SISTEMA DE ARRANQUE Y SISTEMA DE ESCAPE

EDGAR ORLANDO GUTIERREZ MONTANEZ

ASIGNATURA

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

PROFESOR

LUIS EDUARDO PINZON TOVAR

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNÓLOGICA DE COLOMBIA

FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

2013

EL SISTEMA DE ARRANQUE

El sistema de arranque está constituido por el motor de arranque, el interruptor, la batería y el cableado. El motor de arranque es activado con la electricidad de la batería cuando se gira la llave de puesta en marcha, cerrando el circuito y haciendo que el motor gire. El motor de arranque conecta con el cigüeñal del motor de combustión por un piñón conocido como piñón bendix de pocos dientes con una corona dentada reductora que lleva incorporada el volante de inercia del motor térmico. Cuando el volante gira más rápidamente que el piñón, el bendix se desacopla del motor de arranque mediante rueda libre que lo desengrana, evitando daños por exceso de revoluciones.

En el caso de los automóviles, el motor de arranque se desacopla mediante una palanca activada por un solenoide (un electroimán) que está sujeto al cuerpo del motor de arranque. En otros casos (motocicletas y aviación ligera) el relé va montado separado y sólo alimenta la corriente; el acople/desacople del piñón bendix se realiza por inercia y rueda libre, con un estriado en espiral. Cuando arranca el motor térmico la diferencia de velocidades expulsa al piñón hacia atrás.

En los motores grandes (vehículos industriales, etc.) el piñón se desplaza junto con el inducido o rotor, por medios electromagnéticos. En un inicio engrana mediante una alimentación en paralelo de las bobinas inductoras. Cuando se acopla la fuerza se incrementa porque se alimenta con una bobina inductora en serie. El proceso termina cuando se corta la alimentación al relé, que también está integrado con el motor de arranque.

Un motor de arranque o motor de partida es un motor eléctrico alimentado con corriente continua con imanes de tamaño reducido y que se emplea para facilitar el encendido de los motores de combustión interna, para vencer la resistencia inicial de los componentes cinemáticos del motor al arrancar. Pueden ser para motores de dos o cuatro tiempos.

1. FINALIDAD DEL SISTEMA DE ARRANQUE

El sistema de arranque tiene por finalidad de dar manivela al cigüeñal del motor para conseguir el primer impulso vivo o primer tiempo de expansión o fuerza que inicie su funcionamiento.El arrancador consume gran cantidad de corriente al transformarla en energías mecánica para dar movimiento al cigüeñal y vencer la enorme resistencia que opone la mezcla al comprimirse en la cámara de combustión.Una batería completamente cargada puede quedar descargada en pocos minutos al accionar por mucho tiempo el interruptor del sistema de arranque, se calcula que el arrancador tiene un consumo de 400 a 500 amperios de corriente y entones nos formamos una idea de que una batería puede quedar completamente descargada en poco tiempo, por eso no es recomendable abusar en el accionamiento del interruptor de arranque.

Puesto que un motor es incapaz de arrancar sólo por el mismo, su cigüeñal debe ser girado por una fuerza externa a fin de que la mezcla aire-combustible sea tomada, para dar lugar a la compresión y para que el inicio de la combustión ocurra. El arrancador montado en el bloque de cilindros empuja contra un engranaje motriz cuando el interruptor de encendido es girado, una cremallera engancha con el volante y el cigüeñal es girado.Para ver el gráfico seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del menú superior

2. FUNCIÓN DE LA MARCHA

El motor de arranque funciona como un motor eléctrico, con un piñón y un dispositivo para guiar el piñón en la rueda dentada del volante. Exteriormente, la armadura, las zapatas polares y el devanado de excitación son semejantes a los del generador. El devanado de excitación se conecta en serie, funcionando como el motor gracias a la corriente principal se adapta bien a la marcha, debido a que, por su elevado par motor, consigue desde el principio sobrepasar la resistencia impuesta por el motor.La relación de transmisión entre el anillo y la cremallera es de aproximadamente 20:1. En esta alta relación de transmisión el piñón no permanece engranado continuamente puesto que el motor de marcha alcanzaría una frecuencia de giro demasiada alta. Por ende, se necesita un dispositivo especial de desenganche, con el fin de que haya separación entre

el motor principal y el de marcha, cuando la frecuencia de giro del motor sobrepase cierto valor.

