Sistemas de Arranque Libro Bosch

Sistemas eléctricos y electrónicos para automóviles

Sistemas de arranque Edición 2000

Instrucción técnica

BOSCH

Sistemas de arranque

Los sistemas de arranque modernos se activan cómodamente con un simple giro de la llave de contacto. No obstante, detrás de cada proceso de arranque se oculta la ejecución en cadena de una serie procesos técnicos, desde la activación del motor de arranque, pasando por el control del engrane del piñón de arranque con la corona dentada del volante de inercia del motor, hasta el circuito de seguridad que impide la activación del motor de arranque cuando el motor de combustión interna ya está en marcha. Componentes cuidadosamente coordinados entre sí deben funcionar de forma conjunta sin problemas. durante, largo tiempo y realizan un considerable numero de procesos de arranque. Un turismo que recorra un promedio de 15.000 km anuales en tráfico urbano efectúa unos 2.000 arranques al año. En este cuaderno se explica en qué se diferencian los diversos sistemas de arranque y cómo funcionan sus componentes.

Fundamentos 2 Proceso de arranque, Condiciones de arranque, Sistemas de arranque para vehículos de turismo e industriales, Sistemas de arranque especiales Estructura básica del motor de arranque 14 Motor de arranque eléctrico, Relé de engrane, mecanismo de engrane, Acoplamiento libre, Frenado del inducido Tipos de motores de arranque 24 Resumen, Motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca, con y sin transmisión intermedia, Motor de arranque con piñón deslizante de giro mecánico y electrónico Montaje del sistema de arranque 46 Montaje del motor de arranque, Cable principal del motor de arranque, Interruptores de arranque, Relés, Técnica de pruebas de taller



Fundamentos Proceso de arranque Para ponerse en marcha, los motores de combustión interna necesitan un dispositivo auxiliar, ya que, a diferencia de los motores eléctricos y las máquinas de vapor, no pueden hacerlo por sí mismos. Para ello es preciso vencer las considerables resistencias de compresión y el rozamiento de los pistones y cojinetes (rozamiento de adherencia) , que depende en gran medida de la construcción y el número de cilindros del motor, así como de la

temperatura de éste y de las propiedades del lubricante. Las resistencias de rozamiento alcanzan su máximo valor a bajas temperaturas. A fin de que, incluso en condiciones desfavorables, pueda formarse la mezcla de aire y combustible necesaria para el funcionamiento autónomo en el caso del motor de gasolina, o alcanzarse la temperatura de autoencendido en el motor Diesel, el motor de arranque debe hacer girar el motor de combustión a cierta velocidad de giro por minuto como mínimo (velocidad de arranque) y apoyar la fase de aceleración del mismo hasta que alcance el régimen mínimo de marcha autónoma tras los primeros encendidos.

Fig . 1 Para que pueda tener lugar la marcha autónoma de un motor de combustión interna deben cumplirse diferentes condiciones de arranque. Condiciones de arranque en el motor de combustión interna

Condiciones de arranque en el motor de arranque

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Autoencendido

Marcha autónoma del motor de combustión interna

2

Batería

Para la puesta en marcha de motores de combustión interna se utilizan motores eléctricos (motores de corriente continua, corriente alterna y corriente trifásica), así como motores hidráulicos o neumáticos. Dentro de estas posibilidades, el motor eléctrico de corriente continua y excitación en serie es especialmente apropiado como motor de arranque, ya que desarrolla el alto par de giro inicial necesario para vencer las resistencias de adherencia y acelerar las masas del mecanismo de accionamiento. El par de giro se transmite principalmente a través de un piñón y una corona dentada al volante del cigüeñal del motor de combustión interna, y a veces también a través de correas trapezoidales, correas dentadas, cadenas o directamente al cigüeñal. Gracias a la gran desmultiplicación entre el piñón de arranque y la corona dentada del volante del motor térmico, se puede dimensionar el piñón del motor de arranque para un par de giro pequeño con altas revoluciones, lo que permite construir motores de arranque de pequeñas dimensiones y peso. Una ventaja adicional es que la energía necesaria para el proceso de arranque puede tomarse de la misma batería que alimenta los demás componentes del sistema eléctrico del vehículo (figura 1). Por consiguiente, el motor de arranque no puede considerarse de forma aislada, sino como parte del sistema completo. Los tamaños del motor de arranque y la batería se calculan de manera que pueda disponerse de la potencia necesaria para el arranque durante un tiempo suficiente, incluso en condiciones de funcionamiento desfavorables. Y como el motor de arranque es el componente de mayor consumo del sistema eléctrico del veh ículo, es el que suele determinar las dimensiones de la batería. El motor de arranque (figura 2) debe ser capaz de satisfacer las siguientes exigencias: - disponibilidad permanente para el arranque, - potencia de arranque suficiente a diferentes temperaturas, - larga vida útil, de modo que permita un gran número de procesos de arranque (en el tráfico de corta distancia, la frecuencia de arranque es particularmente alta), - construcción robusta, capaz de hacer frente

a las solicitaciones de engrane, arrastre del motor de combustión y vibración , efectos de corrosión por humedad y sal esparcida, suciedad, cambios de temperatura en el compartimento motor, etc. , - poco peso y dimensiones favorables para el montaje y - funcionamiento con el mínimo mantenimiento posible.

Fundamentos

Como las condiciones de arranque son diversas y la temperatura ejerce una especial influencia, el motor de arranque debe estar cuidadosamente coordinado con los demás componentes del sistema de arranque y sus características, así como con el motor de combustión interna correspondiente.

Fig. 2 Configuración básica de un sistema de arranque.

1 Motor de arranque , 2 Batería, 3 Interruptor de arranque, 4 Uno o varios relés (en grandes sistemas de arranque) y medios adicionales de ayuda al arranque (en motores Diesel).

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Condiciones de arranque Al diseñar un sistema de arranque deben tenerse en cuenta ante todo, aparte de los datos principales del motor, las condiciones de arranque. Estas son las siguientes: - temperatura límite de arranque, es decir, la temperatura más baja del motor y de la batería a la que aún se puede realizar un arranque (figura 3), - resistencia de giro del motor en el arranque, equivalente al par de giro necesario en el cigüeñal a la temperatura límite de arranque (incluidos todos los grupos adicionales no desacoplables, figura 4), - velocidad mínima necesaria del motor a la temperatura límite de arranque, - posible desmultiplicación del elemento de transmisión entre el motor de arranque y el cigüeñal, - tensión nominal del sistema de arranque, - características de la batería de arranque,

- longitud o resistencia eléctrica de los cables de alimentación entre batería y motor de arranque (caída de tensión, figura 5), - par de giro, velocidad de giro y potencia del motor de arranque (curva característica del motor de arranque, proceso de arranque). Especial importancia reviste la temperatura límite de arranque, que es la temperatura más baja a la que un motor de combustión interna puede llegar de forma segura a la marcha autónoma con el sistema eléctrico existente (con el estado de carga definido de la correspondiente batería) y una determinada viscosidad del aceite. La temperatura más baja a la que aún debe ser posible el arranque depende de las condiciones climáticas de la zona de utilización y de las condiciones de servicio, pero también de aspectos económicos (la potencia necesaria y los costes de un sistema de arranque aumentan considerablemente con la disminución de la temperatura límite de arranque). Fig.5

Fig.3

Temperatura límite de arranque (ejemplo). a Velocidad de giro del motor de arranque; disminuye al bajar la temperatura por el aumento de la resistencia interna de la batería. b Velocidad inicial mínima necesaria del motor de combustión interna; aumenta al bajar la temperatura por el aumento de las resistencias de arranque. El punto de intersección de ambas curvas es la temperatura límite de arranque (en este caso -23 OC).

Pares de giro del motor de combustión (resistencias al giro para el arranque) y del motor de arranque.

Ms Pares de giro del motor de arranque a diferentes temperaturas (referidos al eje del motor). MM Pares de giro de un motor de gasolina de 3 litros a diferentes temperaturas. El punto de intersección de las curvas correspondientes determina la velocidad a que se hace girar el motor a -25 oC, -18 oC y -10°C. La curva descrita por el par de giro se obtiene con una batería descargada en un 20 % (55 Ah) .

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En el ejemplo mencionado, para una temperatura límite de arranque de -23 oC se necesita un motor de arranque con una potencia nominal de 2,2 kW, junto con la batería de 12 V 90 Ah/450 A. La batería se encuentra descargada en un 20 % de su capacidad nominal (figura 3). Cuanto más frío esté el motor, tanto más alta deberá ser la velocidad de giro inicial para que arranque. Para contrarrestar este comportamiento térmico del motor, la velocidad de giro del motor de arranque debería aumentar al disminuir la temperatura, pero, lamentablemente, en la práctica ocurre todo lo contrario: como el motor de arranque depende de la alimentación de energía de la batería, la disminución de la velocidad de giro del motor de arranque es incluso más que proporcional a la disminución de la temperatura, debido al aumento de la resistencia interna de la batería. Ensayos de arranque y de revoluciones de arranque de este tipo se realizan con mucha frecuencia en la cámara frigorífica del Centro Técnico de Sistemas Eléctricos para Automóviles de Bosch. En Europa, los sistemas de arranque se diseñan por lo general según las temperaturas límite de arranque especificadas en la tabla 1. La resistencia al giro para el arranque, es decir, el par necesario para hacer girar el motor de combustión interna, depende principalmente de la cilindrada y de la viscosidad del aceite del motor (medida del rozamiento interno del aceite del motor). En general, en los motores de gasolina la resistencia media al giro aumenta con la velocidad de giro (en los motores Diesel, sin embargo, la resistencia puede volver a disminuir tras alcanzar un valor máximo a una velocidad de giro del motor de 80 a 100 min-1 , a causa de la recuperación del trabajo de compresión , que es relativamente alto). El punto en que se cortan las dos curvas de par de giro, la del motor de combustión y la del motor de arranque (figura 4), determina la velocidad de giro a que se hace girar el motor a la temperatura correspondiente. Influyen además la construcción y el número de cilindros del motor, la relación entre carrera y diámetro de los cilindros, la relación de compresión , la velocidad de giro, la masa de las piezas móviles del mecanismo de accionamiento y sus apoyos, así como las cargas de arrastre adicionales por el embrague, el cambio, etc.

La velocidad de giro mínima de arranque varía mucho según el tipo del motor y el dispositivo de preparación de la mezcla. En los motores Diesel también tiene importancia la existencia de ayudas especiales al arranque. La tabla 2 muestra algunos valores empíricos destacados.

Fundamentos

Tabla 1.

Temperaturas límite de arranque Motores de Temperatura límite de arranque Vehículos de turismo -18 ... -25 oC Camiones, autocares -15 ... -20 oC Tractores -12 ... -15 °C Motores de accionamiento y de grupos en embarcaciones -5 oC Locomotoras Diesel +5 oC Tabla 2.

Valores empíricos para velocidades de arranque mínimas Velocidades de arranque necesarias a -20 oC Motor de gasolina, pistones alternativos Motor de gasolina, pistón rotativo Motor Diesel de inyección directa sin ayuda al arranque con ayuda al arranque (p. ej. bujía de incandescencia) Motores Diesel con precámara de combustión y cámara de turbulencia sin ayuda al arranque con bujías de incandescencia como ayuda al arranque

Velocidad de giro, min- 1 60 ... 90 150... 180 80 ... 200 60 ... 140

100... 200 60 .. .100

Fig .5 Esquema de principio de un sistema de arranque.

RL Resistencia del cable de alimentación, Rs Resistencia interna de la batería, Rs Resistencia interna del motor de arranque. 1 Batería, 2 Cable de alimentación, 3 Motor de arranque.

(+)

(-)

5


La figura 6 muestra el proceso de arranque propiamente dicho. Mientras el motor de combustión inicia los primeros encendidos una vez superada la velocidad de giro mínima de arranque y pasa por fin a la marcha autónoma, su par de giro experimenta una subida continua (curva 1, simplificada como línea uniforme). El par de giro del motor térmico se superpone al par de giro decreciente del motor de arranque (curva 2). En esta fase de transición, el motor de arranque sólo apoya la aceleración del motor de combustión interna hasta que es adelantado por éste. De la suma de ambas curvas resulta un par de giro total teórico (curva 3, línea de trazos). En realidad, esta curva se alcanza sólo puntualmente debido a las combustiones irregulares, que tienen lugar por primera vez en el punto A, hasta que en el punto B comienza la marcha regular del motor y en el punto C la marcha autónoma del mismo tras la desconexión del motor de arranque. Fig.6 Proceso de arranque del motor de combustión. 1 Par de giro teórico del motor de combustión, supuesta una combustión normal. 2 Par de giro del motor de arranque. 3 Par de giro total teórico, resultante de la suma de los pares de giro del motor de combustión y del motor de arranque. 4 Par de giro total real por efecto de la combustión irregular. A Inicio de combustiones irregulares. B Marcha regular del motor, e Marcha autónoma del motor.

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Tensión nominal del sistema de arranque Existen sistemas de arranque para diferentes tensiones nominales: - Los turismos actuales tienen por lo general un sistema de 12 V. - En los tractores y en motores pequeños de grupos de accionamiento y lanchas, también es usual el sistema de 12 V. - En casos individuales y en vehículos especiales, el sistema se diseña para 24 V. - Los camiones y autocares utilizan tanto sistemas de 12 V como de 24 V. - En vehículos grandes suele ser habitual una tensión nominal de motor de arranque de 24 V, pues una caída de tensión favorable permite construir motores pequeños con la potencia de arranque necesaria. Potencia nominal Además de la tensión nominal, otra característica importante de un motor de arranque es la potencia nominal. Esta es una magnitud característica definida y determinada con exactitud en el banco de pruebas. Se refiere al tamaño máximo admisible de la batería correspondiente al motor de arranque, cuyo estado de carga a la temperatura de -20 oC debe ser "descargada en el 20%", así como a un cable de alimentación cuya resistencia sea de 1 mQ. De ese modo, la función de arranque está garantizada incluso en condiciones desfavorables. En este caso, la potencia real entregada en el piñón del motor de arranque en cada estado de servicio corresponde a la potencia interna absorbida menos las pérdidas en el hierro, en el cobre y por rozamiento. La potencia de un motor de arranque depende pues, en esencia, de la resistencia del cable de alimentación y de la resistencia interna de la batería. Cuanto menor sea esta última, mayor será la potencia del motor de arranque. Uno de los métodos de comprobación de la potencia de arranque en condiciones desfavorables es el ensayo en cámara frigorífica.

