Circuito de Encendido

Circuito de Encendido
Encendido básico
Objetivos del Circuito de
Encendido
1º Generar una chispa muy intensa entre
los electrodos de las bujías para iniciar la
combustión de la mezcla
Objetivos del Circuito de
Encendido
1º Generar una chispa muy intensa entre los
electrodos de las bujías para iniciar la
combustión de la mezcla
2º Que la chispa salte en el momento
adecuado.
Objetivos del Circuito de
Encendido
1º Generar una chispa muy intensa entre los
electrodos de las bujías para iniciar la
combustión de la mezcla
2º Que la chispa salte en el momento
adecuado.
3º Que salte en un determinado orden
Dificultades 1
Para que salte una chispa
intensa hace falta:
• Voltaje entre electrodos de la
bujía muy elevado (20.000
voltios).
• Determinada distancia entre
electrodos (0,8 mm)
Dificultades 2
• Para que salte la
chispa en el momento
oportuno el DELCO
debe estar sincronizado con el motor
(CALADO DEL DELCO)
Dificultades 3
• Para que el motor
funcione las chspas
deben saltar en un
orden adecuado.
Por ejemplo:
1-3-4-2
Componentes
Circuito eléctrico
Función del RUPTOR 1
• Cuando la corriente eléctrica atraviesa
una bobina aparece un campo
magnético.
Función del RUPTOR 2
• Cuando una bobina es atravesada por un
campo magnético variable aparece entre sus
extremos una f.e.m (tensión)
• Es el principio de funcionamiento del alternador,
dinamo, sensores inductivos, etc
Función del RUPTOR 3
¿Cómo generar campo magnético variable?
1. Haciendo girar una espira dentro de un imán.
ALTERNADOR
2. Girando un imán dentro de una espira.
DINAMO
3. Mediante corrientes variables
Funcionamiento del ruptor 1
• Al cerrarse el
ruptor la corriente
fluye y se crea
campo magnético;
al abrirse la
corriente y el
campo desaparen
Funcionamiento del ruptor 2
• Con el ruptor la corriente aparece y
desaparece según el siguiente gráfico.
• De esta forma obtenemos un campo magnético variable
El Campo magnético aparece y desaparece a impulsos
Funcionamiento del ruptor 3
Poniendo un segundo
arrollamiento sobre el
mismo núcleo generamos una tensión
Principio básico de un transformador
Como el campo magnético pasa por las dos bobinas, el
secundario estará sometido a un campo magnético
variable y se generará una tensión Vs cuyo valor es:
Vs = Vp* Ns/Np
Vs = Tensión en el secundario
Vp = Tensión en el primario
Np = Nº de espiras del PRIM
Ns = Nº de espiras del SEC
Ejemplo de cálculo
Vs = Vp* Ns/Np
• Si Vp = 300 V
• Np = 100 espiras
• Ns = 10.000 espiras
Entonces:
Vs = 300* 10.000/100 = 30.000 V
Conclusión
Según el resultado anterior podemos conseguir una TENSIÓN en el SECUNDARIO
tan grande como queramos eligiendo
adecuadamente el número de espiras del
PRIM y del SEC
Pero ……..
Pero ……
… una bobina de estas características
Np = 100 espiras
Ns = 10.000 espiras
Sería muy voluminosa y muy pesada
¿Por qué hemos puesto en el ejemplo
anterior Vp = 300 V?
AUTOINDUCCIÓN 1
• ¿Por qué hemos
puesto antes en el
ejemplo del
transformador
Vp=300 V?
El mismo campo magnético variable que
atraviesa el SEC actúa también en el PRIM por
lo que se autoinduce una tensión Vp
AUTOINDUCCIÓN 2
• ¿De qué depende Vp?
• del número de espiras del PRIM. A más espiras
mayor será Vp
• De la velocidad con que aparece y desaparece el
campo magnético. A mayor velocidad mayor Vp
• Del valor del campo magnético. Cuanto más
intenso es el campo mayor será Vp
Recuerda:
• El campo magnético
se debe al paso de
la corriente por el
PRIM (Ip) de tal
forma que
cuanto mayor sea Ip
más intenso será el
campo magnético
AUTOINDUCCIÓN 3
• Aun girando el motor muy rápido Vp no
pasa de 50 V que es un valor insuficiente
para que salte chispa en la bujía.
AUTOINDUCCIÓN 4
• PERO sí saltará entre
los contactos de los
platinos cuando se
abran y se cierren.
Esta chispa quema los
platinos y además es
energía que no se aprovecha para producir la
chispa en las bujías
Problema
• ¿Cómo hacer que el campo magnético
desaparezca en un tiempo muy pequeño y
que no salte chispa en el ruptor?
SOLUCIÓN:
el condensador
¿ qué es un condensador?
• Es un dispositivo que sirve para guardar cargas
eléctricas (electrones)
¿ cómo funciona?
