Operación del motor de arranque del automóvil
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Sistemas de arranque para motores de combustión interna
Los motores de combustión interna no pueden ponerse en funcionamiento por sí solos cuando se encuentran detenidos. Antes de que puedan desarrollar la energía producida por la combustión, es necesario hacer girar el cigüeñal hasta alcanzar una velocidad mínima de arranque. Durante esta etapa inicial deben superarse la elevada compresión de los cilindros, las pérdidas mecánicas por fricción y la inercia de todos los componentes móviles del motor. Además, en un motor frío la lubricación aún no es completa, por lo que el rozamiento entre cojinetes, pistones y otros elementos es considerablemente mayor.
Fig. :
Para realizar esta función se emplean motores de arranque eléctricos, hidráulicos o neumáticos, aunque en los automóviles el sistema más difundido es el motor eléctrico de corriente continua en serie. Este tipo de motor desarrolla un elevado par de arranque a bajas velocidades, característica indispensable para vencer la resistencia inicial del motor térmico. La energía necesaria proviene normalmente de la batería del vehículo, la cual también alimenta el resto del sistema eléctrico.
El par desarrollado por el motor de arranque se transmite habitualmente mediante un piñón que engrana con la corona dentada fijada al volante del motor o, en vehículos con transmisión automática, al convertidor de par. La relación de transmisión entre el pequeño piñón del motor de arranque y la gran corona permite multiplicar el par disponible, haciendo posible utilizar un motor de arranque compacto, ligero y de alta velocidad de giro.
Funcionamiento del motor de arranque preacoplado
El sistema de arranque preacoplado (pre-engaged starter) constituye el diseño utilizado en la mayoría de los vehículos modernos. Su funcionamiento comienza cuando el conductor gira la llave de encendido o acciona el pulsador de arranque. Esta acción energiza el relé o solenoide de arranque, cuyo campo magnético desplaza un núcleo móvil conectado a una palanca de accionamiento.
La palanca empuja el piñón del motor de arranque hacia la corona dentada del motor. El desplazamiento se realiza sobre un estriado helicoidal, que facilita el engrane entre ambos engranajes incluso cuando sus dientes no están perfectamente alineados. Una vez que el piñón alcanza la posición correcta, el propio solenoide cierra los contactos principales de potencia, permitiendo que la corriente de la batería llegue al motor de arranque.
En condiciones ideales, un diente del piñón coincide con el espacio existente entre dos dientes de la corona y el acoplamiento se realiza inmediatamente. Sin embargo, en muchas ocasiones ambos dientes quedan enfrentados. En ese caso, el piñón continúa presionando contra la corona mediante un resorte de engrane mientras el motor comienza a girar lentamente. Gracias al efecto del estriado helicoidal y al pequeño movimiento relativo entre ambos engranajes, los dientes terminan alineándose y el engrane se completa sin producir golpes excesivos.
Este sistema evita que el motor de arranque transmita un elevado par antes de que el engrane sea completo. El estriado helicoidal obliga al piñón a avanzar progresivamente hasta introducirse totalmente en la corona antes de transmitir el esfuerzo mecánico, reduciendo el desgaste de los dientes y aumentando la confiabilidad del conjunto.
Fase de giro del motor
Una vez engranado el piñón, el motor eléctrico transmite todo su par al cigüeñal. El par disponible es máximo cuando el motor de arranque comienza a girar y disminuye gradualmente a medida que aumenta la velocidad. Inicialmente este elevado par vence la fricción estática del motor y pone en movimiento el conjunto formado por cigüeñal, pistones, bielas y demás elementos mecánicos. Posteriormente acelera el motor hasta alcanzar la velocidad mínima necesaria para que el sistema de encendido o de inyección pueda iniciar la combustión.
En los motores modernos, la unidad electrónica de control utiliza sensores de posición del cigüeñal para detectar la rotación desde las primeras vueltas. Esta información permite sincronizar la inyección de combustible y el encendido, logrando una puesta en marcha rápida, estable y con menores emisiones contaminantes.
Cuando la combustión comienza a desarrollarse de forma continua, el motor térmico acelera rápidamente y supera la velocidad del motor de arranque. En ese momento entra en funcionamiento el embrague unidireccional o rueda libre (overrunning clutch), el cual desacopla automáticamente el piñón para impedir que el motor de combustión haga girar el motor eléctrico a una velocidad excesiva. Este dispositivo protege al motor de arranque contra daños mecánicos y sobrevelocidad.
Retorno y desconexión
Al liberar la llave de contacto, el circuito del solenoide queda desenergizado. El resorte de retorno desplaza nuevamente el núcleo del relé hacia su posición inicial, abriendo los contactos principales de potencia y desconectando el motor eléctrico de la batería. Simultáneamente, el resorte de desengrane retira el piñón de la corona dentada, devolviendo todo el mecanismo a su posición de reposo y dejándolo preparado para un nuevo ciclo de arranque.
En algunos diseños, especialmente en vehículos comerciales, se incorporan resortes adicionales y mecanismos de protección que permiten absorber esfuerzos excesivos durante el engrane y evitar que los contactos del relé permanezcan cerrados cuando el motor no logra arrancar. Estos dispositivos aumentan la seguridad del sistema y prolongan la vida útil tanto del motor de arranque como del conjunto de engranajes.
En conjunto, el sistema de arranque moderno combina elementos eléctricos, electromagnéticos y mecánicos para proporcionar un engrane seguro, transmitir un elevado par durante los primeros instantes del arranque y desconectarse automáticamente una vez que el motor de combustión alcanza un funcionamiento autónomo. Gracias a este diseño se consigue un arranque rápido, confiable y con un desgaste mínimo de los componentes. |
