenes.
- Crecimiento de la tensión extremadamente rápida.
Como desventaja la duración de las chispas son muy inferiores, del orden de 0,1 o 0,2
msg. demasiado breves para su utilización en vehículos utilitarios. Este tipo de
encendido se aplica en aquellos vehículos que funcionan a un alto nº de revoluciones
como coches de altas prestaciones o de competición, no es adecuado para los demás
vehículos ya que tiene fallos de encendido a bajas revoluciones.
La chispa de encendido en las bujías resulta extraordinariamente intensa. Aunque su
duración es muy corta, lo que puede provocar fallos de encendido, para solucionar este
inconveniente se aumenta la separación de los electrodos de las bujías para conseguir
una chispa de mayor longitud.
El sistema de encendido por descarga de condensador que hemos visto hasta ahora
equivale en su disposición y funcionamiento al "encendido electrónica sin contactos",
pero como este ultimo, ha evolucionado con el tiempo y ahora se aplica a sistemas de
encendido estáticos (DIS Direct Ignition System) que no utilizan distribuidor.
Un ejemplo de encendido de este tipo es el que equipan algunos motores de la marca
Saab con un sistema de encendido
por descarga capacitiva enteramente
estático, con avance cartográfico y
comando por microprocesador, con
posicionamiento angular y régimen
motor proporcionados por un sensor
en
el
árbol
de
levas.
La parte de alta tensión esta
contenida en un modulo metálico
como se ve en la figura. Este modulo
25
encaja en la tapa de la culata, en medio de los dos árboles de levas del motor. Dentro del
modulo existe una bobina por cada bujía por lo que se eliminan los cables de alta
tensión, esta disposición elimina los parásitos generados por la alta tensión ya que todo
el conjunto esta cerrado en el bloque metálico formando un blindaje y estando
conectado eléctricamente a la masa del motor.
El sistema funciona bajo el principio de la descarga capacitiva obteniéndose tiempos de
carga mucho más cortos y también tiempos de duración de la chispa más reducidos,
obteniéndose un funcionamiento del motor menos satisfactorio a bajo y medio régimen
observándose en la composición de los gases de la postcombustión. Con el encendido
SDi la apertura de los electrodos de bujía se realiza alrededor de 1,5 mm, muy grande si
lo comparamos con un encendido inductivo; de esta manera se intenta paliar los
problemas de una descarga de tensión muy corta con una chispa más larga.
El sistema está pilotado por una unidad electrónica que da mando directamente a las
bobinas, en función de la información obtenida por el captador de posición-régimen y el
captador de presión absoluta situado en el colector de admisión. Una posible avería del
sistema de encendido y en particular de una bobina sólo afecta a un cilindro,
contrariamente a lo que ocurre en un encendido clásico. Debido a la elevada potencia
obtenida por este sistema de encendido es posible la utilización de bujías frías.
26
El encendido electrónico
transistorizado"
sin
contactos
también
llamado
"encendido
Con la introducción de la electrónica en los sistemas de encendido convencionales (con
"ayuda electrónica") solo faltaba dar un paso y sustituir el sistema mecánico que supone
el ruptor, siempre sometido a desgastes y a los inconvenientes debidos al rebote de los
contactos a altos regímenes del motor que producen fallos de encendido en el motor. En
el encendido convencional mediante bobina, el numero de chispas suministradas esta
limitado a unas 18000 por minuto y en el encendido con ayuda electrónica a unas
21000. A partir de aquí sobreviene el consabido rebote de contactos, por lo que estos
tipos de encendido, sobre todo en motores de altas prestaciones están limitados. Además
el ruptor esta sometido a desgastes en su accionamiento, como es el desgaste de la fibra
sobre la que actúa la leva que abre y cierra los contactos. El desgaste de esta pieza
implica un desfase del punto de encendido y variación del ángulo Dwell, lo que obliga a
reajustar la separación de los contactos periódicamente, con los consiguientes gastos de
mantenimiento que ello supone.
La estructura básica de un sistema de encendido electrónico (figura de la inferior),
donde se ve que la corriente que atraviesa el primario de la bobina es controlada por un
transistor (T), que a su vez esta controlado por un circuito electrónico, cuyos impulsos
de mando determinan la conducción o bloqueo del transistor. Un generador de impulsos
(G) es capaz de crear señales eléctricas en función de la velocidad de giro del
distribuidor que son enviadas al formador de impulsos, donde debidamente
conformadas sirven para la señal de mando del transistor de conmutación. El
funcionamiento de este circuito consiste en poner la base de transistor de conmutación a
masa por medio del circuito electrónico que lo acompaña, entonces el transistor
conduce, pasando la corriente del primario de la bobina por la unión emisor-colector del
mismo transistor. En el instante en el que uno de los cilindros del motor tenga que
recibir la chispa de alta tensión, el generador G crea un impulso de tensión que es
enviado al circuito electrónico, el cual lo aplica a la base del transistor, cortando la
corriente del primario de la bobina y se genera así en el secundario de la bobina la alta
tensión que hace saltar la chispa en la bujía. Pasado este instante, la base del transistor
es puesta nuevamente a masa por lo que se repite el ciclo.
27
Un encendido electrónico esta compuesto básicamente por una etapa de potencia con
transistor de conmutación y un circuito electrónico formador y amplificador de
impulsos alojados en la centralita de encendido (4), al que se conecta un generador de
impulsos situado dentro del distribuidor de encendido (4). El ruptor en el distribuidor es
sustituido por un dispositivo estático (generador de impulsos), es decir sin partes
mecánicas sujetas a desgaste. El elemento sensor detecta el movimiento del eje del
distribuidor generando una señal eléctrica capaz de ser utilizada posteriormente para
comandar el transistor que pilota el primario de la bobina. Las otras funciones del
encendido quedan inmóviles conservando la bobina (2), el distribuidor con su sistema
de avance centrifugo y sus correcciones por depresión.
En el encendido electrónico o llamado también transistorizado ha sido utilizado
mayoritariamente por los constructores de automóviles debido a su sencillez,
prestaciones y fiabilidad. Este tipo de encendido se llama comúnmente "breakerless"
utilizando una palabra inglesa que significa sin ruptor.
Teniendo en cuenta el tipo de captador o sensor utilizado en el distribuidor se pueden
diferenciar dos tipos de encendido electrónico:
- Encendido electrónico con generador de impulsos de inducción. BOSCH lo denomina
TZ-I otros fabricantes lo denominan TSZ-I.
- Encendido electrónico con generador Hall. BOSCH lo denomina TZ-H.
El generador de impulsos de inducción es uno de los más utilizados en los sistemas de
encendido electrónicos. Esta instalado en la cabeza del distribuidor sustituyendo al
ruptor, la señal eléctrica que genera se envía a la unidad electrónica (centralita) que
gestiona el corte de la corriente del bobinado primario de la bobina, para generar la alta
tensión que se manda a las bujías.
El generador de impulsos esta constituido por una rueda de aspas llamada "rotor", de
acero magnético, que produce durante su rotación una variación del flujo magnético del
imán permanente que induce de esta forma una tensión en la bobina que se hace llegar a
la unidad electrónica. El imán permanente, el arrollamiento de inducción y el núcleo del
generador de inducción componen una unidad constructiva compacta, "el estator". La
rueda tiene tantas aspas como cilindros tiene el motor y a medida que se acerca cada una
28
de ellas a la bobina de inducción, la tensión va subiendo cada vez con mas rapidez hasta
alcanzar su valor máximo cuando la bobina y el aspa estén frente a frente (+V). Al
alejarse el aspa siguiendo el giro, la tensión cambia muy rápidamente y alcanza su valor
negativo máximo (-V).
El valor de la tensión (V) depende de la velocidad de giro del motor: aproximadamente
0,5 V a bajas revoluciones y cerca de 10 V a altas revoluciones. En este cambio de
tensión se produce el encendido y el impulso así originado en el distribuidor se hace
llegar a la unidad electrónica. Cuando las aspas de la rueda no están enfrentadas a la
bobina de inducción no se produce el encendido.
Principio de funcionamiento
Como hemos dicho anteriormente el generador de impulsos se encuentra situado en el
distribuidor en el mismo lugar en el que se encontraba el ruptor. Exteriormente, solo el
cable de dos hilos que se enchufa al distribuidor revela que se trata de un generador de
impulsos inductivo. El distribuidor utilizado en este sistema de encendido como en los
utilizados en los encendido convencionales, la variación del punto de encendido se
obtiene mecánicamente, mediante un dispositivo de avance por fuerza centrifuga y otro
por depresión o vacío. Los dispositivos de avance al punto de encendido siempre
funcionan desplazando el punto de encendido en sentido de avance. El corrector por
depresión realiza una variación suplementaria del punto de encendido. En algunos
regímenes de funcionamiento del motor, por ejemplo al ralentí o al régimen de freno
motor la combustión de la mezcla es particularmente mala y la concentración de
sustancias tóxicas en los gases de escape es entonces mas elevada que lo normal. Para
mejorar esta combustión, una corrección del encendido en el sentido de retraso será
necesario en muchos casos; esta se realiza mediante un segundo corrector de avance por
depresión.
29
Uno de los tipos de distribuidor utilizado en este sistema de encendido es el que esta
compuesto por una rueda de aspas o disparadora (Trigger
wheel) que hace de rotor y funciona como la leva de los
distribuidores para encendidos convencionales y un
generador de impulsos que hace las veces de ruptor y que
detecta cada vez que pasa una de los salientes del rotor.
El generador de impulsos esta fijado en el plato que era
antes porta-ruptor. En la figura se muestra el esquema de
esta disposición, donde el imán permanente (1) crea su
flujo magnético en el entrehierro (2) que afecta a la
bobina (3), de tal forma, que las variaciones del entrehierro producidas con el giro del
rotor (4) cada vez que se enfrentan los salientes del rotor, producen variaciones del flujo
que afectan a la bobina, creándose en ella impulsos de tensión, que son enviados a la
centralita de encendido.
Para ver un esquema completo de un distribuidor (Trigger wheel) pulsa en la figura de
la derecha.
30
Como se ve en distribuidor de la figura (derecha), la estructura del generador de
impulsos no tiene mucho que ver con el estudiado anteriormente de forma teórica
aunque su principio de funcionamiento sea el mismo. El núcleo ligeramente magnético
del arrollamiento inductivo tiene la forma de un disco, llamado "disco polar" (3). El
disco polar lleva en su parte exterior el dentado del estator dirigido hacia arriba.
Correspondientemente el dentado del rotor (9) esta dirigido hacia abajo.
La rueda generadora de impulsos, comparable a la leva del encendido del ruptor, va
montada fija en el eje hueco ("4" figura inferior), el cual rodea el eje del distribuidor
("3" figura inferior). El numero de dientes de la rueda del generador y del disco polar
coincide por regla general con el con el numero de cilindros del motor.
Entre los dientes fijos y móviles hay, en oposición directa, una distancia aproximada de
0,5 mm.
31
La unidad de control o centralita electrónica de encendido (también llamada
"amplificador" en muchos manuales) recibe los impulsos eléctricos que le envía el
generador de impulsos desde el distribuidor, esta centralita esta dividida en tres etapas
fundamentales como son:
- modulador de impulsos
- mando de ángulo de cierre
- estabilizador
El modulador de impulsos transforma la señal de tensión alterna que le llega del
generador de inducción, en una señal de onda cuadrada de longitud e intensidad
adecuadas para el gobierno de la corriente primaria y el instante de corte de la misma.
Estas magnitudes (longitud e intensidad de impulsos), son independientes de la
velocidad de rotación del motor.
El estabilizador tiene la misión de mantener la tensión de alimentación lo mas constante
posible. El mando del ángulo de cierre varía la duración de los impulsos de la señal
conformada de onda cuadrada en función de la velocidad de rotación del motor.
En la figura superior se muestra la transformación que sufre la señal del generador de
inducción una vez que entra en la centralita y como es adecuada en las diferentes etapas
de la misma para mas tarde salir y alimentar al primario de la bobina y así provocar el
encendido. La tensión alterna que se crea en el generador de impulsos es enviada a la
32
unidad de control (centralita) donde el modulador 2a, que es un circuito electrónico
multivibrador, la transforma en una onda cuadrada, adecuada para el gobierno de la
corriente primaria. Esta señal de onda cuadrada pasa a continuación al circuito
electrónico 2b de mando del ángulo de cierre, que realiza una modificación de la
longitud de los impulsos, adaptándolos a la velocidad de rotación del motor para así
poder gobernar el ángulo de cierre, es decir, para poder adecuar el tiempo de
conducción del primario de la bobina al régimen de giro del motor, de manera que en
cualquier condición de funcionamiento, se alcance siempre el valor máximo de la
corriente primaria y se obtenga la saturación magnética, lo cual se logra haciendo que el
instante de comienzo del paso de corriente por el arrollamiento primario se adelante en
el tiempo a medida que aumenta el régimen de giro del motor, en lo que se conoce como
ángulo de cierre variable. Seguidamente, la señal pasa a la etapa de excitación 2c, que
amplifica los impulsos y los adapta para el gobierno posterior por medio de un transistor
Darlington en la etapa de potencia 2d, que es la encargada de cortar o dar paso a la
corriente primaria para que se produzca la alta tensión en el secundario de la bobina.
Las unidades de control de estos sistemas de encendido están construidas casi
exclusivamente en técnica híbrida, por lo que ofrecen gran densidad de integración con
reducido peso y buena fiabilidad.
En algunos sistemas de encendido, la unidad de control se acopla al mismo distribuidor,
fijándose a él mediante tornillos en el exterior de la carcasa como se ve en la figura
inferior, lo cual facilita el conexionado del generador de impulsos del distribuidor con la
centralita de encendido.
33
En la figura superior se aprecia el esquema eléctrico de la unidad de control, en el se
ven de manera simplificada la etapa de entrada, indicada por tres cuadrados (6a, 6b, 6c),
la etapa de amplificación (6d), y la etapa de salida (6e) constituida por un montaje
Darlington.
Generador de impulsos de efecto may
El otro sistema de encendido electrónico utilizado, es el que dispone como generador de
impulsos el llamado de "efecto Hall". El funcionamiento del generador de impulsos de
"efecto Hall" se basa en crear una barrera magnética para interrumpirla periódicamente,
esto genera una señal eléctrica que se envía a la centralita electrónica que determina el
punto de encendido.
En el distribuidor se dispone el generador de efecto Hall que esta compuesto por una
tambor obturador (1) de material diamagnético, solidario al eje del distribuidor de
encendido, con tantas ranuras como cilindros tenga el motor. El tambor obturador, en su
giro, se interpone entre un cristal semiconductor alimentado por corriente continua y un
electroimán. Cuando la parte metálica de pantalla (2) se sitúa entre el semiconductor y
el electroimán, el campo magnético de este ultimo es desviado y cuando entre ambos se
sitúa la ranura del semiconductor, recibe el campo magnético del imán y se genera el
"efecto Hall".