Sistemas de arranque para turismos

por lo que no es probable una nueva conexión involuntaria del motor de arranque y el correspondiente engrane del piñón en la corona dentada del motor térmico con éste en movimiento. Por esta razón, en los coches de turismo no se necesitan normalmente dispositivos especiales de control y protección para el proceso de arranque. En algunos modelos de turismos se monta un relé de bloqueo de arranque, a fin de excluir toda posibilidad de accionamiento no intencionado del motor de arranque.

Son vehículos de turismo todos los automóviles destinados al transporte de personas con una capacidad de 9 plazas como máximo. Los sistemas de arranque de los turismos están dotados generalmente de motores de arranque con piñón deslizante movido por rosca con una potencia nominal de hasta 2 kW aprox. Como tensión nominal se ha impuesto en general la de 12 V, que permite poner en marcha motores de gasolina de hasta unos 7 litros de cilindrada y motores Diesel de hasta 3 litros. El margen de potencia de arranque depende en gran medida del procedimiento de combustión: A igual cilindrada, un motor Diesel necesita un motor de arranque de mayor potencia que uno de gasolina. El circuito de los sistemas de arranque de los turismos tiene una estructura muy sencilla. El motor de combustión interna se encuentra cerca del conductor, quien puede así seguir sin problemas el sonido del proceso de arranque. Una vez producido el arranque puede percibir también la marcha del motor,

Fundamentos

Sistemas de arranque para turismos con motor de gasolina El sistema de arranque corresponde al circuito básico de la figura 7 y se activa, entre otros procedimientos, mediante un conmutador de encendido y arranque de varias posiciones. Antes de la posición de conexión "Arranque" se conecta el sistema de encendido, pues sin su contribución no son posibles el arranque ni la marcha autónoma del motor de gasolina. El encendido continúa activado tras la desconexión del motor de arranque y posibilita la marcha autónoma del motor de gasolina.

Fig. 7 Circuito de un sistema de arranque para turismos con motor de gasolina.

a Sistema de arranque: 1 Batería, 2 Motor de arranque, 3 Conmutador de encendido y arranque. b Sistema de encendido: 4 Resistencia adicional (en general no se a b monta; se requiere un motor de -r-------.--~~----_rr--------30 arranque con borne 15a), 5 Bobina de 8 encendido, 6 Distribuidor de encendido, 15 + 7 Bujías de ~----~--------15 encendido, 8 Otros consumidores.

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En sistemas con bobina de encendido controlada por contactos y resistencia conectada en serie, se puede favorecer la puesta en marcha del motor térmico puenteando la resistencia adicional de la bobina de encendido para elevar la tensión de arranque. Para ello es necesario que el motor de arranque tenga un borne de conexión adicional (15a).

Sistemas de arranque para turismos con motor Diesel Para que pueda comenzar el proceso de arranque primero debe conectarse el sistema de precalentamiento con bujías de incandescencia. Los sistemas de precalentamiento de los turismos modernos tienen casi siempre un conmutador combinado de precalentamiento y arranque que, una vez finalizado el tiempo de incandescencia de las bujías puede conmutarse para el arranque (figura 8). En sistemas de arranque Diesel más antiguos, los conmutadores de arranque y de precalentamiento de arranque están montados por separado. Tan pronto como la superficie de la bujía de incandescencia se ha calentado lo suficiente

para que el gasoil pueda inflamarse en ella, es posible poner en marcha el motor Diesel. Al contrario que el sistema de encendido del motor de gasolina, el sistema de precalentamiento del motor Diesel se desconecta junto con el motor de arranque una vez finalizado el proceso de arranque.

Sistemas de arranque para vehículos industriales Los vehículos industriales son automóviles destinados al transporte de más de 9 personas, mercancías y/o al arrastre de remolques. Esta categoría de vehículos comprende en esencia los siguientes grupos: - autocares (por ejemplo microbuses, autobuses de línea y articulados), - camiones de diferentes tamaños, - camiones especiales (por ejemplo camiones cisterna, coches de bomberos, vehículos de remolque, camiones de basuras), - vehículos tractores (de remolques o semirremolques y tractores agrícolas).

Fig.8 Circuito de un sistema de arranque para turismos con motor Diesel. Fases de conexión : 1. Lámpara de precalentamiento y arranque encendida, 2. La lámpara indicadora señaliza la disposición para el arranque, 3. Motor de arranque activado, 4. Sistema de precalentamiento y arranque desconectado (marcha autónoma del motor de combustión).

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a Sistema de arranque: 1 Batería, 2 Motor de arranque, 3 Conmutador de precalentamiento y arranque. b Sistema de precalentamiento: 4 Módulo de control del tiempo de incandescencia, S Lámpara indicadora (se apaga al finalizar el tiempo de precalentamiento) , 6 Bujías de incandescencia.

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En consonancia con la gran variedad de vehículos industriales, también los sistemas de arranque están adaptados al objetivo de la aplicación, a la estructura y al motor de combustión de cada vehículo. Los vehículos industriales ligeros, como vehículos de reparto y microbuses, así como algunos tractores, suelen estar equipados con sistemas de arranque sencillos de 12 voltios cuya estructura, al margen de la mayor potencia del motor de arranque, coincide en su sencillez con la de los sistemas de arranque corrientes de los turismos. A diferencia de los vehículos industriales pesados y semipesados, no se necesitan relés especiales de conmutación de baterías o de protección para evitar problemas en el proceso de arranque. Los vehículos industriales semipesados con motor de gasolina de hasta 20 litros de cilindrada aproximadamente, tienen por lo general sistemas de arranque de 12 voltios, mientras que los vehículos equivalentes con motor Diesel de hasta unos 12 litros de cilindrada tienen sistemas de arranque con una tensión nominal de 12 de 24 voltios .

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Los vehículos industriales pesados con motor Diesel de hasta 24 litros de cilindrada aprox., tienen siempre sistemas de arranque de 24 voltios, alimentados por dos baterías de 12 voltios en serie. Cuando la batería está muy alejada del motor de arranque, los sistemas de 24 voltios son los más convenientes: las pérdidas de tensión no son tan desfavorables, por lo que se obtienen mejores condiciones de arranque con el mismo gasto de batería. Además, de ello depende también la potencia de arranque obtenible. Por este motivo, existen también sistemas "mixtos" de 12/24 voltios, con una tensión de 12 voltios para la red de a bordo y una tensión de 24 voltios para el motor de arranque.

Fundamentos

Sistemas de arranque con dispositivo de bloqueo de arranque Los sistemas de arranque en que no es posible la clara percepción acústica del proceso de arranque (p. ej. autocares con motor trasero) requieren un circuito más complicado, pues el motor de arranque y la corona dentada del motor de combustión interna necesitan una protección eficaz.

Fig. 9 Circuito de un sistema de arranque con relé electrónico de bloqueo de arranque.

1 Batería, 2 Interruptor de batería, 3 Interruptor de marcha, 4 Interruptor de arranque, 5 Lámpara indicadora del alternador, 6 Alternador, 7 Relé electrónico de bloqueo de arranque, S Motor de arranque.

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4

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9

• Sistemas de arranque

La figura 9 muestra un sistema de arranque para vehículos industriales con relé electrónico de bloqueo de arranque. Este circuito protege el sistema de arranque en múltiples aspectos: - Desconexión tras el arranque, - bloqueo con el motor térmico en marcha autónoma, - bloqueo con el motor térmico en marcha por inercia, - bloqueo tras arranque fallido, es decir, cuando no se ha logrado la marcha autónoma del motor. A fin de evitar un reintento prematuro de arranque en los dos últimos casos, se mantiene el bloqueo hasta que ha transcurrido un determinado tiempo de retardo integrado en el relé.

Sistemas de arranque con conmutación de baterías de 12/24 voltios Algunos vehículos industriales pesados - principalmente camiones - tienen un sistema mixto de 12/24 voltios (figura 10). En estos sistemas, todos los componentes eléctricos (excepto el motor de arranque) y el alternador están dimensionados para la tensión nominal

de 12 voltios. En cambio, el motor de arranque funciona a una tensión nominal de 24 voltios, con la que se obtiene la potencia necesaria para el arranque de motores grandes. Para este fin, los sistemas de 12/24 voltios van equipados con un relé conmutador de baterías. Durante la marcha normal o con el motor parado, las dos baterías de 12 voltios de la red de a bordo están conectadas en paralelo para la alimentación de los consumidores, por lo que suministran una tensión de 12 voltios. Cuando se acciona el interruptor de arranque, el relé conmutador de baterías conectar transitoriamente en serie las dos baterías para el proceso de arranque, de manera que en los bornes del motor de arranque existe una tensión de 24 voltios. Todos los demás componentes eléctricos siguen recibiendo alimentación a 12 voltios. Al soltar el interruptor de arranque, se desconecta el motor de arranque y las baterías se conectan de nuevo en paralelo. Durante el funcionamiento del motor de combustión, el alternador de 12 voltios (conexión B+) carga las baterías.

Fig.10 Circuito de un sistema de arranque con relé conmutador de baterías.

1 Batería I de 12 V, 2 Batería 11 de 12 V, 3 Relé conmutador de baterías, 4 Interruptor de arranque, 5 Motor de arranque de 24 V, B+ Conexión al alternador. 30----~--------------------------~-------------

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10

Sistemas de arranque especiales Los sistemas de arranque especiales no se reducen a un determinado campo de aplicación o tipo de vehículo. Forman parte de las modificaciones concretas que se realizan en algunos vehículos industriales grandes (p. ej. autocares grandes para viajes largos con motor en la parte trasera o vehículos especiales con motor bajo el piso), automotores Diesel, embarcaciones (según el tamaño de la embarcación, para motor Diesel principal o auxiliar) y motores de grupos estacionarios (p. ej. motobombas o grupos electrógenos de emergencia, accionamientos de generadores, etc.). Las diferentes condiciones de servicio exigen a menudo sistemas de arranque voluminosos con relés de protección y control especialmente coordinados y combinados entre sí de diferentes modos. Estos relés controlan el proceso de arranque, evitan que el motor de arranque y la corona dentada se dañen en caso de conexiones defectuosas, y permiten también el arranque simultáneo en el funcionamiento en paralelo de dos motores de arranque. Casi siempre, los motores de combustión interna están tan lejos del

conductor o del operario, que el proceso de arranque no se puede controlar mediante percepción óptica ni acústica. En muchas aplicaciones se arranca también con mando a distancia o de forma totalmente automática (p. ej. grupos electrógenos de emergencia, bombas de calor con motor Diesel, etc.). En todos los sistemas eléctricos grandes de vehículos industriales se prescribe además un interruptor general de batería, que permite aislar la red de a bordo de la batería como medida de seguridad mientras el motor está detenido (en las paradas, para realizar trabajos de mantenimiento o en caso de avería). No es posible exponer todas las posibilidades, dado que existen sistemas de arranque especiales muy diversos. Los siguientes ejemplos se limitan a unos cuantos circuitos destacados.

Fundamentos

Sistemas de arranque con dispositivo de reintento de arranque Los sistemas de arranque con mando a distancia o accionamiento indirecto del motor de arranque (p. ej. en sistemas estacionarios, automotores Diesel, en algunos casos concretos también en vehículos industriales con motor trasero) , se amplían en determinados casos con un relé de reintento de arranque

Fig.11 Circuito de un sistema de arranque de 12 ó de 24 V para el accionamiento individual de un motor de arranque de piñón deslizante tipo KB o OB con dispositivo de bloqueo y reintento de arranque.

1 Batería, 2 Interruptor de batería, 3 Interruptor de marcha, 4 Interruptor de arranque, S Relé de bloqueo de arranque, 6 Relé de reintento de arranque, 7 Motor de arranque, 0+ Conexión al alternador.

6

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2

11


(figura 11). Este se utiliza, en particular, cuando no se puede percibir si el intento de arranque ha tenido éxito por estar el motor de combustión interna a mucha distancia. El circuito está coordinado de manera que el relé de reintento de arranque no se excita cuando el piñón del motor de arranque engrana normalmente. Para evitar una sobrecarga térmica del motor de arranque en caso de fallo (circuito reactivo) , el relé de repetición interrumpe el proceso de arranque fallido y lo repite automáticamente. Este proceso puede tener lugar varias veces, hasta que el piñón del motor de arranque pueda engranar con la corona y termine por conectarse el contacto de corriente para el motor de arranque. El relé de bloqueo de arranque, que también se encuentra en el circuito de conmutación, protege además el motor de arranque contra intentos de arranque con el motor térmico ya, o aún, en marcha. Este tipo de circuito se utiliza exclusivamente para motores de arranque de piñón deslizante y conexión eléctrica de dos etapas (motor de arranque K, Q o T) con el borne adicional de conexión 48.

Sistemas de arranque (de 12 o 24 voltios) con doble relé de arranque para funcionamiento en paralelo Para el arranque de motores de combustión muy grandes, se necesitarían también moto-

res de arranque muy grandes. En estos casos, por motivos de espacio es preferible utilizar dos motores de arranque más pequeños en lugar de uno grande. Ahora bien, para que el motor de combustión alcance la velocidad de giro necesaria para el arranque, es necesario que ambos motores de arranque en paralelo impulsen simultáneamente la corona. Con la conexión en paralelo de dos motores de arranque se obtiene aproximadamente el doble de potencia que con un solo motor, siempre que esté asegurada la alimentación de corriente. En los sistemas de arranque en paralelo de baja tensión (12 ó 24 voltios), se conecta al sistema de arranque además del relé de bloqueo de arranque y del relé de reintento de arranque con las funciones anteriormente descritas, un doble relé de arranque (figura 12), con ayuda del cual se logra que engrane un motor de arranque a continuación del otro en la corona dentada del motor de combustión. Una vez completamente engranado el segundo motor de arranque, se conecta la corriente de arranque total. Así, ambos motores de arranque desarrollan simultáneamente su par de giro total y no se sobrecarga ninguno de ellos. Los motores de arranque apropiados para este funcionamiento en paralelo tienen los correspondientes bornes de conexión adicionales.

Fig. 12

Circuito de un sistema de arranque de 12 ó 24 V para el funcionamiento en paralelo de dos motores de arranque con piñón deslizante tipo KB. 1 Batería, 2 Interruptor de batería, 3 Interruptor de marcha, 4 Interruptor de arranque, 5 Relé de bloqueo de arranque, 6 Relé de reintento de arranque, 7 Doble relé de arranque, 8 Motor de arranque 1, 9 Motor de arranque 11 , D+ Conexión al alternador.

