-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
1/52
istemaseléctricos
y
electrónicos p r automóviles
Sistemas de arranque
Edición 2
nstrucción técnica
OSCH
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
2/52
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
activa-
ción 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 coordina-
dos 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
compo-
nentes.
Fundamentos
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 4
Motor
de
arranque eléctrico
Relé de
engrane mecanismo
de
engrane
Acoplamiento libre
Frenado del
inducido
Tipos de motores de arranque
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
Montaje
del
motor
de
arranque
Cable principal del
motor
de
arranque
Interruptores
de arranque
Relés
Técnica de
pruebas de
taller
4
46
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
3/52
istemasde
arranque
Sistemas de
arranque
undamentos
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 conside rables resistencias de com-
presión
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
Fig . 1
temperatura de
éste
y de las propiedades del
lubricante. Las resis tencias
de
rozamiento al-
canzan su máximo
valor a
bajas
temperaturas.
A fin de que incluso
en
condiciones desfavo-
rables 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
hace r
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.
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
Autoencendido
Condiciones
de
arranque
en el
motor
de
arranque
-- . . 11 Batería
Marcha
autónoma del
motor
de combustión interna
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
4/52
Para la puesta en marcha de motores de
combustión
interna
se
utilizan
motores
eléc
tricos motores
de
corriente continua corriente
alterna
y
corriente
trifásica) así como motores
hidráulicos
o neumáticos .
Dentro de estas posibilidades el
motor eléc-
trico
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
trapezoi-
dales, correas
dentadas
cadenas
o
directa-
mente
al
cigüeñal.
Gracias a la gran desmultiplicación entre el
piñón de arranque y la corona
dentada
del
volante
del motor térmico,
se puede dimen-
sionar 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 desfavorab-
les. Y
como
el motor
de
arranque
es el compo-
nente
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 si
guientes 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 manteni-
miento posible.
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).
r-------
: 3
I I
~ ~ ; ~ ; ~
,¡
¡
t
11
11
11
J
undamentos
3
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
5/52
istemasde
arranque
4
ondiciones
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,
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).
. -1 -- -------------------
mln
140
'
120
01
Q
O
O
ll
O
0
o
ID 80
>
60
Temperatura
límite de arranque
4 0 L ~ ~
____ _______ - ~
-25 -23
20
-15 oC
Temperatura
t
-
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 corres
pondiente batería)
y
una
determinada visco
sidad
del
aceite.
La
temperatura
más
baja
a la que aún debe
ser posible
el
arranque depende
de las
condi
ciones 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
aumen
tan
considerablemente
con
la
disminución de
la
temperatura
límite de arranque).
Fig.5
Pares de giro
del
motor de combustión (resistencias
al
giro para
el
arranque) y
del
motor de arranque.
s 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)
.
Nm
s
200
, o
---
--
1 8 °C - - - - .
-10 oC _. _.
-. -.
.
..:0.-:-...:,_.
100
OL-______ ______
____
min-
1
O
50 100
Velocidad de giro del motor
de
combustión interna
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
6/52
En el ejemplo
mencionado,
para una
tempe
ratura
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 descar
gada
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
veloci
dad 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 Auto
móviles
de Bosch.
En
Europa
,
los
sistemas
de
arranque se di
señan
por lo
general
según las temperaturas lí
mite
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
princi
palmente 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 accio
namiento
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 desta
cados .
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
Velocidad de
giro , min-
1
60 ...90
Motor de gasolina,
pistón
rotativo 150 ..180
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
80
...
200
60
... 140
sin
ayuda
al arranque 100 ..200
con
bujías
de incandescencia
como ayuda
al
arranque
Fig
5
60 .100
Esquema de principio de un sistema de arranque.
Resistencia
del cable
de alimentación,
s
Resistencia interna
de
la batería,
s
Resistencia
interna
del
motor de
arranque.
1
Batería
,
2
Cable
de
alimentación,
3
Motor de arranque.