Cuando el motor gira, el obturador va abriendo y cerrando el campo magnético Hall
generando una señal de onda cuadrada que va directamente al modulo de encendido.
El sensor Hall esta alimentado directamente por la unidad de control a una tensión de
7,5 V aproximadamente.
34
35
La unidad de control tiene la misión de hacer conducir o interrumpir el paso de corriente
por el transistor de potencia o lo que es lo mismo dar paso o cortar la corriente a través
del primario de la bobina de encendido; pero además también efectúa otras funciones
sobre la señal del primario de la bobina como son:
1.- Limitación de corriente:
Debido a que este tipo de encendidos utilizan una bobina con una resistencia del
arrollamiento primario muy bajo (valores inferiores a 1 ohmio) que permite que el
tiempo de carga y descarga de la bobina sea muy reducido: pero presentando el
inconveniente de que a bajos regímenes la corriente puede llegar hasta 15 A lo cual
podría dañar la bobina y la centralita. Para evitar esto la unidad de control incorpora un
circuito que se encarga de controlar la intensidad del primario a un máximo de 6 A.
2.- Regulación del tiempo de cierre:
La gran variación de tiempo entre dos chispas sucesivas a altas y bajas revoluciones
hace que los tiempos de carga sean a la vez muy dispares produciendo tiempos de
saturación de la bobina de encendido excesivos en algunos casos y energía insuficiente
en otros.
36
Para evitar esto el modulo incorpora un circuito de control que actúa en base a la
saturación del transistor Darlington para ajustar el tiempo de cierre el régimen del
motor.
Como la regulación del ángulo de cierre y la limitación de la corriente dependen
directamente de la corriente primaria y del tiempo, se regulan los efectos de las
variaciones de tensión de la batería y los de la temperatura u otras tolerancias de la
bobina de encendido. Esto hace que este sistema de encendido sea especialmente
adecuado para los arranques en frío. Puesto que, debido a la forma del señal Hall puede
fluir corriente primaria estando parado el motor y conectado el conmutador de
encendido y arranque, las unidades de control están dotadas de una conexión adicional
capaz de desconectar después de algún tiempo esa "corriente de reposo".
Las unidades de control utilizadas en este tipo de encendido al igual que las utilizadas
en encendido con generador inductivo están construidos en técnica híbrida. Esto permite
agrupar en un solo elemento por ejemplo la bobina de encendido y la unidad de control
o la unidad de control junto con el distribuidor. Debido a la potencia de perdida que
aparece en la unidad de control y la bobina de encendido, es necesaria una refrigeración
suficiente y un buen contacto térmico con la carrocería. La unidad de control de este
sistema de encendido es similar al del generador de impulsos de inducción. La figura
inferior muestra su esquema eléctrico de conexiones, donde se aprecia que dispone de
tres etapas funcionales: la de potencia (6c) que incluye el transistor Darlington que
comanda el primario de la bobina de encendido, la etapa moduladora y amplificadora
(6b) de los impulsos y la etapa estabilizadora (6a) de la tensión.
El generador de impulsos se conecta en este caso con la unidad de control por medio de
tres hilos conductores (como se ve en el esquema de la figura), que permiten alimentar
de corriente el circuito Hall (bornes + y -) y transmitir las señales de mando a la unidad
de control (borne o).
37
En la figura inferior se presenta un esquema de encendido electrónico por transistores.
Consta de tres etapas que vienen determinadas por los bloques de captación de
impulsos, de preamplificación y de amplificación de potencia.
Su funcionamiento es el siguiente:
Cuando la rueda generadora de impulsos se encuentra en posición neutra, sin alimentar
la base de T1, ocurre que el transistor de potencia (T4) está pasante ya que la corriente
le llega a través de la resistencia R1 y le proporciona polarización positiva de base, con
lo que la corriente principal lo atraviesa desde +BAT a masa dando una buena
alimentación al arrollamiento primario de la bobina de encendido. Por otra parte, en el
circuito preamplificador, la entrada de corriente por la línea positiva +BAT alimenta la
base del transistor T2 a través de las resistencias R2 y R3. Esta polarización positiva de
la base permite el paso de la corriente desde R4 y R6 a masa. En estas condiciones el
condensador C1 se carga pero permanece inactivo mientras no haya cambio en el flujo
de la corriente principal de T2.
Cuando se percibe una señal procedente de la sonda del generador de impulsos que
circula hacia la base del transistor T1, polarizándolo positivamente a través de la
resistencia R8, este transistor se vuelve conductor y acapara el paso de la corriente
desde R2 hasta R5; la base de T2 se queda sin corriente y T2 se bloquea. Esta situación
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se hace sensible en C1, el cual sufre una descarga positiva que alimenta la base de T3.
Ello establece el paso de la corriente desde R1 a -BAT de modo que la base de T4 se
queda ahora polarizada negativamente. Como consecuencia de ello se bloquea T4 y la
corriente que alimentaba el arrollamiento primario de la bobina se queda sin corriente.
Es el momento de la inducción y del inmediato salto de la chispa en la bujía. Cuando el
impulso de base del transistor T1 cesa, se vuelve a la situación inicial y la bobina vuelve
a tener masa a través del transistor T4. Este ciclo se reproduce constantemente durante
el estado de funcionamiento del dispositivo.
En el segundo esquema inferior tenemos otro tipo de esquema para encendido
electrónico.
Encendido electrónico integral
Una vez mas el distribuidor evoluciona a la vez que se perfecciona el sistema de
encendido, esta vez desaparecen los elementos de corrección del avance del punto de
encendido ("regulador centrifugo" y "regulador de vació") y también el generador de
impulsos, a los que se sustituye por componentes electrónicos. El distribuidor en este
tipo de encendido se limita a distribuir, como su propio nombre indica, la alta tensión
procedente de la bobina a cada una de las bujías.
El tipo de sistema de encendido al que nos referimos ahora se le denomina: "encendido
electrónico integral" y sus particularidades con respecto a los sistemas de encendido
estudiados hasta ahora son el uso de:
- Un sensor de rpm del motor que sustituye al "regulador centrifugo" del distribuidor.
- Un sensor de presión que mide la presión de carga del motor y sustituye al "regulador
de vacío" del distribuidor.
39
Las ventajas de este sistema de encendido son:
- Posibilidad de adecuar mejor la regulación del encendido a las variadas e individuales
exigencias planteadas al motor.
- Posibilidad de incluir parámetros de control adicionales (por ejemplo: la temperatura
del motor).
- Buen comportamiento del arranque, mejor marcha en ralentí y menor consumo de
combustible.
- Recogida de una mayor cantidad de datos de funcionamiento.
- Viabilidad de la regulación antidetonante.
La ventaja de este encendido se aprecia claramente observando la cartografía de
encendido donde se aprecia los ángulos de encendido para cada una de las situaciones
de funcionamiento de un motor (arranque, aceleración, retención, ralentí y etc.). El
ángulo de encendido para un determinado punto de funcionamiento se elige teniendo en
cuenta diversos factores como el consumo de combustible, par motor, gases de escape
distancia al limite de detonación, temperatura del motor, aptitud funcional, etc. Por todo
lo expuesto hasta ahora se entiende que la cartografía de encendido de un sistema de
encendido electrónico integral es mucho más compleja que la cartografía de encendido
electrónico sin contactos que utiliza "regulador centrifugo" y de "vacío" en el
distribuidor.
Si además hubiese que representar la influencia de la temperatura, que normalmente no
es lineal, u otra función de corrección, seria necesaria para la descripción del ángulo de
encendido de un "encendido electrónico integral" una cartografía tetradimensional
imposible de ilustrar.
Funcionamiento
La señal entregada por el sensor de vacío se utiliza para el encendido como señal de
carga del motor. Mediante esta señal y la de rpm del motor se establece un campo
característico de ángulo de encendido tridimensional que permite en cada punto de
velocidad de giro y de carga (plano horizontal) programar el ángulo de encendido más
favorable para los gases de escape y el consumo de combustible (en el plano vertical).
En el conjunto de la cartografía de encendido existen, según las necesidades,
aproximadamente de 1000 a 4000 ángulos de encendido individuales.
Con la mariposa de gases cerrada, se elige la curva característica especial
ralenti/empuje. Para velocidades de giro del motor inferiores a la de ralentí inferiores a
la de ralentí nominal, se puede ajustar el ángulo de encendido en sentido de "avance",
para lograr una estabilización de marcha en ralentí mediante una elevación en el par
motor. En marcha por inercia (cuesta abajo) están programados ángulos de encendido
40
adecuados a los gases de escape y comportamiento de marcha. A plena carga, se elige la
línea de plena carga. Aquí, el mejor valor de encendido se programa teniendo en cuenta
el limite de detonación.
Para el proceso de arranque se pueden programar, en determinados sistemas, un
desarrollo del ángulo de encendido en función de la velocidad de giro y la temperatura
del motor, con independencia del campo característico del ángulo de encendido. De este
modo se puede lograr un mayor par motor en el arranque.
La regulación electrónica de encendido puede ir integrada junto a la gestión de
inyección de combustible (como se ve en el esquema inferior) formando un mismo
conjunto como ocurre en el sistema de inyección electrónica de gasolina denominado
"Motronic". Pero también puede ir la unidad de control de encendido de forma
independiente como se ve en el sistema de inyección electrónica denominado "LE2jetronic".
41
Para saber el nº de rpm del motor y la posición del cigüeñal se utiliza un generador de
impulsos del tipo "inductivo", que esta constituido por una corona dentada que va
acoplada al volante de inercia del motor y un captador magnético frente a ella. El
captador esta formado por un imán permanente, alrededor esta enrollada una bobina
donde se induce una tensión cada vez que pasa un diente de la corona dentada frente a
él. Como resultado se detecta la velocidad de rotación del motor. La corona dentada
dispone de un diente, y su correspondiente hueco, más ancho que los demás, situado 90º
antes de cada posición p.m.s. Cuando pasa este diente frente al captador la tensión que
se induce es mayor, lo que indica a la centralita electrónica que el pistón llegara al
p.m.s. 90º de giro después.
42
Para saber la carga del motor se utiliza un captador de depresión tiene la función de
transformar el valor de depresión que hay en el colector de admisión en una señal
eléctrica que será enviada e interpretada por la centralita electrónica. Su constitución es
parecido al utilizado en los distribuidores ("regulador de vació"), se diferencia en que su
forma de trabajar ahora se limita a mover un núcleo que se desplaza por el interior de la
bobina de un oscilador, cuya frecuencia eléctrica varia en función de la posición que
ocupe el núcleo con respecto a la bobina.
La señal del captador de depresión no da una medida exacta de la carga del motor para
esto es necesario saber la cantidad de masa de aire que entra en los cilindros
(caudalímetro) y esto en los motores de inyección electrónica de gasolina es un dato
conocido por lo que la señal de carga utilizada para la preparación de la mezcla puede
usarse también para el sistema de encendido.
además del sensor de rpm y del captador de depresión, el encendido electrónico integral
utiliza otros parámetros de funcionamiento del motor:
- Sensor de temperatura situado en el bloque motor para medir la temperatura de
funcionamiento del motor. Adicionalmente o en lugar de la temperatura del motor
puede captarse también la temperatura del aire de admisión a través de otro sensor
situado en el caudalímetro.
- Posición de la mariposa, mediante un interruptor de mariposa se suministra una señal
de conexión tanto de ralentí como a plena carga del motor (acelerador pisado a fondo).
- Tensión de la batería es una magnitud de corrección captada por la unidad de control.
- Captador de picado, aplicado a los sistemas de encendido mas sofisticados y que
explicamos mas adelante.
Unidad de control (encendido electrónico integral EZ)
Tal como muestra el esquema de bloques, el elemento principal de la unidad de control
para encendido electrónico es un microprocesador. Este contiene todos los datos,
incluido el campo característico (cartografía de encendido), así como los programas
para la captación de las magnitudes de entrada y el calculo de las magnitudes de salida.
Dado que los sensores suministran señales eléctricas que no son identificadas por el
microprocesador se necesitan de unos dispositivos que transformen dichas señales en
otras que puedan ser interpretadas por el microprocesador. Estos dispositivos son unos
circuitos formadores que transforman las señales de los sensores en señales digitales
definidas. Los sensores, por ejemplo: el de temperatura y presión suministran una señal
analógica. Esta señal es transformada en un convertidor analógico-digital y conducida al
microprocesador en forma digital.
43
Con el fin de que los datos del campo característico (cartografía de encendido) puedan
ser modificados hasta poco antes de ser introducidos en la fabricación en serie, hay
unidades de control dotadas de una memoria eléctricamente programable (EPROM).
La etapa de potencia de encendido: puede ir montada en la propia unidad de control
(como se ve en el esquema de bloques) o externamente, la mayoría de las veces en
combinación con la bobina de encendido. En el caso de una etapa de potencia de
encendido externa, generalmente la unidad de control de encendido va montada en el
habitáculo, y esto sucede también, aunque con poca frecuencia, en el caso de unidades
de control con etapa de potencia integrada.
Si las unidades de control con etapa de potencia integrada están en el compartimento
motor, necesitan un sistema de evacuación de calor eficaz. Esto se consigue gracias a la
aplicación de la técnica híbrida en la fabricación de los circuitos. Los elementos
semiconductores, y por tanto, la etapa de potencia, van montados directamente sobre el
cuerpo refrigerante que garantiza contacto térmico con la carrocería. Gracias a ello,
estos aparatos suelen soportar sin problemas temperaturas ambiente de hasta 100ºC. Los
aparatos híbridos tienen además la ventaja de ser pequeños y ligeros.
La unidad de control de encendido además de la señal de salida que gobierna la bobina
de encendido suministra otro tipo de salidas como la señal de velocidad de giro del
motor y las señales de estado de otras unidades de control como por ejemplo, la
inyección, señales de diagnostico, señales de conexión para el accionamiento de la
bomba de inyección o relés, etc.
Como hemos dicho anteriormente la unidad de control de encendido puede ir integrada
con la unidad de inyección de combustible formando un solo conjunto. La conjunción
de ambos sistemas forman el sistema al que el fabricante Bosch denomina "Motronic".