3. ESTRUCTURA DEL MOTOR DE ARRANQUE

La constitución interna de un motor de arranque (o arrancador) es similar a un motor eléctrico la que se monta sobre el Carter superior del motor del automóvil, de tal modo que el piñón que lleva en el extremo de su eje, engrane con la corona dentada de la periferia del volante. De esta forma cuando gire el motorcito eléctrico, obligará a girar también al motor del automóvil y podrá arrancar. El tamaño del piñón depende de la velocidad propia del arrancador eléctricoPara ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

El arrancador está compuesto básicamente de tres conjuntos:

1. Conjunto de Solenoide o mando magnético2. Conjunto del Motor de Arranque propiamente3. Conjunto del impulsor o Bendix

Las partes que conforman al conjunto del Motor de Arranque propiamente dicho, son semejantes a las del generador teniendo una diferencia en el bobinado de los campos y del inducido. Además hay una diferencia muy notoria, el arrancador consume corriente. Ambos trabajan en base a los principios del magnetismo y del electromagnetismo.Dichas partes son las siguientes:

Núcleo magnéticoResorte de recuperación del núcleo magnético del solenoideCollar palanca de conexión del mecanismo de impulsiónConjunto de resorte y eje BendixBocina del extremo posterior del eje del inducidoAnillo de tope del mando de impulsión o BendixTambor de embrague del mecanismo de impulsiónResorte de amortiguación del retorno del mecanismo impulsorZapatas polares o conjuntos de las bobinas de campo y sus núcleosInducidoConjunto porta escobillaEscobillas de cobreTapa delantera, su bocina y fieltroPernos pasantes con sus anillos de presiónCasco o carcasa.

La carcasa o casco es de hierro dulce, el bobinado el campo y del inducido es de alambre grueso especial de cobre; las escobillas son de cobre, las demás partes son semejantes a las del generador.1. TIPOS DE DISPOSITIVOS DE MARCHA

Hay dos tipos comunes de motor de arranque: los que llevan solenoide separado, y los que lo llevan incorporado.1. Cuando usted activa la llave  hacia la posición de arranque, un  alambre

lleva la corriente de 12 voltios  hacia el solenoide del motor de arranque, el solenoide tiene un campo magnético, que al ser activado hace 2 cosas, primero, desliza un pequeño engrane llamado Bendix ,hacia  los dientes  del flywheel,  y   al mismo tiempo hace un puente de corriente positiva(+) entre el cable  que llega   al motor de arranque desde la batería y  el cable  que surte de corriente los campos del  motor de arranque, al suceder esto el motor de arranque da vueltas  rápidas y con la suficiente fuerza para que el engrane pequeño de vueltas  al flywheel (rueda volante del motor).y así se da inicio al arranque del  motor.

2. arrancador con solenoide integrado3. el motor de arranque con solenoide separado

Utiliza el solenoide para conectar la corriente positiva al motor de arranque. En cuanto se conecta la corriente, el motor de arranque activa y desliza el engrane

o piñón que se acopla a la rueda volante, y al mismo tiempo, gira con la fuerza necesaria, para que el motor empiece su funcionamiento.Bendix Cuando usted deja que la llave de encendido regrese a su posición normal, desconecta el solenoide, el engrane regresa a su sitio de descanso, el motor de arranque deja de dar vueltas, y queda desconectado del motor, hasta que usted lo vuelva a activar.Para ver el gráfico seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del menú superiorEn estas dos figuras, podemos observar la forma en que actúa, el pequeño engrane del; bendix (embrague de giro libre), cuando se acopla a la rueda volante, para dar inicio al arranque del motor

1. MANTENIMIENTO

Una falla muy común, en el sistema de arranque de los motores actuales; es el siguiente:

Cuando se activa la llave de encendido para dar el arranque, se escucha un chasquido muy leve, pero el motor de arranque no se activa, haciendo repetir el intento varias veces, hasta lograr que funcione.

