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Sistema de Arranque en los Vehículos de Combustión Interna Estudiante. Ángel Vinicio Guamán Camacho Escuela Superior Politécnica de Chimborazo [email protected]

Jonathan Wladimir De La Cruz Chito Escuela Superior Politécnica de Chimborazo [email protected]

Resumen En el presente artículo científico nos da a conocer un poco más sobre la implementación del sistema de arranque desde que el vehículo empezó a rodar a finales del siglo XVIII y hasta 1911 para darles arranque a los carros y encender el motor de combustión, los pilotos tenían que cargar con una palanca que incrustaban bajo la parrilla y mediante la cual le daban, literalmente, manivela, a un mecanismo que ponía en funcionamiento el sistema de propulsión. El sistema de arranque del motor de combustión interna no tiene arranque propio, hay que hacerlo girar con una fuente externa para que se completen los procesos necesarios y se produzca el encendido. El arranque por aire comprimido se usa para algunos grandes motores en los que la potencia necesaria hace difícil el uso del arranque eléctrico debido a las altísimas corrientes necesarias, y en algunos vehículos especiales adaptados para funcionar a muy bajas temperaturas donde las baterías de acumuladores no pueden utilizarse. El arranque por motor de combustión auxiliar se usa en algunas máquinas de la construcción que usan motores Diésel. En los automóviles se usa casi universalmente el arranque por motor eléctrico, por lo que será este método el que será tratado. Tiene como objetivo la importancia del sistema de arranque de un automóvil y conocer más a fondo su manejo y la utilización del mismo, por lo cual esto nos ayudara a saber más sobre el sistema de arranque de un vehículo sus funciones y todo lo que implica dentro del mismo. Palabras Claves: Automóvil, electricidad, funcionamiento, motor, Sistema de arranque.

Abstract In this scientific article we learn a little more about the implementation of the starting system since the vehicle began to roll in the late eighteenth century and until 1911 to start the cars and start the combustion engine, the pilots had that to load with a lever that incrusted under the grill and by means of which they gave him, literally, crank, to a mechanism that put in operation the system of propulsion.

The starting system of the internal combustion engine does not have its own start, it must be turned with an external source so that the necessary processes are completed and ignition occurs. The compressed air starting is used for some large engines in which the necessary power makes it difficult to use the electric starter due to the very high currents required, and in some special vehicles adapted to operate at very low temperatures where the accumulator batteries can not be used. Auxiliary combustion engine starting is used in some construction machines that use Diesel engines. Electric motor starters are almost universally used in automobiles, so it will be this method that will be treated. Its objective is the importance of the starting system of a car and to know more about its handling and the use of it, so this will help us to know more about the system of starting a vehicle its functions and everything that it implies of the same. Keywords: Automobile, electricity, operation, engine, starting system.

Introducción En la actualidad, los motores de arranque cuentan con un electroimán que funciona con corriente continua, y se alimentan de la batería. Del motor de arranque, un cable fino irá conectado desde la llave de contacto hasta el relé o solenoide funcionando como interruptor, mientras que un cable más grueso lo alimentará desde la batería una vez que se haya accionado el relé. El motor de arranque consiste en un motor eléctrico auxiliar encargado de mover el motor térmico hasta que el vehículo se pone en marcha, facilitando las explosiones de la cámara de combustión en el interior de los cilindros, este sistema de arranque es el encargado de proporcionar los primeros giros al motor de combustión para que encienda. Para esto utiliza un motor eléctrico de repulsión (marcha) y su funcionamiento se basa en el principio de la ley de las cargas magnéticas. La marcha está diseñada para producir una gran fuerza de tracción capaz de hacer girar el motor del vehículo, pero no para trabajar por un período muy prolongado de tiempo, por lo que no es recomendable hacer funcionar la marcha por más de 10 segundos continuos ya que podría quemarse. En el presente artículo se sintetizan, de manera breve, las determinantes más importantes que explican el uso de componentes electrónicos en los vehículos, luego se reconstruye la trayectoria que ha seguido la sustitución de partes mecánicas y el sistema de arranque, estos elementos permiten dar cuenta de la transformación cualitativa y cuantitativa de los vehículos como consecuencia de dicha convergencia. Por lo cual debemos saber y conocer más sobre el sistema de arranque y su aplicación en los automóviles ya que es parte fundamental dentro del mismo.