44
Una versión ampliada es la combinación del encendido electrónico con una "regulación
antidetonante". Esta combinación es la que se ofrece principalmente, ya que la
regulación en retardo del ángulo de encendido constituye la posibilidad de actuación
más rápida y de efectos más seguros para evitar la combustión detonante en el motor. La
regulación antidetonante se caracteriza por el uso de un captador de picado que se
instala cerca de las cámaras de combustión del motor, capaz de detectar en inicio de
picado. Cuando el par resistente es elevado (ejemplo: subiendo una pendiente) y la
velocidad del un motor es baja, un exceso de avance en el encendido tiende a producir
una detonación a destiempo denominada "picado" (ruido del cojinete de biela). Para
corregir este fenómeno es necesario reducir las prestaciones del motor adoptando una
curva de avance inferior
45
El captador de picado viene a ser un micrófono que genera una pequeña tensión
cuando el material piezoeléctrico del que esta construido sufre una deformación
provocada por la detonación de la mezcla en el interior del cilindro del motor.
a.- nivel de presión dentro del cilindro
b.- señal que recibe la ECU
c.- señal generada por el sensor de picado
Distribuidor de encendido
En los sistemas de encendido electrónico integral el
distribuidor suprime los reguladores mecánicos de
avance al encendido como era la cápsula de vació. El
distribuidor en este caso se limita a distribuir la alta
tensión generada en la bobina a cada una de las
bujías. En algunos casos como se ve en la figura el
distribuidor conserva el "generador de impulsos" de
"efecto Hall" cuya señal sirve a la centralita de
encendido para detectar en que posición se encuentra
cada uno de los cilindros del motor. Hay casos que el
generador de impulsos también se suprime del
distribuidor.
46
El sistema de encendido DIS (Direct Ignition System)
El sistema de encendido DIS (Direct Ignition System) también llamado: sistema de
encendido sin distribuidor (Distributorless Ignition System), se diferencia del sistema de
encendido tradicional en suprimir el distribuidor, con esto se consigue eliminar los
elementos mecánicos, siempre propensos a sufrir desgastes y averías.
Además la utilización del sistema DIS tiene las siguientes ventajas:
- Tiene un gran control sobre la generación de la chispa ya que hay mas tiempo para
que la bobina genere el suficiente campo magnético para hacer saltar la chispa que
inflame la mezcla. Esto reduce el numero de fallos de encendido a altas revoluciones
en los cilindros por no ser suficiente la calidad de la chispa que impide inflamar la
mezcla.
- Las interferencias eléctricas del distribuidor son eliminadas por lo que se mejora la
fiabilidad del funcionamiento del motor, las bobinas pueden ser colocadas cerca de las
bujías con lo que se reduce la longitud de los cables de alta tensión, incluso se llegan a
eliminar estos en algunos casos como ya veremos.
- Existe un margen mayor para el control del encendido, por lo que se puede jugar con
el avance al encendido con mayor precisión.
En un principio se utilizaron las bobinas dobles de encendido (figura de abajo) pero se
mantenían los cables de alta tensión como vemos en la figura (derecha). A este
encendido se le denomina: sistema de encendido sin distribuidor o también llamado
encendido "estático".
Esquema de un sistema de encendido sin distribuidor para un motor de 4 cilindros
47
Una evolución en el sistema DIS ha sido integrar en el mismo elemento la bobina de
encendido y la bujía (se eliminan los cables de alta tensión). A este sistema se le
denomina sistema de encendido directo o también conocido como encendido estático
integral, para diferenciarle del anterior aunque los dos eliminen el uso del distribuidor.
Esquema de un sistema de encendido directo para motor de 4 cilindros.
1.- Módulo de alta tensión
2.- Modulo de encendido, unidad electrónica.
3.- Captador posición-régimen.
4.- Captador de presión absoluta.
5.- Batería.
6.- Llave de contacto.
7.- Minibobina de encendido.
8.- Bujías.
48
Se diferencian dos modelos a la hora de implantar este ultimo sistema:
- Encendido independiente: utiliza una bobina por cada cilindro.
Sistema DIS implantado en un motor en "V" de 6 cilindros.
- Encendido simultáneo: utiliza una bobina por cada dos cilindros. La bobina forma
conjunto con una de las bujías y se conecta mediante un cable de alta tensión con la otra
bujía.
Sistema DIS implantado en un motor en "V" de 6 cilindros.
49
A este sistema de encendido se le denomina también de "chispa perdida" debido a que
salta la chispa en dos cilindros a la vez, por ejemplo, en un motor de 4 cilindros saltaría
la chispa en el cilindro nº 1 y 4 a la vez o nº 2 y 3 a la vez. En un motor de 6 cilindros la
chispa saltaría en los cilindros nº 1 y 4, 2 y 5 o 3 y 6. Al producirse la chispa en dos
cilindros a la vez, solo una de las chispas será aprovechada para provocar la combustión
de la mezcla, y será la que coincide con el cilindro que esta en la carrera de final de
"compresión", mientras que la otra chispa no se aprovecha debido a que se produce en
el cilindro que se encuentra en la carrera de final de "escape".
Gráfico de una secuencia de encendido en un sistema de encendido "simultáneo"
("chispa perdida").
Se ve por ejemplo: como salta chispa en el cilindro nº 2 y 5 a la vez, pero solo esta el
cilindro nº 5 en compresión.
Las bujías utilizadas en este sistema de encendido son de platino sus electrodos, por
tener como característica este material: su estabilidad en las distintas situaciones de
funcionamiento del motor.
El voltaje necesario para que salte la chispa entre los electrodos de la bujía depende de
la separación de los electrodos y de la presión reinante en el interior de los cilindros. Si
la separación de los electrodos esta reglada igual para todas las bujías entonces el
50
voltaje será proporcional a la presión reinante en los cilindros. La alta tensión de
encendido generada en la bobina se dividirá teniendo en cuenta la presión de los
cilindros. El cilindro que se encuentra en compresión necesitara mas tensión para que
salte la chispa que el cilindro que se encuentra en la carrera de escape. Esto es debido a
que el cilindro que se encuentra en la carrera de escape esta sometido a la presión
atmosférica por lo que necesita menos tensión para que salte la chispa. Si comparamos
un sistema de encendido DIS y uno tradicional con distribuidor tenemos que la alta
tensión necesaria para hacer saltar la chispa en la bujía prácticamente es la misma. La
tensión que se pierde en los contactos del rotor del distribuidor viene a ser la misma que
se pierde en hacer saltar la "chispa perdida" en el cilindro que se encuentra en la carrera
de escape de un sistema de encendido DIS.
En este sistema de encendido la corriente eléctrica hace que en una bujía la chispa salte
del electrodo central al electrodo de masa, y al mismo tiempo en la otra bujía la chispa
salta del electrodo de masa al electrodo central.
El "igniter" o modulo de encendido será diferente según el tipo de encendido,
siempre dentro del sistema DIS, y teniendo en cuenta que se trate de encendido:
"simultáneo"
Modulo de encendido: 1.- circuito prevención de bloqueo; 2.- circuito señal de salida
IGF;
3.- circuito detección de encendido; 4.- circuito prevención de sobrecorrientes.
"independiente".
51
Modulo de encendido:
1.- circuito de control de ángulo Dwell; 2.- circuito prevención de bloqueo; 3.- circuito
de salida señal IGF; 4.- circuito detección de encendido; 5.- control de corriente
constante.
Existe una evolución a los modelos de encendido estudiados anteriormente y es el que
integra la bobina y el modulo de encendido en el mismo conjunto.
Su esquema eléctrico representativo seria el siguiente:
Las bobinas de encendido utilizadas en el sistema DIS son diferentes según el tipo de
encendido para el que son aplicadas.
"simultáneo"
52
Las dos imágenes son el mismo tipo de bobina de
encendido, con la diferencia de que una es mas
alargada que la otra para satisfacer las distintas
características constructivas de los motores.
"independiente"
La bobina de este sistema de encendido utiliza un diodo de
alta tensión para un rápido corte del encendido en el bobinado
secundario.
Bobina y modulo de encendido integrados en el mimo conjunto.
Esta bobina tiene el modulo de encendido integrado
en su interior. Al conector de la bobina llegan 4 hilos
cuyas señales son:
- + Batería.
- IGT.
- IGF.
- Masa.
La ECU puede distinguir que bobina no esta operativa
cuando recibe la señal IGF. Entonces la ECU conoce
cuando cada cilindro debe ser encendido
El sistema DIS con encendido "independiente" tiene
la ventaja de una mayor fiabilidad y menos
53
probabilidad de fallos de encendido. El problema que tienen las bobinas integradas con
el modulo de encendido es que no es posible medir la resistencia de su bobinado
primario para hacer un diagnostico en el caso de que existan fallos en el encendido.
C) Elementos especiales.
El ruptor
El ruptor también llamado "platinos" es un contacto que corta o permite el paso de la
corriente eléctrica a través de la bobina. La apertura o cierre del ruptor es provocado por
una leva accionada por el eje del distribuidor, con el cual esta sincronizado para que la
apertura de contactos y salto de chispa se produzca a cada cilindro en el momento
oportuno. Los ruptores utilizados en la actualidad, pese a la calidad de sus materiales
(los contactos son de tungsteno), solamente soportan corrientes de hasta 5 A.
54
El ruptor en su funcionamiento provoca que salte
entre sus contactos un arco eléctrico que contribuye a
quemarlos, transfiriendo metal de un contacto a otro.
En la figura se ve la disgregación de los puntos de
contacto del ruptor; los iones positivos son extraídos
del contacto móvil (positivo) creando huecos y
depositando el material al contacto fijo (negativo)
formando protuberancias.
La forma de la leva es la de un polígono regular: cuadrada (para motor de 4 cilindros),
hexagonal ( para motor de 6 cilindros), octogonal (para motor de 8 cilindros), etc. con
sus vértices redondeados, los cuales según la forma de su vértice, determina el ángulo
de apertura y cierre de los contactos del ruptor. Como en cada revolución de leva (360º
de giro) tiene que abrir y cerrar los contactos del ruptor tantas veces como cilindros
tenga el motor, el numero de vértices de la leva estará en función del número de
cilindros, lo cual determina el ángulo disponible (*), durante el cual se debe efectuarse
un ciclo de funcionamiento de la bobina.
El ángulo disponible (*) es el resultado de dividir 360º entre el numero de cilindros del
motor. Para un motor de 4 cilindros tenemos un ángulo disponible (*) de 90º, este
ángulo a su vez se divide en dos ángulos:
- El ángulo de cierre es el determinado por el cierre de los contactos del ruptor.
- El ángulo de apertura es el determinado por la apertura de los contactos del ruptor.
Ambos ángulos están intimimamente
ligados en el funcionamiento del circuito
de encendido, ya que durante el tiempo
de cierre la corriente primaria esta
excitando el núcleo de la bobina para
crear el campo magnético inductor; por
lo tanto cuanto mayor es el tiempo de
cierre, mayor será la tensión que se
induce en el secundario de la bobina por
lo tanto mayor será la alta tensión que se
genera. Por otra parte, al ser menor el
tiempo de apertura, la variación de flujo es más rápida y, por tanto, también la alta
tensión generada en el secundario.
No obstante, estos ángulos guardan cierta relación en sus limites máximos, ya que, si un
ángulo de cierre es demasiado grande, el ángulo de apertura puede no ser suficiente
(teniendo en cuenta el numero de revoluciones del motor), para dar tiempo a que salte la
chispa entre los electrodos de la bujía.
55
Los valores de estos ángulos, en función del numero de cilindros y forma de la leva,
suelen estar comprendidos en estos valores aproximados:
8
Ángulo de
6
cierre
4
cilindros
=
valor
cilindros
=
aproximado :
cilindros =
8
cilindros
Ángulo de
6
cilindros
apertura
4 cilindros =
= 360/8
= 360/6
360/4
4
cilindros
Ángulo
6
cilindros
disponible
8 cilindros =
=
=
-
27º
38º
58º
27
38
32
=
=
=
18º
22º
32º
90º
60º
45º
Un valor a tener en cuenta que viene reflejado en las características del vehículo de los
manuales de reparación es el valor medio de tiempo de cierre de contactos conocido
como "Dwell". Se define como la fracción de tiempo en que los contactos del ruptor
permanecen
cerrados
con
respecto
al
ángulo
disponible
(*).
El valor "Dwell" depende del ángulo disponible (*) debido a que cuanto mayor numero
de cilindros tiene el motor, menor será el tiempo de cierre para los contactos del ruptor.
También depende de la distancia de separación de los contactos. Si la apertura es
excesiva, se retrasara el tiempo de cierre y una apertura escasa puede dar lugar a que
estos no se abran debido a la velocidad de los motores actuales.
Para finalizar el valor "Dwell" depende del nº de r.p.m. del motor, ya que a mayor nº de
revoluciones el tiempo disponible de apertura y cierre de contactos es menor.
56
Estos efectos indican la importancia que tiene un buen reglaje de platinos, cuya
separación debe oscilar entre 0,4 y 0,45 mm.
Un elemento que va siempre asociado con el ruptor es el condensador (en los
encendidos con ayuda electrónica se suprime). Al acoplar en paralelo el condensador
con los contactos del ruptor, la corriente inducida al abrirse los contactos no salta a
través de ellos, sino que será absorbida por el condensador para cargarse. A su vez
devuelve durante el periodo de cierre de los contactos la energía absorbida al circuito,
compensando la energía perdida durante la apertura de los contactos. Por tanto la misión
del condensador en el circuito de encendido es doble:
- Proteger los contactos del ruptor, absorbiendo el arco eléctrico que se forma durante la
apertura de los mismos.
- Al evitar el arco eléctrico, se consigue una mas rápida interrupción del circuito
primario de la bobina, con lo cual la tensión inducida en el secundario alcanza valores
mas elevados.
Otra cuestión a tener en cuenta para garantizar una larga vida a los contactos de ruptor,
viene relacionado con el valor de la capacidad del condensador. El valor de la capacidad
del condensador viene a ser del orden de 0,2 a 0,3 microfaradios. En el caso de poner un
condensador de mayor o menor capacidad de la preconizada por el fabricante, se notara
en la forma de disgregarse los contactos como se ve en la figura.
57
Reguladores de avance al encendido.
En teoría la chispa de encendido en un motor debe saltar cuando el cilindro llega al
p.m.s. en el final de la carrera de compresión, pero esto no pasa en la realidad, ya que,
desde que salta la chispa hasta que se produce la combustión de la mezcla pasa un
tiempo, si esta perdida de tiempo no la corregimos el motor bajara sus prestaciones
(perdida de potencia).
Un sistema de ajuste del avance se compone de tres elementos:
1.- Un avance fijo, resultado del calado inicial del dispositivo de reparto de chispa que
debe ser capaz de mantener el régimen de ralentí.
2.- Un avance variable dependiendo de la velocidad de giro del motor y aumentando
con el incremento del régimen pero no proporcionalmente.