La idea inmediata, es que el solenoide del motor de arranque no sirve; luego pensamos, que la batería tiene un corto, o también, creemos, que el interruptor de la transmisión esta desubicado o fuera de ajuste. Hacemos los cambios, los ajustes; pero el problema se mantiene. En estos casos, no descarte, que este problema lo puede estar originando un corto circuito dentro de la computadora del vehículo (recordemos que los circuitos trabajan en base a resistencia; y esta resistencia puede alterarse, dependiendo del daño y de la temperatura ambiental) no estaría demás, abrir el computador para una inspección visual (Para hacer esta inspección, se necesita tener conocimientos previos).

Un computador, puede dañarse, cuando por alguna razón, le llega una sobrecarga. Asimismo tengamos cuidado al cambiar o colocar una batería,  en el alojamiento del vehículo, conectar bien los cables y nunca invertirlos. Y asegúrese que al bajar el hoodo (tapa) cerrar el compartimiento del motor, este no llegue a topar o besar, el polo positivo [+] de la batería. El movimiento del vehículo, y una batería demasiado grande, o alta, puede originar cortos oscilantes, que terminan dañando el computador, del vehículo. y dar como resultado la falla mencionada. .

EL SISTEMA DE ESCAPE

El sistema de escape se puede dividir en dos partes:

1. Las que corresponden al motor.2. Las que corresponden al tubo de escape que conduce los gases al

ambiente.

1. Las válvulas de escape.2. El múltiple de escape.3. Los sensores de oxígeno.4. El convertidor catalítico.5. El silenciador.6. El resonador.7. El tubo de cola o salida.8. Los tramos de conducto que unen las partes.

VALVULAS DE ESCAPE

Son una parte constituyente del motor, pero como al mismo tiempo son parte del Sistema de escape las trataremos aquí. Estas válvulas tienen un trabajo muy severo, se mueven a alta velocidad cuando el motor gira rápido, tiene la responsabilidad de cerrar herméticamente la salida de la cámara de combustión y están en el medio del paso de gases a más de 700ºC cuando el motor trabaja con carga y velocidad elevadas. Estas condiciones hacen que las válvulas de escape sean una pieza del motor de altas exigencias constructivas y de material

Desde el punto de vistas de funcionamiento, las válvulas se abren y cierran por el empuje de una leva de este modo, la apertura y cierre no son instantáneas y demoran algún tiempo; tiempo en el que se mantiene el movimiento del pistón. Si se espera hasta que el pistón esté abajo, al final de la carrera de fuerza, en su movimiento, el pistón se habrá elevado una distancia notable mientras se abre completamente la válvula de escape, durante esta elevación tendrá que oponerse a la presión residual que queda en el cilindro, una suerte de compresión de los gases quemados, y esto, evidentemente, va en contra de la eficiencia del motor. Teniendo en cuenta ese asunto, la válvula de escape comienza a abrirse antes de que el pistón alcance el punto muerto inferior, y los gases de escape, aun a

presión dentro de cilindro, comienzan a fluir a través de la abertura formada entre la cabeza de la válvula y su asiento, abertura que crece con el tiempo. Literalmente fluye "fuego" que envuelve la cabeza de la válvula. Más tarde cuando el pistón comience a subir podrá "barrer" los gases quemados con mucha menor oposición dado que la válvula ya estará abierta.Constructivamente las válvulas están hechas de aceros muy especiales, que son capaces de resistir por largo tiempo la acción erosionante y corrosiva de los gases de salida y también las altas temperaturas de trabajo, pero aun así, la temperatura de la cabeza de las válvulas puede llegar a valores muy altos y no soportables por los materiales de que están hechas, si no se les dota de una vía de enfriamiento.

EL MÚLTIPLE DE ESCAPE.