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Sistemas de arranque (de 50 a 110 voltios) con relé conmutador para funcionamiento en paralelo En los sistemas de arranque en paralelo de alta tensión (de 50 a 110 voltios) se utiliza, además de un relé de reintento de arranque con relé de mando y un relé de bloqueo de arranque controlado por frecuencia, un relé especial de conexión en paralelo. Este último, por un lado conecta la corriente principal para el segundo motor de arranque y por otro debe encargarse, mediante el mando correspondiente, de que los motores de arranque engranen uno tras otro y, una vez completado el engrane, reciban simultáneamente la corriente principal para el arranque. La figura 13 muestra un sistema de arranque con circuito en paralelo para vehículos cuyo motor arranca de forma indirecta o automática, p. ej. al alcanzarse cierta presión de aceite o una determinada temperatura. En automotores, locomotoras, grandes motores estacionarios, etc. se encuentran a menudo dispositivos de control que supervisan el aceite lubricante, la temperatura y el nivel de agua, los cuales pueden desexcitarse brevemente y con ello interrumpir el cable de mando del motor de arranque. Para evitar que durante este proceso pueda soldarse el puente de conexión del relé de engrane, un relé del circuito de retención evita que el motor de arranque se

Fundamentos

conecte o desconecte innecesariamente a causa de estos dispositivos de control durante el proceso de arranque. Mientras que en los sistemas de baja tensión, el relé de mando se encuentra en el motor de arranque de piñón deslizante, en los sistemas de tensión más alta se encuentra unificado con el relé de reintento de arranque en una misma unidad constructiva. Así se logra que los procesos de conmutación sean más seguros.

Fig.13 Circuito de un sistema de arranque de 50 a 110 V para el funcionamiento en paralelo de dos motores de arranque con piñón deslizante tipo TB.

1 Batería, 2 Conmutador de batería, 3 Interruptor de arranque, 4 Relé del motor de la bomba, 5 Motor de la bomba de aceite, 6 Presostato de aceite, 7 Dispositivos de control , 8 Relé del circuito de retención , 9 Relé de bloqueo de arranque (con entrada de la velocidad de giro del motor 11M desde el alternador o un transmisor) , 10 Relé de reintento de arranque, 11 Relé de conexión en paralelo, 12 Motor de arranque 1, 13 Motor de arranque 11.

7

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11 M

13


Estructura básica del motor de arranque El motor de arranque está integrado generalmente por los siguientes componentes: - motor de arranque eléctrico, - relé de engrane y - mecanismo de engrane (figura 1).

Motor de arranque eléctrico Principio En el motor eléctrico se utiliza una corriente eléctrica para producir un movimiento giratorio transformando energía eléctrica en energía mecánica. Esta transformación se basa en la fuerza ejercida por un campo magnético sobre un conductor por el que circula una corriente eléctrica. La magnitud de esta fuerza es proporcional a la intensidad del campo magnético y a la intensidad de la corriente, y su valor máximo se obtiene cuando el campo

magnético y la corriente están orientados perpendicularmente entre sí. Supongamos que el conductor tiene forma de espira y gira libremente en el campo magnético. Al pasar la corriente, se sitúa normalmente en posición perpendicular al campo magnético y es sujetado en este lugar por la fuerza magnética. Invirtiendo la dirección de la corriente en la espira en este punto muerto, puede evitarse el estado de reposo. Entonces el par tiene siempre el mismo sentido de giro y permite una rotación ininterrumpida de la espira conductora. Esta inversión de corriente se realiza en un colector (inversor de corriente). En nuestro caso, el colector está formado por dos segmentos semianulares aislados entre sí, a los que están conectados los dos extremos de la espira conductora. Dos escobillas de carbón están unidas a la fuente de tensión y a través de ellas pasa la corriente por las diferentes espiras (figura 2a). A fin de obtener un par de giro uniforme, se aumenta el número de espiras. La suma de los pares de giro individuales produce un par de giro total más alto y uniforme.

Fig. 1

Componentes de un motor de arranque. 1 Motor de arranque eléctrico, eventualmente con engranaje reductor, 2 Relé de engrane con conexiones eléctricas, eventualmente con relé de mando adicional , 3 Mecanismo de engrane.

14

La figura 2b muestra tres espiras dispuestas simétricamente, cuyo colector tiene ahora los seis segmentos que les corresponden, también denominados delgas. En realidad el número de espiras es aún mayor, con lo cual se puede incrementar el par de giro total. El campo magnético puede generarse por medio de imanes permanentes (motores de excitación permanente) o de electroimanes (polos electromagnéticos con devanado de excitación). Según el tipo de conexión del devanado de excitación se distingue entre motores en derivación, en serie y compound.

en una misma dirección (es decir de los polos norte a los sur). Como las líneas del campo magnético son siempre cerradas y circulan perfectamente por el hierro, la carcasa polar y las zapatas polares se fabrican de dicho metal (más exactamente, de un acero con propiedades magnéticas especiales). El inducido está constituido por un paquete de discos de chapa aislados entre sí para evitar pérdidas por magnetización, y prensados sobre el eje del propio inducido, formando un cilindro ranurado longitudinalmente, en cuyas ranuras se alojan las espiras. Al pasar corriente por ellas, se genera en el núcleo de hierro del inducido un campo magnético con polos norte y sur. El giro del inducido se origina por confrontación de los polos de igual signo del inducido y de la carcasa del estátor, los cuales se repelen recíprocamente. Las espiras que forman el devanado del inducido están conectadas a las diferentes láminas del colector (delgas). El colector va montado a su vez directamente en el eje del inducido y sobre él rozan casi siempre cuatro escobillas de carbón, conectadas por parejas a los polos positivo y negativo de la batería (masa). El

Ejecución técnica En los motores de arranque eléctricos, el electroimán está formado por una carcasa de estátor tubular, en cuyo interior se fijan generalmente cuatro zapatas polares (polos magnéticos). Estas zapatas tienen, a menos que se trate de imanes permanentes como en los tipos DM YDW, un devanado de excitación por el que circula corriente para la excitación del campo magnético. El devanado de excitación se alimenta con tensión continua, para que las líneas del campo vayan siempre

Estructura básica del motor de arranque

Fig.2

Esquema del motor eléctrico.

Esquema eléctrico de un sistema de arranque con motor compound.

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a con una espira conductora, b con tres espiras conductoras.

M -

1 Escobillas de carbón, 2 Imán, 3 Colector, 4 Espira conductora.

21

a Etapa previa: Sólo devanado en 1 Devanado en derivación conectado en serie serie, (corriente de inducido limitada). 2 Devanado en b Etapa principal: Devanado en derivación. derivación conectado en paralelo, devanado en serie conectado en serie.

Esquema eléctrico de un motor de corriente continua con excitación en derivación.

Esquema eléctrico de un motor de corriente continua con excitación permanente.

Esquema eléctrico de un motor de corriente continua con excitación en serie.

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15

• Sistemas de arranque

colector se encarga de invertir el sentido de la corriente en el inducido y por consiguiente la polaridad , mientras que esta última se mantiene inalterable en la carcasa polar. En el inducido de un motor eléctrico se induce (excita) una tensión que se opone a la tensión de servicio aplicada al inducido. Cuanto mayor es la velocidad de giro del motor, mayor es la contratensión y menor la intensidad de la corriente. En cambio, cuando el motor queda bajo carga por tener que realizar un trabajo, al disminuir su velocidad de giro decrece la contratensión y aumenta la intensidad de corriente. La intensidad y por tanto el par de giro (figura 3) alcanzan su máximo valor cuando el motor tiene que arrancar en carga desde el estado de reposo. Así pues, el motor eléctrico ajusta por sí mismo su corriente a la carga mecánica. Motores en derivación En los motores en derivación, el devanado de excitación está conectado en paralelo al inducido. Con una alimentación de tensión constante, la excitación y la velocidad de giro Fig.3 Curva característica de velocidad-par de giro de los motores eléctricos.

1 Motor en derivación con tensión constante, 2 Motor con excitación permanente*, 3 Motor compound, etapa principal*, 4 Motor en serie*. * A la tensión de la batería

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son casi independientes del par de giro, lo cual sería desfavorable para el funcionamiento del motor de arranque. Sin embargo, la caída de tensión de la batería por la alta intensidad del motor de arranque, conduce a una curva característica apropiada para el arranque, similar a la de los motores en serie. Motores de excitación permanente Estos motores se caracterizan por su sencillez constructiva y su pequeño tamaño. Como el campo magnético es generado por imanes permanentes, la excitación es siempre la misma en cualquier estado de servicio. No existe devanado de excitación y por tanto tampoco corriente de excitación ni resistencia óhmica, por lo que la resistencia total del motor eléctrico es pequeña. Cuando se utilizan como motores de arranque a la tensión de la batería, los motores de excitación permanente tienen un comportamiento similar al de los motores en derivación. Motores en serie En los motores en serie o de excitación en serie, los devanados de excitación y del inducido están conectados en serie (uno tras otro). La corriente de excitación no se deriva, sino que la corriente del inducido pasa también por el devanado de excitación. Como esta corriente de inducido es particularmente alta durante la puesta en marcha del motor bajo carga, genera un campo magnético de alta intensidad. Por esta razón, los motores desarrollan un elevado par de arranque que disminuye con rapidez al aumentar la velocidad de giro. Gracias a esta propiedad, el motor es especialmente adecuado como motor de arranque. En el caso de los motores de arranque pequeños, el motor se conecta directamente durante el proceso de engrane, para que pueda actuar inmediatamente el par de giro total.

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Par de giro M -

16

Motores en derivación y en serie combinados (motores compound) Los motores de arranque grandes tienen un motor compound con un devanado en derivación y otro en serie, los cuales se conectan en dos etapas. En la etapa previa se limita la corriente del inducido, para lo cual se empieza por conectar el devanado en

derivación en serie con el inducido, como resistencia adicional. Así, el inducido genera sólo un pequeño par de giro para el engrane. En la etapa principal circula toda la corriente por el motor de arranque, que entonces puede desarrollar su par de giro completo. El devanado en derivación se conecta ahora en paralelo y el devanado en serie sigue conectado en serie con el inducido (figura 2, izquierda abajo). Si el piñón vuelve a su posición inicial, el campo en derivación se encarga de parar rápidamente el inducido.

Relé de engrane En esencia, un relé sirve para conmutar una corriente elevada por medio de otra relativamente baja. En turismos, p. ej., la corriente del motor de arranque alcanza un valor máximo del orden de 1000 A, Y en vehículos industriales de hasta 2600 A aproximadamente. En cambio, para conectar la baja corriente de mando basta un interruptor mecanlco (interruptor de arranque, conmutador de encendido y arranque, interruptor de marcha). El relé de engrane incorporado en el motor de arranque (figura 4) es la combinación de un imán de engrane con un relé, y cumple una doble función:


- Avance del piñón para el engrane con la corona dentada del motor de combustión y - Cierre del contacto móvil para la conexión de la corriente principal del motor de arranque.

Fig.4

Relé de engrane y mecanismo de engrane. (en el motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca).

Fig.5

Relé de engrane. 1 Armadura, 2 Devanado de atracción , 3 Devanado de retención, 4 Núcleo magnético, 5 Muelle de contacto, 6 Contactos, 7 Conexión eléctrica, 8 Contacto móvil, 9 Eje de conexión (dividido), 10 Muelle de recuperación.

1

2

10

3

9

4

5

8

La estructura del relé de engrane puede verse en la figura 5. El núcleo magnético fijado rígidamente a la carcasa penetra en el interior del devanado magnético por un lado y el núcleo deslizante (armadura) por el otro. La distancia entre el núcleo magnético y el núcleo deslizante corresponde a la carrera de la armadura. La carcasa del electroimán, el núcleo magnético y la armadura forman un circuito magnético. En varias ejecuciones, el devanado del relé se compone de dos grupos: un devanado de atracción y otro de retención. Esta medida resulta muy ventajosa en relación con la carga térmica admisible y la fuerza magnética que puede alcanzarse. Durante la atracción se produce una fuerza magnética más elevada, que permite superar la resistencia al engrane. Cuando el circuito del motor de arranque está cerrado, el devanado de atracción se halla en cortocircuito. Entonces actúa sólo el devanado de retención, cuya fuerza magnética es suficiente para retener la armadura del relé hasta que se abra de nuevo el interruptor de arranque. Bajo la influencia de la fuerza magnética generada tras la conexión, la armadura del relé penetra en el devanado. Este movimiento se aprovecha por un lado para el desplazamiento axial del piñón y por otro para apretar

17


el puente contra los contactos de corriente principal. Tras la desconexión, los muelles de recuperación situados entre los diferentes componentes se encargan de abrir los contactos y restituir la armadura del relé a su poslclon inicial. Por conveniencia, las conexiones eléctricas van integradas con el relé de engrane en un solo componente. Los motores de arranque grandes no llevan ningún relé de engrane, sino que el imán de acoplamiento para el avance del piñón y el relé de mando para las etapas de conexión eléctrica están separados entre sí.

Mecanismo de engrane La tapa del lado de accionamiento del motor de arranque contiene en esencia el mecanismo de engrane con el piñón, el acopIamiento libre (acoplamiento de adelanto), el elemento de acoplamiento (palanca o barra de embrague para la carrera de engrane) y el muelle de engrane. En este conjunto de motor de arranque se coordinan adecuadamente el movimiento de avance del relé de engrane y el movimiento giratorio del motor eléctrico, que se transmiten al piñón (figuras 4 y 6).

Piñón El motor de arranque se acopla a una corona dentada del volante del motor de combustión (figura 7) por medio de una pequeña rueda dentada ("piñón") engranable y desengranable. Una gran desmultiplicación (normalmente entre 10: 1 y 15: 1) permite vencer la alta resistencia de giro del motor de combustión con un motor de arranque relativamente pequeño, pero que gira a gran velocidad. Así, el motor de arranque puede fabricarse de pequeñas dimensiones y bajo peso. Fig.6 Mecanismo de engrane de un motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca. 1 Tapa del lado de accion'iamiento, 2 Palanca de embrague, 3 Muelle de engrane, 4 Arrastrador, 5 Acoplamiento libre de rodillos, 6 Piñón, 7 Eje del inducido.

2 -----------W~~~~ 3 -----...

4 - - -_______ 5 -------6

7

18

Fig.7 Piñón de motor de arranque. Los dientes del piñón tienen una inclinación para facilitar el engrane.