3.- Una corrección de este avance en función de la carga soportada por el motor: esta
corrección es positiva si la carga disminuye, pero puede ser negativa para evitar la
contaminación en ralentí o en caso de utilización del freno motor.
Para conseguir que el ángulo varié en función del nº de revoluciones se utiliza un
"regulador centrifugo" que va en el interior del distribuidor. La regulación del punto de
encendido no solo depende de nº de revoluciones del motor, sino que también depende
de la carga o llenado de sus cilindros, es decir, de que este mas o menos pisado el
acelerador. Para corregir este problema se utiliza el "regulador de vació".
Los dispositivos de avance al encendido se construyen de tal manera, que en un
determinado motor se obtenga el punto de encendido más adecuado para cada numero
de revoluciones y cada valor de carga. El ajuste más favorable significa conseguir la
mayor potencia posible del motor con un reducido consumo de combustible, sin que
llegue a aparecer el picado (avance excesivo) y los gases se quemen bien en el cilindro,
reduciendo la emisión de gases contaminantes
por el escape. Se obtienen así una serie de
valores del punto de encendido, en función del
régimen y la carga, que se representan
mediante gráficas.
La combinación de las curvas de avance de
58
encendido (dispositivo centrifugo, dispositivo por depresión) nos da como resultado el
avance más adecuado para las diferentes condiciones de funcionamiento del motor. Un
motor funciona a plenas cargas, cuando el conductor pisa a fondo el acelerador, por
ejemplo cuando se esta subiendo una pendiente. En estas condiciones, la variación del
avance se efectúa por el sistemas centrifugo. Por el contrario, un motor funciona a carga
parcial, cuando el pedal del acelerador no esta pisado a fondo, por ejemplo, cuando el
vehículo circula a velocidad moderada por terreno llano. En estas condiciones, el
sistema de depresión da un cierto avance que se suma al aportado por el sistema
centrifugo.
Regulador centrífugo
El diseño de estos reguladores puede ser distinto de unos fabricantes a otros pero el
funcionamiento siempre se basa en los mismos principios. Este dispositivo consta de
dos masas excéntricas que pueden moverse sobre un plato porta-masas. Estas masas que
giran sobre unos pivotes (tetones o centradores) y se unen a la leva por medio de unos
muelles. Todo este conjunto se mueve impulsado por el eje del distribuidor. Con el
motor girando a ralentí, los muelles mantienen los contrapesos en reposo; pero a medida
que el motor coge revoluciones, la fuerza centrifuga hace desplazar los contrapesos
hacia el exterior lo que provoca el giro del manguito de leva un cierto ángulo en el
mismo sentido de giro del distribuidor, lo cual supone que la leva comience a abrir los
contactos del ruptor unos grados antes que en la posición de reposo (ralentí o bajas
revoluciones del motor). El valor de ángulo máximo al que se puede llegar es de 30º
medidos en el cigüeñal.
59
El avance centrifugo varia el punto de encendido en función del numero de revoluciones
del motor, actuando sobre la leva del ruptor, a la que adelanta en su sentido de giro. Para
realizar esta función el eje del distribuidor (A) arrastra el plato porta-masas (B), sobre el
que se acoplan los contrapesos o masas que pueden girar sobre los tetones (C). En el
extremo del eje solidario (D) del plato porta-masas, encaja la leva (F). Los muelles (E)
se fijan entre los salientes (G) del plato y los salientes de los contrapesos (H), tendiendo
en todo momento a mantenerlos próximos entre sí. En los propios contrapesos se acopla
el plato (I) de la leva, en cuyas ventanas (J) encajan los tetones (K) de los contrapesos,
quedando así quedando así el conjunto ensamblado. En su giro, el eje arrastra el plato,
que a su vez obliga a girar a todo el conjunto. Cuando la velocidad de rotación es
grande, los contrapesos se separan empujando al conjunto de leva, que se adelanta en su
propio sentido de giro, con cuya acción se consigue que comiencen a abrirse un poco
antes los contactos del ruptor, lo que supone un avance de encendido. Los muelles se
oponen a este movimiento y las tensiones de los mismos son diferentes de modo que el
avance resulte progresivo.
El comienzo de la variación de avance en la gama de bajas revoluciones del motor y la
variación posterior, están determinados por el tamaño de los contrapesos y por la fuerza
de los muelles. El final, por unos topes que le impiden abrirse mas a los contrapesos.
Para lograr una curva de avance progresiva, los muelles de los contrapesos tienen
distinta fuerza. El que presenta mas fuerza tiene una cierta holgura en su fijación para
los bajos regímenes, la acción de la fuerza centrifuga se ejerce solamente sobre el
muelle débil hasta absorber la holgura de montaje del muelle fuerte. La resistencia que
presente este muelle débil al movimiento de los contrapesos da lugar a una curva con
una pendiente característica y, a partir de un determinado régimen, cuando se ha llegado
a absorber totalmente la holgura de montaje del muelle fuerte, entra el segundo muelle
en acción, siendo precisa una mayor fuerza centrifuga para vencer su fuerza, lo que da
lugar a una curva de avance con una pendiente distinta
60
Regulador de vació (depresión)
El avance por vacío varía el punto de encendido en función de la carga del motor,
actuando sobre el plato porta-ruptor, al cual hace girar en sentido contrario al giro de la
leva. Como en este plato se montan los contactos del ruptor, este movimiento supone
que dichos contactos comiencen a abrirse antes, proporcionándole un avance al
encendido.
Esta constituido por dos semicamaras separadas por una membrana elástica (B) que se
mantiene en su posición de reposo por la acción de un muelle (C). La cámara se
comunica con la atmósfera y la otra por medio de un tubo (D) con el carburador por
debajo de la mariposa de gases. A la membrana se le une una varilla o bieleta (A) que
mueve el plato porta-ruptor.
El principio de corrección de avance por vacío (depresión) se puede ver en la siguiente
figura:
61
En la figura podemos ver como el plato porta-ruptor se une a la bieleta (A), que por su
extremo opuesto va fijada a la membrana (B) de una cápsula de vacío, que es mantenida
en posición por el muelle (C). Cuando el grado de vacío en el colector de admisión (que
esta unido a la cápsula de vacío por racor D mediante un tubo) es grande, tira de la
membrana hacia la derecha y, por medio de la biela, se hace girar un cierto ángulo al
plato porta-ruptor, en sentido
contrario al giro de la leva,
obteniéndose un avance del
encendido.
La membrana de la cápsula se
adapta en cada caso a la
depresión reinante en el colector
de admisión, gracias a la acción
del muelle (C). La superficie de
la membrana, la fuerza del
muelle y la rigidez del mismo,
establecen el avance conveniente
para cada una de las condiciones
de carga del motor. El margen de
variación lo limitan unos topes
dispuestos en la bieleta de
mando.
Con el motor funcionando a ralentí, el regulador de vació no actúa. A medida que se
pisa el acelerador y el motor va cogiendo revoluciones, la aspiración es mas fuerte, con
lo que el grado de vació en el regulador hace que aumente la depresión en la cámara de
la cápsula y por lo tanto la presión atmosférica acciona sobre la otra cara de la
membrana tirando del disco del "regulador centrifugo" por medio de la varilla en
sentido contrario de la rotación de la leva, produciendo el avance del encendido
compensado con el regulador centrifugo y sincronizado con el.
La variación para el avance en vacío se utiliza también en algunos casos para depurar
los gases de escape, lo cual requiere una variación del punto de encendido en dirección
hacia "retardo". En este caso el dispositivo de avance estudiado antes no sirve ya que en
este caso se necesita una segunda cápsula de vacío llamada de "retardo" que se
encuentra integrada junto a la cápsula de "avance" y en combinación con ella. La
cápsula de "retardo" se conecta mediante un tubo al colector de admisión por debajo de
la mariposa de gases, mientras que la de "avance" se conecta por encima de la mariposa.
La bieleta (12) que mueve el plato porta-ruptor (2) se une por el otro extremo a la
membrana principal (9) de la cápsula de "avance" (5) y presionada por el "muelle 1"
(10), quedando ensamblado por la membrana secundaria (3), que esta a su vez
presionada por el "muelle 2" (11), de manera que pueda ser arrastrado por ella hacia la
izquierda, mientras que se permite su movimiento libre hacia la derecha cuando sea
arrastrado por la membrana primaria (9).
62
Con la mariposa de gases cerrada, el motor gira al ralentí, en cuyo momento puede
resultar conveniente un cierto retardo de encendido, con el que se logra una combustión
mas completa y se reducen las emisiones de hidrocarburos. En estas condiciones a la
cápsula de retardo hay aplicada mas depresión que a la de avance, tirando hacia la
izquierda de la bieleta de mando y provocando un retardo del encendido. Con la
mariposa de gases ligeramente abierta, el vacío en la cápsula de "avance" es alta, lo que
motiva que la membrana primaria se desplace hacia la derecha, tirando de la bieleta y
suministrando un cierto avance. Al mismo tiempo, el vacío en la cápsula de "retardo"
puede ser también alto, desplazándose a la izquierda la membrana secundaria, lo cual no
afecta el avance, puesto que no está conectado directamente a la biela de mando.
Con la mariposa totalmente abierta, el vacío en ambas cápsulas es bajo y las respectivas
membranas se mantienen en posición de reposo. Estas son las condiciones de
funcionamiento del motor a plenos gases, en las que no es necesaria ninguna corrección
del avance centrifugo. Vemos pues, que el sistema de avance de vacío con doble cápsula
perfecciona el funcionamiento del motor en la marcha a ralentí, o cuando se efectúan
retenciones, condiciones ambas en las que es conveniente un cierto retardo del
encendido, que en los casos de retenciones bruscas (por ejemplo bajadas de pendientes),
evita el característico "petardeo" del motor.
El ángulo máximo de avance del regulador de vació suele ser como máximo de 10º a
12º medidos en el volante motor (cigüeñal).
63
2. Elementos comunes que lo componen.
A) Sistema eléctrico (cableado).
Todos los elementos que forman parte del sistema de encendido deben estar
comunicados eléctricamente hablando, por lo que el automóvil debe contar con una red
de cables que lleven a cabo esta misión. Además dichos cables estarán calculados
acorde con su misión, es decir, que su sección y extremos estarán preparados para ella.
Algo a tener en cuenta en este aspecto es que solamente existen cables de ida y no de
vuelta, ya que el motor realiza frecuentemente de masa; exceptuando cuando esto pueda
resultar peligroso.
B) Sistema de carga (alternador y dinamo).
El alternador igual que la antigua dinamo,
es un generador de corriente eléctrica que
transforma la energía mecánica que recibe
en su eje en energía eléctrica que sirve
además de cargar la batería, para
proporcionar corriente eléctrica a los
distintos consumidores del vehículo como
son el: el sistema de alimentación de
combustible, el sistema de encendido, las
luces, los limpias etc.
El alternador sustituyó a la dinamo debido
a que esta ultima tenia unas limitaciones
que se vieron agravadas a medida que se
instalaban más accesorios eléctricos en el
automóvil y se utilizaba el automóvil para
trayectos urbanos con las consecuencias
sabidas (circulación lenta y frecuentes paradas). La dinamo presentaba problemas tanto
en bajas como en altas revoluciones del motor; en bajas revoluciones necesita casi 1500
r.p.m. para empezar a generar energía, como consecuencia con el motor a ralentí no
generaba corriente eléctrica; una solución era hacer girar a mas revoluciones mediante
una transmisión con mayor multiplicación pero esto tiene el inconveniente de: que a
altas revoluciones la dinamo tiene la limitación que le supone el uso de escobillas y
colector.
Para elegir el alternador adecuado para cada vehículo hay que tener en cuenta una serie
de factores como son:
- La capacidad de la batería (amperios/hora).
- Los consumidores eléctricos del vehículo.
- Las condiciones de circulación (carretera/ciudad, paradas frecuentes).
Los fabricantes de vehículos determinan el tamaño del alternador teniendo en cuenta los
factores expuestos anteriormente y sabiendo que en cualquier situación el alternador
debe suministrar suficiente energía eléctrica para alimentar a los consumidores y para
cargar la batería, garantizando que el coche vuelva a arrancar la próxima vez que se le
solicite sin problemas.
64
Si la demanda de energía es elevada. Por ejemplo por haber incorporado en el vehículo
diversos consumidores adicionales, puede resultar conveniente sustituir el alternador
previsto de serie por otro de mayor potencia, sobre todo cuando el vehículo circula
preferente en ciudad, con recorridos cortos y frecuentes paradas. En este caso, es
conveniente verificar el consumo de todos los aparatos eléctricos instalados y sus
tiempos medios de utilización, al tiempo que se valora el tipo de circulación del
vehículo (carretera o ciudad). En general el balance energético del alternador se realiza
sumando la potencia eléctrica de todos los consumidores para determinar
posteriormente, con ayuda de unas tablas la intensidad nominal mínima necesaria.
Como ejemplo diremos que se determina a través de esta tabla aproximadamente que la
intensidad del alternador será una décima parte de la suma de potencias de todos los
consumidores. Por eso tenemos, si en una determinada aplicación la suma de
consumidores es igual a 500 W. la intensidad nominal del alternador necesario debe ser
de 50 A.
El regulador de tensión hasta los años 80 venia
separado del alternador (como se ve en el circuito
de la figura del inicio de la pagina). Estaba
constituido por dos o tres elementos electromagnéticos según los casos, era voluminoso y más
propenso a las averías que los pequeños reguladores
de tensión electrónicos utilizados después de los
años 80 hasta hoy en día. Son reguladores
electrónicos de pequeño tamaño y que van
acoplados a la carcasa del alternador como se ve en
la figura de la derecha.
Los reguladores electrónicos
tienen menos averías debido a
que carecen de elementos
mecánicos, sometidos siempre a
desgastes y dilataciones. Los
reguladores electrónicos no
tienen arreglo, si se estropean se
sustituyen por otro nuevo.
65
Curva característica del alternador
La intensidad de corriente que puede proporcionar un alternador girando a distintas
revoluciones a que es sometido por parte del motor de combustión, se representa
generalmente por medio de curvas características que están en función del régimen de
giro, las cuales están referidas siempre a una temperatura definida y una tensión
constante. En estas curvas se destacan algunos puntos que son de particular importancia
en cuanto a las características del alternador.
no: Es la velocidad de rotación (aprox. 1000 rpm) a la que el alternador alcanza la
tensión nominal sin suministrar corriente.
nL: Velocidad de rotación del alternador cuando el motor de combustión alcanza el
régimen de ralentí. En el diagrama de la curva se representa como una zona, ya que el
valor exacto depende cual sea la relación de desmultiplicación fijada respecto con el
motor de combustión.