• Al conectarlo a una
fuente de tensión el
condensador se carga a la misma tensión que la fuente
• Al conectarse a una
fuente de tensión el
condensador se
carga
descarga
Una vez cargado el
condensador se
comporta como una
fuente de tensión y
al conectarlo a una
resistencia, se
descarga
curva de carga y descarga de un
condensador
¿Cuál es la unidad de carga de un
condensador?
• El FARADIO
• El valor típico del condensador de un
encendido es de 0,18 µF
¿Cuánto tiempo tarda un condensador
en cargarse?
• Depende de la CONSTANTE del TIEMPO
de un CONDENSADOR
Constante del tiempo
Se llama así al tiempo que
necesita un condensador para
adquirir el 63% de su carga
total. Se calcula mediante la
fórmula:
τ = R*C
•
para un T = 5* τ el
condensador está totalmente
cargado.
CONSTANTE del TIEMPO de un
CONDENSADOR de ENCENDIDO
• Para R = 3Ω y C = 0,18 µF (valores
típicos del circuito de encendido), será:
τ = 3*0,18*10-6 = 0,00000054 s
y T = 5* τ = 0,0000027 s
• En el tiempo de carga del condensador Ip
desapare y también el campo magnético.
…por lo tanto
•
el campo magnético desaparece en un
tiempo muy pequeño por lo que la tensión
autoinducida Vp es muy elevada.
• Ya tenemos nuestros 300 V en el PRIM
que multiplicados por una relación de espiras adecuada Ns/Np nos dan los 20.000
V para que salte la chispa en la bujía.
además
Aún nos queda un problema por
resolver: Iprimario
• La intensidad que
circula por el PRIM Ip
depende de la
resistencia de la
bobina PRIM
Pero ¿Habrá tiempo
suficiente para que se
establezca la corriente
Ip?
….pero antes
¿Qué es la inercia mecánica?
• ¿Quién acelera más rápido un coche
ligero o uno pesado?
• ¿Cuál de los dos frenará antes?
Respuestas
…. Si los dos tienen el mismo motor
acelerará más rápido el de menos peso.
…. Si los dos tiene el mismo sistema de
frenos parará antes el más ligero.
¿Por qué?
..porque
• el peso ofrece un lastre, una resistencia al movimiento llamada
INERCIA mecánica
•Un coche no puede pasar de 0 a 100
Km/h en 0 segundos; tampoco puede
parar instantáneamente debido a su
inercia.
¿ que le pasa a este gráfico…?
..también existe la INERCIA
eléctrica
• .. El gráfico que
hemos utilizado antes
tiene varios errores
Contactos cerrados: Ip=5 A
Contactos abiertos: Ip=0 A
El gráfico nos dice que se pasa de 0 A a 5 A
instantáneamente y viciversa
Esto es imposible debido a la inercia eléctrica
En la naturaleza los fenómenos
instantáneos (t=0) son imposibles
Por lo tanto
este gráfico
no es
correcto
Esta es la imagen correcta
Para establecerse Imáx hace falta tiempo
Para pasar de Imáx a I=0 también hace falta tiempo
Este tiempo es muy pequeño pero los platinos abren y cierran
en tiempos también muy pequeños
Veamos de qué tiempos estamos hablando
• MOTOR DE GASOLINA DE 4T girando a 1000 R.P.M
¿Cuántas vueltas da el cigüeñal en 1 segundo?
60 s
1s
___________
___________
1000 vueltas
X vueltas
X = 1000 / 60 = 16,666 vueltas en 1 s
Motor girando a 1000 RPM
¿Qué tiempo tarda en dar una chispa?
1 segundo da __________ 16,66 chispas
X
__________
1 chispa
X = 1/16,6666 = 0,06 segundos
CHISPAS DE ENCENDIDO
MOTOR DE GASOLINA DE 4T girando a 1000 RPM
¿Cuántas chispas da en una vuelta?
En cada carrera da una chispa, por lo
tanto, da DOS chispas por vuelta de
cigüeñal. Es decir, CUATRO por ciclo
Motor girando a 1000 RPM
REPARTO DE TIEMPOS
En un motor de 4T los platinos están cerrados el
61% del tiempo; el 39 % están abiertos (DWELL)
Si se tarda 0,06 s en producir una chispa, el
reparto de tiempos será:
Cerrados 0,06*61/100 = 0,0366 segundos
Abiertos 0,06*39/100 = 0,0234 segundos
podemos tener
problemas con
los tiempos
disponibles …
El problema se podría resolver con la curva
dibujada en rojo, pero ….
• Con intensidades tan elevadas el ruptor se
quemaría
Problemas en altas
Conclusiones:
Los encendidos convencionales están muy limitados en
cuanto a:
• Ip no puede sobrepasar los 3 ó 3,5 A porque las chispas
en los platinos serían muy intensas (a pesar del condensador)
• Las RPM no pueden ser muy elevadas porque no hay
tiempo para establecerse la Ip máx (los 3 ó 3,5 A ).
• Los motores de más de cuatro cilindros tienen problemas incluso en regímenes medios.
Más problemas