Para que el piñón pueda engranar correctamente con la corona dentada durante el proceso de arranque, transmitir el par de giro necesario y finalmente desengranar en el momento oportuno, el dentado tiene unas características bien determinadas: - Para el dentado del piñón se utiliza el perfil de evolvente, que favorece el engrane ("perfil de curvas de desarrollo", que comprende una curva matemática determinada), - Los dientes del piñón y, según el tipo de construcción del motor de arranque, también los de la corona dentada, están achaflanados en la cara frontal , - Al contrario que las ruedas dentadas que funcionan en toma constante (permanentemente engranadas), la distancia entre los ejes del piñón y de la corona es mayor, para conseguir suficiente juego entre los flancos de los dientes, - La superficie frontal del piñón debe estar, en reposo, a una distancia mínima de la superficie frontal de la corona y - Los materiales del piñón y la corona, así como los procedimientos para endurecerlos, deben estar coordinados entre sí para lograr una larga vida útil. Para la protección del motor de arranque, tan pronto como el motor de combustión "arranca" y acelera por su propia fuerza hasta superar la velocidad de arranque, el piñón debe desengranar por sí solo, o la unión entre el eje del motor de arranque y el volante del motor Fig.8 Piñón del motor de arranque engranado con la corona. 1 Piñón del motor de arranque.

d1 Diámetro del círculo primitivo. 2 Corona dentada.

d2 Diámetro del círculo primitivo, da2 Diámetro del círculo de cabeza, S2 Espesor de diente, jn Juego entre flancos. d1 ------....

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---r-2 ---/¡-.

I

anularse de forma automática. Con este fin, los motores de arranque están dotados de un acoplamiento libre y un mecanismo de engrane y retorno.


Procedimiento de engrane El procedimiento de engrane del piñón con la corona dentada ha de diseñarse, en todos los casos, de manera que el movimiento de avance del relé de engrane y el movimiento giratorio del motor de arranque eléctrico puedan superponerse en cualquier situación de engrane imaginable, pero que cada movimiento sea independiente del otro. Los distintos tamaños de motores de arranque se diferencian en la ejecución técnica del procedimiento de engrane. Las diferencias se reflejan en la denominación del tipo de construcción del motor de arranque. Piñón deslizante movido por rosca En los motores de arranque de plnon deslizante movido por rosca, el movimiento de avance del relé de engrane incorporado se transmite al arrastrador (con piñón) , que es guiado por una rosca de gran paso del eje del inducido. Se obtiene así un movimiento de avance helicoidal que facilita sustancialmente el engrane del piñón. Piñón deslizante de giro electromotorizado En los motores de arranque de piñón deslizante y electroimán de engrane en la prolongación del eje del inducido, el piñón se desplaza en línea recta mediante una barra de acoplamiento que pasa a través del eje hueco del inducido. Al mismo tiempo, en una primera etapa comienza a girar lentamente el inducido para facilitar el engrane. Una vez producido éste, en la segunda etapa circula la corriente principal completa para hacer girar el motor de combustión. Piñón deslizante de giro mecánico En la primera etapa de los motores de arranque de piñón deslizante y relé de engrane incorporado, se desplaza en línea recta el engranaje completo con el piñón. Si no es posible el engrane directo, entra en funcionamiento la segunda etapa mecánica con un giro adicional del piñón .

19


Acoplamiento libre En todas las versiones de motores de arranque, el movimiento giratorio se transmite a través de un acoplamiento libre (acoplamiento de adelanto), que arrastra al piñón durante el accionamiento del eje del inducido y, en cambio, anula la unión entre dicho eje y el piñón al girar este último a mayor velocidad ("adelanto" del motor de combustión). El acoplamiento libre, dispuesto entre el motor de arranque y el piñón de éste, impide que el inducido alcance velocidades excesivas cuando el motor de combustión arranca rápidamente.

Acoplamiento libre de rodillos Los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca están equipados, para su protección, con un acoplamiento libre de rodillos (figura 9). El elemento más importante es el anillo de marcha libre con rampa de deslizamiento de rodillos, que forma parte del arrastrador, y está unido al eje del inducido mediante una rosca de gran paso. La unión cinemática de fuerza entre el vástago interior del piñón y el anillo exterior de marcha libre del arrastrador se establece mediante unos rodillos cilíndricos que pueden moverse por la rampa de deslizamiento.

Fig.9 Acoplamiento libre de rodillos. 1 Tapa, 2 Piñón, 3 Arrastrador con anillo de marcha libre, 4 Rampa de deslizamiento de rodillos, 5 Rodillo, 6 Vástago del piñón, 7 Muelle. a Sentido de acoplamiento. 1 4 5

20

2

3

6

7

En estado de reposo, los muelles de compresión empujan los rodillos hacia la parte más estrecha del espacio comprendido entre la rampa de deslizamiento del anillo de marcha libre y la parte cilíndrica del piñón , para que este último pueda acoplarse de forma segura con el eje del inducido al ponerse en marcha el motor de arranque. Durante el accionamiento del eje del inducido del motor de arranque, los rodillos cilíndricos son apretados en la parte más estrecha de la cámara. Si el motor de combustión acciona el piñón del motor de arranque a una velocidad superior a la de giro en vacío del inducido en la fase de arranque, los rodillos se liberan y se desplazan, venciendo la fuerza del muelle de compresión , hacia la parte más ancha de la cámara. De este modo, el acoplamiento libre de rodillos anula la unión cinemática de fuerza entre el piñón y el inducido. Las ventajas de este acoplamiento libre consisten en que sólo es necesario acelerar masas pequeñas y en que el par de adelanto eficaz del motor de combustión es relativamente reducido.

Acoplamiento libre de discos Este tipo de acoplamiento se utiliza en grandes motores de arranque de piñón deslizante. Si la velocidad de giro del piñón del motor de arranque sobrepasa la del inducido al arrancar el motor de combustión, el acopIamiento libre de discos deshace la unión cinemática de fuerza entre el piñón y el inducido del motor de arranque. Una rosca de gran paso prevista en el husillo de accionamiento origina esta separación, evitando así que el motor de arranque se acelere en exceso. El acoplamiento libre de discos tiene también la misión de actuar como embrague de sobrecarga y limitar el par de giro transmitido por el eje del inducido al piñón. Un requisito esencial de la estructura de este acoplamiento es que los discos, que deben transmitir la totalidad de fuerzas, puedan desplazarse en sentido axial en la brida de arrastre o estén dispuestos sobre la tuerca de presión, pero que no puedan girar en sentido radial. En efecto, los discos están engranados con la brida de arrastre mediante levas de arrastre alternativas en la periferia exterior (discos exteriores) y con la tuerca de presión en la periferia interior (discos interiores).

La brida de arrastre exterior está rígidamente unida al eje del inducido; en cambio, la tuerca de presión puede girar sobre la rosca de gran paso del husillo (figura 10). Arrastre de fuerza La condición necesaria para que el acopIamiento libre de discos pueda quedar en arrastre de fuerza por rozamiento es que exista una determinada presión entre los discos. En la posición de reposo, el paquete de discos se comprime, por medio de una pequeña fuerza inicial, de manera que la fricción existente asegura el arrastre de la tuerca de presión (figura 11). Una vez que el piñón ha alcanzado su posición final tras el engrane, debe tener efecto el arrastre de fuerza completo para el arranque. La tuerca de presión se desplaza hacia fuera sobre la rosca de gran paso, con el piñón fijo y el eje del inducido girando, contra el muelle de disco, con lo cual aumenta más aún la presión entre los discos. El aumento de presión se mantiene hasta que se logra una fricción entre los discos suficiente para la transmisión del par de giro de arranque necesario. El arrastre

de fuerza se desarrolla en este orden: eje del inducido - brida de arrastre - discos exteriores - discos interiores - tuerca de presión - husillo con rosca - piñón (figura 12).


Fig.11 Acoplamiento libre de discos, posición de reposo.

El muelle de precarga comprime el paquete de discos. El arrastre de la tuerca de presión está asegurado por el efecto de rozamiento.

Fig.10 Mecanismo de engrane con acoplamiento libre de discos.

1 Tapa del lado de accionamiento, 2 Reborde de tope, 3 Muelle de disco, 4 Disco de presión , 5 Discos exteriores e interiores, 6 Brida de arrastre, 7 Inducido, 8 Piñón, 9 Husillo con rosca, 10 Rosca de gran paso, 11 Anillo de tope, 12 Carcasa polar.

8

1

9

2

3

4

5

6

10

11

12

7

21


Acoplamiento libre de discos, arrastre de fuerza.

Piñón engranado. La tuerca de presión ejerce presión contra el muelle de disco. Aumenta la presión. Paquete de discos en pleno arrastre de fuerza.

Fig.13

Fig . 12

Acoplamiento libre de discos, limitación del par de giro.

La tuerca de presión oprime a fondo el muelle de disco. Equilibrio de fuerzas con máximo valor de ajuste. Los discos patinan.

Fig.14 Adelanto.

Cambio del sentido de la fuerza. La tuerca de presión se acerca al anillo de tope y anula la presión de los discos y el arrastre de fuerza.

22

Limitación del par de giro La presión de los discos, que aumenta por el efecto helicoidal de la tuerca de presión , y por tanto el par de giro transmisible, se limita porque al alcanzarse la carga máxima admisible la tuerca de presión se aplica contra el muelle de disco. Tal como se aprecia en la figura 13, oprime con su superficie frontal el muelle de disco contra el reborde de tope del husillo con rosca, produciéndose así un equilibrio de fuerzas. La presión de los discos no puede aumentarse más. El acoplamiento libre de discos actúa en este caso como embrague de sobrecarga, pues los discos patinan al alcanzarse la fuerza máxima ajustada y el par de giro máximo resultante de la misma. Adelanto Al acelerarse el volante del motor de combustión por los impulsos de encendido o al arrancar el motor, el piñón "adelanta" al motor de arranque. Este cambio de sentido de la fuerza provoca que la tuerca de presión se atornille sobre la rosca de gran paso hasta el anillo de tope contra el interior del motor de arranque. El muelle de disco se afloja totalmente y ya no puede ejercer presión. Los discos quedan sin presión y juntos, pero sueltos. Esta marcha libre anula el arrastre de fuerza, por lo que no pueden transmitirse aceleraciones peligrosas al inducido del motor de arranque (figura 14). Acoplamiento libre de dentado recto El acoplamiento libre de dentado recto, en combinación con el mecanismo de engrane de dos etapas, se monta sobre todo en los motores de arranque de piñón deslizante tipo KE. Al comienzo del proceso de adelanto, la corona dentada del motor de combustión impulsa, conforme a las figuras 15 y 16, el piñón (1), el cual está acoplado mediante un dentado recto con la pieza de acoplamiento (4). Esta se desvía sobre la rosca de gran paso del husillo con rosca hacia el interior, en dirección al motor de arranque, comprimiendo con ello el muelle (5) el cual efectúa después la reposición de la pieza de acoplamiento. La separación de los elementos de acoplamiento de dentado recto (piñón y pieza de acoplamiento) del acoplamiento libre de dentado recto es apoyada por varios pesos

centrífugos (2), puesto que éstos generan una fuerza longitudinal a través de un anillo con un mandrinado cónico interior (3). Una empaquetadura de goma (6) amortigua el golpe del acoplamiento al producirse un nuevo arrastre de los elementos del mismo.

Frenado del inducido A veces es necesario repetir el arranque, pero antes hay que detener de nuevo rápidamente el inducido del motor de arranque. En los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca, el procedimiento de parada es sencillo: tras la desconexión del mecanismo de engrane o del inducido, el muelle de recuperación presiona un disco de

arranque o de freno y produce el frenado por rozamiento. En caso de excitación permanente, se produce además un efecto de frenado del motor generado durante el funcionamiento por inercia. En los motores de arranque de piñón deslizante, el campo en derivación genera un régimen de marcha en vacío limitado, con lo cual el inducido del motor de arranque llega rápidamente a la parada. En cambio, otras versiones presentan un devanado de freno con conexiones especiales, el cual se conecta en paralelo con el inducido durante el giro, nada más producirse la desconexión del motor de arranque, y actúa como freno de corriente.


Fig.15 Mecanismo de engrane con acoplamiento libre de dentado recto en posición básica.

1 Piñón de dentado recto ("dientes de sierra"), 2 Pesos centrífugos, 3 Anillo de presión cónico, 4 Pieza de acoplamiento de dentado recto, S Muelle, 6 Empaquetadura de goma.

2

3

4

S

6

Fig.16 Acoplamiento libre de dentado recto en estado desengranado.

En el proceso de adelanto, la pieza de acoplamiento de dentado recto se desvía hacia el interior y anula la unión entre el motor de arranque y el piñón .

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1

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23


Tipos de motores de arranque Resumen Existen muchas versiones distintas de motores de combustión y sistemas eléctricos de automóviles. Por lo tanto, también son diversas las condiciones de servicio de las que, por otra parte, dependen decisivamente la estructura de los sistemas de arranque eléctricos y la elección del motor de arranque adecuado. Estas condiciones demandan un programa de productos con una gran diversidad de tipos de motores de arranque. Estas son algunas de las principales características distintivas de los motores de arranque: - tensión nominal, - potencia nominal, - sentido de giro, - tamaño (diámetro de la carcasa polar del motor), - tipo de construcción y - forma constructiva. La tensión nominal está orientada al campo de aplicación del motor de arranque. Hay motores pequeños para 12 V, motores medianos para 12 y 24 V Y motores grandes, graduados en

varios escalones, según la aplicación, entre 24 y 110 V de tensión nominal. Esta última depende de si se trata de un motor de arranque para un motor de gasolina o Diesel (diferente demanda de potencia de arranque) y de la cilindrada del motor térmico. El sentido de giro del motor de arranque está determinado por el sentido de montaje y el sentido de giro del motor de combustión, y el tamaño por la potencia nominal necesaria del motor de arranque. El tipo de construcción está vinculado al principio de engrane, el cual está relacionado a su vez con el tamaño o la potencia del motor de arranque. La forma constructiva depende de las condiciones de montaje, el tipo de fijación y las condiciones de servicio (figuras 2 y 3).

Designación de tipo La designación de tipo sirve de orientación inicial y se indica en las documentaciones técnicas de los motores de arranque junto con el número de pedido (figura 1). Rótulo de motor de arranque El rótulo del motor de arranque (inscripción de la carcasa) contiene el número de pedido, el sentido de giro y la tensión nominal. Ejemplo de rótulo de motor de arranque: 0001 314 002 ~ 12 V.

Fig.1 Ejemplo de designación de tipo.

