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5. Motor de arranque coaxial y de inducido deslizante

Los motores de arranque deben realizar un gran esfuerzo para conseguir un gran par motor que permita poner en funcionamiento al motor térmico, principalmente en el instante del accionamiento del mismo; la potencia del motor de arranque va a depender en gran medida de este esfuerzo que tiene que vencer.

Para aumentar la potencia de los motores de arranque, se aumenta el campo magnético y la fuerza de atracción del mismo; esto se consigue aumentando el número de masas polares. Según el número de masas polares se clasifican en bipolares, tetrapolares (los más utilizados) o hexapolares.

Importante

Según el número de masas polares que tenga un motor de arranque, este puede ser bipolar, tetrapolar o hexapolar. Los más utilizados son los tetrapolares.

Otra clasificación que se puede realizar de los motores de arranque es según sus características constructivas:

1 Motores de arranque convencionales. Se emplean en motores térmicos de pequeña cilindrada y potencia, disponen de dos o cuatro polos con sus bobinas en serie o en paralelo y alimentadas por corriente continua mediante dos o cuatro escobillas. El sistema de arrastre va montado sobre el eje del inducido y lleva el relé de mando incorporado.

Motores de arranque convencionales

1 Motores de arranque con reductora. Se emplean en motores de mediana cilindrada y potencia, generalmente en los motores de combustión diésel. Disponen de cuatro o seis polos con sus bobinas en serie-paralelo alimentadas por corriente continua a través de cuatro o seis escobillas.

Conjunto reductor

Sabía que...

El conjunto reductor del motor de arranque consta de una serie de engranajes pequeños con dientes exteriores, llamados satélites y de un engranaje más grande con dientes interiores llamados coronas.

1 Motores de arranque coaxiales. Se emplean en motores térmicos de medianas y grandes cilindradas y potencias, disponen de dos o cuatro polos con sus bobinas en serie o en paralelo y alimentadas por corriente continua mediante dos o cuatro escobillas. El sistema de arrastre va montado sobre el eje del inducido y suele llevar el relé de mando fuera del sistema.

Motor de arranque coaxial

Recuerde

El motor de arranque transforma la energía eléctrica que le proporciona la batería en energía mecánica a través de su eje, que mueve el motor térmico mediante un sistema de engranajes piñón-corona.

1 Motores de arranque con inducido deslizante. Se emplean en motores térmicos de gran cilindrada y potencia, disponen de dos o cuatro polos con sus bobinas en serie o en paralelo y alimentadas por corriente continua mediante dos o cuatro escobillas. El sistema de arrastre va montado sobre el eje del inducido y suele llevar el relé de mando dentro del sistema.

Motor de arranque de inducido deslizante

Los dos últimos tipos se verán a continuación con más detalle.

Actividades

5. ¿Qué tipo de engranaje monta el piñón del motor de arranque y la corona dentada del volante de inercia del motor térmico?

5.1. Motor de arranque coaxial

Como se ha comentado anteriormente, los grandes motores térmicos precisan motores de arranque de gran potencia, donde el engrane se realice con suavidad para evitar el deterioro del piñón o de la misma corona del volante motor.

Los motores de arranque coaxiales cumplen con estas características, al principio de su funcionamiento el giro es lento, máxima potencia, y luego aumenta sus revoluciones cuando el motor térmico ha alcanzado un número de revoluciones determinado.

Nota

La diferencia principal con los demás motores de arranque radica en la incorporación del relé en su interior, coaxialmente respecto al motor, de ahí su nombre.

El funcionamiento del motor de arranque coaxial es el siguiente:

1 Señal de arranque. Al mandar la señal de arranque desde la llave de contacto, la bobina del relé 3 se excita y desplaza al núcleo 9 hasta el soporte 2. El piñón 8 engrana parcialmente con los dientes de la corona del volante motor, se cierran los contactos 4 del relé. La corriente pasa a través de la resistencia 12 y el rotor gira lentamente debido al paso de la corriente por la resistencia. Al girar el rotor, el piñón se desplaza sobre la hélice del eje del rotor. El conjunto cazoleta 7 y casquillo 9 del piñón de engrane hacen tope con el trinquete 11, que fuerza el cierre de los contactos 10, el giro del motor se hace más rápido al pasar la corriente directamente. El piñón al ir hacia delante desplaza el muelle 6 al casquillo 13 y a las bolas 5, que junto al casquillo 13 enclavan al piñón e impiden su retroceso.