A esta velocidad, el alternador debe suministrar como mínimo la corriente necesaria
para los consumidores de conexión prolongada, El correspondiente valor se indica en la
designación de tipo del alternador.
La velocidad (nL) suele estar comprendida entre 1500 y 1800 r.p.m. según sea el tipo de
alternador.
IL: Es la intensidad que suministra el alternador al ralentí.
nN: La velocidad de rotación nominal, a la que el alternador entrega su corriente
nominal, esta establecida en nN = 6000 rpm. La corriente nominal debería ser superior a
la que requiere la potencia conjunta de todos los consumidores eléctricos. Esta corriente
se indica también en la designación de tipo.
66
IN: Es la intensidad nominal que suministra el alternador a la velocidad de rotación
nominal.
nmax: Es la velocidad de rotación máxima del alternador que se ve limitada por los
rodamientos, escobillas y anillos colectores, así como por el ventilador. Esta velocidad
según sea el tipo de alternador utilizado va desde las 8000 r.p.m. (vehículos
industriales) hasta las 20.000 r.p.m. (automóviles).
Imax: Es la intensidad que proporciona el alternador a la velocidad de rotación máxima
nA: Es la velocidad de rotación inicial. A esta velocidad, el alternador comienza a
entregar corriente cuando aumenta por primera vez la velocidad de rotación. La
velocidad inicial es superior a la velocidad de ralentí. Y depende de la potencia de
excitación previa, de la remanencia del rotor, de la tensión de la batería y de la rapidez
de variación de la velocidad de rotación.
Curva característica de la potencia de accionamiento (P1)
Esta curva es decisiva para el calculo de la correa de accionamiento, ya que proporciona
información sobre cuanta potencia debe proporcionar como máximo el motor del
vehículo para accionar el alternador a una velocidad de rotación determinada. Además,
a partir de la potencia de accionamiento y de la potencia entregada, puede determinar el
grado de rendimiento de un alternador. El ejemplo de la gráfica muestra que la curva
característica de la potencia de accionamiento, tras un recorrido plano en el margen
medio de revoluciones, asciende de nuevo considerablemente al alcanzarse mayores
velocidades de giro.
Los alternadores son maquinas sincronas trifásicas que en principio generan corriente
alterna, como se sabe el automóvil funciona con corriente continua, para solucionar este
inconveniente se incorpora un puente de diodos en el alternador que tiene como misión
convertir la corriente alterna en corriente continua. Además el alternador debe ir
acompañado de un regulador de tensión que se encargara de estabilizar la tensión que
proporciona en un valor fijo que será de 14V, para turismos y 28V. para vehículos
industriales.
Las características esenciales del alternador trifásico son las siguientes:¨
- Entrega de potencia incluso en ralentí.
- Los diodos además de convertir la corriente alterna en corriente continua, evitan que la
tensión de la batería se descargue a través del alternador cuando el motor esta parado o
el alternador no genera corriente (avería).
- Mayor aprovechamiento eléctrico (es decir, a
igualdad de potencia, los alternadores son más
ligeros que las dinamos).
- Larga duración (los alternadores de turismos
presentan una vida útil a la del motor del
vehículo; hasta 150.000 km, por lo que no
requieren mantenimiento durante ese tiempo).
- Los alternadores más resistentes para vehículos
industriales, se fabrican en versiones sin anillos
colectores,
bien
sea
con
posibilidades
67
relubricación o provistos de cojinetes con cámaras con reserva de grasa.
- Son insensibles a influencias externas tales como altas temperaturas, humedad,
suciedad u vibraciones.
- Pueden funcionar en ambos sentidos de giro sin requerir medidas especiales, siempre
que la forma del ventilador que lo refrigera, sea adecuado al sentido de giro
correspondiente.
El alternador debido a su forma constructiva en el que las bobinas inducidas
permanecen estáticas formando parte del estator, siendo el campo inductor el que se
mueve con el rotor, alimentado con corriente continua procedente del mismo generador
a través de dos anillos rozantes situados en el eje de rotor. Esta disposición de los
elementos del alternador proporciona grandes ventajas tal como poder girar a grandes
revoluciones sin deterioro de sus partes móviles, además de entregar un tercio de su
potencia nominal con el motor girando al ralentí. Y proporcionando su potencia nominal
a un régimen de motor reducido; esto permite alimentar todos los servicios instalados en
el vehículo, aun en condiciones adversas, quedando la batería como elemento reservado
para la puesta en marcha del mismo, y encontrándose siempre con carga suficiente para
una buena prestación de servicio.
El rendimiento del alternador aumenta con la velocidad de giro del motor; por eso debe
procurarse que la relación de desmultiplicación entre el cigüeñal del motor y el
alternador sea lo mas alta posible. En el sector de turismos, los valores típicos están
entre 1:2 y 1:3 (por cada vuelta del cigüeñal, da dos vueltas del alternador); en el sector
de vehículos industriales llegan hasta 1:5.
Tipos de alternadores
Para la selección del alternador son determinantes, principalmente:
- La tensión del alternador (14 V/28 V).
- La entrega de potencia (V x I) posible en todo el margen de revoluciones.
- La corriente máxima
De acuerdo con estos datos se determinan el dimensionado eléctrico y el tamaño
requerido por el alternador.
Alternadores de polos intercalados con anillos colectores
A esta clasificación pertenecen la mayoría de los alternadores vistos en la tabla menos el
monoblioc y el Estándar. La construcción de estos alternadores (polos intercalados con
anillos rozantes) hacen del mismo un conjunto compacto con características de
potencias favorables y reducido peso. Su aplicación abarca una amplia gama de
posibilidades. Estos alternadores son especialmente apropiados para turismos, vehículos
industriales, tractores, etc. La versión de mayor potencia esta destinada a vehículos con
gran demanda de corriente (p. ejem. autobuses).
Características
La relación longitud/diámetro elegida permite conseguir máxima potencia con escasa
demanda de material. De ello se deriva la forma achatada típica de este alternador, de
gran diámetro y poca longitud. Esta forma permite además una buena disipación de
calor. La denominación de "alternador de polos intercalados" proviene de la forma de
68
los polos magnéticos. El árbol del rotor lleva las dos mitades de rueda polar con
polaridad opuesta. Cada mitad va provista de polos en forma de garras engarzados entre
sí formando alternativamente los polos norte y sur. De ese modo recubren el devanado
de excitación, en forma de bobina anular, dispuesto sobre el núcleo polar. El numero de
polos realizable tiene un limite. Un numero de polos pequeño determinaría un
rendimiento insuficiente de la maquina, mientras que un numero demasiado grande
haría aumentar excesivamente las perdidas magnéticas por fugas, Por esta razón, estos
alternadores se construyen, según el margen de potencia, con 12 ó 16 polos.
Alternadores compactos
Aplicación
Están
destinados
a
turismos
con
gran
demanda
de
potencia
Son especialmente apropiados para los modernos motores de vehículos con régimen de
ralentí. reducido. La velocidad de giro máxima aumentada del altenador (20.000 r.p.m.
durante breve tiempo) permite una mayor desmultiplicación, por lo que estos
alternadores pueden entregar hasta un 25% mas de potencia con una misma velocidad
de giro del motor que los alternadores del tipo monobloc.
Estructura
Los alternadores compactos son
alternadores
trifásicos
autoexcitados, de 12 polos, con
rotor sincrono de garras polares,
anillos colectores pequeños y
diodos de potencia Zenner, con
doble flujo de ventilación. En el
estator se encuentra el devanado
trifásico con 12 polos y en el rotor
el sistema de excitación con el
mismo numero de polos. Dos
ventiladores interiores refrigeran el
alternador desde las carcasas
frontales. Esto reduce el ruido de
la ventilación y permite una mayor
libertad de elección del punto de
montaje
en
el
motor.
Los anillos colectores presentan un
69
diámetro sensiblemente menor, con lo cual disminuye también la velocidad periférica de
los mismos. Con ello disminuye el desgaste, tanto de la superficie de los anillos
colectores como de las escobillas, gracias a lo cual la vida útil del alternador ya no esta
determinada por el desgaste de estas . El regulador electrónico de tensión esta integrado
en el portaescobillas.
Un revestimiento de plástico protege de la corrosión al rectificador, realizado en versión
estratificada, con diodos Zenner. Los diodos Zenner ofrecen una protección adicional
contra sobretensiones y picos de tensión.
Alternadores compactos de segunda generación
La segunda generación de alternadores compactos para turismos y vehículos industriales
es una versión perfeccionada del alternador compacto, con mayor vida útil, menores
dimensiones, peso más reducido y potencia inicial aumentada. La serie se compone de
seis tamaños constructivos con 14 V de tensión nominal y tres tamaños con una tensión
nominal de 28 V. El estrecho escalonamiento permite una optima adaptación a la
demanda de potencia y al espacio disponible en el compartimento motor de los
automóviles modernos.
Estructura
La estructura fundamental de la serie constructiva B no se diferencia de la de un
alternador compacto convencional. Una nueva ejecución del rectificador (puente de
diodos) permite un mayor caudal de aire con lo que se mejora la refrigeración. Además
estos alternadores están equipados con un regulador de tensión multifuncional que
explicaremos mas adelante.
Alternadores monobloc
Aplicación
El extenso numero de modelos de alternadores trifásicos en versión monobloc permite
utilizarlos en turismos y vehículos industriales, aunque los turismos se equipan cada vez
mas con alternadores compactos.
Estructura
Los alternadores de la versión monobloc tiene un funcionamiento igual al de los
alternadores compactos. Los monobloc son alternadores trifásicos con un solo flujo de
ventilación, autoexcitados, de 12 polos. En las chapas de refrigeración de la tapa de
anillos colectores van montados a presión 6 diodos de potencia para la rectificación de
la tensión del alternador. En la mayoría de las versiones, el regulador electrónico de
tensión va montado formando una unidad con el portaescobillas, directamente en la cara
frontal de la tapa de anillos colectores.
Para condiciones de utilización especiales, los alternadores están provistos del siguiente
equipamiento:
- A través de un adaptador de conexión de tubos flexibles se aspira aire fresco por un
manguito si la temperatura ambiente es muy elevada.
- La velocidad máxima de giro puede aumentar hasta 18.000 r.p.m.
70
- Para condiciones de montaje muy desfavorables existe una protección especial contra
la corrosión.
- Para la protección de componentes sensibles a los picos de tensión en caso de
desconexión repentina de la carga y funcionamiento sin batería, se utilizan diodos de
potencia Zenner para la rectificación
Alternadores monobloc II
Estos alternadores están previstos para vehículos con elevado consumo de corriente,
sobre todo para autobuses. Los autobuses urbanos requieren una elevada entrega de
potencia dentro de un margen amplio de revoluciones, que abarca también el ralentí. del
motor. El funcionamiento es idéntico al de los alternadores de la versión monobloc.
Estructura
Estos alternadores trifásicos con un solo flujo de ventilación, autoexcitados y de 16
polos, con diodos rectificadores incorporados y anillos colectores encapsulados. En el
estator va alojado el devanado trifásico, y en el rotor, el sistema de excitación.
Los alternadores II versión de brazo giratorio, con brazo de fijación hacia la izquierda o
a la derecha, para fijación elástica o rígida. Rodamientos especialmente anchos con
grandes reservas de grasa, permiten largos tiempos de utilización y mantenimiento. Los
alternadores están refrigerados por ventiladores independientes del sentido de giro y
protegidos en invierno contra las salpicaduras de agua dulce y agua con sal mediante
medidas anticorrosión especiales. En caso de funcionamiento en condiciones extremas
(calor y polvo) puede aspirarse aire fresco, seco y exento de polvo, a través de un
adaptador y un tubo flexible dispuesto con ese fin.
Dentro de los alternadores T1 tenemos una versión especial que es el DT1 se trata de un
doble alternador que sirve para satisfacer las mayores demandas de potencia que se dan
en los autobuses actuales. El DT1 se trata de un doble alternador que se compone de dos
71
alternadores de la serie constructiva T1, acoplados eléctrica y mecánicamente en una
carcasa común.
El regulador electrónico de tensión esta montado en el alternador. Las escobillas y los
anillos colectores se encuentran dentro de una cámara de anillos colectores protegida
contra el polvo. Una resistencia de 100 ohmios entre D+ y D-, hace que se encienda la
lámpara de control del alternador en caso de interrupción del campo.
Alternadores de polos individuales con anillos colectores
Se utilizan preferentemente para vehículos grandes con gran demanda de corriente (>
100 A) y tensiones de batería de 24 V. Son especialmente apropiados, por lo tanto, para
autobuses, vehículos sobre raíles, embarcaciones y grandes vehículos especiales.
Se trata de un alternador de 4 polos autoexcitado. En cada vuelta del rotor tienen lugar
cuatro pasos polares, induciéndose cuatro semiondas por devanado. Es decir, para tres
fases, 4 x 3 = 12 semiondas por vuelta.
Estructura
La disposición del devanado estatórico
trifásico y la variación de corriente son
idénticas a las del alternador de polos
intercalados. Sin embargo, el rotor de
este tipo básico del alternador difiere
del sistema del rotor de garras polares.
El rotor de garras presenta un
devanado de excitación central que actúa conjuntamente para todos los polos. El de
polos individuales, por el contrario, lleva cuatro o seis polos individuales a los que esta
aplicado
directamente
el
devanado
de
excitación.
Cada uno de estos bobinados esta individualmente. La forma característica del rotor
72
determina la forma cilíndrica alargada del alternador de polos individuales. En la
carcasa cilíndrica del alternador esta dispuesto el estator con el devanado estatórico
trifásico. La carcasa esta cerrada por una tapa de anillos colectores y una tapa de
cojinete de accionamiento. El rotor de polos individuales alojado en el interior lleva el
devanado de excitación. La corriente de excitación se conduce a través de los anillos
colectores y las escobillas. El rectificador y el regulador son componentes externo que
se montan separados del alternador en un lugar protegido contra el calor del motor, la
humedad y la suciedad. La conexión entre el alternador y el regulador se realiza
mediante el juego de cables de seis conductores.
Gracias al encapsulamiento de los anillos colectores y a un rodamiento de bolas con
cámara de grasa ampliada, este alternador es apropiado para funcionar largo tiempo
ininterrumpidamente.
Alternadores con rotor-guía sin anillos colectores
Las únicas piezas sujetas a desgaste de estos alternadores son los rodamientos. Se
utilizan en los transportes donde la larga
duración sea un factor decisivo (maquinaria de
construcción, camiones para largos recorridos y
vehículos especiales para grandes esfuerzos. La
importancia de los alternadores de rotor-guía
estriba en que permiten recorrer distancias
extremadamente grandes en condiciones
difíciles. Su principio constructivo se basa en la
idea de emplear en el alternador el menor
numero de piezas posibles sometidas a desgaste,
para conseguir así prolongados tiempos de
servicio sin mantenimiento. Este alternador esta prácticamente exento de
mantenimiento.