Importancia del problema A través del tiempo los vehículos eléctricos eran más adecuados al mundo del siglo XIX que al del siglo XX. Funcionaban todo el día con una carga porque el límite de velocidad estaba fijado entre 12 y 20 kilómetros por hora para adaptarse a los carruajes de tracción animal. Cuando, tras la I Guerra mundial, aumentaron los límites de velocidad y se hicieron habituales los desplazamientos entre poblaciones, los vehículos de gasolina empezaron a dominar la totalidad del mercado.

Desde entonces, los fabricantes han invertido incontables millardos para aumentar el rendimiento de los motores de cuatro tiempos. Hasta que los coches eléctricos sobrepasen en potencia y autonomía a los de gasolina, el motor de combustión interna prolongará su ya largo reinado. Es importante el sistema de arranque y apagado se basa en apagar automáticamente y reiniciar el arranque del motor de combustión interna para reducir la cantidad de tiempo que el motor está al ralentí, lo que reduce el consumo de combustible y las emisiones. Esto es muy ventajoso para los vehículos que pasan grandes cantidades de tiempo de espera en los semáforos o en cualquier tipo de imprevisto. Esta característica está presente en los vehículos eléctricos híbridos, pero también ha aparecido en los vehículos que carecen de un sistema de propulsión eléctrica híbrida. Todas estas funciones y los accesorios del automóvil, como los aires acondicionados y bombas de agua, han sido diseñados para funcionar de una correa de accesorios en el motor, los sistemas deben ser rediseñados para funcionar correctamente cuando el motor está apagado y que a su vez no se de una falla mecánica ni que afecte al usuario.

Metodología 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 (blogspot.com, 2015) 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 (blogspot.com, 2015) 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 (blogspot.com, 2015) ARRANQUE POR MOTOR ELÉCTRICO Para el arranque de los motores de automóvil se usa un motor eléctrico de corriente continua que se alimenta desde la batería de acumuladores a través de un relé. Este relé a su vez se acciona desde el interruptor de encendido del automóvil (sites.google.com, 2014)

Fuente: (sites.google.com, 2014)

ESQUEMA DEL SISTEMA DE ARRANQUE Cuando se acciona el interruptor de arranque se alimenta con electricidad proveniente de la batería a la bobina del relé, y este a su vez cierra dos grandes contactos en su interior alimentando el motor de arranque directamente desde la baterías a través de un grueso conductor (representado con color rojo) (sites.google.com, 2014) EL MOTOR ELÉCTRICO El motor de arranque es un motor de corriente directa tipo shunt especialmente diseñado para tener una gran fuerza de torque con un tamaño reducido, capaz de hacer girar el motor de combustión interna. Esta capacidad se logra a expensas de sobrecargar eléctricamente las partes constituyentes ya que el tiempo de funcionamiento es muy breve, por tal motivo no debe mantenerse en acción por largo tiempo, so pena de terminar averiado por sobrecalentamiento. El consumo de electricidad durante el arranque es elevado (hasta 1000 Amp para grandes motores de combustión), de manera tal que también la batería funciona en un régimen muy severo durante este proceso. Debido a estas razones es muy recomendable, cuando se intenta arrancar un motor "perezoso" usar varios intentos de corta duración (unos 10 segundos), en lugar de un solo intento de larga duración. En la vista puede diferenciarse el relé así como los grandes tornillos de conexión para los cables procedentes de la batería (sites.google.com, 2014) El sistema de encendido de un automóvil a gasolina, tiene como propósito provocar la formación de una chispa eléctrica dentro de cada cilindro que origine la inflamación del aire carburado en los instantes adecuados. Cuando se habla del sistema de encendido ordinariamente se hace referencia al sistema, o conjunto de elementos necesarios y capaces de producir el encendido de la mezcla del combustible con el aire, dentro del cilindro en los motores de gasolina, conocidos también como motores de encendido por chispa para que haya generación de movimiento del automóvil. Para el funcionamiento del sistema de encendido convencional de un automóvil, desde la batería y a través del interruptor de contacto, se