2 Retirada de la señal de arranque. Al dejar de mandar la señal de arranque, el núcleo del relé vuelve a su posición inicial por efecto del muelle antagonista, se abren los contactos y el casquillo 13 retrocede dejando las bolas libres y el piñón queda desenclavado. El muelle 1 y el giro de la corona hacen que el piñón vuelva a su posición inicial.

Sabía que...

La señal de arranque (+50) proviene de la llave de contacto del vehículo; esta señal es mantenida mientras el conductor acciona el arranque, en el momento en que deja de accionarlo, la llave vuelve a su posición de contacto (+15).

Actividades

6. En el mercado existen varios tipos de llaves de arranque dependiendo del modelo y tipo de vehículo. Buscar información sobre ello, además de imágenes ilustrativas.

5.2. Motor de arranque con inducido deslizante

Estos motores van montados generalmente en motores de mediana y gran potencia, el acoplamiento del piñón con la corona se efectúa debido al desplazamiento axial del inducido dentro de su campo magnético de excitación, necesitando un colector más largo.

Recuerde

El consumo eléctrico del motor de arranque es máximo al inicio de su funcionamiento y va disminuyendo a medida que el motor térmico va realizando explosiones o combustiones que le ayudan a alcanzar las revoluciones necesarias para el arranque. Es evidente que en frío el consumo eléctrico es superior que con el motor en caliente.

La puesta en marcha de estos motores de arranque se realiza mediante un relé especial 7 instalado en el interior del motor; se alimenta a través del interruptor de arranque de la llave de contacto, llevan un conmutador de doble contacto basculante que actúa en dos fases en su funcionamiento.

Entre el eje del inducido y el piñón de arrastre se encuentra el embrague de discos de fricción para que la unión piñón-eje sea progresiva y suave. Este conjunto actúa como mecanismo de rueda libre y como limitador de sobrecargas, protegiendo los discos de embrague cuando el par es muy grande.

Cuando se deja de excitar el relé, el muelle 14 efectúa el retroceso del inducido y del piñón a su posición de reposo.

Actividades

7. ¿Qué mecanismos intervienen en la evacuación de calor generada por la fricción mecánica entre los discos de embrague del motor de arranque?

6. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque

El conexionado de las bobinas inductoras y el inducido de los motores de arranque en general se pueden efectuar de las siguientes formas:

1 Serie.

1 Mixto.

1 Paralelo.

A continuación se va a ver el conexionado y funcionamiento de los distintos motores de arranque más utilizados en el sector de la automoción para motores de pequeña, mediana y gran potencia:

1 Pequeña y mediana potencia:

1 Motor de arranque por horquilla.

2 Motor de arranque con engrane por inercia.

1 Mediana y gran potencia:

1 Motor de arranque con inducido deslizante.

2 Motor de arranque con desplazamiento por dispositivo de embrague.

6.1. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque por horquilla

En la figura siguiente se puede ver el mecanismo de funcionamiento del motor de arranque y del interruptor electromagnético o relé de accionamiento, en estado de reposo.

Recuerde

Una de las principales limitaciones del motor de arranque es su tamaño; deberá ser lo más pequeño y compacto posible, robusto y de poco peso.

Al no existir señal de arranque, los interruptores 1 y 2 permanecen abiertos y no circula corriente eléctrica por ellos; el piñón no engrana con la corona gracias a la acción del muelle.

Cuando se pulsa el interruptor de arranque o demarré (1), la corriente eléctrica circula por las bobinas del relé (3A y 3B), que al magnetizarse atrae al núcleo o áncora (4); este efecto produce dos reacciones: el piñón (8) al bascular sobre la horquilla (12) engrana con la corona (9), y por otro lado se cierran los contactos (5) que alimentan las bobinas inductoras y que ponen al motor de arranque en marcha.

Nota

Si el motor térmico arranca antes de desconectarse el piñón de la corona y gira a más revoluciones que el motor de arranque, entra en funcionamiento el mecanismo de rueda libre de forma que no perjudique al inducido.

Actividades

8. Reflexionar sobre las siguientes cuestiones:

1 ¿Habría que instalar un relé entre el motor de arranque y la llave de contacto? Justificar la respuesta.

2 ¿Funcionaría un motor de arranque si se invierte la polaridad de las bornes de la batería?

3 ¿Funcionaría el motor de arranque si el motor térmico estuviese gripado y al revés?

Cuando deja de accionarse el interruptor de puesta en marcha, el electroimán o relé deja de recibir corriente y el muelle (10) vuelve a su posición inicial y la horquilla desconecta al piñón de la corona; el motor de arranque queda en posición de reposo.