73
Funcionamiento y estructura
El alternador se autoexcita por medio del devanado de excitación fijo situado sobre el
polo interior. Como la remanencia es lo suficientemente grande, no es necesaria la
preexcitación del alternador. El campo de excitación magnetiza los dedos polares,
dispuestos alternadamente, del rotor-guía giratorio. El campo magnético giratorio de
estos polos induce a su vez una tensión alterna trifásica en el devanado estatórico. El
flujo magnético discurre desde el núcleo polar del rotor giratorio a través del polo
interior fijo hasta la pieza guía, y luego a través de sus polos hasta el paquete del estator
fijo. A través de la mitad de las garras de polos intercalados, de polaridad opuesta se
cierra el circuito magnético en el núcleo del polar del rotor. Al contrario que en el rotor
de anillos colectores, el flujo magnético debe superar dos entrehierros adicionales entre
la rueda polar giratoria y el polo interior fijo.
Normalmente, además de la carcasa con el paquete del estator, las chapas de
refrigeración con los diodos de potencia y el regulador transistorizado de montaje
adosado, pertenecen también a la parte fija de la maquina el polo interior con el
devanado de excitación. La parte giratoria consta únicamente del rotor con la rueda
polar y su pieza guía. Seis dedos polares de igual polaridad forman respectivamente una
corona polar como polos norte y sur.
Las dos coronas, como mitades por polos en forma de garras, se mantienen juntas
mediante un anillo no magnético dispuesto bajo los polos, engarzados entre sí.
Alternador compacto de refrigeración liquida
El ventilador necesario para la refrigeración es la causa determinante del ruido del flujo
en los alternadores refrigerados por aire. Una reducción considerable del ruido con una
entrega de corriente mayor solo puede lograrse con un alternador de refrigeración
liquida, para cuya refrigeración se utiliza el liquido refrigerante del motor.
En los vehículos modernos de clase media y superior, la utilización de un alternador
totalmente encapsulado y de refrigeración liquida es hasta ahora la única posibilidad de
reducir la rumorosidad en el vehículo. La insonorización de la envoltura del liquido
refrigerante actúa sobre todo a altas revoluciones, régimen en el que es especialmente
74
acusado el ruido de flujo de los alternadores refrigerados por aire.
El calor disipado del alternador bajo la correspondiente carga del mismo (p. ejem.
mediante resistencias calefactoras en la entrada de aire al habitáculo) favorece el
calentamiento del agua refrigerante durante la fase de calentamiento, lo cual luego
contribuye sobre todo en los modernos motores Diesel con grado de rendimiento
optimizado, a reducir la fase de calentamiento del motor y el rápido calentamiento del
habitáculo.
Estructura
El alternador totalmente encapsulado esta ejecutado con un rotor-guía sin anillos
colectores, porque en un sistema de escobillas y anillos colectores no ofrecería una vida
útil
suficiente
debido
a
las
altas
temperaturas
del
interior.
El alternador esta fijado
en una carcasa de
inserción. La envoltura
de liquido refrigerante
entre la carcasa del
alternador y la carcasa
del alternador y la
carcasa de inserción
esta en comunicación
con el circuito de
refrigeración del motor.
Todas las fuentes de
perdidas
esenciales
(estator, semiconductor
de potencia, regulador y
devanado de excitación
fijo) están acoplados a
la
carcasa
del
alternador de forma que pueda producirse una buena condición del calor. Las
conexiones eléctricas se encuentran en el lado de accionamiento.
Comprobaciones en el alternador y regulador de tensión
Comprobaciones en el alternador
Antes de comprobar cada elemento del alternador de forma individual, deberá
efectuarse una limpieza de los mismos, eliminando la grasa, polvo y barro sin usar
disolventes simplemente frotándolo con un trapo. Durante el desmontaje se miraran que
no existe roturas, deformaciones ni desgastes excesivos.
75
Antes de proceder a desmontar el alternador, primero hay que sacar las escobillas para
facilitar el trabajo e impedir el deterioro de algún elemento.
Comprobación del rotor
1.- Comprobar la ausencia de grietas en el eje y en las masas polares, así como la
ausencia de puntos de oxidación en los mismos.
2.- Las muñequillas de apoyo del eje sobre los rodamientos deben ofrecer buen aspecto
y no presentar señales de excesivo desgaste en las mismas.
3.- Limpiar los anillos rozantes con un trapo impregnado en alcohol, debiendo presentar
una superficie lisa y brillante. En caso de aparecer señales de chispeo, rugosidad o
excesivo desgaste, deberán ser repasados en un torno.
4.- Por medio de un ohmetro, comprobar la resistencia de la bobina inductora, aplicando
las puntas de prueba sobre los anillos rozantes y nos tendrá que dar un valor igual al
preconizado por el fabricante (como valor orientativo de 4 a 5 ohmios). También se
mide el aislamiento de la bobina inductora con respecto a masa es decir con respecto al
eje para ello se aplica una de las puntas del ohmetro sobre uno de los anillos rozantes y
la otra punta sobre el eje del rotor nos tendrá que dar una medida de resistencia infinita.
- Si el valor de la resistencia obtenida esta por debajo del valor especificado por el
fabricante, indica que existe un cortocircuito entre espiras.
- Si la resistencia es elevada, indica alguna conexión defectuosa de la bobina con los
anillos rozantes.
- Si el ohmetro no indica lectura alguna (resistencia infinita), significa que la bobina
esta cortada.
76
De darse cualquiera de estas anomalías, es conveniente cambiar el rotor completo ya
que cualquier operación en el mismo es contraproducente para el buen funcionamiento
de la maquina.
Comprobación del estator
1.- Comprobar que los arrollamientos situados en el estator se encuentran en buen
estado, sin deformaciones y sin deterioro en el aislamiento.
2.- Por medio de un ohmetro comprobar el aislamiento entre cada una de las fases
(bobinas) y masa (carcasa).
3.- Por medio de un ohmetro medir la resistencia que hay entre cada una de las fases
teniendo que dar una medida igual a la preconizada por el fabricante (teniendo que dar
un valor orientativo de 0,2 a 0,35 ohmios) según el tipo de conexionado del
arrollamiento (estrella - triángulo). Las medidas deben de ser iguales entre las fases no
debiendo de dar una resistencia infinita esto indicaría que el bobinado esta cortado.
Comprobación del puente rectificador
En la mayoría de los alternadores, el equipo rectificador esta formada por una placa
soporte, en cuyo interior se encuentran
montados seis o nueve diodos, unidos y
formando
un
puente
rectificador
hexadiodo o nanodiodo. Utilizándose para
su comprobación un multímetro o ohmetro
para comprobar los diodos, debiendo estar
el puente rectificador desconectado del
estator. Para la comprobación de los
diodos se tiene en cuenta la característica
constructiva de los mismos y es que según
se polaricen dejan pasar la corriente o no
la dejen pasar.
En diodos de cátodo base: conectar la punta de pruebas negativa del multímetro en la
placa soporte y la punta de pruebas positiva a cada
uno de los terminales aislados de los diodos, nos
tendrá que mostrar el multímetro una medida de
resistencia muy pequeña o próxima a cero esto indica
que el diodo conduce (deja pasar la corriente
77
eléctrica) en caso contrario si da una resistencia alta o infinita indica que el diodo esta
perforado.
Si se invierten las conexiones conectando la punta de pruebas positiva al soporte y la
punta negativa a cada uno de los terminales de los diodos aislados entonces el valor de
resistencia debe ser alto o infinito sino es así indica que el diodo esta en cortocircuito.
En diodos de ánodo base: conectar la punta de pruebas del multímetro negativa al
soporte y la punta positiva a cada uno de los terminales aislados de los diodos. En esta
situación el multímetro nos tendrá que dar una resistencia muy alta o infinita (el diodo
no deja pasar la corriente), en caso contrario indica que el diodo esta cortocircuitado.
Si se invierten las conexiones punta positiva en la placa soporte y punta negativa en los
terminales aislados de los diodos. En esta situación el multímetro tendrá que dar una
resistencia muy pequeña o próxima a cero (el diodo deja pasar la corriente) en caso
contrario indica que el diodo esta perforado.
Si después de hacer las comprobaciones sabemos que un diodo esta perforado o
cortocircuitado, lo reemplazaremos por otro en caso de que se pueda desmontar, sino es
así cambiaremos la placa soporte entera.
Comprobación de los diodos montados en el puente rectificador
Puente rectificador hexadiodo:
- Conectar la punta de pruebas positiva de multímetro al borne de conexión de masa del
puente y la punta negativa a los bornes de conexión de las bobinas del estator. En cada
una de las pruebas la resistencia medida debe ser próxima a cero en caso contrario
indica que el diodo esta perforado.
- Conectar ahora para comprobar los otros tres diodos, la punta de pruebas positiva a
cada una de las conexiones de las bobinas del inducido y conectar la punta de pruebas
negativa en el borne positivo de salida de corriente. En cada una de las pruebas la
resistencia medida debe ser próxima a cero en caso contrario indica que el diodo esta
perforado.
- Realizar nuevamente las dos comprobaciones anteriores pero invirtiendo las puntas de
prueba, con lo cual en ambos casos el multímetro nos tendrá que dar un valor de
resistencia muy alto o infinito sino es así indica que el diodo en cuestión esta
cortocircuitado.
78
En caso de haber algún diodo cortocircuitado o perforado debe sustituirse el puente
completo.
Puente rectificador nanodiodo:
En estos puentes, además de efectuar las pruebas correspondientes a su equipo
hexadiodo vistas anteriormente, deberá comprobarse el conjunto de los diodos
auxiliares.
- Conectar la punta de pruebas positiva a las conexiones donde se conectan las bobinas
del estator y la punta de pruebas negativa a la salida común de los diodos auxiliares. El
multímetro nos tendrá que indicar una medida próxima a cero en caso contrario indica
que el diodo esta perforado.
- Invertir las conexiones hechas anteriormente y comprobar que el multímetro
indica una resistencia muy alta o infinita, sino es así, indica que el diodo esta
cortocircuitado.
En caso de haber algún diodo cortocircuitado o perforado debe sustituirse el puente
completo.
79
En las figuras de abajo tenemos otro tipo de puente rectificador más moderno
Comprobación de las escobillas
- Comprobar que las escobillas se deslizan suavemente en su alojamiento del soporte y
que el cable de toma de corriente no esta roto o desprendido de la escobilla.
- Comprobar que las escobillas asientan perfectamente sobre los anillos rozantes y que
su longitud es superior a 10 mm; de ser inferior a esta longitud, cambiar el conjunto
soporte con escobillas.
- Con un multímetro, comprobar la continuidad entre el borne eléctrico del
portaescobillas y la escobilla, y además el aislamiento entre ambas con respecto a masa.
80
A tener en cuenta antes de montar y desmontar el alternador en el vehículo
- Al montar el alternador en el vehículo, tener en cuenta su polaridad antes de
conexionarlo, ya que, si se invierte la polaridad en la batería, los diodos pueden resultar
dañados.
- El alternador no debe funcionar nunca en vació, o sea, a circuito abierto.
- Antes de desmontar el alternador del vehículo, para su comprobación o reparación,
deberá desconectarse la batería.
- Si se van a realizar operaciones de soldadura eléctrica en el vehículo, desconectar
previamente del alternador.
Comprobación y ajuste del regulador
Los reguladores de tensión electromagnéticos son los únicos que pueden ser sometidos
a revisión y ajuste, por el contrario los reguladores electrónicos no tienen reparación, si
se esta seguro que es el culpable de la avería, se tendrá que sustituirse por uno nuevo.
En los reguladores de tensión electromagnéticos antes de desmontar la tapa, limpiar
exteriormente el aparato, a fin de que no se introduzca suciedad en el interior del
mismo, desmontar la tapa y efectuar las siguientes comprobaciones:
- Comprobar que las resistencias, bobinas y conexiones no están rotas ni deformadas.
- Comprobar que los contactos no están sucios, rotos, ni pegados, cerciorándose de que
no existe ningún elemento extraño que impida el cierre de los contactos.
- Limpiar los contactos con un papel vegetal impregnado en alcohol o tricloro.
- Comprobar el reglaje del regulador de acuerdo con los datos proporcionados por el
fabricante.
Reglaje y tarado del regulador
Con los contactos cerrados y por medio de una galga de espesores, comprobar el
entrehierro entre la parte superior del núcleo de la bobina y el ancora cuyo valor debe
coincidir con los datos dados por el fabricante (de 0,9 a 1 mm).
Si el valor no fuera correcto deformar la "lengüeta soporte del muelle", hacia arriba o
hacia abajo hasta hacer coincidir la cota del entrehierro indicada.
81
C) Acumuladores de energía eléctrica (baterías).
Estudio de la Batería
Se entiende por batería a todo elemento capaz de almacenar energía eléctrica para ser
utilizada posteriormente.
82
Los elementos que forman una batería se ven el la figura de arriba. El liquido que hay
dentro de la batería, se llama electrolito esta compuesto por una mezcla de agua
destilada y ácido sulfúrico, con una proporción del 34% de ácido sulfúrico y el resto de
agua destilada. El nivel del electrolito debe de estar un centímetro por encima de las
placas.
Acoplamiento de baterías-unión
Para conseguir mayores tensiones (V) o una capacidad de batería (Amperios-hora Ah)
distintos a los estándares que tienen las baterías que encontramos en el mercado, se
utiliza la técnica de unión de baterías: Esta unión puede ser mediante:
83
- Acoplamiento serie
- Acoplamiento paralelo
- Acoplamiento mixto
El acoplamiento serie tiene como característica principal que se suman las tensiones de
las baterías y la capacidad permanece igual. Como punto a tener en cuenta en este
acoplamiento es que la capacidad de la batería (Ah) debe ser la misma para todas las
baterías. Si una de ellas tuviera menor capacidad, durante el proceso de carga de las
baterías, este elemento alcanzaría la plena carga antes que los demás por lo que estaría
sometido a una sobrecarga, cuyos efectos pueden deteriorar la batería. También durante
el proceso de descarga la batería de menor capacidad se descargara antes por lo que se
pueden sulfatar sus placas.
El acoplamiento paralelo tiene como característica principal que se suman las
capacidades de la batería manteniéndose invariable las tensiones. Como punto a tener en
cuenta en este acoplamiento es que todas las baterías deben de tener igual valor de
tensión (V) en sus bornes de no ser así la de mayor tensión en bornes se descargara a
través de la de menor.
El acoplamiento mixto consiste en unir baterías en serie con otras en paralelo para así
conseguir así la suma de las ventajas de cada uno de los acoplamientos.