D

-Letra característica de 0 de carcasa polar

o de la carcasa polar en mm

D E

65a 79 80a 99 100 a 109 110a 119 120 a 139 140 a 169 170a 199

G I K Q T

B, D, E, F, G, M, V, W = características constructivas Sentido de giro (visto por el lado de la entrega de fuerza (piñón)) -+ o R = giro a derechas < o L = giro a izquierdas Tensión nominal en voltios Potencia nominal en kilovatios

24

W

-,--

---.i.R/.-

12 V -

1,4kW

-'--,--

Tipos de motores de arranque

Tipos constructivos de motores de arranque, cuadro sinóptico. Sistemas de engrane, funcionamiento

Transmi- Construcción sión in- E Mecanismo de engrane termedia M Motor, R relé

Tipo Tipos carac- similares terístico

Motores de arranque

Con piñón deslizante movido por rosca Avance del piñón por husillo contra la corona dentada y engrane por relé. Fácil engrane mediante rosca de gran paso. Al final del recorrido del relé tiene lugar la conexión de la corriente total del motor de arranque.

sin

IF

Motor serie

con

EV DW

sin

DM

Piñón deslizante de giro mecánico Avance rectilíneo del piñón contra la corona dentada y engrane por relé. Fácil engrane mediante mecanismo de dos etapas. Tras completarse el engrane, se conecta la corriente total del motor de arranque.

sin

KE

Piñón deslizante de giro electromotorizado Avance rectilíneo del piñón contra la corona dentada y engrane por electroimán de acoplamiento. Simultáneamente, puesta en marcha del motor a bajas revoluciones para facilitar el engrane (etapa previa eléctrica) . Justo antes del final del recorrido por deslizamiento se produce produce la conexión de la corriente total del motor de arranque (etapa principal).

sin

KB

ID

Motor de excitación permanente

Motor serie

OB

Motor compound

·G TB

·a

con

.1··

TF

Sobre base TB

Fig . 2

Fig . 3 Ejemplos de motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca. 1 Tipo 2 Tipo 3 Tipo 4 Tipo

IF, EV, DW, DM.

2

3

4

25


Motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca sin transmisión intermedia Las características esenciales de esta versión son motor eléctrico de accionamiento directo, relé de engrane incorporado, mecanismo de engrane para el recorrido deslizante y el de movimiento por rosca y acoplamiento libre de rodillos.

Tipo IF con motor en serie Construcción La construcción y el circuito interno de los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca sin transmisión intermedia puede verse en las figuras 4 y 5. Motor de arranque: Como motor de arranque se monta un motor de corriente continua de excitación en serie, en el que el devanado de excitación y el del inducido están conectados uno a continuación

del otro. La velocidad de giro del motor se transmite directamente al mecanismo de engrane sin desmultiplicación. El eje del inducido, prolongado, lleva una rosca de gran paso, que sirve de guía al arrastrador del mecanismo de engrane (figura 6). Relé de engrane: Los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca sin transmisión intermedia se conectan mediante un relé de engrane incorporado, provisto de devanados de atracción y de retención. La armadura del relé tiene, en su extremo saliente, una ranura en la que engrana la espiga de la palanca de embrague con una determinada holgura. Este recorrido en vacío permite que el muelle de recuperación mueva la armadura del relé hacia la posición inicial, para desconectar el motor de arranque y retirar rápidamente el contacto móvil de los contactos fijos. Esta operación es necesaria para desconectar con rapidez el motor de arranque tras un intento fallido. Mecanismo de engrane: El arrastrador, que se desliza con un movi-

Fig.4 Corte de un motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca tipo lE

1 Devanado de retención , 2 Devanado de atracción, 3 Muelle de recuperación, 4 Palanca de embrague, 5 Muelle de engrane, 6 Acoplamiento libre de rodillos, 7 Piñón, 8 Eje del inducido, 9 Anillo de tope, 10 Conexión eléctrica, 11 Contacto, 12 Contacto móvil, 13 Relé de engrane, 14 Cojinete del colector, 15 Colector, 16 Portaescobillas, 17 Zapata polar, 18 Inducido, 19 Carcasa polar, 20 Devanado de excitación.

~-----10

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2-----------------.~

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3----------------~

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miento helicoidal sobre la rosca de gran paso del eje del inducido, está embragado a su vez con el piñón mediante un acoplamiento libre de rodillos. El sentido de inclinación de la rosca permite que el piñón, retenido durante el giro del inducido del motor de arranque, engrane con la corona. El arrastrador lleva montados dos anillos o discos guía, en los que engrana el extremo en forma de horquilla de la palanca de embrague, transmitiendo as! el movimiento de avance en dirección axial. Entre el anillo guía y el arrastrador se encuentra el muelle de engrane como elemento elástico, por lo que la palanca de embrague se mueve siempre hasta la posición final y la corriente del motor de arranque se conecta en todos los casos, aunque un diente del piñón tropiece con uno de la corona dentada (los contactos de conmutación cierran poco antes de la posición final de la palanca de embrague). El arrastrador, y con él el piñón, son desplazados hacia delante en dirección axial por la palanca de embrague y simultáneamente giran por efecto de la rosca de gran paso, hasta que el piñón llega al tope. La rosca de


Circuito interno de los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca.

a Circuito básico. b Con borne 15a, conexión para resistencia en serie con la bobina de encendido. E Devanado de atracción , H Devanado de retención. 1 Relé de engrane, 2 Devanado de excitación.

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Fig.6 Principales componentes del motor de arranque eléctrico.

1 Eje del inducido, 2 Devanado del inducido, 3 Paquete del inducido, 4 Colector, 5 Zapatas polares, 6 Devanado de excitación , 7 Escobillas de carbón , 8 Portaescobillas.

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27


gran paso impide que se transmita un par de giro al motor de combustión mientras el piñón no haya engranado por completo. Tras el engrane, el acoplamiento libre garantiza la unión cinemática de fuerza entre el inducido del motor de arranque y el volante del motor de combustión interna. Dicha unión se anula en cuanto la velocidad de giro es superior a la del motor de arranque. Funcionamiento En los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca, el recorrido de engrane se compone del recorrido deslizante y del recorrido helicoidal. Recorrido deslizante: Al accionar el interruptor de arranque o de encendido y arranque, se conectan también los devanados de atracción y retención del relé de engrane. La armadura del relé atrae la palanca de embrague venciendo la fuerza de un muelle de recuperación. Esta palanca desplaza a su vez, mediante unos anillos guía y un muelle de engrane, el arrastrador con el piñón contra la corona del volante del motor, al tiempo que estas piezas giran por efecto de la rosca de gran paso. En esta fase el inducido del motor de arranque aún no gira, ya que la corriente principal para el devanado de excitación y el del inducido no está conectada todavía. Si la posición del piñón respecto a la corona es favorable, un diente del piñón se encuentra inmediatamente con un entrediente. En este caso, el piñón engrana hasta el final del recorrido deslizante y el contacto móvil del relé de engrane queda apoyado en los contactos del relé (figura 7, pos. 2). Se conecta el motor de arranque.

28

Si la posición del piñón es favorable, un diente del piñón tropieza con un diente de la corona dentada, por lo que el piñón no puede engranar inmediatamente. Como consecuencia de ello, el muelle de engrane se comprime mediante la palanca de embrague y los anillos guía hasta que el contacto móvil queda apoyado en los contactos del relé (figura 7, pos. 3). Entonces se conecta el motor de arranque y empieza a girar. El piñón gira sobre la super-

ficie frontal del diente. A la siguiente oportunidad, los dientes del piñón engranan en el entrediente de la corona por la presión del muelle helicoidal comprimido y, sobre todo, por el efecto helicoidal. Recorrido helicoidal: En cualquier caso, al final del recorrido del relé se cierran los contactos del relé de engrane (con independencia de la posición del piñón) y conectan la corriente del motor de arranque. El inducido del motor de arranque, ahora en rotación, hace avanzar, por efecto de la rosca de gran paso, el piñón retenido contra el giro en la corona dentada y lo introduce más en ésta, hasta el anillo de tope del eje del inducido. Al cerrarse el circuito de corriente del motor de arranque se pone en cortocircuito el devanado de atracción del relé. Ahora sólo actúa el devanado de retención, cuya fuerza electromagnética es suficiente para retener la armadura del relé en la posición atraída hasta el final del proceso de arranque. El motor de combustión es obligado a girar (figura 7, pos. 4). Desengrane: Una vez en marcha el motor de combustión interna, cuando la velocidad de giro del piñón del motor de arranque sobrepasa el régimen en vacío del propio motor, el acoplamiento libre de rodillos anula la unión cinemática de fuerza entre el piñón y el eje del inducido, protegiendo así el inducido de posibles daños por velocidades de rotación excesivas. El piñón se mantiene engranado mientras la palanca de embrague permanece retenida en la posición de conexión, pero en cuanto se desconecta el interruptor de arranque la palanca de embrague, el arrastrador y el piñón vuelven a la posición de reposo por efecto del muelle de recuperación, que sujeta el piñón en esa posición de reposo hasta el siguiente proceso de arranque, a pesar de las vibraciones del motor en marcha.

Fig.7 Representación esquemática de las fases principales de funcionamiento de un motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca.


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@ Un diente tropieza con otro diente. Motor arranque sin corriente, piñón desengranado. El diente del piñón tropieza con un diente de la corona dentada. Palanca de embrague en posición final. Muelle de engrane ® Un diente penetra en un entrediente. comprimido. Devanado de atracción sin corriente. Fluye la coPosición de engrane favorable. Devanados de rriente principal. El inducido gira. El piñón busca un entrediente. atracción y retención conectados. El diente del piñón se encuentra con un entrediente de la @ El motor es obligado a girar. o.. corona dentada y engrana inmediatamente. Posición final. Palanca de embrague en posición final. DevaKl ffi Estado inmediato anterior a la conexión de la nado de atracción sin corriente. Fluye la corriente principal; el 5l piñón ha engranado por completo. El motor es obligado a girar. ~ corriente principal.

29


Tipo DM de campo permanente Este tipo de motor de arranque es apropiado para turismos con motor de gasolina de hasta 1,9 litros de cilindrada. En igualdad de condiciones ofrece hasta un 15 % menos de peso y menores dimensiones de montaje que los tipos tradicionales La reducción de peso ayuda a disminuir el consumo de combustible. La reducción de tamaño es importante porque debido a la creciente incorporación de nuevos sistemas

en el motor de combustión y al perfil aplanado de los turismos, cada vez se dispone de menos espacio en el compartimento motor. Construcción La construcción y el circuito interior del motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca tipo DM pueden verse en las figuras 8 a 10. Motor de arranque: Como motor de arranque se monta un motor de corriente continua de excitación permanente. En lugar de los electroimanes (zapatas polares con devanado de excitación), en el circuito de excitación se emplean sólo imanes permanentes con piezas conductoras del flujo magnético. El inducido y los imanes permanentes tienen una longitud escalonada en función de la potencia del motor de arranque. Los imanes permanentes utilizados son estables a largo plazo e insensibles a las influencias desmagnetizantes.

Fig.8 Circuito interno del motor de arranque tipo DM.

1 Relé de engrane, 2 Imanes permanentes, E Devanado de atracción , H Devanado de retención.

Fig.9 Representación del principio constructivo y del circuito eléctrico del motor de arranque tipo DM.

1 Piñón, 2 Corona dentada, 3 Acoplamiento libre de rodillos, 4 Palanca de embrague, 5 Imán permanente, 6 Inducido, 7 Colector con escobillas de carbón, 8 Relé de engrane, 9 Interruptor de arranque, 10 Batería.

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Las escobillas de carbón especiales de dos componentes constan de una zona conductora con alto porcentaje de cobre y otra de conmutación con alto porcentaje de grafito.

IF. Solo es distinto el circuito eléctrico interior, puesto que los imanes permanentes sustituyen al devanado de excitación. Al conectar el circuito del motor de arranque, la corriente circula directamente hacia las escobillas y el inducido.

Relé de engrane: Como en todos los demás motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca, el relé de engrane para el accionamiento de la carrera de acoplamiento y la conexión de la corriente del motor de arranque, va montado sobre el propio motor y transmite el movimiento de la carrera al eje del inducido mediante la palanca de embrague.

Fig. 11


Carcasa polar del motor de arranque tipo DM con imanes permanentes M y piezas conductoras de flujo magnético F.

Mecanismo de engrane: El mecanismo de engrane con el acoplamiento libre de rodillos es igual, en cuanto a construcción y funcionamiento, que en las versiones descritas de otros motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca. Funcionamiento El funcionamiento no se diferencia del de tipo Fig.10 Corte del motor de arranque tipo DM con motor de excitación permanente.

1 Tapa del lado de accionamiento, 2 Piñón, 3 Relé de engrane, 4 Conexión eléctrica, 5 Platillo del lado del colector, 6 Placa portaescobillas con escobillas de carbón, 7 Colector, 8 Inducido, 9 Imán permanente, 10 Carcasa polar, 11 Palanca de embrague, 12 Mecanismo de engrane. 3 4 5

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Motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca con transmisión intermedia Los motores de arranque con transmisión intermedia coinciden en gran medida, en su construcción y funcionamiento, con los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca sin transmisión intermedia, los cuales transmiten de forma convencional la velocidad de giro del motor directamente al mecanismo de engrane. Característica La característica distintiva esencial de esta generación de motores de arranque es un engranaje planetario montado de forma adicional entre la carcasa polar y la tapa del lado de accionamiento. El engranaje planetario transmite al piñón el par de giro del inducido sin fuerzas transversales. Mientras que los planetarios se fabrican de acero, la corona dentada es de un compuesto de poliamidas con materiales de relleno minerales para aumentar la tenacidad del

material y su resistencia al desgaste. Esta solución técnica permite utilizar motores de arranque pequeños y ligeros, lográndose, en comparación con los grupos corrientes, un ahorro de peso total de alrededor del 35 al 40%, según la versión. Menor peso significa en último término menor consumo de combustible durante la marcha de un automóvil.

Tipo EV con motor serie El motor de arranque tipo EV está diseñado para automóviles con motor Diesel de 1,8 a 3 litros de cilindrada. Construcción La construcción del motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca tipo EV puede verse en las figuras 12 y 13. Motor de arranque con transmisión intermedia: Como motor de arranque se monta un motor de corriente continua de excitación en serie, en el que el devanado de excitación y el del inducido se encuentran conectados uno a

Fig. 12

Representación de principio de la construcción y conexión eléctrica de un motor de arranque con transmisión intermedia tipo EV. 1 Piñón, 2 Corona dentada, 3 Acoplamiento libre de rodillos, 4 Palanca de embrague, S Engranaje planetario, 6 Zapata polar, 7 Devanado de excitación, 8 Inducido, , 9 Colector con escobillas de carbón, ' 10 Relé de engrane con devanados de atracción , y de retención , 11 Interruptor de arranque, ' 12 Batería. ...---- _ ~

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continuación del otro. La velocidad de giro del motor eléctrico de alta velocidad es desmultiplicada por el engranaje planetario (transmisión intermedia) y transmitida al sistema de engrane. El par de giro aumenta en la misma proporción. El eje de la rueda hueca tiene una rosca de gran paso sobre la que se desplaza el arrastrador del mecanismo de engrane. Relé de engrane: Los motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca con transmisión intermedia se conectan igual que los motores de arranque sin transmisión intermedia, mediante un relé de engrane con devanados de atracción y de retención, montado sobre el motor de arranque. Del mismo modo, el movimiento de avance se transmite al eje del inducido mediante la palanca de embrague.