+)
-)
undamentos
5
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
7/52
istemas
de
arranque
6
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
arran
que (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 puntual
mente 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.
Nm
10
A
\3
8
\
e
o,
6
al
O
r
a
4
2
o
o 200
400
Velocidad
de
giro
el.
600 min-
1
o
n
¡;
:::J
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, tam
bién
es
usual el sistema
de
12
V.
- En casos individuales y en
vehículos espe
ciales,
el sistema
se
diseña
para 24 V.
- Los camiones y autocares utilizan
tanto
sis
temas
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.
otencia
nominal
Además
de
la tensión nominal, otra carac
terística
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 admi
sible de la
batería correspondiente al
motor de
arranque, cuyo estado
de
carga a la tempe
ratura 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.
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
8/52
istemasde
arranque para
turismos
Son
vehículos
de
turismo todos
los
auto-
móviles 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,
Fig . 7
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 dispo-
sitivos 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.
istemas
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 desco-
nexión
del
motor
de
arranque
y
posibilita la
marcha autónoma
del
motor de gasolina.
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
monta; se requiere
b
un
motor
de
1
r . ~ ~ _ r r 3 0
arranque
con
borne 15a),
5 Bobina de
encendido
,
6
Distribuidor de
encendido,
7
Bujías
de
encendido,
8 Otros
consumidores.
1
2
+
5
~ ~ 1 5
30
50
t
4
I
r----n-15a:---,
I
I
1
I
i
8
1
1
1
1
1
1
~
undamentos
7
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
9/52
istemas
de
arranque
En sistemas
con
bobina
de
encendido contro
lada
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 iesel
Para que pueda comenzar
el
proceso de
arranque primero
debe
conectarse
el
sistema
de
precalentamiento con
bujías de incandes
cencia.
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
conmu
tarse
para
el
arranque figura 8). En sistemas
de arranque Diesel más antiguos, los
conmu
tadores 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
Fig.8
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 precalen
tamiento 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 perso
nas, mercancías y/o al
arrastre
de
remolques.
Esta
categoría
de
vehículos comprende en
esencia
los
siguientes
grupos:
- autocares por ejemplo microbuses, auto
buses
de línea y
articulados),
-
camiones
de
diferentes tamaños,
-
camiones
especiales
por ejemplo camio-
nes cisterna, coches de bomberos, vehícu
los de
remolque, camiones
de
basuras),
-
vehículos tractores
de
remolques
o
semi
rremolques y tractores
agrícolas).
Circuito
de un
sistema
de
arranque
para
turismos con motor
Diesel.
Fases
de
cone
x
ión
:
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).
a
Sistema de arranque
:
1
Batería
,
2
Motor
de
arranque
,
3
Conmutador
de
precalen
tamiento
y arranque.
b
Sistema de
precalentamiento
:
4 Módulo de
control
del
tiempo
de incandescencia
,
SLámpara
indicadora
se apaga al finalizar el
tiempo
de
precalentamiento)
,
6
Bujías
de
incandescencia.
a
L _ _
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
10/52
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
º
e 24 voltios
.
Fig . 9
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.
istemas
de
arranque
con
dispositivo
de
bloqueo de arranque
Los
sistemas de
arranque
en que no es
posible
la
clara percepción acústica
del
pro-
ceso
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 .
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
,
SMotor de
arranque
.
7
undamentos
9
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
11/52
istemas de
arranque
10
La
figura 9 muestra
un
sistema de
arranque
para
vehículos industriales
con relé electró-
nico 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 arran-
que
en
los dos
últimos
casos, se
mantiene
el
bloqueo hasta
que
ha
transcurrido
un
determi-
nado tiempo de retardo integrado en el relé.
Sistemas
de
arranque
con
conmutación de
baterías de 12 24 voltios
Algunos
vehículos industriales
pesados - prin-
cipalmente
camiones
-
tienen un
sistema
mixto
de
12/24 voltios figura 10). En
estos
sistemas, todos
los
componentes
eléctricos
excepto el motor de arranque) el
alternador
están dimensionados para
la tensión nominal
Fig.10
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 bate-
rías. 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 com-
ponentes eléctricos siguen recibiendo alimen-
tación a 12 voltios.