6.2. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque con engrane por inercia

Es un sistema muy empleado, conocido con el nombre de Béndix; el conexionado se puede ver en la siguiente figura:

El piñón no se encuentra fijo sobre el eje del rotor, se puede desplazar a través de la rosca helicoidal que gira solidaria al eje.

Dispositivo de inercia o Béndix

Al ponerse en movimiento el motor de arranque, el efecto de la fuerza de inercia hace que el piñón se desplace a lo largo del eje mediante la rosca helicoidal y finalmente se conecte a la corona dentada del volante motor.

Sabía que...

La bobina es un elemento pasivo que almacena energía eléctrica en forma de campo magnético, esta energía depende de su inductancia (L) y de la corriente eléctrica (I) que la recorre.

Al ponerse en marcha el motor térmico, hace que el piñón gire más rápido que el eje del motor de arranque. El piñón se desplaza en dirección contraria a aquella en que se desplazó inicialmente, desconectándose así de la corona del volante motor.

6.3. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque con inducido deslizante

Los motores de arranque con inducido deslizante son muy utilizados en los motores que requieren elevada potencia de arranque, los motores diésel.

Nota

Disponen de un arrollamiento de excitación en serie, un arrollamiento auxiliar y un arrollamiento de sujeción.

Al activar la señal de arranque el conmutador electromagnético pone en funcionamiento al motor de arranque en dos etapas. En estado de reposo el inducido se encuentra desplazado debido a la fuerza de un muelle, por lo tanto, el piñón se encuentra desengranado de la corona del volante de inercia.

Se verá a continuación el funcionamiento detalladamente. En una primera fase y al activar la señal de arranque, el inducido es atraído y emplazado dentro del flujo magnético generado por el arrollamiento auxiliar de excitación, girando lentamente hasta que el piñón engrane con la corona dentada.

En la segunda fase la corriente pasa por el arrollamiento principal, la conexión la realiza un puente basculador entre la batería y el arrollamiento en serie. Esto sucede al quedar libre el puente en la primera etapa, hasta entonces retenido por el gatillo. Al deslizarse el inducido para realizar el engrane, con él avanza el disco de disparo, este levanta el gatillo mientras el piñón engrana con la corona, de forma que el puente basculador puede colocar su otro extremo sobre el contacto.

Sabía que...

El motor diésel fue inventado en el año 1883, por el ingeniero Rudolf Diesel.

A finales del siglo XIX, en el año 1897, la firma MAN produjo el primer motor conforme los estudios de Rudolf Diesel, encontrando para su funcionamiento un combustible poco volátil, que por aquellos años era muy utilizado, el aceite liviano, más conocido como fuel oil, que se utilizaba para alumbrar las lámparas de la calle.

Una vez excitado el arrollamiento en serie, el motor de arranque hará girar el motor diésel hasta que comience a funcionar. Si el motor térmico aumenta de revoluciones, hace girar al inducido más rápido, por lo que la intensidad de corriente que circula por el mismo disminuye, el inducido pierde tracción en la dirección del engrane y se desengrana el piñón de la corona dentada.

6.4. Conexionado y funcionamiento del motor de arranque con desplazamiento por dispositivo de embrague

El conexionado de este tipo de motor de arranque es similar al anterior; sin embargo, sus características constructivas y su funcionamiento es totalmente distinto. Un acoplamiento por discos de fricción está intercalado entre el inducido y el piñón de arrastre; hace que el acoplamiento sea suave y actúa como rueda libre. Dispone de un dispositivo contra sobrecargas formado por unas arandelas elásticas que están en contacto con el anillo de presión, limitando la presión sobre los discos de embrague cuando el par de transmisión es muy alto. Un muelle situado entre el inducido y el sinfín del piñón hace que el mismo retroceda a su posición de reposo cuando desaparece la señal de arranque.

La caja de embrague está unida fija al inducido por medio de una chaveta y sobre la tuerca deslizante roscada sobre las estrías del sinfín, de forma que puede haber un desplazamiento axial pero no gira libremente.

Cuando engrana el piñón en la corona dentada, el eje del inducido sigue girando, y desplaza la tuerca sobre las estrías del sinfín hacia el interior del motor de arranque, acoplándose de forma progresiva los discos de embrague; la fuerza del eje se transmite al piñón.

Recuerde

El motor diésel necesita un motor de arranque más potente que uno de gasolina, ya que debe vencer un par resistente mayor debido a las altas presiones que se generan dentro de los cilindros.