Funcionamiento La composición y secuencia de las diferentes posiciones de conexión coinciden con las del funcionamiento descrito en el apartado anterior "Motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca sin transmisión intermedia".


Tipo DW de campo permanente El motor de arranque con transmisión intermedia tipo DW de campo permanente es apropiado para turismos con motor de gasolina de hasta 5 litros de cilindrada, o bien con motor Diesel con una cilindrada de hasta 1,6 litros. En comparación con los tipos actualmente usuales, esta versión ofrece motores de arranque que, en igualdad de condiciones, pesan hasta el 40 % menos y tienen unas dimensiones de montaje esencialmente menores con igual o incluso mayor potencia de arranque. Construcción La construcción y el circuito interior del motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca tipo DW pueden verse en las figuras 14 a 17.

Mecanismo de engrane: En cuanto a su construcción, no presenta ninguna diferencia importante con respecto al mecanismo de engrane del motor de arranque de piñón deslizante movido por rosca sin transmisión intermedia ya descrito. Fig.13

Corte del motor de arranque con transmisión intermedia tipo EV con motor en serie. 1 Tapa del lado de accionamiento, 2 Piñón , 3 Relé de engrane, 4 Conexión eléctrica, 5 Tapa del lado del colector, 6 Placa portaescobillas con escobillas de carbón, 7 Devanado de excitación, 8 Carcasa polar, 9 Inducido, 10 Zapata polar, 11 Engranaje planetario (transmisión intermedia), 12 Palanca de embrague, 13 Mecanismo de engrane.

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Motor de arranque con transmisión intermedia: Como motor de arranque se monta un motor de corriente continua de excitación permanente. Los imanes permanentes sustituyen a las zapatas polares con devanado de excitación. Este diseño permite reducir sustancialmente el volumen y el peso del motor. Además, una transmisión intermedia desmultiplica la alta velocidad de giro del motor y la reduce a un valor de arranque adecuado, obteniéndose así el alto par de giro necesario en el motor de arranque. Relé de engrane: Como en todos los demás motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca, el relé de engrane para el accionamiento de la carrera de acoplamiento y la conexión de la corriente de arranque está montado sobre el motor de arranque y transmite el movimiento de la carrera al eje del inducido mediante la palanca de embrague. Todas las variantes del tipo de motor de arranque DW están equipadas con el mismo relé de engrane.

Mecanismo de engrane: El mecanismo de engrane con acoplamiento libre de rodillos coincide, en su construcción y funcionamiento, con el de los demás motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca, y se utiliza para diferentes variantes de tipo. Funcionamiento El funcionamiento del motor de arranque con transmisión intermedia tipo DW no se diferencia del de los demás motores de arranque de piñón deslizante movido por rosca. Fig. 15 Circuito interno del motor de arranque tipo DW.

1 Relé de engrane, 2 Imanes permanentes, E Devanado de atracción, H Devanado de retención.

Fig.14 Representación del principio constructivo y el circuito eléctrico de un motor de arranque con transmisión intermedia tipo DW.

1 Piñón, 2 Corona dentada, 3 Acoplamiento libre de rodillos, 4 Palanca de embrague, S Engranaje planetario, 6 Imanes permanentes, 7 Inducido, S Colector con escobillas de carbón , 9 Relé de engrane con devanados de atracción y de retención, 10 Interruptor de arranque, 11 Batería. ~

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Inducido y engranaje planetario (transmisión intermedia) de un motor de arranque con transmisión intermedia tipo DW.

1 Eje portasatélites con rosca de gran paso, 2 Rueda hueca (corona dentada), conformada también como cojinete intermedio, 3 Satélites, 4 Planetario sobre eje del inducido, 5 Inducido, 6 Colector.

2

3

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5

6

Fig. 16

Fig.17 Corte del motor de arranque con transmisión intermedia tipo DW con motor de excitación permanente.

1 Tapa del lado de accionamiento, 2 Piñón, 3 Relé de engrane, 4 Conexión eléctrica, 5 Tapa del lado del colector, 6 Placa portaescobillas con escobillas de carbón , 7 Colector, 8 Inducido, 9 Imán permanente, 10 Carcasa polar, 11 Engranaje planetario (transmisión intermedia) , 12 Palanca de embrague, 13 Mecanismo de engrane. 1

2

3

4

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Motor de arranque con piñón deslizante de giro mecánico

aislantes resistentes a las variaciones de la temperatura. Construcción La construcción y el circuito interno de este motor de arranque pueden verse en las figuras 18 y 19.

Las características distintivas son el relé de engrane, montado exteriormente, el mecanismo de engrane de dos etapas y el acoplamiento libre de dentado recto.

Motor de arranque: En el motor de corriente continua de excitación en serie los devanados de excitación e inducido están conectados uno a continuación del otro. El eje del inducido, prolongado, conduce un arrastrador para el mecanismo de engrane.

Tipo KE con motor en serie Las versiones del tipo KE están destinadas a los vehículos industriales pesados con motores Diesel de hasta 21 litros de cilindrada que se utilizan en las más duras condiciones. Estas son sus características especiales: - Grandes kilometrajes sin necesidad de mantenimiento (hasta 800.000 km) , - Apropiado para las máximas solicitaciones de vibración , - Estanco al agua y estanco al aceite a presión por el lado del accionamiento para motores con embrague húmedo o convertidores de par en baño de aceite, - Ampliamente insensible a las sobrecargas térmicas gracias al empleo de materiales

Relé de engrane: El relé de engrane, montado sobre el motor de arranque, desplaza hacia delante el mecanismo de engrane con el piñón mediante la palanca de embrague. La armadura del relé de engrane tiene en su extremo saliente un elemento denominado "carrete de hilo", en el que encaja la horquilla de la palanca de embrague con una determinada holgura. Una holgura adicional entre las piezas deslizantes

Fig. 18 Corte del motor de arranque con piñón deslizante de giro mecánico tipo KE.

1 Piñón , 2 Palanca de embrague, 3 "Carrete de hilo", 4 Muelle de desconexión, 5 Muelle de recuperación , 6 Relé de engrane, 7 Devanado de retención , 8 Devanado de atracción, 9 Contacto móvil, 10 Conexión eléctrica, 11 Contacto, 12 Muelle de escobilla, 13 Colector, 14 Escobillas de carbón, 15 Zapata polar, 16 Carcasa polar, 17 Inducido, 18 Devanado de excitación, 19 Disco de freno , 20 Rosca de gran paso, 21 Muelle de engrane, 22 Tapa del lado de accionamiento.

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Proceso de adelanto y desengrane: Tan pronto se produce un efecto de adelanto porque el motor de combustión gira a más velocidad, el piñón es impulsado por la corona dentada. Con ello, la pieza de acoplamiento unida por el dentado recto retrocede por la rosca de gran paso al tiempo que tensa el muelle del marcha libre. La separación de las piezas de marcha libre de dentado recto es apoyada además por varios pesos centrífugos, los cuales ejercen una fuerza longitudinal a través de un anillo cónico. Así, el motor de arranque obtiene una protección segura si se sobrepasa la velocidad máxima de giro admisible. Nada más desconectarse el interruptor de arranque, la palanca de embrague y el engranaje vuelven a su posición de reposo bajo la presión del muelle de recuperación. Al mismo tiempo, un disco de freno mecánico detiene rápidamente el movimiento giratorio del inducido. El muelle de recuperación mantiene sujeto el engranaje en la posición de reposo.

Motor de arranque con piñón deslizante de giro electromotorizado Estos motores son apropiados para el arranque de grandes motores de combustión. Funcionan con un mecanismo eléctrico de engrane de dos etapas para la protección del piñón y de la corona dentada. La primera etapa de conexión se limita a apoyar el engrane del piñón del motor de arranque, es decir, en ella el piñón no hace girar todavia el motor de combustión. Hasta que no se efectúa la segunda etapa, antes del final del recorrido de engrane del piñón , no se conecta la corriente total de excitación y del inducido. La construcción de los motores de arranque KB/QB y TB/TF se caracteriza por la disposición coaxial, es decir en sentido axial , del imán de acoplamiento con los demás grupos constructivos.

Fig.20

Corte del motor de arranque de piñón deslizante tipo KB con mecanismo eléctrico de engrane de dos etapas.

1 Husillo con rosca, 2 Tapa del lado de accionamiento, 3 Acoplamiento libre de discos, 4 Inducido, 5 Conexión eléctrica, 6 Soporte del colector, 7 Relé de mando, 8 Contacto móvil, 9 Tope, 10 Trinquete, 11 Palanca de disparo, 12 Imán de acoplamiento, 13 Cápsula de cierre, 14 Colector, 15 Escobilla de carbón, 16 Portaescobillas, 17 Zapata polar, 18 Devanado de excitación , 19 Carcasa polar, 20 Piñón .

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Tipo KB/QB con motor compound Construcción La vista en corte (figura 20) muestra la construcción de un motor de arranque KB.

Electroimán de acoplamiento y relé de mando: En la tapa del lado del colector están embridados un electroimán de acoplamiento del piñón y un relé de mando para las dos etapas de conexión. A causa de esta disposición, el electroimán de acoplamiento debe desplazar el piñón mediante una barra de acoplamiento que se conduce por el eje hueco del inducido. Además, el electroimán de acoplamiento tiene la función de liberar el contacto móvil del relé de mando con la palanca de disparo, el trinquete y la placa de tope.

Motor de arranque: El inducido del motor de arranque está alojado en la tapa del lado de accionamiento y en la del lado del colector, y tiene un eje hueco conformado como brida de arrastre para el acopiamiento libre de discos en el lado del cojinete de accionamiento. Esta brida de arrastre está cerrada por una tapa que contiene un cojinete de fricción como apoyo del inducido del motor de arranque en la tapa del lado de accionamiento. En el lado del colector, el inducido del motor de arranque se encuentra alojado en un cojinete de fricción. En el circuito interior puede verse que, para generar el campo magnético de excitación, además del devanado en serie hay un devanado en derivación (figura 21). En diferentes ejecuciones del tipo KB, este devanado de excitación en derivación permanece conectado, durante las dos etapas, en paralelo con el motor de arranque. En cambio en otras ejecuciones, en la etapa previa el devanado de excitación en derivación se conecta en serie como resistencia adicional del motor de arranque, para contribuir a un giro más lento del inducido por limitación de la corriente del mismo. En la etapa principal, este devanado se conecta en paralelo con el motor de arranque y limita la velocidad máxima de giro del motor. En los motores de arranque OB se utiliza un devanado auxiliar adicional para aumentar el par de giro de la etapa previa (figura 22).

1a etapa de conexión (etapa previa): Tras la conexión del interruptor de arranque, pasa corriente por el devanado del relé de mando y por el devanado de retención del electroimán de acoplamiento. En consecuencia, el relé de mando cierra también inmediatamente el circuito del devanado de atracción del electroimán de acoplamiento.

Fig.21

Fig . 22


Mecanismo de engrane: El husillo de accionamiento, cuya rosca de gran paso sirve de asiento al acoplamiento libre de discos, va apoyado en un cojinete de rodillos en la carcasa de la tapa del lado de accionamiento y en un rodamiento de agujas del eje del inducido. Una chaveta une el piñón con el husillo roscado. El acoplamiento libre de discos establece o interrumpe la transmisión de fuerza entre el inducido y el piñón del motor de arranque. Funcionamiento Las figuras y la descripción del funcionamiento durante el engrane y desengrane se refieren al tipo KB.

Circuito interno de un motor de arranque KB.

Circuito interno de un motor de arranque OB.

1 Relé de mando, 1a Trinquete, 2 Electroimán de acoplamiento, 3 Devanado de excitación en serie, 4 Devanado de excitación en derivación, S Conmutador del devanado de excitación en derivación. E Devanado de atracción, H Devanado de retención.

1 Relé de mando, 1a Trinquete, 2 Electroimán de acoplamiento, 3 Devanado auxiliar, 4 Devanado de excitación en serie, S Devanado de excitación en derivación. E Devanado de atracción, H Devanado de retención.

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Ahora, por medio de la barra de acoplamiento y el husillo de accionamiento la armadura del electroimán desplaza el piñón hacia la corona dentada del motor de combustión (figura 23). Al mismo tiempo se excita el devanado en derivación (conectado inicialmente en serie con el inducido del motor de arranque) y actúa, junto con el devanado de atracción del electroimán de acoplamiento, como resistencia en serie con el devanado del inducido del motor de arranque (en motores de arranque OS, también con el devanado auxiliar). Este circuito limita considerablemente la corriente del inducido, por lo que el inducido del motor de arranque sólo puede desarrollar un pequeño par y por ello gira también a velocidad muy lenta. Es decir, en la primera etapa de conexión el piñón del motor de arranque se desplaza en sentido axial y al mismo tiempo gira lentamente, a fin de facilitar un engrane suave. Sin embargo, todavía no hace girar el motor de combustión, puesto que el pequeño par de giro del motor de arranque aún no es suficiente para ello. Si el piñón del motor de arranque no consigue engranar inmediatamente debido a una posición desfavorable, gira deslizándose sobre la superficie frontal del diente de la corona dentada del volante hasta engranar en un entrediente vecino de la corona. En el caso de un circuito reactivo por causa de una posición diente sobre diente o esquina sobre esquina, el piñón no puede engranar. En este caso, se debe interrumpir inmediatamente el proceso de arranque y repetirlo después.

Proceso de adelanto y desengrane: Al ponerse en marcha el motor de combustión y superar la velocidad de giro del piñón del motor de arranque correspondiente al régimen en vacío del inducido, se invierte el sentido de la fuerza. Con la colaboración de la rosca de gran paso del acoplamiento libre de discos, se interrumpe la unión cinemática de fuerza entre el piñón y el inducido del motor de arranque, evitándose así que éste se acelere hasta una velocidad excesiva. Ahora bien, el piñón permanece engranado mientras siga accionado el interruptor de arranque. Hasta que no se suelta dicho interruptor y se desconecta con ello el motor de arranque, no se interrumpe la alimentación del devanado del relé de mando y del devanado de retención del electroimán de acoplamiento. Después, el relé de mando interrumpe el circuito principal, con lo cual un muelle de recuperación que se encuentra en el interior del eje hueco del inducido lleva de nuevo el engranaje con el piñón a la posición de reposo. El piñón se desengrana y vuelve a su posición inicial. El citado muelle de recuperación tiene también la función de mantener el husillo de accionamiento en la posición de reposo hasta el siguiente proceso de arranque, a pesar de las vibraciones originadas por el motor de combustión en marcha. Al desengranar, también el trinquete del relé de mando, cargado por un muelle, vuelve a la posición de bloqueo, de manera que el siguiente proceso de arranque pueda desarrollarse de nuevo en dos etapas.