Al
soltar
el
interruptor
de arranque,
se
desconecta
el
motor
de
arranque as baterías
se conectan de nuevo en paralelo. Durante el
funcionamiento
del
motor de
combustión,
el
alternador de 12
voltios
conexión
B+)
carga
las
baterías.
Circuito de un sistema de arranque con relé conmutador de
baterías.
1 Batería I
de 12
V 2 Batería de 12 V 3 Relé conmutador de
baterías,
4 Interruptor de arranque,
5 Motor de arranque de 24 V B+ Conexión
al
alternador.
3 0 ~ ~
, - - - - - - - - - - - - + B+
5 1 5 0
- - - - - -
'
I
I :f.--
-
é
I
L. __ .__ .__ _
3 1 ~ ~
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
12/52
istemas
de arranque
especiales
Los sistemas de arranque especiales no se
reducen
a
un
determ
i
nado campo
de
aplica-
ción 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
espe-
ciales
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 especial-
mente 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 funcio
-
namiento en paralelo de
dos
motores de
arranque. Casi siempre, los motores de
combustión
interna están tan
lejos
del
Fig.11
conductor
o del
operario
,
que
el
proceso
de
arranque no
se
puede contro lar 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 traba-
jos de mantenimiento o
en caso
de avería).
No
es
posible
exponer
todas las posibilidades
,
dado
que
existen sistemas de arranque espe-
ciales
muy
diversos.
Los
siguientes
ejemplos
se limitan a unos cuantos
circuitos
desta-
cados.
istemas
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
concre-
tos
también en vehículos industriales
con
motor trasero)
,
se amplían en determinados
casos
con
un
relé de reintento de arranque
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
ispositivo
de bloqueo
y
reintento de arranque.
1
Batería
,
2
Interruptor
de
batería
,
3
Interruptor de
marcha,
4
Interruptor de
arranque ,
SRelé de bloqueo
de arranque ,
6
Relé
de
reintento
de
arranque
,
7 Motor de arranque
,
0
Cone
x
ión al
alternador
.
6
D
undamentos
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
13/52
istemasde
arranque
12
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 24 voltios)
con doble relé de arranque
para
funcio-
namiento en paralelo
Para el
arranque
de
motores
de
combustión
muy grandes se
necesitarían
también
moto-
Fig . 12
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 des-
critas
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
segun-
do 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
corres-
pondientes
bornes de conexión
adicionales.
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 baterí
a,
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
D+ Co
ne
xión al
alternador
.
7
6
5 4
2
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
14/52
Sistemas
de
arranque de
50 110
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
simultánea-
mente 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 automoto-
res, locomotoras, grandes motores estaciona-
rios, 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
Fig.13
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.
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
7 6
3
Interruptor
de
arranque
4
Relé
del
motor
de la
M
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
M
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
undamentos
13
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
15/52
istemas de
arranque
4
structura básica
del
motor
de
arranque
El motor de
arranque
está
integrado general-
mente por
los
siguientes
componentes:
- motor de arranque eléctrico
-
relé
de engrane
- 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 a la
intensidad
de la
corriente
su valor
máximo
se
obtiene cuando
el
campo
Fig
. 1
Componentes
de un
motor
de
arranque.
magnético 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
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 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 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 uniforme.
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
.
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
16/52
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.
jecución 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
Fig.2
Esquema del motor eléctrico.
3 4
a con
una espira
conductora
,
b
con
tres espiras
conductoras .
1
Escobillas
de carbón ,
2
Imán
,
3 Colector
,
4
Espira
conductora.
Esquema eléctrico de
un
motor
de
corriente
continua con excitación
en derivación.
Esquema eléctrico
de
un motor de corriente
continua con excitación
permanente.
1 - - - -
. .