establece un circuito que atraviesa el arrollamiento primario de la bobina y a través de los contactos del ruptor pasa a masa volviendo a través de ella al borne negativo de la batería (Paredes, 2015) RECOMENDACIONES DE SEGURIDAD Se deben utilizar lentes de seguridad al trabajar debajo del vehículo. Al desconectar el acumulador se debe quitar primero el negativo y después el positivo, y para conectarlo nuevamente conectar primero el positivo y luego el negativo, de esta forma se evita un corto circuito con la herramienta (guias_emprendizaje, 2013) EL SISTEMA START&STOP En los automóviles, un sistema start-stop o un sistema de parada y arranque automático, se basa en apagar automáticamente y reiniciar el arranque del motor de combustión interna para reducir la cantidad de tiempo que el motor está al ralentí, lo que reduce el consumo de combustible y las emisiones. Esto es muy ventajoso para los vehículos que pasan grandes cantidades de tiempo de espera en los semáforos o en los atascos. Esta característica está presente en los vehículos eléctricos híbridos, pero también ha aparecido en los vehículos que carecen de un sistema de propulsión eléctrica híbrida. Para vehículos no eléctricos (llamado micro-híbridos) las ganancias de economía de combustible de esta tecnología son típicamente en el intervalo del 8 a 15 por ciento (lopez, 2013) Puesto que los accesorios del automóvil, como los aires acondicionados y bombas de agua, han sido diseñados para funcionar de una correa de accesorios en el motor, los sistemas deben ser rediseñados para funcionar correctamente cuando el motor está apagado (lopez, 2013) Normalmente, un motor eléctrico se utiliza para alimentar estos dispositivos en su lugar. Esta tecnología también ha sido utilizada en los scooters de Honda Motor en los mercados asiáticos durante la última década. Su modelo PCX 125cc fue lanzado en 2010, que se vende en Europa con esta tecnología, aunque su modelo norteamericano no lo tienen (lopez, 2013) Es conocido que la electricidad puede saltar en el espacio entre dos electrodos aislados entre sí, si el voltaje aumenta lo suficiente se produce un arco eléctrico, esto depende de cuánto se calienta los electrodos y de la presión reinante en la zona del arco, por consecuencia la chispa puede saltar con menos voltaje en el vacío, de esto depende una condición que debe cumplir el sistema de encendido (Alexander & Armando, 2017) ASÍ FUNCIONA EL MOTOR DE ARRANQUE Un motor de arranque o 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. Sirve para motores de dos o cuatro tiempos (eltiempo.com, 2012) El sistema de encendido 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 (eltiempo.com, 2012) 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 una 'rueda libre' que lo desengrana, evitando daños por exceso de revoluciones. El motor de arranque se desacopla mediante una palanca activada por un solenoide (un electroimán) que está sujeto al cuerpo del motor de arranque (eltiempo.com, 2012) Uno de los primeros sistemas en utilizar unidades de control electrónicos (ECU, por sus siglas en inglés) fue el sistema de frenos ABS en 1978. En 1989 y 1995, se integraron en los vehículos sistemas electrónicos de control de la tracción y programas electrónicos de estabilidad, respectivamente. El primer componente del sistema "X-by-wire" introducido al mercado fue el "acelerador-por-cable" a fines de los noventa y principios del año 2000 (Anwar, 2009).4 El sistema de freno electro-hidráulico, como una forma de "frenos-por-cable", fue introducido en 2000–2001 (Rivero, 2014) Generalmente, todos los motores de arranque de hoy en día son motorreductores, es decir, que tienen un consumo bajo de corriente eléctrica. Además, también han disminuido considerablemente su peso y tamaño en un 40% para facilitar el arranque en frío y a mayor velocidad, ahorrando batería (Rivero, 2014) El inconveniente de los motorreductores es que esto los hace más complicados que los motores de arranque tradicionales, donde no había imanes permanentes que pudieran deteriorarse u oxidarse tan fácilmente (ro-des.com, 2015)