Comprobación de carga de una batería.
Para comprobar el estado de carga de una batería se usa un densímetro o pesa-ácidos
(figura de abajo). Esta constituido por una probeta de cristal, con una prolongación
abierta, para introducir por ella el liquido medir, el cual se absorbe por el vació interno
que crea pera de goma situada en la parte superior de la probeta. En el interior de la
misma va situada una ampolla de vidrio, cerrada y llena de aire, equilibrada con un peso
a base de perdigones de plomo. La ampolla va graduada en unidades densimétricas de 1
a 1,30.
84
La forma de medición con este aparato: se introduce su extremo abierto por la boca de
cada vaso como se ve en la figura de arriba derecha, aspirando una cantidad de liquido
suficiente para elevar la ampolla y leer directamente sobre la escala graduada, al nivel
del liquido, la densidad correspondiente a cada vaso. Hecha la lectura, se vuelve ha
introducir el liquido en el elemento o vaso de la batería.
Hay densímetros que la escala de valores en vez de números la tiene en colores.
Las pruebas con densímetro no deben realizarse inmediatamente después de haber
rellenado los vasos con agua destilada, sino que se debe esperar a que esta se halla
mezclado completamente con el ácido.
Un buen rendimiento de la batería se obtiene cuando la densidad del electrolito esta
comprendida entre 1,24 y 1,26. Para plena carga nos tiene que dar 1,28. Si tenemos un
valor de 1,19 la batería se encuentra descargada.
También se puede comprobar la carga de una
batería con un voltímetro de descarga, especial
para este tipo de mediciones que dispone de una
resistencia entre las puntas de prueba de medir.
Este voltímetro tiene la particularidad de hacer la
medición mientras se provoca una descarga de la
batería a través de su resistencia. La medición se
debe hacer en el menor tiempo posible para no
provocar una importante descarga de la batería.
Los valores de medida que debemos leer en el voltímetro son los siguientes:
- Si la batería no se utilizado en los últimos 15 minutos, tendremos una tensión por vaso
de 2,2 V. si la batería esta totalmente cargada, 2 V. si esta a media carga y 1,5 V. si esta
descargada.
- Si la batería se esta sometiendo a descarga, tendremos una tensión de por vaso de 1,7
V. si la batería esta totalmente cargada, 1,5 V. si está a media carga y 1,2 V. si esta
descargada.
Ejemplo: 2,2 V. x 6 vasos = 13,2 V. Esta tensión mediríamos cuando la batería lleva
mas de 15 minutos sin utilizarse y esta totalmente cargada.
85
Carga de baterías
Antes de cargar una batería se debe comprobar que este limpia superficialmente y el
electrolito debe estar a su nivel
correspondiente. Se deben destapar los
vasos y mantenerlos abiertos durante la
carga y hay que respetar las polaridades a la
hora de conectar la batería al cargador.
El cargador de baterías (visto en la figura)
hay que regularlo a una intensidad de carga
que será un 10% de la capacidad nominal de
la batería que viene expresado en amperioshora (A-h) por el fabricante. Por ejemplo
para una batería de 55 A-h la intensidad de
carga será de 5,5 A, comprobando que la
temperatura interna del electrolito no supera
e valor de 25 a 30 ºC. La carga debe ser
interrumpida cuando la temperatura de uno de los vasos centrales alcance los 45 ºC y
reemprendida de nuevo cuando se halla enfriado.
Cada vez que hay que desconectar una batería primero se quita el cable de masa o
negativo y después el cable positivo, para conectar la batería al revés primero se conecta
el cable positivo y después el cable de masa.
86
D) Motor de arranque.
Motor de arranque
El motor de arranque es un motor eléctrico que tiene la función de mover el motor
térmico del vehículo hasta que éste se pone en marcha por sus propios medios
(explosiones en las cámaras de combustión en el interior de los cilindros).
El motor de arranque consta de dos elementos diferenciados:
- El motor propiamente dicho que es un motor eléctrico ("motor serie" cuya
particularidad es que tiene un elevado par de arranque).
- Relé de arranque: tiene dos funciones, como un relé normal, es decir para conectar y
desconectar un circuito eléctrico. También tiene la misión de desplazar el piñón de
arranque para que este engrane con la corona del volante de inercia del motor térmico y
así transmitir el movimiento del motor de arranque al motor térmico.
En la figura vemos el circuito de arranque con todos sus elementos. La llave de
contacto da la orden de arranque poniendo bajo tensión el relé de arranque.
Los elementos mecánicos que forman un motor de arranque
87
En la figura vemos resaltada la parte eléctrica del motor de arranque. Se ven claramente
las dos bobinas eléctricas que forman el relé de arranque. También se ve el bobinado
inductor y las escobillas, así como el circuito eléctrico exterior que siempre acompaña al
motor de arranque.
Averías
Antes de desmontar el motor de arranque del vehículo tendremos que asegurarnos que
el circuito de alimentación del mismo así como la batería están en perfecto estado,
comprobando la carga de la batería y el buen contacto de los bornes de la batería, los
bornes del motor con los terminales de los cables que forman el circuito de arranque.
En el motor de arranque las averías que más se dan son las causadas por las escobillas.
Estos elementos están sometidas a un fuerte desgaste debido a su rozamiento con el
colector por lo que el vehículo cuando tiene muchos km: 100, 150, 200.000 km. esta
avería se da con frecuencia. Las escobillas desgastadas se cambian por unas nuevas y
solucionado el problema.
Otras averías podrían ser las provocadas por el relé de arranque, causadas por el corte de
una de sus bobinas. Se podrá cambiar solo el relé de arranque por otro igual, ya que este
elemento esta montado separado del motor.
Pero en la mayoría de los casos si falla el motor de arranque, se sustituye por otro de
segunda mano (a excepción si el fallo viene provocado por el desgaste de las
escobillas).
Comprobación del motor de arranque .
Desmontando el motor de arranque del vehículo podemos verificar la posible avería
fácilmente. Primero habría que determinar que elemento falla: el motor o el relé.
El motor se comprueba fácilmente. si falla: conectando el borne de + de la batería al
conductor (A) que en este caso esta desmontado del borne inferior (C) de relé y el borne
- de la batería se conecta a la carcasa del motor (D) (en cualquier parte metálica del
motor). Con esta conexión si el motor esta bien tendrá que funcionar, sino funciona, ya
podemos descartar que sea fallo del relé de arranque.
88
El relé se comprueba de forma efectiva: conectando el borne + de la batería a la
conexión (B) del relé (la conexión B es el borne
50 que recibe tensión directamente de la llave de
contacto durante unos segundos hasta que arranca
el motor térmico. del vehículo). El borne - de la
batería se conecta a (D) y también al borne (C)
del relé, comprobaremos como el núcleo de relé
se desplaza y saca el piñón de engrane (una vez
que comprobamos el desplazamiento del núcleo
hay que desconectar el borne - de batería a (C) ya
que sino podríamos quemar una de las bobinas del
relé), esto significa que el relé esta bien de lo
contrario estaría estropeado.
Para comprobar el funcionamiento del conjunto motor-relé conectaremos primero (A)
con (C) y después conectaremos el borne + de batería
con el borne superior (E) y borne (B) o borne 50 del
relé. El borne - de la batería se conecta con la carcasa
del motor (masa). Cuando este montado el circuito, el
motor de arranque funcionara. Para estar seguro de
su perfecto estado conectaremos un amperímetro que
nos dará una medida de intensidad que deberá ser
igual a la preconizada por el fabricante para un
funcionamiento del motor en vació.
Nota: No hay que hacer funcionar el motor de arranque en vació durante mucho tiempo
ya que este tipo de motores si funcionan en vació tienden a embalarse y se destruyen.
Solo hacer las comprobaciones durante unos pocos segundos.
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3. Funcionamiento para motor Otto y motor Diesel
A) Motores de encendido por compresión.
Cámaras de combustión.
Generalidades.
La mezcla de combustible y aire debería quemar en forma uniforme y progresiva,
puesto que una detonación violenta de la mezcla provoca un estado de marcha desigual,
el llamado “picado diesel”. Para lograr la combustión correcta, el combustible y el aire
deben mezclarse adecuadamente. En los motores en que ese combustible se inyecta
directamente a la cámara de combustión, se obtiene una mezcla más eficaz creando una
turbulencia en el aire del interior del cilindro a medida que se comprime. Esto suele
hacerse perfilando la cabeza del embolo de forma que obligue al movimiento del aire
durante su compresión.
En otros tipos de motor hay unas cámaras de turbulencia o cámaras de precombustión
para mejorarla. Una cámara de turbulencia es una pequeña cámara esférica, situada
encima o a un lado de la cámara principal de combustión y conectada con ella por una
lumbrera. Cuando se comprime el aire del cilindro se obliga a que una parte del mismo
pase a esa cámara de turbulencia, donde se crea un efecto de torbellino debido a su
forma. El combustible es inyectado en esta cámara, donde se produce una combustión
preliminar que fuerza a la mezcla a salir hacia la cámara principal, donde se completa su
combustión.
La cámara de precombustión, en la que se inyecta el combustible, esta unida a la cámara
principal mediante una seria de estrechos pasos; parte de la mezcla de esta primera
cámara de inflama y expansiona, forzando a la restante mezcla, no encendida, a través
de los pasos de conexión, hasta la cámara principal, donde llegan como una fina
pulverización que arde de modo uniforme.
Combustión.
Definición:
Se denomina combustión al fenómeno que tiene lugar al explotar el gas combustible que
se halla en el interior del cilindro.
La combustión se produce en el tiempo de expansión, o sea en el tercer tiempo del ciclo
del motor.
Combustión normal y combustión anormal.
La combustión empieza cuando el combustible se inflama debido a la compresión
existente en el interior del cilindro.
Al producirse el encendido, el combustible pulverizado procedente del inyector se
calienta con el aire comprimido y se mezcla con él. La combustión se extiende a toda la
mezcla y la presión en el interior del cilindro aumenta. Esto es lo que se llama
combustión normal, pues el encendido se produce en instante previsto.
Combustión anormal, por el contrario, es la que, al no proceder del chorro de
combustible del inyector, no se realiza en el instante previsto. Las causas pueden ser un
contacto de superficie o el autoencendido.
En el primer caso se produce, la mayoría de las veces, un calentamiento excesivo de la
válvula de escape, lo que produce perdida de potencia, funcionamiento ruidoso e
90
irregularidades en la marcha, así como el encendido de residuos de la mezcla que no han
sido expulsados en el tiempo de escape.
Esta anormalidad se evita mejorando la refrigeración del motor y procurando que no se
formen depósitos carbonosos.
En cuanto a la combustión anormal por autoencendido, se da al producirse la
“detonación” o combustión espontánea de la mezcla que queda en la cámara. Esto
repercute en el sistema de refrigeración, ya que este no puede eliminar todo el calor
producido, lo que causa calentamientos excesivos.
Relación de compresión.
En el motor Diesel la relación de compresión es mucho más elevada que en el motor de
gasolina, pues se comprime el aire, de modo que se elimina el peligro de autoencendido,
al no comprimirse el combustible.
En un gráfico se puede observar que el rendimiento del motor mejora a medida que
aumenta la relación de compresión. Sin embargo, a partir del grado de compresión 15 el
aumento del rendimiento es menor y la curva se hace mas plana.
Esto provoca presiones muy fuertes en interior del cilindro, lo que exige un motor más
robusto y, en consecuencia, mas pesado y más caro.
Por lo tanto, en motores medianos o grandes de menos de 750 rpm, la relación de
compresión debe oscilar entre 12 y 14, y en motores pequeños entre 14 y 22.
Encendido.
¿Cómo se enciende la mezcla en el motor Diesel?
Se distinguen claramente tres fases de encendido.
Fase 1-2: Retardo de encendido (el combustible se calienta pero el calor producido no
es suficiente para aumentar la presión).
Fase 2-3: La presión se eleva fuertemente (debido a la rápida combustión del
combustible inyectado).
Fase 3-4: Combustión lenta del combustible todavía no quemado. Aunque con estas tres
fases concluye el proceso de encendido, el rendimiento, máximo no puede alcanzarse
debido a que el aire y el combustible no se mezclan totalmente.
Entre los factores que intervienen en la combustión el principal es la velocidad de
combustión de la mezcla, que depende:
a) De la temperatura: si es alta, la velocidad de combustión será mayor.
b) De la forma de la cámara de combustión.
c) Del grado de turbulencia.
d) De la presión de la mezcla: cuanto mayor sea, mayor es la proporción de la llama.
Un segundo factor es la pulverización del combustible: a mayor pulverización se
obtendrá mayor rendimiento.
Cámara de combustión.
La cámara de combustión es fundamental en el funcionamiento del motor. El inyector
introduce en ella el combustible pulverizado, el cual se mezcla con el aire; de ahí que la
forma de la cámara de combustión deba facilitar esta mezcla del combustible con el
aire. Tanto la mezcla como la combustión deben realizarse en un tiempo mínimo lo más
cercano posible al punto muerto superior.
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Clasificación de las cámaras.
Según el tipo de cámara de combustión los motores Diesel pueden clasificarse como
sigue:
a) Con cámara de inyección directa.
b) Con cámara arremolinadora.
c) Con cámara de combustión con deposito de aire.
d) Con antecámara de combustión.
Veamos sus principales características.
a) Con cámara de inyección directa.
El combustible se inyecta directamente en el cilindro. La culata cierra el cilindro con
una superficie plana, mientras que el inyector esta situado en el centro.
El inconveniente principal de este tipo de motor radica en que el aire esta poco agitado,
siendo el inyector el responsable exclusivo de la mezcla, por lo que su fabricación ha de
ser muy perfecta, y por lo tanto costosa.
En estas condiciones, y para aprovechar al máximo la combustión, es conveniente que
la cámara adopte la forma del chorro de combustible, o a la inversa.
b) Con cámara arremolinadora.
El motor Diesel rápido con diámetro de cilindro pequeño platea el problema de obtener
una mezcla rápida y homogénea de combustible y aire. Para lograrlo se lleva el aire al
combustible, dotando a este de un movimiento de remolino, lo que provoca una fuerte
turbulencia al llegar el embolo a su punto muerto superior.
En una cámara de combustión con turbulencia, al ser aspirado el aire es enviado
tangencialmente, por lo que la válvula de aspiración lleva una especie de pantalla que
guía adecuadamente la corriente de aire.
Además de este movimiento existe otro transversal que impulsa al embolo dentro de la
cámara.
Las cámaras arremolinadoras también pueden estar separadas, en ellas, la cámara de
combustión esta por entero fuera del cilindro; el espacio entre embolo y culata, al
hallarse aquel en el punto muerto superior, es únicamente el preciso para permitir las
dilataciones propias del funcionamiento. En este caso, la cámara tiene forma de esfera.