Esta pieza es algo mas que un conjunto de conductos que hacen converger los gases quemados a un tubo único dotado de un platillo de acople donde se une el

tubo de escape. Lo primero que debe cumplir el múltiple de  escape es tener suficiente resistencia a la corrosión para ser duradero a las altas temperaturas de

funcionamiento, lo que generalmente se logra con un proceso de aluminación, silicación, cromización o la combinación de estos procesos sobre un tubo de

acero, o bien utilizando hierro fundido aleado, además debe impedir un elevado enfriamiento de los gases calientes, por eso, es común que sean de paredes

metálicas gruesas. Más adelante cuando tratemos las partes del tubo de escape veremos porqué es importante conservar la temperatura de la mezcla quemada.

La forma y longitud de los tubos del múltiple de escape pueden jugar un papel notable a la hora de favorecer la limpieza del cilindro, y su diseño en particular está relacionado con las características del motor.

Cuando se abre la válvula de escape, los gases en el interior del cilindro aún están a elevada presión, por lo que se expanden en forma de una onda mecánica de choque dentro del espacio más amplio del tubo al que desembocan, esta onda mecánica debe viajar por los tubos que componen el múltiple de escape con libertad, si durante su trayectoria, la onda de expansión tropieza contra una superficie, por ejemplo con un codo muy pronunciado, puede rebotar en él (reflexión) y tomar un movimiento en reversa que se opone al libre paso del resto de los gases, por lo que el cilindro no se limpiará adecuadamente. Incluso, si se da el caso, la onda de retorno puede llegar a la válvula de escape abierta cuando el pistón está casi en el punto muerto superior y ya no realiza empuje de los gases, con la consecuencia de que entran gases quemados por esa válvula a alimentar la cámara de combustión. No hay que explicar que esto es muy nocivo para la eficiencia del motor.

EL CONVERTIDOR CATALITICO

El convertidor catalítico es una de las numerosas piezas caras que tienen los automóviles y que no son necesarias para su funcionamiento. La utilización de este dispositivo se debe a la necesidad de eliminar hasta un alto porcentaje los gases tóxicos que acompañan al escape del motor. Solo está reglamentado su uso obligatorio en algunos países, donde el tránsito vial es intenso y por consiguiente la contaminación ambiental elevada. La dinámica de su funcionamiento es compleja y dependiente de diversos factores que deben ser controlados con exactitud para lograr el objetivo perseguido, la moderna forma de alimentar los motores por inyección de gasolina asistida por ordenador, y el uso de sensores de precisión han hecho posible que el trabajo eficiente del convertidos catalítico sea una realidad.A este dispositivo entran los gases aun calientes procedentes del motor y en su interior se producen las reacciones químicas que convierten los gases tóxicos, en gases no tóxicos a la salida. Las reacciones se producen de forma catalítica por lo que de ello deriva su nombre.

En los convertidores modernos (de triple acción) las transformaciones se producen cambiando el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos sin quemar (CnHm) que vienen del motor, a dióxido de carbono (CO2), nitrógeno molecular (N2) y agua (H2O). Anteriormente los convertidores solo transformaban los hidrocarburos sin quemar y el monóxido de carbono y se les llama de doble acción, pero en la actualidad se les considera obsoletos o tienen un campo de utilización limitada.

Como catalizadores se emplean metales preciosos que son escasos y caros, entre ellos los más utilizados son el platino, el paladio y el rodio, especialmente el primero.

Para que el trabajo de convertidor pueda llevarse a cabo debe haber cierta cantidad de oxígeno sobrante en los gases de escape y una elevada temperatura (se dice que más de 400ºC), por tal motivo en los 5-10 minutos iniciales del arranque del motor frío la eficacia del convertidor es prácticamente nula.

El uso de estos aparatos establece altas exigencias en cuanto a ciertos elementos que son frecuentes en las gasolinas, de hecho el plomo, que fue utilizado por mucho tiempo como mejorador del octanaje de la gasolina en forma de tetra etilo de plomo no puede utilizarse, ya que resulta muy tóxico para los materiales catalíticos. Otro componente indeseable en la gasolina es el azufre, debido a que en el convertidor produce sulfuro de hidrógeno que tiene un olor desagradable. Existen otras reacciones adversas en el catalizador pero el diseño cada vez mejor de estos va resolviendo esos problemas.