Resultados A continuación podemos darnos cuenta que hay algunos sistemas que debemos aplicarlos de manera correcta y conocer acerca de funcionamiento. SISTEMA DE ARRANQUE CON SENSOR INDUCTIVO. En éste, una bobina genera una señal eléctrica en base al movimiento de un reluctor, el cual puede ser instalado en el eje motriz (cigüeñal), en el árbol de levas o en el distribuidor de encendido (Molina, 2015)

Fuente: (Molina, 2015) Una señal de voltaje alterno permite que un módulo de encendido conecte y desconecte la bobina, la cual transforma el bajo voltaje con que se energiza (14.5 voltios) en arcos voltaicos (35,000 voltios) que, al inflamar la mezcla (aire combustible 14.7:1), proporciona la energía mecánica (Molina, 2015)

SISTEMA DE ARRANQUE CON SENSOR POR EFECTO HALL. Es un sensor diseñado para aterrizar (conectar a negativo) un voltaje de referencia, que al interpretar esta frecuencia de señal digital (toma dos valores de voltaje), conecta y desconecta la bobina de encendido (Molina, 2015)

Fuente: (Molina, 2015) Sensor por efecto Hall. Genera una señal digital que interpreta el módulo electrónico para conectar y desconectar la bobina de encendido (Molina, 2015) SISTEMA DE ENCENDIDO CON SENSOR ÓPTICO. En éste se utiliza la luz infrarroja para dar a conocer la velocidad y el ángulo de giro del eje del distribuidor de encendido. De este sensor se obtiene la señal de RPM (revoluciones por minuto del motor) y la posición de los pistones (Molina, 2015)

Fuente: (Molina, 2015)

Sensor Óptico. Genera una señal digital para determinar la velocidad de giro del motor y la posición de los pistones y otra para que un módulo de control electrónico conecte y desconecte la bobina de encendido (Molina, 2015) Este tipos de sistemas de arranque son adecuados para el manejo del vehiculo y cumple sun funciones correctamente.

Discusión Hoy en día las nuevas marcas en la industria del automovilismo poseen nuevos sistemas de arranque, mucho más eficientes para el arranque del motor. En general, los nuevos motores utilizan sistemas de encendidos directos ya que poseen también una unidad de mando electrónica para así de ese modo establecer una eficiente y buena chispa para la mescla de aire y combustible que en el interior del motor se provoca. El sistema de encendido es uno de los sistemas que ha cambiado mucho conforme el paso de los años, desde los sistemas de encendidos mecánicos hasta los que hoy en la actualidad podemos apreciar, que son los electrónicos. El sistema es muy importante ya que con él se puede dar marcha al vehículo. Los nuevos sistemas de alimentación en vehículos resientes ya incorporan en si el encendido, lo cual en comparación de los otros sistemas estos tienen mayor eficiencia en el tiempo óptimo de generar la chispa para que se produzca la combustión en los cilindros. Aunque exista diferentes sistemas de arranque estos tienen un parecido en la manera de operar básicamente, ya que todos tienen un circuito primario que es donde pasa corriente al ¡circuito secundario para producir la chispa que posteriormente será enviada hacia las bujías, que es donde se va a producir la chispa, en un momento adecuado y óptimo para cada cilindro. Ahora bien, estas características hacen que los sistemas de encendido tengan unas pequeñas fallas de encendido, como las que más resaltan tenemos: •Falta de tensión eléctrica en el bobinado primario de la bobina •Falta de tensión eléctrica en el bobinado secundario de la bobina •Mala sincronización del salto de chispa para cada cilindro. En fin, estos sistemas son una parte básica y fundamental en todo el sistema eléctrico del vehículo ya que con el mismo podemos dar marcha y movimiento al vehículo.