Aplicación práctica

Se dispone de un vehículo que monta un motor de arranque con inducido deslizante; ¿se podría sustituir este motor de arranque por uno con desplazamiento por dispositivo de embrague?

SOLUCIÓN

En primer lugar hay que comentar que todos los elementos, piezas, etc., de los que dispone un motor térmico y un vehículo han sido diseñados y fabricados para ese modelo en particular; cualquier modificación debe ser aprobada por el fabricante.

En el caso del motor de arranque, sí se podrá sustituir uno por otro tipo, siempre y cuando se cumplan los siguientes requisitos:

1 La tensión nominal sea la misma.

2 La sujeción del motor de arranque a la caja de alojamiento del motor térmico o a la carcasa de la caja de cambios sea la misma.

3 El sentido de giro del motor de arranque sea el mismo.

4 Las curvas características de los dos motores de arranque sean semejantes.

5 El número de dientes y el módulo del piñón sean iguales.

6 La instalación eléctrica permita la modificación.

De cumplirse lo anterior se admite la modificación.

Actividades

9. Localice el manual de taller de dos vehículos distintos y averigüe si puede montar motores de arranque distintos. En caso afirmativo indique las características de cada uno de ellos..

7. Sistemas de mando del motor de arranque

Cuando el motor de arranque entra en funcionamiento, debido a la señal de arranque, aumenta rápidamente de revoluciones hasta conseguir que el motor térmico se ponga en funcionamiento; puede ocurrir que el motor térmico alcance un mayor número de revoluciones que el motor de arranque un instante después. Para que no resulte dañado el inducido debido a las altas revoluciones y a la fuerza centrífuga, se incorpora un dispositivo que permita transmitir el par del motor de arranque al motor térmico pero no al revés.

El engrane del piñón de arranque y su mecanismo de mando pueden ser de dos tipos:

1 Mando de inercia. Accionado por la fuerza de giro del inducido en su movimiento de rotación. Cuando el motor comienza a girar, la fuerza generada en el mando hace que el piñón se desplace sobre la rosca hasta engranar con la corona del volante. Este sistema se ha visto ya en apartados anteriores.

2 Mando con embrague de sobrevelocidad. Este sistema de mando dispone de una palanca que mueve el piñón para que engrane en la corona del volante, de forma que primero engrana el piñón y luego gira el motor de arranque. Un mecanismo de embrague hace que el piñón transmita el par en un sentido de giro y en el otro sea nulo. Se le conoce como mecanismo de rueda libre; también se ha visto en apartados anteriores. Una vez retirada la señal de arranque, el mecanismo vuelve a su estado inicial de reposo.

Otro elemento de mando eléctrico incorporado en el motor de arranque es el relé de arranque, que está intercalado entre la batería y el motor de arranque y cumple la misión de cerrar el circuito del motor para su funcionamiento eléctrico.

Relé de mando eléctrico

Importante

La duración del accionamiento del motor de arranque para poner en marcha un motor térmico no debe exceder de 6 segundos. Entre arrancadas, esperar unos minutos para que se recupere la batería.

En los motores con engrane por horquilla el relé va incorporado en el motor, pone en marcha el motor y desplaza el mecanismo de arrastre para acoplar el piñón y la corona. En los motores con engrane por inercia, cumple la misión de interruptor solamente, es independiente del motor de arranque.

Actividades

10. La unión del relé de mando con la carcasa del motor de arranque es por unión atornillada; esta unión suele tener un alto par de apriete para que no se suelte con las vibraciones. ¿Qué herramienta se suele emplear para aflojar y apretar estos tornillos?

Aplicación práctica

Dispone de un vehículo de mediana potencia que no arranca, al accionar la llave de contacto en la posición de arranque no responde ni se escucha nada, ¿cuál puede ser el problema?

SOLUCIÓN

En el 90% de los casos cuando ocurre este tipo de averías en los vehículos de mediana y gran potencia, el problema es que el terminal que va conectado al motor de arranque y le da la señal desde la llave se ha soltado o salido de su enclavamiento.

La solución es sustituir el terminal y colocarlo en su enclavamiento, asegurándose de que no se vuelva a salir debido a las vibraciones a las que se ve sometido durante el funcionamiento del motor térmico.

Normalmente los terminales de señal de arranque en estos tipos de motores suelen ir unidos al enclavamiento del motor de arranque mediante unión atornillada para evitar conflictos de este tipo.

El 10% restante de los casos pueden ser ocasionados por problemas internos del motor de arranque, para ello proceder a su desmontaje, comprobación y verificación de sus elementos.