El silenciadorEste elemento tiene el objetivo de amortiguar el ruido que se produciría si la onda mecánica de choque generada cuando se abre la válvula de escape llegase directamente al exterior. El silenciador tampoco es imprescindible, pero pueden imaginarse una vía de tráfico intenso si todos los automóviles produjeran ruido intenso, por eso, en la mayoría de los países es de uso obligatorio este dispositivo.

Hay infinidad de diseños de silenciadores con mejor o peor eficiencia acústica, pero todos sin excepción, lo que buscan es convertir el flujo pulsante de ondas de choque de los gases de escape a un flujo continuo y silencioso. Para ello se utiliza la cualidad de las ondas de reflejarse he interferirse, veamos cómo funciona.

La clave para su funcionamiento radica en conducir los gases de escape que salen del motor, como ondas de choque desde cada uno de los cilindros, a una cámara donde estas ondas choquen y se reflejen desde las paredes y actúe n de manera destructiva sobre las ondas entrantes.

El resonador

El resonador no es más que otro dispositivo con un funcionamiento análogo al silenciador, y que refuerza el trabajo de eliminación de ruidos para obtener un escape más silencioso. No todos los vehículos tienen el resonador, más bien está reservado para los automóviles más caros y silenciosos.

Hay una variante del resonador que hace todo lo contrario, lo que busca es cambiar el patrón de ruido y hacerlo de mayor volumen y con una frecuencia modificada que da la impresión sicológica de un motor más potente. Estos resonadores no vienen nunca de fábrica en los automóviles, se compran y montan por los amantes a esos ruidos, generalmente jóvenes. Lo más común es que se coloquen en el lugar del tubo de cola.

El tubo de cola.

Durante su trayectoria a lo largo de todo el laberinto anterior en el tubo de escape, los gases se han enfriado, este enfriamiento, en ciertos casos de funcionamiento a poca potencia, permite que los gases puedan llegar a una

temperatura menor de 100ºC dentro del tubo de escape, lo que implica que el abundante vapor de agua que contienen pueda condensarse como agua líquida, más probablemente en el tubo de cola que está al final. El agua en este estado puede formar soluciones con las otras sustancias que contienen los gases de escape, para producir agentes muy corrosivos, preferentemente ácidos: nítrico, con los óxidos de nitrógeno, y sulfúrico, con el dióxido de azufre de las gasolinas que contiene este elemento.

Además de este factor funcional, el tubo de cola es el elemento visible del tubo de escape, por estas dos razones esta parte final se construye de materiales vistosos y resistentes a la corrosión.

Los tramos de tuboNo son tramos de un tubo cualquiera, son en general de paredes muy finas para que sean de poco peso, y relativamente flexibles y así evitar cargas adicionales a las partes integrantes durante las dilataciones y contracciones, por el notable cambio de temperatura entre reposo y funcionamiento. Además recuerde que están en el "frente de guerra" sometido por el exterior a la intemperie y por el interior a gases oxidantes muy caliente, por eso reciben un tratamiento protector superficial, generalmente aluminado, que le permite resistir esas condiciones por largo tiempo.

BIBLIOGRAFIA

Arias Paz: "Manual del Automóvil" "Electricidad Automotriz" por los autores F. Niess, R Kaerger B.

Willenbuecher Edición: Colecciones Tecnológicas. Lima Pág. 47-51 Werner Schwoch : "Manual Practico del Automóvil". Pág. 193 al 205 Dispositivos

de arranque F. Nash : "Sistema Eléctrico - Electromagnetismo" Pág. 53 - 56

Fuente Internet

www.iespana.es/mecanicavirtual "Motor de Arranque" www.automecanico.com "Motor de Arranque – Marcha- Starter"  http://www.monografias.com/trabajos75/sistema-arranque-estructura-partes/

sistema-arranque-estructura-partes2.shtml#ixzz2mLls3nXU http://www.monografias.com/trabajos24/sistema-arranque/sistema-

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