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Circuito de Encendido

Encendido básico

Objetivos del Circuito de Encendido

1º Generar una chispa muy intensa entre los electrodos de las bujías para iniciar la combustión de la mezcla



2º Que la chispa salte en el momento adecuado.



2º Que la chispa salte en el momento adecuado.

3º Que salte en un determinado orden

Dificultades 1

Para que salte una chispa intensa hace falta:

• Voltaje entre electrodos de la bujía muy elevado (20.000 voltios).

• Determinada distancia entre electrodos (0,8 mm)

Dificultades 2

• Para que salte la chispa en el momento oportuno el DELCO debe estar sincroni-zado con el motor (CALADO DEL DELCO)

Dificultades 3

• Para que el motor funcione las chspas deben saltar en un orden adecuado.

Por ejemplo:1-3-4-2

Componentes

Circuito eléctrico

Función del RUPTOR 1

• Cuando la corriente eléctrica atraviesa una bobina aparece un campo magnético.


• Cuando una bobina es atravesada por un campo magnético variable aparece entre sus extremos una f.e.m (tensión)

• Es el principio de funcionamiento del alternador, dinamo, sensores inductivos, etc


¿Cómo generar campo magnético variable?

1. Haciendo girar una espira dentro de un imán. ALTERNADOR

2. Girando un imán dentro de una espira. DINAMO

3. Mediante corrientes variables

Funcionamiento del ruptor 1• Al cerrarse el

ruptor la corriente fluye y se crea campo magnético; al abrirse la corriente y el campo desaparen

Funcionamiento del ruptor 2

• Con el ruptor la corriente aparece y desaparece según el siguiente gráfico.

• De esta forma obtenemos un campo magné-tico variable

El Campo magnético aparece y desaparece a impulsos

Funcionamiento del ruptor 3

Poniendo un segundo arrollamiento sobre el mismo núcleo gene-ramos una tensión

Principio básico de un transformador

Como el campo magnético pasa por las dos bobinas, el secundario estará sometido a un campo magnético variable y se generará una tensión Vs cuyo valor es:

Vs = Vp* Ns/Np

Vs = Tensión en el secundario

Vp = Tensión en el primario

Np = Nº de espiras del PRIM

Ns = Nº de espiras del SEC

Ejemplo de cálculo

Vs = Vp* Ns/Np

• Si Vp = 300 V• Np = 100 espiras • Ns = 10.000 espiras

Entonces:Vs = 300* 10.000/100 = 30.000 V

Conclusión

Según el resultado anterior podemos con-seguir una TENSIÓN en el SECUNDARIOtan grande como queramos eligiendo adecuadamente el número de espiras del PRIM y del SEC

Pero ……..

Pero ……

… una bobina de estas característicasNp = 100 espiras Ns = 10.000 espiras

Sería muy voluminosa y muy pesada

¿Por qué hemos puesto en el ejemplo anterior Vp = 300 V?

AUTOINDUCCIÓN 1

• ¿Por qué hemos puesto antes en el ejemplo del transformador Vp=300 V?

El mismo campo magnético variable que atraviesa el SEC actúa también en el PRIM por lo que se autoinduce una tensión Vp

AUTOINDUCCIÓN 2

• ¿De qué depende Vp?• del número de espiras del PRIM. A más espiras

mayor será Vp• De la velocidad con que aparece y desaparece el

campo magnético. A mayor velocidad mayor Vp• Del valor del campo magnético. Cuanto más

intenso es el campo mayor será Vp

Recuerda:

• El campo magnético se debe al paso de la corriente por el PRIM (Ip) de tal forma que

cuanto mayor sea Ip más intenso será el campo magnético

AUTOINDUCCIÓN 3

• Aun girando el motor muy rápido Vp no pasa de 50 V que es un valor insuficiente para que salte chispa en la bujía.

AUTOINDUCCIÓN 4

• PERO sí saltará entre los contactos de los platinos cuando se abran y se cierren.

Esta chispa quema los platinos y además es energía que no se apro-vecha para producir la chispa en las bujías

Problema

• ¿Cómo hacer que el campo magnético desaparezca en un tiempo muy pequeño y que no salte chispa en el ruptor?

SOLUCIÓN:

el condensador

¿ qué es un condensador?

• Es un dispositivo que sirve para guardar cargas eléctricas (electrones)

¿ cómo funciona?

• Al conectarlo a una fuente de tensión el condensador se car-ga a la misma ten-sión que la fuente

• Al conectarse a una fuente de tensión el condensador se carga

descarga

Una vez cargado el condensador se comporta como una fuente de tensión y al conectarlo a una resistencia, se descarga

curva de carga y descarga de un condensador

¿Cuál es la unidad de carga de un condensador?