Tipo TBrrF con motor compound

40

2a etapa de conexión (etapa principal): Poco antes del final del recorrido de engrane del piñón, una palanca de disparo levanta un trinquete y libera el contacto móvil del relé de mando. Esto permite que un muelle tenso presione de golpe el contacto móvil contra los contactos. El puente conecta la corriente principal, que circula entonces por el devanado de excitación en serie y el del inducido. En diferentes versiones de motores de arranque, un conmutador del electroimán de acoplamiento conecta además en paralelo el devanado en derivación. El motor de arranque recibe ahora toda la corriente y hace girar el motor de combustión al par máximo mediante el acoplamiento libre de discos.

Construcción La estructura de principio del motor de arranque T coincide en casi todo con la de los motores de arranque KS/OS. Hay pequeñas diferencias en la forma de la carcasa, los cojinetes y el campo eléctrico del motor de arranque. Así p. ej., la brida de arrastre del inducido del motor de arranque no se aloja en el cojinete de fricción, sino en un rodamiento de la carcasa de la tapa del lado de accionamiento. Varios componentes están especialmente estanqueizados como protección contra la entrada de aceite, suciedad o polvo en el interior del motor de arranque.

Fig. 23


Representación esquemática de las principales fases de funcionamiento de un motor de arranque con piñón deslizante de giro electromotorizado, tipo KB.

1 Conmutador de encendido y arranque o interruptor de marcha, 2 Trinquete, 3 Palanca de disparo, 4 Relé de mando, S Contacto móvil , 6 Tope, 7 Electroimán de acoplamiento, E Devanado de atracción, H Devanado de retención, 8 Inducido, 9 Devanado de excitación, N Devanado en derivación, R Devanado en serie, 10 Piñón, 11 Batería, 12 Acoplamiento libre de discos. 1. Posición de reposo. Motor de arranque sin corriente.

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2. Diente frente a un entrediente. Motor de arranque conectado, posición de engrane favorable (etapa de conexión 1).

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! / 3. Diente tropieza con diente o esquina. Motor de arranque conectado, no es posible el engrane (etapa de conexión 1). Debe repetirse el intento de arranque.

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4. El motor es obligado a girar. Posición final (etapa de conexión 2). El motor de arranque alcanza el par máximo.

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Motor de arranque: El inducido del motor de arranque tiene, como en el tipo KB/OB, un eje hueco que sirve de brida de arrastre del acoplamiento libre de discos por el lado del soporte de accionamiento (figura 24). En versiones de hasta 36 V, sobre las zapatas polares asienta, además del devanado en serie, un devanado adicional de freno que no surte efecto mientras se encuentra en servicio el motor de arranque. Tras la desconexión de este último, el devanado de freno se conecta en paralelo con el inducido del motor de arranque todavía en marcha, a través de un contacto del relé de mando y actúa como freno de corriente, deteniendo así el inducido con rapidez (figura 25). Las versiones a partir de 50 V no tienen devanado de freno, sino un devanado de excitación en derivación.

Circuito interior de un motor de arranque lB de 24

v.

1 Relé de mando, 2 Electroimán de acoplamiento, E Devanado de atracción , G Devanado antagonista, H Devanado de retención , 2a Trinquete, 3 Devanado en serie, 4 Devanado de freno, 5 Termointerruptor.

Fig.25

de acoplamiento, que se mueve en el interior del eje hueco del inducido. El electroimán de acoplamiento contiene además un devanado antagonista, que actúa como resistencia en serie para afinar el par de giro del motor de arranque en el engrane.

Electroimán de acoplamiento y relé de mando: Las conexiones eléctricas y el relé de mando se alojan, junto con el electroimán de acopiamiento, no en un abombamiento de la carcasa como en el tipo KB/OB sino en una carcasa cilíndrica de la tapa de lado del colector. Pero el electroimán de acoplamiento desplaza siempre el piñón mediante una barra

Termointerruptor: En los sistemas de arranque expuestos a arranques especialmente largos y continuas conexiones de repetición (p. ej. por baja ten-

Fig.24 Corte de un motor de arranque de piñón deslizante de la serie de tipos lB (sin transmisión intermedia).

1 Asiento para la brida del motor, 2 Embrague de discos, 3 Eje de acoplamiento, 4 Zapata polar, 5 Inducido, 6 Devanado de excitación , 7 Escobilla de carbón , 8 Portaescobillas, 9 Perno de conexión, 10 Relé de mando (24 y 36 V), 11 Relé de engrane, 12 Muelle de desconexión, 13 Colector, 14 Carcasa polar, 15 Rosca de gran paso, 16 Piñón.

1

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11

10

sión de la batería, dientes de corona dañados o fallos en el motor de combustión) , resultan adecuados los motores de arranque tipo T, con dos termointerruptores integrados para proteger el motor de arranque contra sobrecargas térmicas en la primera y segunda etapas de conexión. Estos termointerruptores (conectados en serie) van integrados en las escobillas o en las varillas de conexión. Si la temperatura de los devanados del electroimán de acoplamiento sobrepasa determinados valores, debido a la influencia de circuitos reactivos o a la temperatura de otras piezas conductoras, los termointerruptores interrumpen el cable de alimentación del motor de arranque 50 y desconectan éste último. Tras un tiempo de enfriamiento de unos 20 minutos, se puede accionar de nuevo el motor de arranque. Los circuitos internos de estos motores de arranque pueden presentar pequeñas diferencias entre sí en función de su tensión nominal. Los motores de arranque de alta tensión tienen además un condensador conectado en paralelo con los termointerruptores para la extinción de chispas. Fig. 26

Mecanismo de engrane: El mecanismo de engrane consta, como en el tipo KB/QB, de acoplamiento libre de discos, husillo con rosca de gran paso y piñón. La diferencia esencial entre el motor de arranque tipo TF y el de tipo TB reside únicamente en la transmisión intermedia, es decir, en que el piñón está desplazado con respecto al eje del inducido (figura 26). Con frecuencia, el accionamiento excéntrico mejora las condiciones de montaje del motor de arranque en los motores de combustión. El eje de la transmisión intermedia con el piñón va apoyado en el cojinete correspondiente, en forma desplazable en sentido giratorio y longitudinal. En la carcasa intermedia se encuentra una palanca de embrague que transmite el movimiento de avance de la barra de acoplamiento al eje de transmisión intermedia con piñón. En el engrane, el movimiento se desarrolla como sigue: - inducido del electroimán de acoplamiento, - barra de acoplamiento, - anillo guía, - horquilla superior, - palanca de embrague, - horquilla inferior, - anillo de conmutación, - eje de transmisión intermedia, - piñón.


Corte de un motor de arranque de piñón deslizante de la serie de tipos TF (con transmisión intermedia).

1 Cojinete de transmisión intermedia, 2 Disco guía, 3 Embrague de discos, 4 Zapata polar, 5 Devanado de excitación, 6 Escobilla de carbón, 7 Portaescobillas, 8 Perno de conexión , 9 Relé de mando (24 y 36 V) , 10 Relé de engrane, 11 Muelle de desconexión, 12 Colector, 13 Inducido, 14 Eje de acoplamiento, 15 Rosca de gran paso, 16 Carcasa polar, 17 Rueda de transmisión intermedia, 18 Tapa del lado de accionamiento, 19 Asiento para brida del motor, 20 Piñón .

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Cuando el motor que se ha de poner en marcha es muy grande, un solo motor de arranque no es suficiente. Para estos casos hay motores de arranque con conexiones eléctricas adicionales para funcionamiento en paralelo. Funcionamiento El funcionamiento de los tipos TB/TF y KB/QB es casi idéntico. 1a etapa de conexión (etapa previa): Al accionar el interruptor de arranque, la corriente del borne 50 pasa por el devanado de retención del relé de mando. Éste abre los contactos del devanado de freno y conecta el devanado de atracción y el devanado antagonista del electroimán de acoplamiento. La armadura del electroimán desplaza el husillo con rosca junto con el piñón hacia la corona dentada, mediante la barra de acoplamiento, (figura 27). Al mismo tiempo, el devanado de excitación en serie (devanado principal) recibe una pequeña corriente a través del devanado de atracción y el devanado antagonista que actúan como resistencias en serie, con lo cual el inducido del motor de arranque gira a pequeña velocidad. En esta primera etapa de conexión , el motor de arranque no desarrolla aún su par de giro total. Antes del final del recorrido de engrane, una placa de tope empuja el trinquete y sujeta así el contacto móvil del electroimán de acoplamiento, pero la armadura del electroimán continúa desplazándose. Es decir, el piñón es simultáneamente empujado y obligado a girar con lentitud, lo que facilita un engrane suave. Si se produce un encuentro de diente con diente, el piñón gira sobre la cara frontal (dentado recto) y llega así sin dificultad al entrediente siguiente. Pero aunque el piñón engrane sin problemas, el motor de combustión no gira todavía. En esta fase de conexión, el par desarrollado por el motor de arranque es aún demasiado pequeño. Si el piñón no puede engranar debido a una posición esquina sobre esquina, se deberá realizar un nuevo intento de arranque.

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Segunda etapa de conexión (etapa principal): Justo antes del final del recorrido de engrane, una palanca de disparo eleva el trinquete para iniciar la segunda etapa de conexión. El trinquete libera la placa de tope y esto permite que se afloje un muelle pretensado durante el engrane. Así, el contacto móvil oprime de golpe la varilla de contacto, lo cual evita la soldadura del contacto móvil que se produciría en el caso de un engrane lento y prolonga considerablemente la duración de los contactos. Simultáneamente se cortocircuitan el devanado de atracción y el devanado antagonista del electroimán de acoplamiento, pero la armadura del electroimán se mantiene en la posición de conexión gracias al devanado de retención, por el que circula corriente. El motor de arranque recibe ahora la corriente máxima, desarrolla su par de giro total y hace girar el motor de combustión mediante el acopIamiento libre de discos, que se encuentra en arrastre de fuerza. Procedimiento de adelanto y desengrane: El acoplamiento libre se suelta en cuanto aumenta la velocidad de giro del motor de combustión , evitando así que se transmitan aceleraciones peligrosas al inducido del motor de arranque. El piñón , sin embargo, permanece engranado. Tan pronto como el interruptor de arranque abre el circuito, la armadura del relé de mando y el devanado de retención del electroimán de acoplamiento quedan sin corriente. El relé de mando interrumpe el circuito del devanado de atracción y conecta el devanado de freno. Un muelle de desconexión oprime de nuevo la armadura del electroimán a su posición de reposo y entonces se interrumpe también el circuito principal. El piñón desengrana y se desplaza con el engranaje hacia la posición de reposo, debido a la presión de un muelle de recuperación existente en el interior del eje hueco del inducido. Además, al producirse el desengrane el trinquete cargado por muelle vuelve a la posición de bloqueo a fin de que pueda desarrollarse el siguiente proceso de arranque en dos etapas.

Fig.27 Representación esquemática de las principales fases de funcionamiento de un motor de arranque de piñón deslizante tipo TB 24 V.


1 Conmutador de encendido y arranque o interruptor de marcha, 2 Trinquete, 3 Palanca de disparo, 4 Relé de mando, 5 Contacto móvil , 6 Tope, 7 Electroimán de acoplamiento, 8 Inducido, 9 Devanado de excitación (devanado de freno y devanado de excitación en serie), 10 Piñón, 11 Batería, 12 Acoplamiento libre de discos. 1. Posición de reposo. Motor de arranque sin corriente.

2. Diente frente a un entrediente. Posición de engrane favorable (etapa de conexión 1).

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3. Diente tropieza con un diente o esquina. No es posible el engrane (etapa de conexión 1). Debe repetirse el intento de arranque .

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4. El motor es obligado a girar. Posición final. (Etapa de conexión 2) . El motor de arranque alcanza el par de giro total.

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5. Desengrane y frenado.

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Montaje del sistema de arranque

Cable principal del motor de arranque

Los motores de arranque se montan delante del volante, al lado del cárter del cigüeñal o detrás del volante, junto a la caja de cambios, según la ejecución, mediante una brida o sobre una silleta con buena conducción eléctrica a la masa del motor. Los motores de arranque pequeños y medianos de fijación embridada se montan generalmente mediante una brida de dos taladros (figura 1), mientras que los grandes tienen una brida SAE (iniciales de la Society of Automotive Engineers norteamericana). En algunos tipos de vehículos se monta un apoyo adicional para reducir la solicitación del motor de arranque por vibraciones (figura 2). En caso de montaje sobre silleta, se utilizan estribos de sujeción robustos para la fijación del motor de arranque (figura 3). La posición de montaje suele ser horizontal, con las conexiones eléctricas y el relé de engrane situados en la parte superior. Los motores de arranque cuyos cojinetes se han de lubricarse con frecuencia por exigirlo las condiciones de servicio (polvo, suciedad), requieren puntos de lubricación de fácil acceso. Una pieza de asiento asegura el centraje y el mantenimiento de la holgura entre los flancos de los dientes.

Al echar una ojeada bajo el capó del motor de un turismo, se advierte que el cable principal que une la batería al motor de arranque tiene una sección llamativamente grande. Además, la distancia entre batería y motor de arranque, y por tanto la longitud del cable, son pequeñas. Todo ello indica la importancia que tiene este cable principal del motor de arranque. La sección de un conductor eléctrico depende siempre de la corriente absorbida por los componentes eléctricos conectados. En todo caso, el motor de arranque es el componente de mayor consumo del sistema eléctrico del vehículo, aunque sólo sea durante el breve proceso de arranque, y por eso tanto la batería como el cable principal del motor se dimensionan en función de dicho consumo. Durante el proceso de arranque circulan altas intensidades entre la batería y el motor de arranque. Con velocidad de giro nula, piñón engranado y según el tamaño del motor de arranque, durante un corto tiempo puede circular una corriente de cortocircuito de 335 A (tipo DM) a 3250 A (tipo TSrrF). En estas condiciones, el cable de corriente principal debe tener una resistencia lo menor posible, para que no se produzca una caída de tensión excesiva. Mientras que la resistencia (cable de alimentación y retorno) no debe pasar de 1 mQ, la caída de tensión admisible con

Fig.1

Fig.2

Montaje del motor de arranque

Motor de arranque embridado.

Motor de arranque con apoyo adicional.

