domingo, 30 de agosto de 2009

SISTEMA DE ENCENDIDO


Encendido convencional (por ruptor)


Este sistema es el mas sencillo de los sistemas de encendido por bobina, en el, 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 ademas 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, ademas la bujía sirve para hermetizar la cámara de combustión con el exterior.



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.



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.




El distribuidor 
Es el elemento mas complejo y que mas 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 arrollaminto 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. 


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 parasitos que efectan a los equipos de radio instalados en los vehículos.
 

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. Ademas 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 lobulos 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 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.

 

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 mas elevadas que las admitidas por el ruptor, pudiendose 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 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 arrollaminto 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 oposición que presenta la bobina (autoinducción) a establecerse la corriente primaria, es notablemente menor. La formación del campo magnético es mucho más rápida, almacenandose 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, evacuandose 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" a nivel 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.
 

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.

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