• El FARADIO• El valor típico del condensador de un

encendido es de 0,18 µF

¿Cuánto tiempo tarda un condensador en cargarse?

• Depende de la CONSTANTE del TIEMPO de un CONDENSADOR

Constante del tiempo

Se llama así al tiempo que necesita un condensador para adquirir el 63% de su carga total. Se calcula mediante la fórmula:

τ = R*C

• para un T = 5* τ el condensador está totalmente cargado.

CONSTANTE del TIEMPO de un CONDENSADOR de ENCENDIDO

• Para R = 3Ω y C = 0,18 µF (valores típicos del circuito de encendido), será:

τ = 3*0,18*10-6 = 0,00000054 sy T = 5* τ = 0,0000027 s

• En el tiempo de carga del condensador Ip desapare y también el campo magnético.

…por lo tanto

• el campo magnético desaparece en un tiempo muy pequeño por lo que la tensión autoinducida Vp es muy elevada.

• Ya tenemos nuestros 300 V en el PRIM que multiplicados por una relación de es-piras adecuada Ns/Np nos dan los 20.000 V para que salte la chispa en la bujía.

además

Aún nos queda un problema por resolver: Iprimario

• La intensidad que circula por el PRIM Ip depende de la resistencia de la bobina PRIM

Pero ¿Habrá tiempo suficiente para que se establezca la corriente Ip?

….pero antes¿Qué es la inercia mecánica?

• ¿Quién acelera más rápido un coche ligero o uno pesado?

• ¿Cuál de los dos frenará antes?

Respuestas

…. Si los dos tienen el mismo motor acelerará más rápido el de menos peso.…. Si los dos tiene el mismo sistema de frenos parará antes el más ligero.

¿Por qué?

..porque

• el peso ofrece un lastre, una resis-tencia al movimiento llamada

INERCIA mecánica

•Un coche no puede pasar de 0 a 100 Km/h en 0 segundos; tampoco puede parar instantáneamente debido a su inercia.

¿ que le pasa a este gráfico…?

..también existe la INERCIA eléctrica

• .. El gráfico que hemos utilizado antes tiene varios errores

Contactos cerrados: Ip=5 A

Contactos abiertos: Ip=0 A

El gráfico nos dice que se pasa de 0 A a 5 A instantáneamente y viciversa

Esto es imposible debido a la inercia eléctrica

En la naturaleza los fenómenos instantáneos (t=0) son imposibles

Por lo tanto este gráfico no es correcto

Esta es la imagen correcta

Para establecerse Imáx hace falta tiempo

Para pasar de Imáx a I=0 también hace falta tiempo

Este tiempo es muy pequeño pero los platinos abren y cierran

en tiempos también muy pequeños

Veamos de qué tiempos estamos hablando

• MOTOR DE GASOLINA DE 4T girando a 1000 R.P.M

¿Cuántas vueltas da el cigüeñal en 1 segundo?60 s ___________ 1000 vueltas1 s ___________ X vueltas

X = 1000 / 60 = 16,666 vueltas en 1 s

Motor girando a 1000 RPM

¿Qué tiempo tarda en dar una chispa?

1 segundo da __________ 16,66 chispas

X __________ 1 chispa

X = 1/16,6666 = 0,06 segundos

CHISPAS DE ENCENDIDO

MOTOR DE GASOLINA DE 4T girando a 1000 RPM

¿Cuántas chispas da en una vuelta?

En cada carrera da una chispa, por lo tanto, da DOS chispas por vuelta de cigüeñal. Es decir, CUATRO por ciclo

Motor girando a 1000 RPM

REPARTO DE TIEMPOS

En un motor de 4T los platinos están cerrados el 61% del tiempo; el 39 % están abiertos (DWELL)

Si se tarda 0,06 s en producir una chispa, el reparto de tiempos será:

Cerrados 0,06*61/100 = 0,0366 segundosAbiertos 0,06*39/100 = 0,0234 segundos

podemos tener problemas con los tiempos disponibles …

El problema se podría resolver con la curva dibujada en rojo, pero ….

• Con intensidades tan elevadas el ruptor se quemaría

Problemas en altas

Conclusiones:

Los encendidos convencionales están muy limitados en cuanto a:

• Ip no puede sobrepasar los 3 ó 3,5 A porque las chispas en los platinos serían muy intensas (a pesar del conden-sador)

• Las RPM no pueden ser muy elevadas porque no hay tiempo para establecerse la Ip máx (los 3 ó 3,5 A ).

• Los motores de más de cuatro cilindros tienen proble-mas incluso en regímenes medios.

Más problemas

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