1 Fijación embridada, 2 Apoyo.

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tensión nominal de 12 V está limitada a 0,5 V Y con tensión nominal de 24 V a 1 V. Es decir, el cable principal del motor de arranque debe ser lo más corto posible y tener una sección mínima suficiente. Ejemplo: El motor de arranque tipo DW de 12 V Y1,4 kW para motores de gasolina de hasta 3 litros de cilindrada, absorbe una corriente de cortocircuito de 427 A cuando está conectado a una batería de 66 Ah de capacidad nominal. Teniendo en cuenta el calentamiento del cable y la caída de tensión , un cable principal de motor de arranque de 1,9 m de longitud deberá tener una sección mínima aproximada de 30 mm 2 (debe redondearse a la sección normalizada siguiente, 35 mm 2) . El retorno de la corriente tiene lugar, por regla general, a través de la masa del motor de arranque y del motor de combustión. Esto se . consigue mediante una buena conexión a masa del motor de arranque y un conductor de retorno adecuado desde masa hasta la batería. Si se utiliza un cable de retorno aislado, puede omitirse esta conexión a masa. Las conexiones eléctricas se protegen por medio de boquillas o caperuzas de goma. La sección necesaria de un cable principal de motor de arranque depende de los siguientes factores: Fig . 3 Motor de arranque con fijación por silleta.

1 Estribo de sujeción .

- corriente absorbida por el motor de arranque en cortocircuito (velocidad de giro nula) y carga admisible del cable durante breve tiempo teniendo en cuenta el calentamiento, - material del cable de alimentación y resistencia eléctrica específica del mismo (por lo general se utilizan cables de cobre debido a las favorables propiedades de este material), - longitud del cable, - tensión nominal del sistema de arranque y caída de tensión admisible con corriente de cortocircuito.

Montaje

Interruptores de arranque La mayoría de los interruptores empleados en los sistemas de arranque son mecánicos y de accionamiento manual. Se utilizan para la conexión directa de motores de arranque pequeños o para la conexión indirecta de motores de arranque grandes a través de relés adicionales.

Interruptor de arranque de una sola aplicación Como interruptor de arranque normal de una sola aplicación, con función de conexión/ desconexión, el tipo más sencillo es el pulsador. Al soltarlo vuelve por sí mismo a la posición inicial. Conmutador de encendido y arranque para vehículos con motor de gasolina Los conmutadores de encendido y arranque con cerradura de seguridad integrada son conmutadores multifunción para sistemas de encendido por batería. Permiten conectar de forma centralizada la corriente para gran parte del sistema eléctrico, incluso el encendido, y realizar el arranque. Conmutador de precalentamiento y arranque para vehículos con motor Diesel Para la puesta en marcha de motores Diesel se utilizan conmutadores de incandescencia y arranque en forma de conmutadores de tracción , giratorios o de cerradura. Estos últimos son una combinación de conmutador de incandescencia y arranque e interruptor de marcha y hacen innecesario un conmutador de marcha adicional.

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Relés Los relés se utilizan principalmente para motores de arranque grandes y tienen que satisfacer diferentes funciones, según su finalidad: - conexión de la alta corriente principal del motor de arranque, - conmutación de circuitos, - protección del motor de arranque y la corona contra posibles daños, - reintento de arranque en caso de intento fallido, - conexión en paralelo de motores de arranque.

Relé conmutador de batería El relé conmutador de batería se utiliza en sistemas mixtos de vehículos industriales a 12/24 V (tensión de a bordo de 12 V Y tensión de motor de arranque de 24 V) . El relé conmuta los contactos de manera que las dos baterías de 12 V, conectadas en paralelo en circunstancias normales, se conectan en serie de modo transitorio para el proceso de arranque y alimenten el motor de arranque con la tensión de 24 V. Relé de bloqueo de arranque El relé de bloqueo de arranque se utiliza siempre que no es posible controlar debidamente el proceso de arranque. Sirve para proteger el motor de arranque, el piñón y la corona en vehículos industriales con el motor dispuesto Fig. 4

Relé conmutador de baterías.

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bajo el piso o en la parte trasera, sistemas de arranque con mando a distancia y sistemas de arranque totalmente automático (p. ej. grupos electrógenos de emergencia). En todo caso, han de cumplir las siguientes funciones: - desconexión tras el arranque, - bloqueo con el motor en marcha normal, - bloqueo con el motor en marcha por inercia, - bloqueo tras intento de arranque fallido. En las dos últimas funciones no se puede reintentar el arranque mientras no haya transcurrido el tiempo de bloqueo integrado. El relé de bloqueo de arranque trabaja en función de la tensión del alternador o de un sensor de revoluciones.

Relé de reintento de arranque El relé de reintento de arranque sirve para proteger el relé de engrane del motor de arranque en vehículos en los que el conductor no puede oír la puesta en marcha del motor (p. ej. vehículos industriales con motor trasero, automotores Diesel), en caso de servicio en paralelo de dos motores de arranque y en sistemas estacionarios con mando a distancia. Está previsto exclusivamente para motores de arranque de conexión eléctrica o mecánica en dos etapas (motores de arranque lE, K, Q Y T) , que necesitan para ello adicionalmente el borne 48. En caso de engrane normal del motor de arranque, el relé de reintento de arranque no se excita. Pero en un circuito reactivo, si el piñón no encuentra un entrediente no tiene lugar la conexión de la corriente principal a pesar de estar excitado el relé de engrane. Para evitar que se sobrecargue el devanado de atracción del relé de engrane durante un accionamiento prolongado del interruptor de arranque, el relé de reintento de arranque interrumpe automáticamente el proceso y lo inicia de nuevo. Esto se lleva a cabo con ayuda de un relé de apertura de acción retardada, hasta que el piñón engrana con la corona y se establece el contacto de la corriente principal. Relé de reintento de arranque con relé de mando Mientras que en los sistemas de arranque de baja tensión (hasta 36 V) , el relé de mando para la corriente principal del motor de arranque se encuentra en este último, en los sistemas con tensiones más altas (50 a 110 V) está unificado con el relé de reintento de arranque.

Relé para circuito de retención Los sistemas de automotores, locomotoras y grandes motores estacionarios con supervisión de presión de aceite lubricante, temperatura y nivel de agua suelen contener dispositivos de control , que pueden tener una caída breve e interrumpir entonces el cable de mando del motor de arranque. El relé del circuito de retención evita que los dispositivos de control conecten y desconecten innecesariamente el motor de arranque durante el proceso de puesta en marcha, lo que puede conducir a la soldadura del contacto móvil del relé de engrane. Doble relé de arranque Los motores de combustión muy grandes necesitan para el arranque dos motores de piñón deslizante que actúen simultáneamente para funcionamiento en paralelo. Con una batería que posea la capacidad necesaria para alimentar los dos motores de arranque, estos sistemas de arranque en paralelo proporcionan una potencia de arranque de aproximadamente el doble que con un solo motor. Los sistemas de arranque en paralelo de baja tensión (hasta 36 V) necesitan un doble relé de arranque. Este relé conecta simultáneamente la corriente principal en ambos motores de arranque (una vez efectuado el engrane completo de los piñones de ambos motores). Después, los dos motores de arranque hacen girar el motor de combustión. Fig.5

Doble relé de arranque.

Relé de conexión para servicio en paralelo Los sistemas de arranque en paralelo con tensiones superiores (50 hasta 110 V) tienen, además del relé de reintento de arranque con relé de mando, un relé de conexión para servicio en paralelo. En este circuito, el relé de reintento de arranque con relé de mando conecta la corriente principal para el motor de arranque 1, mientras que el circuito de conexión para servicio en paralelo conecta la corriente principal para el motor de arranque 11 y además origina el engrane de ambos motores de arranque.

Montaje

Relé de batería (interruptor principal) Para los sistemas eléctricos de autocares, automotores, camiones, camiones cisterna, etc. está prescrito un interruptor principal que permita aislar de la batería la red de a bordo del vehículo. Así se evitan tanto los cortocircuitos (p. ej. en caso de reparación, accidente en cadena) como los fenómenos de descomposición originados por corrientes de fuga en piezas conductoras expuestas a ataque químico por proyección de agua salada (funcionamiento invernal). En los sistemas con alternador trifásico, se necesita un interruptor principal de batería electromagnético que evite que el alternador pueda quedar aislado de la batería con el motor en marcha.

Fig.6

Relé de conexión para servicio en paralelo.

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Técnica de pruebas de taller Servicio posventa Bosch La calidad de un producto se mide también por la del servicio posventa. Más de 10000 puestos de servicio posventa de Bosch en 125 países están a disposición del conductor. Incluso en los países poco poblados de Africa y Sudamérica puede conseguirse ayuda con rapidez y con los mismos niveles de calidad que en Alemania. No hace falta decir que la garantía sobre prestaciones del servicio posventa tiene vigencia en todo el mundo. Para que los datos característicos y valores de prestaciones de los grupos y sistemas Bosch, exactamente adaptados a los diferentes vehículos y a los motores respectivos, puedan ser objeto de las comprobaciones necesarias, Bosch desarrolla la técnica de medición, los aparatos de comprobación y las herramientas especiales correspondientes en cada caso, y equipa con ellos a los puestos del servicio posventa. Técnica de pruebas para sistemas de arranque Los sistemas de arranque de los turismos actuales están diseñados para la duración media de los motores de los vehículos y por ello no requieren ningún mantenimiento especial.

En vehículos comerciales sometidos a recorridos cortos y frecuentes u otras cargas excepcionales, sobre todo en taxis y vehículos de reparto de paquetería o similares, es aconsejable realizar una inspección periódica del sistema de arranque. Esto rige también para los vehículos industriales, los cuales están dimensionados para un kilometraje muy superior al de los turismos. En caso de mal funcionamiento del sistema de arranque se deberá realizar primero una comprobación directa en el vehículo. Si se localiza una avería en el motor de arranque, se sustituirá éste o se reparará con ayuda de los datos e instrucciones de servicio. El motor de arranque se deberá comprobar en el banco de pruebas combinado antes de montarlo nuevamente en el vehículo. Comprobación directa en el vehículo Antes de comprobar el sistema de arranque, se verificará el funcionamiento de la batería (tensión en carga, nivel y densidad del electrolito). Un examen acústico permitirá distinguir los siguientes síntomas de fallo: - ruidos extraños de arranque, - el motor de arranque engrana, pero el motor gira lentamente o no gira en absoluto, no hay ruido de engrane, - el motor de arranque no desengrana o lo hace con excesiva lentitud.

Fig.7 Banco de pruebas combinado para motores de arranque y alternadores.

1 Panel de control para comprobación de alternadores y motores de arranque, 2 Puesto de comprobación de alternadores con cubierta protectora, 3 Unidad de indicadores, 4 Puesto de comprobación 2 de motores de arranque, 5 Bornes de conexión del motor de arranque, 6 Compartimento para baterías, 7 Pedal de carga del motor de arranque (freno de tambor).

BOSCH

4

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1 I If - 50

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Si suenan ruidos extraños durante el arranque, deberá atribuirse la avería al motor de arranque, al montaje de éste o a la corona dentada del motor de combustión . En el caso de otros síntomas de fallo, es necesario realizar una comprobación eléctrica selectiva del sistema de arranque (p. ej. con un comprobador de motores). Las siguientes comprobaciones se realizan en estado de reposo: - cortocircuito a masa o al positivo de los cables, - tensión en borne 30, - discontinuidad de los cables y - resistencias de paso de los cables. Estas otras comprobaciones se llevan a cabo durante el proceso de arranque: - tensión en el borne 50, - tensión a la salida del relé y - corriente del motor de arranque (hasta 1000 A). Reparación del motor de arranque Para la reparación de motores de arranque se utilizan diferentes aparatos de prueba (p. ej. comprobadores de alternadores trifásicos y comprobadores de cortocircuitos entre espiras). Además, para cada tipo de motor de arranque se necesitan herramientas especiales: sólo así es posible localizar y reparar debidamente la avería del motor de arranque.

Comprobación del motor de arranque en el banco de pruebas combinado Una vez reparado el motor de arranque, se fija en el puesto de pruebas de motores de arranque del banco de pruebas combinado (figura 7). Según la versión del motor de arranque, la sujeción se realiza mediante una brida (figura 8) o mediante prismas y estribos. Con ayuda del volante manual y de la mesa de sujeción, se ajustan la holgura entre flancos de dientes y la distancia del piñón. A continuación se ajusta el sensor de revoluciones y se efectúa la conexión eléctrica del motor de arranque. La comprobación del motor de arranque consta, en esencia, de dos pruebas parciales: - En la prueba de marcha en vacío se hace funcionar el motor de arranque sin carga. La corriente del motor de arranque no debe sobrepasar un determinado valor límite, mientras que la velocidad de giro debe alcanzar cierto valor mínimo. - En la prueba de cortocircuito, se frena el motor de arranque hasta la parada completa por medio de un freno de tambor integrado en el banco de pruebas. El motor de arranque solo debe bloquearse un momento, concretamente, 2 segundos como máximo. Se miden la corriente del motor de arranque y la tensión en cortocircuito. Los resultados obtenidos en la medición deben concordar con los valores teóricos especificados.

Técnica de pruebas de taller

Fig.8 Motor de arranque sujeto para su comprobación.

1 Corona dentada, 2 Motor de arranque, 3 Cubierta de protección, 4 Sensor de revoluciones, 5 Volante manual, 6 Soporte de sujeción, 7 Brida de sujeción , 8 Mesa de sujeción.

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Editor:

© Robert Bosch GmbH , 2000 Postfach 30 02 20, D-70442 Stuttgart. División de Equipos para Automóviles, Departamento KH/PDI2 Marketing Productos y Servicios, Publicaciones técnicas . Redactor jefe: Ing. di pI. (FH) Horst Bauer. Redacción: Ing. di pI. Karl-Heinz Dietsche, Ing. di pI. (BA) Jürgen Crepin, Dipl. Holzw. Folkhart Dinkler.

Redacción en colaboración con los departamentos técnicos competentes de nuestra empresa. Composición: Ing. dipl. (FH) Ulrich Adler, Berthold Gauder, Leinfelden-Echterdingen. Gráficos técnicos: Bauer & Partner, Stuttgart.

Salvo indicación en contrario, las personas mencionadas pertenecen a la plantilla de Robert Bosch GmbH, Stuttgart. La reimpresión , reproducción y traducción total o parcial de este texto sólo están permitidas con nuestra autorización previa por escrito y con mención de la fuente. Las figuras , descripciones, esquemas y otros datos sirven exclusivamente para explicar y representar los textos, no pudiendo utilizarse como base para diseños o instalaciones ni para fijar el alcance del suministro. Declinamos toda responsabilidad por las divergencias de contenido respecto a las disposiciones legales vigentes. Queda excluida la responsabilidad. Reservado el derecho a introducir modificaciones. Printed in Germany. Impreso en Alemania. 1ra edición , abril 2000. Traducción al español de la 4a edición alemana, septiembre 1998.

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