92
c) Con cámara de combustión con deposito de aire.
Este tipo de cámaras se llaman también de acumulación. El deposito de aire esta
constituido por una pieza postiza situada en el embolo, la cual comunica con la cámara
de combustión a través de un orificio. Durante la compresión el aire se introduce en el
depósito. Antes de alcanzarse el punto muerto superior comienza la inyección. Al pasar
del punto muerto superior el movimiento del embolo se invierte, aumenta el volumen de
la cámara de combustión y disminuye la presión que había en ella. El aire sale a través
del orificio alimentando la llama en la zona del embudo y originando la combustión
completa del combustible inyectado.
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d) Con antecámara de combustión.
Estos motores se denominan también de combustión dividida o de pre–combustión.
Se caracterizan por tener el espacio en que se desarrolla la combustión dividido en dos:
por una parte la cámara comprendida entre la cabeza del embolo y la culata, y por otra
la antecámara, situada generalmente en la culata.
En este tipo de cámara el funcionamiento es como sigue: al final de la carrera de
compresión se inyecta el combustible. Parte de este combustible arde en la antecámara,
aumentando la presión; el combustible que queda sin arder es proyectado, a través de un
orificio de la antecámara, a la cámara principal. En esta encuentra el aire que precisa
para completar la combustión.
La principal ventaja de este sistema consiste en que se puede inyectar combustible a
presiones relativamente bajas: de 80 a 160 atmósferas, en vez de las 250 – 350
necesarias en la inyección directa.
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Comparación entre las diversas cámaras.
La cámara de inyección directa es, desde el punto de vista constructivo, la más sencilla
y económica. En general, es preferible cuando las dimensiones del motor permiten el
uso de toberas con orificios de diámetro suficiente para evitar peligros de taponamiento.
En principio conviene que su diámetro sea, como mínimo, de 100 mm.
Por el contrario, para motores con menor diámetro es preferible el empleo de cámaras
arremolinadoras; y para motores pequeños y rápidos las mas indicadas son las cámaras
de inyección indirecta, o sea con deposito de aire, y las antecámaras.
Resumamos, en una tabla, las ventajas y desventajas de la inyección directa e indirecta.
95
Comparando con el motor de gasolina, el Diesel siempre ha tenido la ventaja de un
rendimiento térmico mayor y en consecuencia menor gasto de combustible.
En su aplicación al automóvil, durante muchos anos los motores Diesel han tenido una
serie de problemas como ruidos, abundante emisión de humos y una gran lentitud de
respuesta al acelerador.
Pero en la actualidad la utilización del sistema de inyección indirecta en precámara de
alta turbulencia tipo Ricardo–Comet que esta dotada de bujías de precalentamiento para
el arranque, ha permitido el portentoso desarrollo de motores rápidos que obtienen su
potencia máxima a regímenes del orden de las 4000 rpm y aun superiores, y
funcionamiento más suave y silencioso.
Los progresos en sistemas de inyección y los dispositivos para arranque en frío
automático y parada del motor por corte de la inyección, asimismo automático, sin tener
que recurrir al antiguo estrangulador, han hecho posible reducir la emisión de humos.
La técnica del turbocompresor accionado por los gases de escape, ha dado al Diesel el
incremento de potencia necesario para eliminar la pobreza de aceleración. Un motor
actual de inyección indirecta es el turboalimentado.
Se trata de un motor clásico de inyección en antecámara de cuatro cilindros y
distribución por árbol de levas lateral con el accionamiento de las válvulas por varillas y
balancines. Este motor desarrolla 95 CV a 3500 rpm, disponiendo de un gran par, que es
de 22 mkg a 2000 rpm.
El mando de la distribución se efectúa por un tren de engranajes. El piñón del cigüeñal
acciona dos piñones intermedios que engranan a su vez con el piñón del árbol de levas y
con el piñón de accionamiento de la bomba exterior de aceite.
El piñón del árbol de levas acciona el engranaje de mando de la bomba de inyección. A
fin de reducir las vibraciones, en el extremo anterior del cigüeñal va montado un
damper. El bloque dispone de cinco apoyos para el cigüeñal. Las bielas, árbol de levas y
volante motor son elementos convencionales, pero sobredimensionados para poder
soportar los esfuerzos propios de los motores Diesel.
La caja de cambios colocada en el extremo posterior del motor, como es normal en las
aplicaciones de motor transversal y tracción delantera, no presenta ninguna
particularidad especial, así como tampoco la bomba hidráulica para la dirección asistida.
Los motores con precámara de alta turbulencia son los que han dado un gran paso para
los automóviles actuales.
La inyección con precámara presenta ciertos inconvenientes comparándola con la
inyección directa, generalmente utilizada en los grandes motores Diesel. En los motores
de inyección indirecta, la alta turbulencia conseguida en la precámara, así como las
elevadas relaciones de compresión, permiten alcanzar revoluciones altas, junto con un
nivel de ruidos y vibraciones moderado.
Los movimientos de gases de la cámara a la precámara presentan un serio inconveniente
que afecta al rendimiento del motor. Los torbellinos, creados por el movimiento del aire
a través del estrecho conducto de comunicación de la precámara, dan lugar a perdidas
energéticas por bombeo, que a su vez obligan a elevar la relación de compresión para
intentar compensarlas. Esto se traduce en que los rozamientos internos aumenten
reduciéndose el rendimiento mecánico.
En los sistemas de inyección directa, como no existe precámara, no hay perdidas
expuestas y el rendimiento del motor aumenta. La revolución de compresión puede ser
mas baja, reduciéndose así las perdidas por rozamiento, ya que en la inyección directa
no es necesario bombear el aire hacia adentro y hacia fuera de la precámara.
96
Los motores de inyección directa son aproximadamente un 15 % más eficientes que los
de inyección indirecta, y más simples en cuanto al arranque, al tener menos perdidas de
calor. La combustión es más completa y el motor desprende menos humos. Ahora bien,
su aplicación en los motores rápidos ha tenido que sobreganar dos problemas: los ruidos
y vibraciones y el arranque en frío.
La Ford Motor Company es la que ha logrado vencer los problemas de la inyección
directa.
Para desarrollar el motor se estudio la mecánica del movimiento del flujo del aire en el
interior de la cámara de combustión y a través de colectores y válvulas, el proceso de la
combustión y el equipo de inyección.
Se efectúo un fuerte flujo de turbulencia en la admisión mediante el empleo de
conductos de admisión en hélice, de una forma muy característica especialmente en la
zona anterior de la válvula de admisión.
Para evitar el ruido en el bloque de cilindros se han situado unas determinadas
nervaduras, con lo que se consigue hacer el conjunto más rígido al tiempo que se hacen
disminuir las vibraciones.
También se utilizan pistones de dilatación controlada, que reducen el juego de pistón y
cilindro a tan solo 0,007 mm con independencia de la temperatura del pistón y el
bloque.
El rendimiento energético de los motores con inyección directa es netamente superior a
los motores de inyección indirecta.
B) Motores de encendido por chispa.
Cámaras de combustión.
Generalidades.
La cavidad que se encuentra en la parte superior del cilindro constituye la cámara de
combustión. Esta cámara es el lugar donde se quema la mezcla de aire combustible. La
configuración de la cámara es de suma importancia, ya que la eficacia del motor
depende de ello. La cámara de combustión esta diseñada para concentrar completamente
la fuerza explosiva del combustible que se quema en la cabeza del pistón.
Una cámara de combustión eficiente debe reunir ciertos requisitos:
- Ser pequeña para reducir al mínimo la superficie que absorbe calor al inflamarse la
mezcla combustible.
- No tener grietas o rincones que causen combustión espontánea o golpeteo
(cascabeleo).
- Debe poseer un espacio para la bujía, la cual idealmente se debe colocar en el centro
de la cámara con el fin de reducir el tiempo necesario, para que se inflame toda la
mezcla combustible, ya que la velocidad con que avanza la llama de la combustión en la
cámara esta limitada.
Combustión en los motores de encendido por chispa.
La mezcla se enciende por la chispa eléctrica y se quema en el proceso de propagación
de la llama turbulenta.
Existen tres fases:
- Fase Inicial:
Desde que salta la chispa en la bujía hasta el punto donde empieza el incremento brusco
de la presión.
97
En las zonas de altas temperaturas entre los electrodos de la bujía surge un pequeño
foco de combustión que se convierte en un frente de llama turbulenta, siendo el
porcentaje de la mezcla que se quema muy bajo. La velocidad de llama es relativamente
baja y solo depende de las propiedades físico–químicas de la mezcla.
- Fase Principal:
La llama turbulenta se propaga por toda la cámara de combustión, cuyo volumen casi es
constante y el pistón se encuentra cerca del punto muerto superior (PMS). La velocidad
de propagación depende de la intensidad de la turbulencia lo que es a su vez
directamente proporcional a la frecuencia de rotación del cigüeñal. Cuando el frente de
la llama llega a las paredes, como hay menos turbulencia, la velocidad disminuye.
- Fase de combustión residual:
Se quema la mezcla detrás del frente de llama. La presión ya no crece por que ya se
produce la carrera de expansión y hay transmisión de calor a las paredes. La velocidad
de la combustión en las paredes y detrás del frente de la llama es lenta y depende de las
propiedades físico–químicas de la mezcla. Para aumentar esta velocidad hay que crear
turbulencia en las zonas de combustión residual.
Forma de la cámara de combustión.
Sabemos que la turbulencia que se logra en el proceso de admisión es importante pero
se mejora con el traspaso de la mezcla a la cámara de combustión, consiguiéndose
acelerar la combustión residual. Para que se logre una mejor combustión en los motores
de combustible ligero y disminuir su toxicidad se debe:
- Aumentar la intensidad de la chispa que salte de la bujía.
- Crear turbulencia de la mezcla o carga en la admisión, que reduce la duración de la
combustión y la uniformidad de los ciclos consecutivos.
- Estratificar la mezcla, lo que consiste en que la mezcla cerca de la bujía sea la más rica
y se empobrezca a medida que se aleja de la bujía.
Principales alteraciones de la combustión normal en los motores de encendido por
chispa.
Detonación.
La detonación es la repercusión contra las paredes de la cámara de ondas de choque que
se forman en los gases; lo que hace que haya vibraciones de presión al final de la
combustión que se va amortiguando. Externamente se siente como un golpeteo
metálico.
Cuando la detonación es pequeña el golpeteo no surge en cada ciclo, en cambio cuando
la detonación es intensa, la frecuencia de golpeteo es grande (mayor a 5000 Hz), surge
en cada ciclo, la potencia del motor disminuye y se expulsan humos negros.
La detonación es mala porque:
- Las ondas de choque aumentan el desprendimiento de calor con lo que se sobrecalienta
el motor y se pueden destruir algunas piezas de la cámara.
- Se destruye la película de aceite por lo que se desgasta y corroe mas la parte superior
del cilindro.
- Como vibraciones de fuerza sobre el pistón se destruyen las capas antifricción de los
casquetes (cojinetes) de biela.
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La detonación surge debido a:
- La elevada reacción de la mezcla que hace que surja combustión delante del frente de
llama.
- Calentamiento de las ultimas partes de la carga y mal diseño de la cámara de
combustión.
La detonación se puede impedir con:
- Gran turbulencia de la mezcla.
- Pequeño recorrido del frente de llama.
- Existencia de expulsores en las zonas donde se encuentra la ultima carga para que esta
se enfríe y no haya focos de autoencendido.
- La tendencia a detonación disminuye con cámaras de combustión pequeñas.
Autoencendido prematuro.
Se produce cuando las piezas de la cámara de combustión se encuentran muy calientes
provocando que la mezcla se encienda antes que haya saltado la chispa de la bujía;
manifestándose en forma de golpes secos.
Para evitar el autoencendido prematuro se deben utilizar bujías con gran resistencia al
recalentamiento “grado térmico”.
Autoencendido por compresión estando el sistema de encendido
desconectado.
Debido a elevadas relaciones de compresión se alcanzan presión y temperaturas
suficientes para el encendido de la mezcla a bajas r.p.m. del motor (300 a 400). Para que
no exista ese autoencendido, además de desconectar el sistema de ignición, se debe
cortar el suministro de combustible.
Tipos de cámara de combustión.
Cámara de combustión hemisférica.
Posee suficiente espacio para que los orificios de admisión y de escape sean de gran
tamaño, que sirve para que el motor tenga un máximo de entrada y salida de gases en
cada cilindro, lo cual produce gran potencia cuando el motor esta muy revolucionado.
La bujía colocada en el centro, inflama toda la mezcla combustible en el menor tiempo
posible.
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Cámara de tina.
Tiene la forma de una tina invertida con las válvulas en la parte inferior de la misma. Ya
que las válvulas se pueden colocar en una sola hilera, el mecanismo que las hace
funcionar es muy sencillo. La forma alargada y ovalada de la tina controla la turbulencia
excesiva, y las paredes lisas por donde sube el pistón hasta el tope, hacen que se
produzcan los chorros necesarios para que la mezcla forme turbulencias o remolinos.
Los cilindros de gran diámetro y cortas carreras del pistón hacen posible el uso de las
válvulas grandes, para lograr el paso adecuado de los gases.
100
Cámara en forma de cuña.
Es mas bien reducida. El corto recorrido de la llama (que va desde la bujía al punto más
distante de la cámara) reduce la propensión al autoencendido (pre–ignición) o
detonación. La explosión produce remolinos turbulentos cuando el pistón expulsa la
mezcla de la zona mas estrecha. La turbulencia mantiene bien mezclado el aire y el
combustible de principio a fin, para que exista combustión uniforme. La expulsión
también enfría la mezcla que se encuentra en las esquinas y reduce los puntos calientes
que causen autoencendido.
Cámara de expulsión.
Es una variante de cualquiera de las formas comunes. La zona de expulsión es la
superficie plana de la cabeza, la cual casi toca la cabeza del pistón. Cuando este sube en
el tiempo de compresión, expulsa los gases quemados a chorros y en forma de remolino
hacia la cámara de combustión. El movimiento hace que el aire y el combustible se
mezclen totalmente logrando una vaporización y una combustión mas completa. La
mezcla se enfría al rozar las paredes de la cámara, que están menos calientes gracias a
los conductos de enfriamiento.
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Cámara situada en la cabeza del pistón.
La cámara de combustión situada en la cabeza del pistón, la poseen los motores diesel y
algunos motores de gasolina para automóviles europeos. Desaparece la ventaja de
fabricar pistones con cabeza plana y eleva el costo de fabricación de este tipo de
pistones y aumenta el peso de estos.
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