Conclusiones Se concluye mediante el articulo realizado sobre el sistema de arranque de un vehículo que es el encargado de proporcionar los primeros giros al motor de combustión para que encienda, se logró conocer que es necesario y su importancia del mismo, ya que por medio del sistema y su aplicación se puede mejorar su funcionamiento teniendo en cuenta los costos accesibles para los usuarios y lo más utilizados para prevenir y elevar la seguridad del vehículo.

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, estas funciones ayuda al sistema de seguridad para el automóvil y la ciudadanía. El sistema de arranque es uno de los sistemas principales para el encendido del motor así como puede ser la batería, bomba de gasolina, sensores que no estén conectados o en mal funcionamiento, así mismo se puede arreglar cada uno de estos componentes pero en algunos casos es recomendable la obtención de uno nuevo para tener una mejor eficiencia. Este sistema va mejorando con el pasar del tiempo y nos damos cuenta de su aplicación al momento de ser ejecutado, por lo cual dentro del mercado es utilizado con mucha precisión.

Agradecimientos Agradecemos a nuestros padres por el aporte moral y financiero para poder seguir nuestros estudios, a los ingenieros que nos inculcaron la materia para tener mejores conocimientos en este trabajo y en nuestro futuro laboral. Se agradece a mi compañero Ángel Guamán que genero un gran aporte de manera igualitaria para poder finalizar el trabajo de investigación, a las fuentes de información como páginas web que supieron ayudar de manera efectiva a este trabajo. Por ultimo agradezco la asistencia de quienes trabajamos en la investigación por su esfuerzo y preparación para poder presentar el trabajo de investigación.

Referencias

Alexander, C. T., & Armando, H. C. (Octubre de 2017). "DISEÑO DE PROTOTIPO ELECTRÓNICO DE ENCENDIDO UTILIZANDO TECNOLOGÍA DE RECONOCIMIENTO DACTILAR Y COMANDOS DE VOZ PARA LA PREVENCIÓN DE ROBOS DE VEHÍCULOS EN EL DISTRITO DE CHICLAYO-2017". Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de http://repositorio.umb.edu.pe/bitstream/UMB/105/1/Carbonel%20Torres%20%26%20Hu ayama%20Chuquimarca.pdf blogspot.com. (12 de Octubre de 2015). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de http://sistemadearranque2015.blogspot.com/2015/10/sistema-de-arranque-introduccionel.html eltiempo.com. (16 de Febrero de 2012). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de https://www.eltiempo.com/archivo/documento/CMS-11153122 guias_emprendizaje. (2013). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de https://www.conevyt.org.mx/educhamba/guias_emprendizaje/sis_arranque.pdf

lopez, F. M. (2013). Diseño de un acumulador de energía cinética para sistema Start&Sto. Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/18043/Mem%C3%B2ria.pdf Molina, K. R. (2015). Comunicación electrónica del automóvil: Sistema CAN-BUS. VI(6). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de http://www.redicces.org.sv/jspui/bitstream/10972/1865/1/7.pdf Paredes, L. (2015). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de http://repositorio.espe.edu.ec/xmlui/bitstream/handle/21000/10106/AC-ESPEL-ENI0352.pdf?sequence=1&isAllowed=y Rivero, A. Á. (2014). De sistema mecánico a sistema tecnológico complejo. El caso de los automóviles. Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0186-10422014000200002 ro-des.com. (2015). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de https://www.rodes.com/mecanica/motor-de-arranque-que-es/ sites.google.com. (2014). Recuperado el 5 de Febrero de 2019, de https://sites.google.com/site/partesautomovil/sistema/sistema-de-ence