I I
I '- '¡- - '- ',
i i
i i
i i
i II:J i
i i
i i
i i
L._.-=-._._
.J
L.
_ =
.
_
__
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
propie
dades 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
Esquema eléctrico de un sistema de arranque
con motor compound.
P OO
' ¿f_~ l
I M M I
i - 2 - 2
¡
~ __ ._ ___ _ _ ____
.
_ . j
a
Etapa
previa:
Sólo
devanado en
derivación conectado en
serie
corriente de inducido limitada).
b
Etapa
principal:
evanado
en
derivación conectado
en
paralelo
,
devanado
en
serie conectado
en
serie.
Esquema eléctrico
de
un motor de corriente
continua
con
excitación
en
serie.
1 - -
'
--
-'
i i
i i
i i
i i
L __
= .
__ .
__
J
1 evanado en
serie
,
2 evanado en
derivación.
Estructura
básica
del motor de
arranque
15
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
17/52
istemasde
arranque
6
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
,
Motor con
excitación permanente
*,
3 Motor compound
,
etapa principal
*,
4
Motor en serie
*.
* A a
tensión
de la
batería
t
e
» N
f - - - - - - - = ~ O - _ _ = _ : : _ _ - - _ _ _ _ i
Q
O
O
Cll
O
u
o
ID
>
MN
Par de giro
M
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.
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
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
18/52
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.
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.
2 3 4 5
1
9
8
elé de
engrane
En
esencia,
un
relé
sirve para conmutar una
corriente elevada por medio
de
otra relativa-
mente baja.
En
turismos, p. ej., la corriente del
motor de
arranque alcanza un valor máximo
del orden
de
1000 A, Y en vehículos indus-
triales 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.
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
despla-
zamiento
axial del piñón y por
otro
para apretar
structura básica
del motor de
arranque
17
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
19/52
istemas
de
arranque
18
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.
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.
~ ~
. . .
4
5
6
7
ecanismo
de
engrane
La tapa del lado de accionamiento del motor
de
arranque
contiene
en esencia
el
meca-
nismo
de
engrane
con
el
piñón,
el
acopIa-
miento 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
yel
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 desengra-
nable .
Una
gran
desmultiplicación
(normal-
mente
entre 10:
1y 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.7
Piñón
de
motor
de
arranque.
Los dientes del piñón tienen
una
inclinación para
facilitar
el
engrane
.
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
20/52
Para que
el
piñón pueda engranar correc
tamente 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
b
ien
determinadas:
- Para
el
dentado
del
piñón se
utiliza
el
perfil
de evolvente , que favorece
el
engrane
( perfil de
curvas
de
desarrollo
, que com
prende una
curva
matemática
determi-
nada) ,
-
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 (permanente-
mente
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
endure-
cerlos, 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
desen-
granar 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
.
Diámetro del círculo primitivo.
2 Corona dentada .
2
Diámetro del
círculo primitivo ,
a
Diámetro del cír
culo
de
cabeza
, S Espesor de diente ,
jn
Juego
entre flancos .
d
....
I I
2
/¡ .
anularse de forma automática.
Con
este
fin,
los motores de arranque están dotados de
un
acoplamiento
libre
y
un mecanismo
de
engrane y
retorno.
rocedimiento 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
.
Estructura
básica
del
motor
de
arranque
9
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
21/52
istemas
de
arranque
2
coplamiento libre
En todas
las
versiones
de
motores
de
arran -
que ,
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.
coplamiento
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
Arr
a
strador con
anillo
de mar
c
ha libre
,
4
Rampa de desli
z
amiento de rodillos
, 5 Rodillo , 6
Vás-
tago del piñón, 7 Muelle. a
Sentido
de
acoplamiento.
45
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 i
nducido
. 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.
coplamiento
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
acopIa-
miento 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
accio-
namiento 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).
-
8/18/2019 Sistemas de Arranque Libro Bosch
22/52
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 acopIa-
miento 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
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
�
