Curso de Electric Id Ad Del Automovil - Estudio Del Motor de Arranque

5/10/2018 Curso de Electric Id Ad Del Automovil - Estudio Del Motor de Arranque

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5. Estudio del motor de arranque



OBJETIVOS- Establecer la miston que cumple el motor de arranque en el equipoelectrico del autom6vil.- Identificar al alumno con los diferentes tipos de motores existentes enel mercado y elementos constructivos de los mismos.- Conocer el funcionamiento y sistemas de eccionsmiento en estos moto-res, para el arranque de los motores terrnicos.- Determinar las caracterlsticas electrices que definen un motor de arran-que y ensayos de los mismos en el banco de pruebas.- Analizar las aver/as que pueden producirse en estas mequlnes y formasde corregirlas.

EXPOSICION DEL TEMA5.1 Objeto y misi6n del motor de arranque

Se sabe que los motores termicos, una vez puestos en marcha, funcionanpar sf solos a expensas de la energfa interna producida por la combustion dela rnezcla en sus cilindros, durante sus sucesivos ciclos de trabajo; pero parala puesta inicial en funcionamiento es necesario mover sus 6rganos de trabajopar medio de una fuente auxiliar de energfa, acoplando al mismo un dispositivocapaz de mover dichos orqanos. Esto se realiza en los vehfculos por medio deun pequefio motor electrico, conocido can el nombre de motor de arranque,el cual suministra la energia necesaria para mover los orqanos del motor terrnicoen su fase inicial de puesta en funcionamiento.EI motor de arranque actus como elemento receptor 0 consumidor de co-rriente en el circuito electrico del autom6vil, alirnentandose de la corriente elec-trica que Ie proporciona la bateria (fig. 5.1) vtranstorrnandola en movirnjentoniecanico de su eje, movimiento que se aprovecha para la puesta en funcio-namieiito del motor terrnico. Actua, por tanto, como un transformador de ener-gfa electrica que recibe en sus bornes en enerqla rnecanica que se recoge ensu eie, es decir actua contrariamente a la dinamo; sin embargo, en cuanto a suconstrucci6n no difiere esencialmente de la dinamo.

motord e a rr an Qu e

interrupter / I+

baterla

Fig. 5.1 Esquema del circuito dearranque.

La energfa rnecaruca que hay que aplicar a los motores termicos para supuesta en funcionamiento es muy elevada, ya que hay que veneer gran nurnerode resistencias pasivas. como son la compresion de los cilindros, fricci6n delos segmentos, inercia del volante. viscosidad del aceite de engrase, etc.; resis-tencias variables que dependen del tipo de motor y temperatura del mismoen el momenta de efectuar el arranque. Por estas razones el motor de arranqueaplicado debe ser capaz de veneer todas estas resistencias pasivas, aplicandoa su eje una gran potencia y par motor, 10 que hace de el un elernento cons-tructivo de caracteristicas especiales, pues ha de tener una gran potencia, canunas dimensiones reducidas en cuanto a volumen y peso, ya que es un elementomas a incorporar al vehiculo.

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5.2 Principio de funcionamiento electrtcoEl funcionamiento del motor de arranque esta basado en la fuerza de atrac-

~



1 soporte lado accionamiento2 horqullla de mando3 rele de arranque4 inductor5 escobillas6 saporte lada calectar7 carcass8 inducido9 pinon

masa polar

carcass

bobinas inductorasC::jg. 5.7 Despiece y conjunio in -ductor.

5.3 Deseripcion y caracteristicas de sus componentesLos motores de arranque utilizados en eutomocion estan constituidos (fi-gura 5.6) por una serie de elementos formando subconjuntos 0 grupos fun-

cionales; en ellos cada uno cumple una mision especffica dentro del conjuntoo elemento motor.

9 8Fig. 5.6 Desplece del motor de arranque.

5.3.1 Carcasa 0 cuerpo del motorEste elemento esta formado (fig. 5.7) por un cuerpo (1) de acero de bajocontenido de carbono a traves del cual se cierra el circuito maqnetico del cam-

po inductor, formado en las expansiones po/ares (2) y creado por las bobinesinductoras (3), dentro del cual se mueve el inducido 0 rotor.Las expansiones 0 mas~Cl~~PQJgXeSon unos nucleos de_at::~fQ.$uaveen loscuales se forman los palos norte y sur del campo maqnetico del estator, vanalojados en el interior de la carcasa y sujetos a la misma per unos tornillos (4)que se accionan desde el exterior. Alrededor de estos nucleos van montadas las,bobinasil1clLJ,G,tOril$,ormadas de pletina ,d,e,cobre con se,c,cionrectangular .ais-r a d a S ~ e n t r esi y con respecto a masa, las cuales, al ser recorridas par una co-rriente electrica procedente de la bateria, crean el campo maqnetico en las ma-sas polares.5.3.2 Rotor 0 inducido

EI rotor 0 inducido (fig. 5.8A y B) esta tormado por un eje (1) en el quese encuentra montado un cilindro (2) formado por la union de chapasrnaqne-ticas ranuradas en forma de estrella, de una forma similar a las utilizadas en la~Cnnamo\fig. i.2A), las cuales en su union forman las ranuras (3) donde se alo-jan las espiras (4) que integran el campo rnaqnetico rot6rico. Estasespiras, aligual que las inductoras, son de gran reacci6n y estan formadas de pletina decobre, aisla.dasentre 5 1 y con respecto al cilindro, las cuales se unen can sol-dadura blanda a las delgas del colector (5).E..fQ/f!JllQ[, montado en uno de los lados del eje, esta formado (fig. 5.80)por larninilla$cleGoi:nef,li$.iacJas sobre un soporte aislante, que constituyen lasdelgas" deTmisr1lO, a" las cu~'les se unen los conductores del rotor, y sobre las-q~ue"rozan las escobillas (fig. 5.9) a traves de las cuales se alimenta el motor.

En el otro lado del eje, y sequn el tipo de motor, se encuentran talladasunas estrias (fig. 5.8A) en forma helicoidal, por las cuales se desliza el me-canismo de arrastre, a pueden Ilevar tallado un pinon (6) (fig. 5.8B) que formael elernento central a planetaria del tren epicicloidal de los motores con reduc-tora, adecuado al par que se exige al motor.5.3.3 Soporte lado co/ector

Esta tapa a soporte (fig. 5.9) cierra par uno de los lados al conjunto motory sirve de soporte al eje del inducido. el cual se apoya en un cojinete de broncesinterizado (4) para realizar su giro.116



A6 B

2 3

c

D

ranuras paraterminates I delgasmica entre deigasFig. 5.8 Rotor a inducido: A, para motores con reductore: B, para motores convencioneles;C, cilindro 0 nucteo: D , detelle del colector.

En esta tapa soporte (1) van montados los partaescobillas (2), uno aisladoy el otro conectado amasa, sobre los que se deslizan dos 0 cU(ltro~~c()Q.LUas(3),de



I.Fig. 5.12A Mecanismo de arrastre.

Fig. 5.128 Mecanismo de rueda libre.

3 7 5

8Fig. 5.13A Mecanismo de arrastrede leva invertida.

Fig. 5.138 Rueda libre con las ram-pas de anc!aje en el interior delsoporte.

5.3.5 Mecanismo de arrastreEste conjunto formado por un pinon de mando (1) y un mecanismo dearrastre (fig. 5.11) tiene la rnision de transmitir el movimiento del rotor del mo-tor de arranque a la corona del motor terrnico e irnpedir que en el movimientodel arranque, 0 puesta en funcionamiento del motor este arrastre al pinon y or-gan~s moviles del motor de arranque.

1 colector2 devanado inducido3 inducido4 manguito de acoplamiento

5 muelle del manguito6 piil6n y rueda libre7 anillo de tope8 arandela de apovo axial8

Fig. 5.11 A, pifi6n de mando con rueda fibre y man-guito de acoplamiento; B, conjunto del inducidocompletado con el dispositivo de rueda libre.

B

Si~E)_LpLnQILestu\lier?engranadoc()nstallten:telJte a la corona, debido a lagran reduccion de transrnision que existe entre ambos (1/8 a 1/15), al arrancarel motor terrnlco el inducido o rotor serla ..arrastrado ~. velocidade?.excesi\fasque producirian su total destruccionpoj, centrifuga9ion, tanto del coiec!C?rcomode los conductores deIJampor. Por este motive, es precise que el engrane solose realice en el momenta de efectuar el arranque y quede desacoplado una vezpuesto en marcha, para que no sea arrastrado por la corona del motor terrnico.Sistemas de desplazamiento del piiion. Sequn el sistema empleado paraacoplar el pinon bendix a la corona, existen dos tipos de mecanismos de arras-tre, uno cuyo desplazamiento se realiza por medio de una horquilla y palancaaccionada por el rele de mando. y otro cuyo acoplamiento se realiza al despla-zarse el pinon en su eje, por efecto de inercia.

5.3.5.1 Mecanismo de engrane por horquil/aEste mecanismo empleado en la mayo ria de los motores de arranque, estaconstituido esencialmente (figs. 5.11 y 5.12A) por un pinon (1), generalmentede nueve dientes, montado a traves de un casquillo en el eje del rotor y soli-dario a un meca~i~tl1()de TLJedali,bre (2L C(Jn .enclavamien!o por radii los (fi-gura 5.12Bt'ESfemecanismo de rueda libre va montado sobre un eje soportede levas (3), que dispone en su interior unos canales en_helice (4) para su des-plazamiento por las estrias del eje del rotor, 0 por el eje soporte intermedio,sequn el tipo ernpleado. Sobre este eje va montado un_.~aqLljIJQP.9Je9(5)pClrael acoplamient()delaborquillade iJ)!3oc:lpj6) y un rnuelle de cornpresion (7)montado coaxialmente con el eje soporte levas.Sequn la disposicion de las rampas de anclaje en la rueda libre, existenvarios tipos de mecanisme de arrastre, entre los que se pueden d/stacar los si-

guientes:- Conjunto pinon de campana (fig. 5.12A). Empleado para motores detipo convencional, el cual Ileva las rampas de anclaje (fig. 5.12B) talladas enla zona exterior del so porte (3).- Conjunto pition de leva invertida (fig. 5.13A). Empleado para motoresde tipo convencional, el cual Ileva las rampas de anclaje (fig. 5.13B) talladasen la zona interior del soporte.- Conjunto pihon de leva invertida (fig. 5.14). Empleado para motorescon reductora, tarnbien con las rampas de anclaje talladas en la zona interriordel soporte (3).- Conjunto pinon de leva invertida (fig. 5.15A). Empleado para mo-tores con reductora y soporte intermedio (8), el cual dispone en su exterior

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8 2 ] 7 5

ajustedirectoFig. 5.14 Conjunto pinon de leva invertide para motorescon reductora: A, con pieze postiza (8) adaptada al soportey muelle de prision conico: S, con muelle cillndrico.

rodillosde agujas

9

Fig.5.15 Conjunto pinon de leva invertida y soporte interrnediopara motores con reductore: A, giro dlrecto; B. giro por mediode rodil/o de agujas.

unas estrias helicoidales (4) por las cuales se desplaza el soporte intermedio(3), y unas acanaladuras rectas (9) en el interior para deslizarse por el eje delinducido. La figura 5.15B represents un mecanisme de arrastre. con la varianterespecto al anterior, de ir guiado por medio de rodillos de agujas y de no lIevarlas estrtas helicoidales.5.3.5.2 Mecanismo de engrane par inercie

Este mecanismo (fig. 5.16) suele montarse en algunos rnotores de tipoconvencional y esta formado por un pinon (1), con unas(1st!LCl_S~jntE}lLc1[e?n~~lic~j12.r el cual va montado sobre uncasquillo(3) tallado exterjQrrne~nteen helice, para acoplarse al pinon, y unos canalefrectbs (4) en su interior para-poderse acoplar y deslizar axlalrnente sobre--ei-eje-cferrotor; mantiene su posi-cion de reposo sobre el mismo por medio del ml!eJIE}de G()rnPrel>ic?115ty delmuelle de reguperacion (6).

ejedel rotor

Fig. 5.16 Mecanismo de engrane por inercie.

5.3.6 Rete de arranqueEste elemento de mando (fig. 5.17) incorporado al circuito electrico delmotor de arranque, intercalado entre la bateria y el motor de arranque (fig. 5.1)como Interrupter. cumple la mision de cerrar el circulro del motor para su funcio-namiento electrico.En los motores de arranque que realizan su engrane por inercia. este ele-

mento es independiente del motor, cumpliendo su misi6n unicemente comointerruptor. En los motores que realizan su engrane por horquilla, el rete va in-corporado directamente al motor, acoplado en la tapa lado eccionemiento ycumple la doble mision de poner el motor en circuito y desplazar el mecanismede errsstre para acoplar el pifion del motor de arranque a la corona del motorterrnico del vehlculo.El conjunto del rele se ve en la figura 5.18A; esta formado por un electro-iman con uno 0dos arrollamientos de hilo de cobre aislado, con muchas es-Rirasde hilo fino (1), los cuales se alimentan directamente de la bateria a travesde una de las posiciones del interrupter de encendido (fig. 5.1). EQU:lUnterior.del solenoidesijdesplaza un nucleo movil (2), el cual lleva en uno de sus ex-tremos (3) el contacto de cierre de los bornes (5) del interrupter, y por el otroextremo, en los reles incorporados, una escuadra de arrastre (4) para acopla-miento de la horquilla de mando.

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Fig.5.17 Reles de arranque: A paramotores convencionales; B, para rno-tares con reductore.



Fig, 5,19 Maquina tetrepoter condos circuitos serie en perelelo, dosescobilles, una de elias amasa.

Fig, 5,20 Maquina tetrepoler can doscircuitos serie en para/eta, cuatra es-cobilles, dos de elIas amasa.

a la bateria

Fig,5.18A Motor de arran-que canvencional can mandopar horquille.

Fig, 5,188 Motor de arranque convenclonsl,

5.4 Tipos de motoresEI esfuerzo que debe realizar un motor de arranque para poner en marchael motor termico. es muy elevado, particularmente al iniciarse el movimiento,

ya que su resistencia es considerable. Esta necesidad de que el motor de arran-que sea capaz de producir ese gran par motor y conseguir arrastrar al motortermico hasta la velocidad de puesta en funcionamiento, determina la patenciadel motor de arranque. asi como la capacidad de la bateria que ha de proporcio-narle la corriente necesaria para su funcionamiento.Los motores de arranque no cambian esencialmente en cuanto a su confi-guraci6n general, solamente en cuanto a su tamafio y disposici6n de sus ele-mentos, que estaran en funci6n de la potencia que se quiere conseguir.Para aumentar la potencia en los motores de arranque. se disponer, en sucircuito inductor mayor nurnero de masas polares, con 10 cual se aumenta elcampo rnaqnetico y fuerza de atracci6n en el misrno. para producir el giro. Se-gun el numero de expansiones polares que lIeve la rnaquina. los motores puedenser bipolares~tet(i3PQlares() hexapolaresr siendo los mas utilizados en autorno-ci6n'~ros-teirapolares. . .. ..

Sequn las caracteristicas constructivas de los rnisrnos, los motores de arran-que pueden ser de tres tipos:- Motores c;(Jr)venc.i.onales. " M o t o r6 5 de arralJgue con inq~c;t()l'a.- Motores con Inducido deslizante.

5.4.1 Motores convencionalesEstos motores de arrangue (fig. 5.18A y B) se utilizan en motores de gaso-lina y Diesel para pequena y mediana potencia. Estrin formados por dos 0 cua-tro polos en su circuito inductor, con sus bobinas en serie 0 en serie-paraleloy alimentadas por corriente continua a traves de dos 0 cuatro escobillas (figu-ras 5.19 a 5.21).EI sistema de arrastre va montado directamente sobre el eje de! inducido

y suele Ilevar e! rele de mando incorporado. En la figura 15.188 se presenta unmotor de arranque semejante al anterior dibujado en perspective para que seaprecien mejor cada una de sus partes.120



5.4.2 Motores de arranque con reductoraEstes motores (fig. 5.22) se utilizan generalmente para motores Diesel enmediana y gran potencia. Su circuito inductor esta formado por 4 0 6 poles,con sus bobinas en serie-paralelo. alimentadas por corriente continua a travesde 4 6 6 escobillas (fig. 5.20 a 5.23).

Fig. 5.22 Motor de arran-que can reductora y mandopar horquilla. reductora

5.4.2.1 CsrecterlsticesLa caracterlstica principal de este motor consists en que el inducido no

arrastradirectarnente el conjunto pinon, sino a traves de un dispositivo de reduc-cion de velocidad que permite aumentar las revoluciones del motor, obteniendoas! un mayor par de lanzamiento en el pinon, para efectuar mejor el arranquedel motor terrnico. Con este dispositive de reducci6n se obtiene una mayorrelacion potencia/peso, permitiendo unas menores dimensiones del motor parauna misma potencia.5.4.2.2 Reductor

EI dispositive esta basado en un tren de engranajes epicic/oides (fig. 5.24C),formado por un soporte intermedio a corona (1) (fig. 5.24A) fija a la carcassdel motor, Ia cual lIeva un dentado interior sobre el que ruedan los pinones sa-telites (2) del eje de mando (3); este se apoya en el interior del soporte coronaa traves de un casquillo sinterizado (4) para realizar su giro.EI eje portasatelites (3) 0 eje de mando (fig. 5.24B) [leva montados trespinones 0 satelites (2) que pueden girar libremente en sus respectivos ejes, los

cuales, al girar sobre la corona impulsados por el pinon (5) tallado en el rotor,sirven de reducci6n intermedia entre la corona (1) y el pinon conductor (5).En el interior del eje portasatelites va montado un cojinete de agujas sa-bre el que se apoya el eje del rotor, y en el exterior va tallado en helice, 0 can

estrias rectas, sequn que el mecanismo de arrastre acoplado sea con soporteintermedio 0 sin el.

2Fig. 5.24A Soporte corona. Fig. 5.248 je portesetelites.

5.4.2.3 Reductor con sistema de frenadoDentro de este tipo de motores existe una variante que incluye en su sis-tema de reduccion un sistema de frenado para reducir al maximo el tiempo de

parada del rotor, una vez efectuado el arranque del motor terrnico.

Fig. 5.21 Mequine tetrapolar candos circuitos serie en para/eta, cuatroescobilles, recibiendo fa corriente parelias.

+ -Fig. 5.23 Mequine hexapolar, cantres circultos serie en para/eta, seisescobllles, tres de elias amasa.

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Este disposltlvo de frenado consists (fig. 5.25) en intercalar unos ferodos,o discos de embrague (10), entre dos discos metalicos (8 y 9), unidos uno deellos (9) al pinon del rotor (2) y el otro (8) al perno (7) de la corona (6) deltren epicicloidal, de forma que, cuando el mecanismo de arrastre es impulsadohacia su acoplamiento por la accion de la horquilla (12), los discos y ferodos que-dan liberados y no ejercen su funcion de frenado; pero,?i r(3tr()~ederlab.()!quillade mando (12) ,empuja a traves de unos pernos (7) al disco (8) c()l1tr~LeLdis-co (9), oprimierido entre ellos los ferodos 0 zapatas de freno (1Q}c:;Qntra .latapa (1), impidiendo por tanto que el rotor siga girando.ig. 5.24C Reductor de engranajespar setelite.

1 rotor2 pinon de mando3 soporte4 eje satelites5 satel ite6 corona7 perno de empuje del freno8 disco unido al perno desl izante de la corona9 disco deslizante acoplado al pinon de mando10 ferodos 0 discos de embrague11 tapa tope12 horqull la

Fig. 5.25 Detalle del sistema de frena do.

5.4.3 Motores de arranque con inducido deslizanteEstes motores disefiados por la casa Bosch, aplicados generalmente para

motores Diesel de mediana y gran potencia (fig. 5.26A), se caracterizan porla forma de realizar el acoplamiento del pinon con la corona, el cual se efectuapor desplazamiento axial del inducido, dentro de su campo maqnetico de ex-citacion, para 10 cual disponen adernas del arrollarniento inductor en serie (11)(fig. 5.268), un arrollamiento auxiliar (12) y un arrollamiento de retencion(13), necesitando para ello acoplar un colector (6) mas largo.

La puesta en funcionamiento de estos motores, se realiza por medio de unrele electrornaqnetico especial (1), montado en el interior del motor, el cuales alimentado como en los reles tradicionales. a traves del interruptor de arran-que (15) situado generalmente en la Ilave de contacto. Estes reles lIevan unconmutador de doble contacto basculante (2) el cual actua en dos etapas parala puesta en funcionamiento del motor de arranque. EI conjunto va montadosobre el lade colector y cerrado por una tapa 0 caperuza que impide la entradade polvo al interior, protegiendo los contactos del mismo.

interrupter rnaqneticogatillode bloqueo tapadel rele

amarreal motor terrnico

tapa del releembraguede discosmultiples

pifionzapata (masa) polar bobinadode excitaclon

escobilla discode carbon de disparoFig. 5.26A Motor de arranque can inducido deslizante: 1, especto exterior; 2. seccion parcial,122



1 rele de arranque2 contactos basculantes3 gatillo 0 leva de disparo4 muelle de retorno5 disco de disparo6 colector7 inducido8 masas polares9 pin6n10 corona11 arrollamiento principal12 arrollamiento auxiliar13 arrollamiento de retenci6n14 baterla15 interruptor de arranque16 y 17 contactos fijosFig. 5.268 Esquema interno de! motor de arranque can inducido deslizante.

5.4.3.1 Motor de arranque can desplazamientopar dispositivo de embragueEntre el eje del inducido (1) Y pinon de arrastre (2) (fig. 5.27A), se hallaintercalado un acoplamiento elastico a base de discos de friccion (3), paraque la union entre el pinon y el eje del inducido se real ice suavemente de unaforma progresiva, el cual actua a su vez; como mecanismo de rueda libre. EI

dispositive de embrague, dispone adernas de un seguro contra sobrecargas,a base de unas arandelas elasticas (4) en contacto con el anillo de presion (5),las cuales limitan la presion sobre los discos de embrague, cuando el par a trans-mitir por el motor es grande y un resorte de muelle (6), situado entre el eje delinducido y el sin fin del pinon (7), el cual efectua el retroceso del mismo a suposici6n de repose, cuando cesa la alirnentacion en el motor de arranque.

Fig. 5.27A Dispositive de em-brague en un motor de srrenque.

Los discos de embrague (3), van dispuestos sobre la caja de embrague (8)montada fija en el eje del inducido (1) por medio de la chaveta (10) y sobrela tuerca deslizante (9) roscada sobre las estrias del sin fin (7), de forma quepuedan desplazarse axialmente, pero no girar libremente, para 1 0 cual van men-tadas en un cajeado (figs. 5.27B y 5.27C) practicado longitudinalmente enestos elementos, estando por tanto sometidos solamente al giro de los mismos.En el momenta de acoplamiento del pifion a la corona, al ser detenido elpincn por efecto del par resistente que opone la corona, el eje del inducidoque sigue girando, hace desplazar a la tuerca (9) sobre las estrias del sin fin(7) hacia el interior del motor de arranque. efectuandose el acoplamiento entrelos discos de embrague con una presi6n progresiva, de forma que al entrar enfuncionamiento el arrollamiento principal del motor, la fuerza del eje a travesde la caja de embrague (8) se transmits por entero al pifion.EI seguro contra sobrecargas, actua de forma que cuando el embrague estatotalmente acoplado. para transmitir el movimiento del pin6n a la corona, sipor efecto de una sobrecarga en el plfiooeste es parcial mente retenido, latuerca (9) se desliza avanzando sobre el sin fin (7) y el tope (13) situado enla misma (fig. 5.27D), empuja a las arandelas elasticas (4) deforrnandolas. lascuales al presionar sobre la caja de embrague (8) limitan la presion sobre losdiscos (3) y por tanto la transmisi6n.

Fig. 5.27D Dispositivode embrague.

123

Fig. 5.278

Fig. 5.27C



\

Fig. 5.28A Esquema de un motorcan engrane par inercia.

5.5 Funcionamiento del motor de arranqueEI funcionamiento electrico de estos motores en cuanto a su puesta en

marcha en servicio es identica para todos ellos, cambiando solamente la formade realizar el acoplamiento con la corona del motor terrnico. sequn el tipo demecanisme de arrastre empleado.5.5.1 Motores de arranque can engrane par inercie

AI cerrar el interruptor (1) de puesta en marcha (fig. 5.28A) la corrienteprocedente de la baterta (2) alimenta la bobina (3) del rele, la cual crea en suinterior un campo maqnetico que hace desplazar en la direcci6n de sus llneasde fuerza el nucleo m6vil (4), situado en el interior de la bobina, el cual cierralos contactos de alimentaci6n (5) a los arrollamientos del motor (6).

Cuando el eje (1) del rotor se pone en movimiento (fig. 5.288), e! pinon(2) situado en el eje se desplaza, debido a la inercia sobre la helice .del cas-quillo (3), hasta engranar con la corona del motor terrnico.

1 , 3

Fig. 5.288

AI realizarse el acoplamiento (fig. 5.288), el pinon es frenado en su giro,debido a la resistencia que opone el motor termico a ser rnovido. 10 cual haceque el casquillo (3) que sigue girando arrastrado por el eje (1) del inducidose desplace por efecto de su helice. comprimiendo el muelle de compresi6n(4); este, una vez igualadas las velocidades entre pifion e inducido, se recu-pera. Esta posibilidad de desplazamiento en el casquillo de arrastre evita queel esfuerzo de frenado inicial, hasta producir el movimiento de la corona delmotor terrnico, se transrnita al inducido, 1 0 cual ocasionarfa una gran resistenciainterna que, al transtormarse en calor, destruirfa los conductores de los arro-Ilamientos.

Puesto en marcha el motor terrnico, al ser arrastrado el pifion a mayor velo-cidad que el inducido, retrocede en su helice, produciendo el desengrane.EImu~lle ~~recuperaci6n evitaque el pin6n, en posicion de repose, pueda des-plazarse y'rozar con la corona."5.5.2 Motor de arranque can engrane par horquil/a

En este motor, cuyo funcionamiento del rele es identico al anterior, al des-plazarse el nucleo (4) (fig. 5.29) par el interior de las bobinas (3A y 38), realizados funciones consecutivas: una, cerrar los contactos (5) de paso de corrienteal motor; y la otra. desplazar el mecanismo de arrastre (7), para acoplar el pi-fion (8) a la corona (9) del motor terrnico.

1 0

AB

2

Fig. 5.29 Puesta en funcionamiento y desplazamiento de! piii6n: A, en posici6n de arran-que,' 8, en posicion de desembrague.124



5.5.2.1 Conexion de arranqueEste rele, general mente con doble arrollamiento en su bobina (fig. 5.29),Ileva uno de ellos. arrol/amiento de retencion (3A), conectado amasa, y el otro.arrol/amiento de accionamiento (3B), conectado en paralelo con los contac-tos dell rele. Cuando se acciona el interrupter de puesta en marcha (1), la corrien-te que pasa por ambos arrotlamientos suma su accion en la creacion del campomaqnetico: perc. al cerrarse los contactos principales, (5) el arrollamiento deaccionamiento (3B) queda cortocircuitado y por tanto anulado, V la bobina

del motor de arranque (6) queda inducida bajo la accion del arrollamiento deretencion (3A), haciendo girar al eje (11) del inducido V desplazando el pinon(8) hasta la posicion fija de la corona (9).Cuando el pinon ha engranado con la corona, el movimiento del rotor setransmite al pinon a traves del enclavamiento de los rodillos de la rueda libre(figs. 5.12 V 5.13); pero, cuando el motor termico se ha puesto en funciona-miento. al arrastrar la corona el pinon, y debido a su mayor velocidad, este giraIibrernente, al quedar desenclavados los rodillos en su sistema de rueda libre.5.5.2.2 Posicion de desengrane

Una vez arrancado el motor terrnico. (fig. 5.29) al suprimir la alimentaci6nal rele, el rnuelle de recuperaclon (10) del mismo hace retroceder el nucleo (4)V , por tanto, el mecanismo de arrastre (7), hasta su posicion de repose, con 1 0cual se produce el desengrane del pinon con la corona.5.5.3 Funcionamiento del motor con indueido des/izante5.300AEn su posicion de reposo (fig. 5:2$), el inducido (7) de estos motorespor la acci6n del rnuelle (4) situado entre el eje del inducido y la placa soporte(16), se encuentra desplazado del campo maqnetico de sus masas polares (8),quedando el pinon (9) separado de la corona del motor terrnico.5.5.3.1 Proeeso de conexion para eonseguir la puesta en posicionde arranque

- Primera etapa. Cuando se cierra el interrupter de arranque (15) paraalimentar el rele (1), este clerra en primer Iugar el contacto que al i rnentae] arro-Ilami~nt{).l:l ll){iliilLO~) ylcle ..rE:ltenci6n (13) (fig. 5.30A), con 1 0 cual en estaPrimera etapa 0 fase de funcionamiento,~eLin



"que disminuye el campo magnetic()c;re~ado sobre [as masas polan~s (8), haciendoque la velccidad de giro y presion del eje sobre los discos de embraguedismi-nuva. quedando desacoplados V cortando la transmision al pii16n,hasta lainterrupcion de corriente al motor en el interrupter (15). AI quedar sin corrientede alimentacion el motor, el muelle (4) hace retroceder al inducido hasta suposicion de repose. levantando el gatillo (3) del rele, que queda dispuesto paraun nuevo arranque.

5.6 Caractedsticas electrlcas del motor de arranqueLas caracterfsticas electrices de un motor de arranque vienen determinadaspar la tensi6n nominal, 0 tension de alimentaci6n a la cual debe funcionar, y lapalencia nominal y potencia maxima absorbida por el motor de arranque, enfuncion de las cuales se determina la tension en bornes y capacidad de la bateria que se debe acoplar.No toda la potencia absorbida por el motor de arranque se transforma enenergia rnecanioa, va que parte de ella se pierde en el circuito exterior y otraparte es consumida por su circuito interne. debido a rozamientos mecanicosde la propia maquina en movimiento V a la reaccion del inducido, quedandouna potencia uti] muy reducida. la cual debe ser capaz de mover y poner enfuncionamiento los orqanos del motor terrnico, Por tanto, la potencia minimade un motor de arranque debera ser igual a la necesaria para arrancar el motorterrnico, mas la consumida por el propio motor de arranque.

W = W v + W a [S.1A]donde:

W potencia minima del motorWv potencia para arrancar el motor terrnicoWa potencia consumida par el motor al arranque

La potencia necesaria para arrancar el motor terrnico estara en funci6n delas caracterlsticas del mismo, la cual oscila sequn el tipo de vehiculo, quedandocomprendida dentro de los siguientes valores:Vehiculos ligeros -~- 0,5 a 1 CV 0,4 a 0,8 kWVehiculos medios=- - 1 a 3 CV . 0,8 a 2,2 kWVehlculos pesados 3 a 6 CV _-_ 2,2 a 5 kW

Debido a estas grandes potencias, la intensidad que circula por el circuitoes muy elevada; por tanto, para que la caida de tensi6n en el circuito exteriorsea minima, se debe disponer un conductor de alirnentacion al motor de granseccion. para que la resistencia sea minima y asl evitar perdidas de potenciaen el mismo, adrnitiendose una cafda de tension maxima en el circuito de ali-mentacion del 2,5 % de la tension nominal. Como esta misma corriente debecircular por el circuito interno del motor de arranque. los conductores del rotore inductores (ya que estan en serie) deben ser tambien de gran seccion. conuna resistencia minima para que la corriente absorbida sea grande y obtenerasl la maxima potencia en el motor:

[5.1 BJdonde:

V tensi6n en barnes del motorR; resistencia interna del motor

En el momento del arranque, el elemento mas afectado es la baterfa, yaque, por el gran consumo de corriente, produce una gran descarga en la misrna.lIegando a agotarla rapidarnente: esto reduce la tension en bornes v , por tanto,la tension de alimentaci6n al motor, haciendo que la potencia absorbida sea126



insuficiente para cumplir la rmsion a que esta destinado, 0 sea, arrancar el mo-tor terrnico. Si se considera, ademas, que en tiempo frio la resistencia que opo-nen los 6rganos del motor termico es mucho mas elevada, la potencia necesariaen el motor de arranque debera ser mayor, 1 0 cual produce una mayor caida detension en la bateria. Por este motivo, no se debe insistir en el arranque, procu-rando \hacer arrancadas breves y espaciadas, a fin de no agotar la bateria y dejarque se recupere entre una y otra arrancada.5.6.1 Potencie utit 0 potencis necesaria en el arranque

La potencie que debe suministrar el motor de arranque para poner en mar-cha el motor terrnico estara en funci6n de las caracteristicas constructivas delmotor, a las cuales presta sus servicios. determinadas por el par motor 0 par re-sistente que opone el mismo para su puesta en funcionamiento.Siendo la velocidad minima en el motor, para producir el encendido 0 com-bustion terrnica en el interior de los cilindros, de unas 120 a 150 r. p. rn.. el parmotor 0 par resistente a esas revoluciones viene determinado por la f6rmula:Cm = K . V t [5.2J

en la que:Cm par resistente del motor en kgf . mVt cilindrada total del motor en litrosK coeficiente determinado en funci6n del tipo de motor, en el que intervienen el

grado y tipo de combustion. relaci6n de compresi6n, etc. Este valor oscila de 3a 5 para motores de gasolina y de 5 a 10 para los motores Diesel

Por tanto, la potencia al freno 0 potencia ebsorbide por el motor termico,a esas revoluciones, es:

Pi [5.3]n numero de r. p. m.Ella determina la potencia util 0 potencia necesaria en el motor electricoaplicado a ese motor, para producir el arranque:

_ Cm nWu - -716,2- . 0,736 [ 5 . 4 ]

Por 1 0 tanto, te6ricamente Pi = = Wu, siendo esta la potencia necesaria enel arranque. Pero en la practice la potencia disponible en el arranque del motorelectrico es algo mayor, ya que hay que tener en cuenta e! rendimiento me-canico del rnismo en la transformaci6n de energia, as! como un coeficiente deseguridad para cuando trabaje con temperaturas por debajo de cero grados;luego, se puede establecer para la potencia en el arranque de un motor electrico:

W a A . K . Vt n . 0,736--~-~7f6,2 ..- - (en kW) [5.5]'I rendimiento del motorA coeficiente de seguridad

EJEMPLO RESUELTOProblema 1

lCual sera la potencia necesaria en el arranque que debe suministrar un motor electrico.con un rendimiento mecanico del 85 % y suponiendo un coeficiente de seguridad de 1,5, paraponer en funcionamiento un motor de gasolina que tiene una cilindrada de 1 200 em> y uncoeficiente terrnico de K = 4, sabiendo que la velocidad minima de encendido se produce alas 120 r. p. m.?

127



Soluci6n:Dando valores en la formula [5.4], se tendril para potencia al freno del motor terrnico:

W =u K . V t . n716,2 0,736 4 x 1,2 x 120716,2 x 0,736 = 0,6 kWdebiendo disponer una potencia en el motor de arranque:

1,5 x 0,60,85 1,06 kW

5.6.2 Fuerza contraelectromotrizSe ha visto. al estudiar el funcionamiento del motor de arranque, que apli-cando una corriente electrica al circuito interno del mismo. este se pone en mo-virniento, por la atracci6n mutua de los campos rnaqneticos formados en elcircuito inductor e inducido, creando un par de rotaci6n proporcional a la in-tensidad aplicada a su circuito interno, con 1 0 cual y debido a que la corrienteaplicada es muy grande, la velocidad de rotaci6n deberia ser muy elevada.Ocurre que, cuando el inducido se pone en movirniento. sus espiras semueven dentro de un campo maqnetico, creando una variaci6n de flujo y gene-rando por inducci6n en elias, como ocurre en las dinamos, una f. e. m. inducidaen sentido contra rio, la cual se opone a la tensi6n aplicada en bornes, cono-cida en este caso como fuerza contrae/ectromotriz (f. c. e. m.).Este efecto 0 f. c. e. m. generada en las espiras del rotor, al ser variable enfunci6n del nurnero de revoluciones de la maquina:

E' < J ) N . n . 2p60 x 108 X 2a [ 5 . 6 ]siendo:

E' fuerza contraelectromotriz en V(J ? flujo util en Wbn velocidad de giro del inducido en r. p. m.N nurnero de conductores del inducido2p polos del motor2a circuitos derivados del inducido

hace que la corriente absorbida sea menor. a cuantas mas revoluciones Ileveel motor:1 8 E '

haciendo que la potencia absorbida en vaclo sea minima, y efectuando unaautorregulaci6n de su velocidad.Este condicionante establece dos de las caracteristicas principales de larnaquina. como son: la potencia maxima absorbida en el arranque y la potenciaabsorbida en vaclo. Efectivamente, en el momenta del arranque, al no girarel motor, no exists f. c. e. m. (E' = 0); por tanto, la corriente absorbida (deter-minada por la tensi6n aplicada en bornes y la resistencia interna del circuito)sera maxima:

VIm a x . - ~ [ 5 . 7 ]

W m a x . V 2V'I=Ffi [ 5 . 8 ]

EJEMPLOS RESUELTOSProblema 2

Siendo la tension aplicada en bornes de un motor de arranque (despreciando la caidade tension en el circuito exterior) de 12 V, con una resistencia en su circuito interno determi-128



nada por los arrollamientos inducido e inductor, de 0,03 n, la intensidad maxima absorbidapor el motor es:

v=--=Ri 120,03 400 Asiendo la potencia absorbida:

Wm ax . = = V . I = = 12 x 400 = = 4800 W 6 4,8 kWA medida que el motor sube de revoluciones, la f. c. e. m. generada disminuye la tensi6n

en bornes, con 10 cual la corriente absorbida ira haciendose cada vez menor, a medida que au-menta (F).Problema 3

Si en la maquina del ejemplo anterior la f. c. e. m. generada a 5 000 r. p. m. para sufuncionamiento en vacio es de E' = 9 V, la intensidad absorbida a ese regimen es:

Ia = = V - E' 12 - 90,03 = = 100 Asienda la potencia absorbida en vacio:

WuRi . 12 = = 0,03 x 1002 = 300 WComo la f. e. m. va aumentando proporcionalmente al nurnero de revoluciones, la inten-

sidad te6rica absorbida por la maquina podria Iiegar al limite cera, cuando E' V. Esto en lapractice no ocurre, ya que, para conseguir igualar estos dos terminos, la vel acid ad de rotaci6ntendria que ser excesiva. autodestruyendose la rnaquina antes de alcanzar ese valor.

5,6.3 C elculo de la potencia m axim a a desarro/lar por un m otorde arran q ueSe puede observer, que la corriente absorbida por el motor de arranque esinversamente proporcional a la velocidad de regimen; esta, al incidir directa-mente sobre la f. c. e, m. (') generada, incide sobre la tension aplicada en bor-

nes, de forma que en ambos casos limite: E' =: y E' =: V, la p oten cia d esa rro -I/ada por la maquina es nula. ya que la primera se obtiene para una velocidadcero v, por tanto, sin desarrollar trabajo mecanico: la segunda, al ser I =: 0, lapotencia absorbida y, por tanto, la potencia a desarrollar, tarnbien 10 es.Estes dos condicionantes establecen una ecuaci6n de equiiibrio, deter-rninandose la intensidad de regimen y velocidad de lanzamiento a la cual seobtiene la potencia uti! maxima para poner en funcionamiento el motor termico,es decir, la potencia maxima que puede desarrollar el motor de arranque.

La intensidad absorbida por el motor en el arranque es:

I a V - E'----~,.,~.-,.-,-.---,- [ 5 . 9 ]luego:

V = = R i . L + E 'en que, multiplicando por I , se tiene:

V . 1a =: R i . Ia2 + E ' . Ia [5.10]W =: Wi + Wa [5.11]

donde:W V . Ia = = potencia total absorbida por el motor en el arranqueW i R;' 1 a2 = = potencia cansumida por el motor en su circuito interneWa E' . la = = potencia uti! transformada en energia rnecanica y necesaria para efectuar

el arranque

Como se observe, la potencia max ima del motor de arranque depende di-rectamente de los valores E' e la, variables ambos con la velocidad de regimen;por tanto se debe establecer la ecuaci6n de equilibrio a la cual se obtengan

729

6. Tecnoloale de le Automoei6n 2.1



unos valores de E' e I V cuvo producto proporcione la maxima potencia delmotor.Partiendo de la ecuaci6n [5.9]:v - E' V E'I, = --R-i - = R-~

V multiplicando ambos terrninos por ('):V E '2E ' . I a = ----. E ' - - -R R ',

o tarnbien:1 E '2Ri-' V . E ' + E ' . I a := Ri

se obtiene una ecuaci6n de segundo grado de la forma:a . E '2 - b . E ' + c := [5.121

cuvos valores de:a := _1_.Ri r -b VRi v c =: E ' . Ia := W a

son constantes V eonocidos para un elemento motor dado, siendo el valor:E ' . I a := W a

la potencia util en el arranque, la cual va se ha determinado en funci6n de lascaracteristicas del motor terrnico.Resolviendo la eeuaci6n de segundo grado [5.12) queda para valor de E':

V para que la raiz tenga valores reales, debe cumplirse que (b2 ~ 4 ac); portanto, si se hace b2 ~ 4 ac, v a que el valor de esta raiz tiene un valor despre-ciable. queda para valor de E':

E ' -b2aV

Esto indica que la potencia del motor sera maxima cuando E' = V/2, sien-do entonces la intensidad absorbida en el arranque:

, - 1 _ I a _ = _V _ ~ _ i _ E _ ' _ _ V _ - R _ i _ - i _ - - - 2 _ ; _ ~ _ ; _ i V 2 _ ~ _ R _ ~ - - , 1 1 5 . ' 3 1Esto dice que la corriente de regimen en carga 0 corriente absorbida enel arranque, para obtener una potencia maxima, sera igual a la mitad de la co-rriente absorbida par el motor durante el b/ocaje del mismo.La velocidad de lanzamiento, 0 velocidad de regimen de la rnaquina, serapor tanto la necesaria para producir en el circuito interno una f. c. e. m. E', iguala la mitad de la tensi6n aplicada en barnes V que se puede calcular en funci6nde las caracteristicas constructivas del motor de arranque:

'-- __ n_=__ E_ ' _ ._ 6_O _x_1_O _8_ '_2_8 V _ '_6_O _X _ ' 0_8_ 2_8_ . . - I 1 [.5.14 J_ _ < P . N . 2p < P . N . 2p130



5,6.4 Par de arranqueOtra de las caracterlsticas importantes a conocer en el motor de arranquees su par de lanzamiento, 0 par de arranque, definido como el par maximo atransmitir por el motor para mover la corona del motor terrnico.Este par se puede determinar en el banco de pruebas por medio de un di-nam6metro acoplado a un brazo de palanca (fig. 5.31), determinando la fuerzaque hay que aplicar en kgf para frenar el pinon. a un determinado regimen defuncionamiento.Siendo el par de arranque transmitido por el pinon:

e m = F 'donde:

F fuerza de impulsion en kgfr = radio del pinon en m

igual al par resistente para frenarlo:

donde:L longitud del brazo de palanca en mFl fuerza medida en el dinarnornetro en kgfC, par resistente = par de arranque en kgf ' m

para determinar el misrno. bastara conocer el brazo de palanca y leer la fuerzaen kgf indicada en el dinamometro.Este par tarnbien se puede calcular en funcion de la potencia transmitidapor el motor de arranque, a su velocidad de regimen, ya que como se sabe:W a e m . n-716,2-' 0,736 (en kW)

e m [5.15]

EJEMPLO RESUELTOProblema 4

Un motor de arranque. can una resistencia interna de Rj = 0,04 n, alimentado par unabateria de 13,5 V, produce una caida de tension en el circuito exterior de 2 V y una caida detension en el arranque de 6 V. Calcular la potencia maxima absorbida por el motor, la potenciamaxima en el arranque y el par motor desarrollado en el arranque, obtenido este a un regimende 900 r. p, m.

Solucion:Siendo la tension aplicada en bornes del motor:

13,5 - 2 11,5 voltiosla maxima potencia absorbida es:

Wmax. = 3,3 kW11,520,04 3300 Wy la potencia maxima necesaria en el arranque:

=~= 756 W0,04 0,756 kW

Correspondiendo un par maximo en e1 arranque:Wa . 716,2n . 0,736

0,756 x 716,2= 900,' 0,736 0,8 kgf . m

FFig, 5,31 Medida del par de arranque.

131



5.7 Ensayos del motor en el banco de pruebasLos motores de arranque deben responder a las caracteristicas electricas yde funcionamiento para las cuales han side disefiados: por tanto, sean nuevossean recien reparados, deben someterse a pruebas de funcionamiento en elbanco para comprobar que responden a las caracterlsticas especificadas porel fabricante y obtener de el un perfecto comportamiento en el vehiculo. Tarnbiensi se han desmontado del vehlculo por alguna anormalidad de funcionamientoen el mismo, para poder diagnosticar y reparar su averia.Las condiciones de ensayo prescritas por las normas (U NE 10041) esta-blecen que los misrnos deben realizarse a una temperatura de 200 5 DC, em-pleando una bateria cuya tension en bornes en reposo sea superior a la nominalde funcionamiento del motor y con capacidad adecuada al consumo del mismo,fijandose una caida de tension, maxima en el circuito de alimentaci6n, que noexceda de la normal establecida (2,5 %).Los ensayos a realizar en los motores de arranque. de acuerdo con la ci-tada norma, son los siguientes:

Ensayo de embalamiento 0 prueba del motor en vacio.Ensayo de carga y medida del par dearranque.Trazado de las curvas caracterlsticas del motor.5.7.1 Prueba del motor en vacfo

Para realizar los ensayos de funcionamiento en vaclo. se coloca el motorsujeto al banco de pruebas y se establece el conexionado del mismo (fig. 5.32A),en las mismas condiciones de funcionamiento que en el vehiculo, intercalandoen el circuito principal de alimentaci6n, un arnperlrnetro (1) con escala ade-cuada al consumo del motor, un voltimetro (2) conexionado al borne de en-trada de corriente del rele y el tac6metro del banco (3), acoplado al eje del mo-tor de arranque (7).

Fig. 5.32A Prueba del motor envacfo.

Cerrar el interrupter (4), con 10 cual se excita el rele (5) cerrando los con-tactos (6), haciendo funcionar al motor en vacio y anotar las lecturas (VO, L,y no) reflejadas en los aparatos de medida. con los cuales se pueden determinarlos siguientes datos.- Resistencia interna del motor:

R. - VoI - -r-o-- Potencia consumida en vacio:

Comprobar que la velocidad y consumo del motor en vaclo se correspon-den con las caracterlsticas especificadas por el fabricante.no 5000 a 7000 r. p. m.1 0 35 a 45 A para motores de gasolina.1 0 50 a 80 A para los aplicados a motores Diesel.Hay que tener en cuenta que la velocidad te6rica de un motor funcionandoen vacfo es ilimitada y, aunque la velocidad real viene limitada por los rozamien-tos internes y reacci6n del inducido, esta sigue siendo muy elevada, per 10 que

132



A ~ tension en vacia (Va)B ee tension de bloqueo (Vc)C ~ velocida d de regimen en vaclo (no)D = maxima intensidad de bloqueo (1mBx')E = intensidad en vaclo (10) .F ~ par maximo obtenido en el bloqueo (Cmax.lIa = intensidad a la cual se abtiene 1 8 paten ciamaximaWa ~ patencia maxima en el arranqueVa = tensi6n en el arranqueG ~ par de arranque (Ca)H = velacidad en el arranque (na)Vn, In' Wn, nn' Cn ~ valores nominales a 2/3 dela potencia maxima

se debe estar al tanto en las pruebas en vacio para no tener conectado muchotiempo el motor, pues la fuerza centrffuga del movimiento podrfa desplazar losconductores del rotor fuerza de sus ranuras y centrifugarse las delgas del co-lector.5.7.2 Prueba del motor en carga

Para realizar esta prueba. sujetar el motor al banco y colocar acoplado almismo una corona dentada cuyo m6dulo guarde relaci6n con el motor a probar(indicado en las caracterlsticas del mismo). EI posicionado del motor deberealizarse de modo que el engrane se real ice de una forma similar a como seconsigue en los vehfculos.Se deben comprobar los siguientes puntos:

- En repose. el pinon no debe rozar con la corona.- AI realizarse el acoplamiento pifion-corona, este debe introducirse enla corona por 10 menos 2/3 de la longitud del diente.- EI pinon no debe encontrar inferferencia con la corona al realizarse elacoplarniento, debiendo existir una ligera holgura entre ambos.Colocado el motor en su posici6n corrects. sujetarlo fuertemente al bancopara evitar que se mueva durante el blocaje (fig. 5.32B) y conexionar el mismocomo se indic6 anteriormente (fig. 5.32A). Bloquear la corona acoplada al

banco por medio del embrague situado en el mismo y cerrar el interrupter (4)durante 5 segundos, anotando en la hoja de ensayos la tension e intensidad deblcqueo. comprobando que la lectura en el amperfmetro coincide con las ca-racterlsticas proporcionadas por el fabricante, que para los motores de gasolina,la intensidad maxima absorbida por el motor de arranque suele ser de 200 a 400 A,y para los Diesel, de 500 a 1 500 amperios.En motores con rele incorporado, cornprobar que, al quedar frenado elpinon, el rotor no gira, 10 cual indica que el enclavamiento de la rueda libre escorrecto.Durante esta prueba debera tenerse presents el tiempo de bloqueo, queno ha de ser superior a 5 segundos; si se pasa de este tiempo se puede calentarexcesivamente el motor,Si el banco dispone de dispositivo para medir el par de arranque, se com-probata el mismo y se anotara en la hoja de ensayos. En caso contrario, se de-ducira en funci6n de la intensidad, a distintos regfmenes de revoluciones.5,7.3 Trazado de las curvas cerecterlstices

En funci6n de los datos obtenidos en e! banco y anotados en la hoja deensayos, se pueden determinar las curvas caracterlsticas del motor correspon-diente y representarlas en un sistema de ejes coordenados en funcion de lacorriente absorbida en sus sucesivas fases de funcionamiento, representadasen el eje de abscisas. En el eje de ordenadas, se lIevan los valores obtenidosde tension. par de arranque, nurnero de revoluciones y potencia maxima ob-tenida en el motor de arranque (fig. 5.33).

1 .4 1 , 7000 14curva de tension

1 .5000 10

curva de parcurva de potencia

Fig. 5.33 Curvas caracterfsticas del motor de arran que.

Fig. 5,328 Montaje del motor deertenque en el banco de prueba.

133



- Curva de tension. Se determina entre los valores A V B obtenidosdurante la prueba en vaclo V a motor blocado para maxima intensidad, la cualdepende de la tension, capacidad y estado de carga de la bate ria.- Curva de velacidad. Se determina entre C y D en funci6n del nurnerode revoluciones obtenidas en la rnaquina en su prueba en vacio V cero a mo-tor blocado. Los valores intermedios se pueden determinar en funcion de la in-

tensidad absorbida a distintos regimenes de revoluciones, va que como se sabeson inversamente proporcionales.- Curva de par de arranque. Se determina entre E V F, obtenida en losensavos del banco, la cual es directamente proporcional a la intensidad deconsumo.- Curva de patencia. Se observa que esta curva tiene dos valores nulos

(E V D) determinados por la intensidad absorbida en vacio V a motor blocadoo maxima intensidad. EI valor de potencia maxima se obtiene como se ha vistopara una intensidad cuvo valor es: la D/2, y siendo la tension en bornes quecorresponde a esa intensidad (Va), resulta una potencia maxima: Wa = Va' [a,la cual determina a su vez el par de lanzamiento en el arranque (G ) V la velo-cidad de lanzamiento (H ) a la cual se obtienen los valores de par V potenciamaxima en el arranque.Esta curva determina tarnbien el rendimiento de la rnaquina obtenido porla relacion entre la potencia maxima obtenida en el motor de arranque V la po-tencia maxima absorbida por el motor.

7 J u

que debera ser superior al 45 %.En el diagrama de curvas de la figura 5.33 se han representado tarnbienlos valores nominales de la maquina 0 valores indicativos dados por el fabri-cante como representativos de la misma, obtenidos estos valores a los 2/3 dela potencia maxima, valores a los cuales el motor de arranque debe ser capazde poner en funcionamiento el motor terrnico. en condiciones normales defuncionamiento.

5.8 Dlaqnosttco de averiasA la vista de los resultados obtenidos en el banco de pruebas, se puedendiagnosticar las siguientes averlas de funcionamiento en el motor de arranque:1. Si al cerrar el interruptor para la puesta en funcionamiento del motoreste no gira, la averla puede localizarse en las escobillas, en las bobinas indue-toras del estator e inducido 0 en el rele de mando.2. Si el motor no gira, pero el amperlmetro indica consume. las indue-

toras estan derivadas amasa, el inducido queda agarrotado 0 sus espiras de-rivadas amasa.3. Si el motor gira lentamente con un consumo bajo inferior a los esta-blecidos, indica que el colector esta sucio, que existe falso contacto en las es-cobillas 0 sus conexiones estan en mal estado.4. Cuando la velocidad V consumo son elevados por encima de los va-lores establecidos, indica que las inductoras estan en cortocircuito.5. Si se observa excesivo chispeo en las escobillas, indica que los rnue-lies no hacen la presion correcta. que el colector 0 escobillas estan desgastadaso el inducido defectuoso.6. Si durante el funcionamiento del motor el pinon no se desplaza, indicaque esta agarrotado, la horquilla de mando rota 0 deformada 0 que el rele estadefectuoso.7. Si durante la prueba de blocado el amperfmetro indica un consumoexcesivo, los arrollamientos del motor estan en cortocircuito 0 derivados amasa.Para comprobar y reparar cualquiera de los defectos diagnosticados du-rante el ensayo del motor en el banco de pruebas, debera desmontarse el mismoy realizar una cornprobacion rigurosa de todos sus elementos.134



5.9 Cornprobacion de los elementos del motor de arranquePara comprobar y reparar los elementos del motor, una vez desmontado,deberan limpiarse cuidadosamente todas sus piezas 0 conjuntos, eliminandola grasa y polvo adheridos a los mismos.

5.9.1 Comprobecion del circuito inductorLas comprobaciones a realizar en este conjunto son las siguientes:1. Colocando un 6hmetro entre los extremos de la bobina (fig. 5.34A-2),comprobar que los puentes de union entre bobinas cortados y que el~mi~[110 esta en perfectas condiciones.2. Por medio de una larnpara serie (fig. 5.34A-1) comprobar la~gonti-nuida.d de las bobinas. Igualmente se puede hacer con el 6hmetro (fig. 5.34A-2).3. Con la rnisrna lampara serie conectada a la red (fig. 5.34B-1) 0 pormedio de un 6hmetro (fig. 5.34B -2) comprobar el aislamiento de las bobinascon respecto a I11Cl$Q'--~~4. Si S 8 desmontan las .l11asaspc)lares, comprobar que los tornillos quelas sujetan estan apretados a rOndo y que~el di~r:!1.l '~tr()jDt~J12rdistancia inter-polar) se corresponds con el valor especificado par el fabricante.

2Fig. 5.348 Comprobaci6n del aislamiento de las bobinas inductoras amasa: L potmedio de una Iempere: 2, por media de un ohmetro.

5.9.2 Comprobecion del inducido 0 rotorLas comprobaciones tanto mecenices como electrices en este conjunto sonlas siguientes:

5.9.2.1 Comprobaciones mecenices1. Comprobar que las mufiequillas de apoyo del eje estan en buen esta-do, no presentando senates de excesivo desgaste, rayaduras 0 ni se-fiales de oxidaci6n.2. EI estriado del eje 0 los dientes del pinon en los motores con reduc-tora deben estar limpios y exentos de particulas extrafias sin presentar serialesde desgaste, golpes u oxidaci6n.3.0 Con el rotor colocado entre puntos, comprobar la excentricidad ma-xima del tambor, que no debe ser superior a 0,8 6 1,2 mm, seqiin modelo (fi-gura 5.35A).4. La superficiecjel colector debe encontrarse limpia y exenta de rayaspor desgaste~o plcaduras por chispeo de la corriente. De tener que repasar el

colector, realizar esta operaci6n en el torno con cuchillas especiales destinadasa este fin (fig. 5.35B), procurando que el diarnetro minimo, una vez torneado.quede dentro de los valores especificados por el fabricante, con una excen-tricidad en el col ector inferior a 0,08 mm la cual se lee en el comparador.

Fig.5.34A Comprobaci6n de la con-tinuidad de las bobinas inductoras:1, can lempere y baterfa; 2, can un6hmetro.

Fig. 5.35A Verificaci6n de la excen-tricidad del colector.

Fig. 5.358 Repasado de un colec-tor en el torno.

135



Fig, 5,35C Repasado de las ranurasde aislamiento entre las delgas delco/ector, por medio de una hoja desierra,

A = de 0,8 a 1 mmB = 1 mmFig, 5,35D Separaci6n correcta en-tre delqes.

Fig, 5,36A Cornprobecion del eis-lamiento del portaescobillas y mese.

5,0 Si durante el mecanizado desaparecieran las ranuras de separaClonentrE3clelgas, proceder a rebajar las mismas con una hoja de sierra (fig, 5,35C)6 por medio de una fresa (fig, 2,22B), a los valores indicados en la figura 5.35D,6,0 Despues del mecanizado 0 ranurado de las delgas del colector. lim-piar el inducido con aire a presion. observando que no queden virutas de cobreen' el devanado, ni rebabas en la superficie de asiento de las escobillas.7,0 Comprobar que los conductores estan perfectamente alojados en sus

ranuras y que lassgJdaduras en el colector no son deficientes ni estan despe-gadas,5.9.2.2 Comprobeciones electrices

1.0 Con un comprobador de inducidos (transforrnador roncador) y deuna forma similar a como se hizo en 'las dlnamos (fig. 2.23A y B)comprobarsi existe cortocircuito entre espiras.2. Con una lampara serie (fig. 5.35E-1) comprobar el aislamiell.to Cl.rnasaentre las delgas del colector y e! eje 0 por medio de un comproba'aor~(fTg. 5~35E-2).3. Comprobar la continuidad entre delgas del colector; para ello, situar elrotor en el comprobador de inducidos (fig. 5.35F-1) y poner este en funcio-namiento; por medio de un amperlmetro de escala reducida conectado entredos delgas consecutivas mover el inducido hasta obtener en el arnperlmetrola lectura maxima, Realizar la misma operaci6n para todas las delgas y cornpro-bar que la lectura en el amperlmetro es la misma para todas elias. Una lecturamas baja indica una falsa soldadura en el colector, 10 cual ocasionaria un chis-peo excesivo en la delga correspondiente. Otra forma de comprobaci6n puedeser por medic de una larnpara y una bate ria (fig. 5.35F-2). Esta operaci6n sepuede realizar tarnbien y mas rapidarnente con un obmetro, comprobando laresistencia entre delgas sucesivas, la cual debe ser la misma en todas.

2Fig. 5.35 Comprobeclon del aislamiento del inducido amasa: 1, con Iempere;2, con un obmetro,

Fig, 5,35F Comprobecion de la eontinuidad del in-dueido del eoleetor: 1, par medio del instrumentoadeeuado; 2, por medio de la tempers y beterie.

5,9,3 Comprobaci6n del soporte lado accionamientoEn este soporte se comprobara que no existen fisuras 0 roturas y que elcojinete de apoyo del eje esta en buen estado, que no presents senates de des-gaste excesivo y que se encuentra correctamente emplazado en su alojamiento.

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5.9.4 Comprobecion del soporte lade co/ectorEn este soporte deberan realizarse las siguientes pruebas:1. Con un 6hmetro 0 lampara serie (fig. 5.36A) comprobar el aislarnientoa masa de los portaescobillas positivos, comprobando el perfecto deslizamientode las escobillas sobre ellos: limpiar en caso contrario el interior de los mismoscon un trapo impregnado en petrol eo y secar a continuacion con aire a presion.2. Comprobar que la longitud de las escobillas es superior a 12 6 14 mm

(valor indicado en las caracterfsticas de la maquina) comprobando que hacenun buen asiento sobre el colector y no presentan seiiales de desprendimientode material.3.0 Comprobar la correcta conexi6n y el perfecto aislarniento de los ca-bles de uni6n con las escobillas. as! como en los terminales.4 .0 Comprobar lapresi6n. dElI.osrnll,~JIEls por medio de un ,dinamometro(fig. 5.368), debiendo d a r - u n o s ' valores 'comprendidos entre 0,8 y 1,4 kgf.5.0 Comprobar el estado y desgaste del cojinete de apoyo del rotor, cam-biandolo por uno nuevo, si presenta alguna anomalfa.5.9.5 Comprobecion del mecanisme de arrastre

En este mecanisme. debora comprobarse que el pinon no presente defer-maciones ni desgaste en sus frentes 0 superficies de trabajo.Comprobar que los canales 0 estrlas, por las cuales se desliza en el eje,estan en buen estado.Cornprobar que el mecanisme de rueda libre funciona correctarnente. que-dando bloqueada en un sentido de giro, y girando libremente en senti do con-trario.En los motores con reductora, comprobar que los esparraqos de anclajede la corona no estan rotos nl torcidos. Comprobar que tanto los dientes de lacorona como los de los pinones satelites estan en buen estado y que estos giranlibrementeen sus respectivos ejes, sin holguras ni agarrotamientos.Comprobar que los casquillos situados en el soporte-corona y en el interiordel eje de satelites no estan desplazados fuera de sus alojarnientos ni presentanseiiales de excesivo desgaste.5.9.6 Comprobecion del rele de arranque

En este elemento deberan realizarse las siquientes pruebas:1.0 Con un 6hmetro (fig. 5.37A y B) 0 larnpara serie (fig. 5.37C), cornpro-bar la continuidad de la bobina 0de las bobinas.2.0 Con una fuente de alimentaci6n de 6 voltios (fig. 5.37D), comprobarel consumo de las bobinas, que debe coincidir con los datos especificados porel fabricante.3.0 Comprobar que la horquilla esta en buen estado y que el nucleo sedesliza suavemente por el interior de la bobina.

Fig. 5.37A Comprobaci6n de lecontinuidad del arrollamiento im-pulsar de! rele, con un ohmetro.Fig. 5.378 Comprobaci6n de Iecontinuidad del erroltemiento de re-tenci6n del rele, can un 6hmetro.

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Fig. 5.368 Comprobaci6n de la pre-sion de los muefles que oprimen lasescobillas.

Fig. 5.37C Comprobaci6n de fa con-tinuidad de las bobines, par mediade una tempers y beter!e.

r---A6----,50

prueba ft.: entre el borne de entrada de co'rriente v salida a motorprueba B: entre e( borne de entrada de co-rriente y rnasaFig. 5.37D Comprobecion del con-sumo de las bobines.



A = distancia del apoyo soporte al frentedel pinon en reposoB = distancia del apoyo soporte al frentedel pinon accionadoL Ilmitaclon de la carrera del pinonFig, 5,388 Cotas de reg/aje.

5,9,7 Pruebas finalesCon el motor nueva mente montado, y antes de someterlo a las pruebas defuncionamiento en el banco, comprobar que las cotas de reglaje del pinon 0mecanisme de arrastre esten de acuerdo con las indicadas por el fabricante paracada modelo en el cuadro de caractensticas del mismo (figs. 5.38A a 5.38C).

A = distancia del apoyo al frente del pinonen reposoB = distancia del apoyo al casquillo topeC = distancia del casquilio tope al frentedel pinon accionadoL Iirnltacion de la carrera del pinonFig. 5.38A Reglaje de posicion del pinon de arranque con respecto a la carcasa.

A = distancia del soporte al frente del pi-rion en reposoB = distancia del soporte al casquillo detopeFig. 5.38C Cotas de reglaje.

5.10 Montaje y prueba sobre vehiculoSituado el motor de arranque sobre su alojamiento del motor terrnico, com-probar que se encuentra perfecta mente montado en el mismo con sus tornillosapretados al par correspondiente, observando que no se encuentra en situacionforzada ni con elementos extranos entre el motor y la superficie de asiento a lacarcasa del motor terrnico.Establecer el conexionado del motor de arranque y comprobar el estadode carga de la baterla, sornetiendola a un regimen de carga, si precede.Una vez instalado el motor de arranque y con todos los servicios del vehlcu-10 desconectados, cerrar el interruptor de puesta en marcha comprobando queel arranque del motor terrnico se realiza correctamente, comprobando a su vezque, al desconectar el interrupter, se etectua el desengrane entre el pifion y lacorona.Si se observase alguna anomalla durante la prueba de funcionamiento,encender las luces largas del vehiculo y repetir la puesta en marcha, cornpro-bando en que grado afecta a la luminosidad de las luces. En este caso. cornpro-bar las caidas de tension en el circuito de allmentacion y en el interrupter dearranque.Para hacer esta comprobacion. desconectar el cable principal de alimenta-cion del motor, y con un voltimetro comprobar la caida de tensi6n entre el bornede alimentaci6n del contactor y masa, al accionar el interruptor de arranque, lacual debe ser inferior a 2 voltios.Comprobar la perfecta conexi on de los terminales del acumulador, ya quecualquier falso contacto ocasiona una caida de tension excesiva en el circuitoy, por tanto, acusado por el motor durante su funcionamiento. Para esta cornpro-bacion, accionar el motor durante unos segundos y observer Sl alguno de los

terminales de la bateria se calienta; en este caso. desmontar el terminal y lim-piar ambas superficies de contacto.S f el motor de arranque funciona correctamente y el motor terrnico no sepone en funcionamiento, comprobar el mismo, sobre todo la puesta a punto.

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5.10.1 Dieqnostico de averias sabre vehiculoA la vista del comportamiento del motor de arranque sobre su funciona-miento en el vehiculo se puede diagnosticar las siguientes averias en el mismoo sobre su circuito:1. 1 motor no Iuncione. La averia puede estar en la beterle, en el cit-cuito 0 en el propio motor.- Comprobar la carga del acumulador y la conexion de sus terminales.- Si las luces pierden intensidad, comprobar la caida de tension en elcircuito, como ya se ha indicado anteriorrnente.- Si el motor no funciona y no afecta para nada las luces, comprobar lacontinuidad en el circuito: en caso contra rio, el motor esta mal, debiendo des-montarse y ser comprobado en el banco.2. 1 motor funciona, pero no arranca. Esto indica que el pinon no en-grana con la corona, por estar defectuoso el mecanisme de arrastre 0 el motormal montado en su alojamiento del motor terrnico. Desmontar el motor y com-probar que el pinon se desplaza y que la rueda libre no patina.3. 1 motor gira lentamente, no produciendo el arranque. Indica que elacumulador esta bajo de carga 0 que existe una excesiva calda de tensi6n en

el circuito; en caso contrario. el motor de arranque esta malo el motor terrnicoagarrotado.4. 1 motor mueve perfectamente la corona, pero no arranca. Este de-fecto hay que localizarlo en el motor terrnico. comprobando la puesta a puntodel mismo.

CUESTIONARIO5.1 Explicar el principio de funcionamiento del motor de arranque.5.2 Describir los elementos que componen un motor de arranque.5.3 LC omo esta formado el conjunto inductor de un motor de arranque tetrapolar y como

pueden ir conexionadas sus bobinas inductoras?5.4 Formas de efectuar el acoplamiento del pinon con la corona del motor terrnico yen que se diferencian.5.5 LEn que consiste el engrane por inercia?

5.6 LEn que consiste el engrane por horquilla y como se realiza el mismo?5.7 LQue mision tiene la rueda libre y como funciona?5.8 LComo esta formado un rele de arranque y como funciona?5.9 LQue misiones cumple un rele de arranque incorporado al motor?5.10 LEn que se diferencia un motor convencional de otro con reductora?5.11 LEn que consiste el mecanismo de reduccion de velocidad en los motores con re-

ductora y como funciona?5.12 LC omo se calcula la potencia que necesita un motor de arranque en funcion delas caracteristicas del motor termico ?5.13 LEn que consiste la fuerza contraelectromotriz y que efectos produce sobre el mo-tor de arranque?

5.14 lC 6mo funciona un motor de arranque con inducido deslizante?5.15 l Que misi6n tiene el mecanismo de embrague en estos motores?5.16 Determinar la intensidad a la cual 5e consigue la potencia maxima de un motor

de arranque.~.17 LC6mo se determina el par maximo de un motor de arranque en el banco de pruebas 75.18 Cornprobacion y ensayos del motor en el banco de pruebas.5.19 Definir las curvas caracteristicas de un motor de arranque y como 5e determinan.5.20 L Que ocurre cuando hay excesivo chispeo en las escobillas?5.21 Diagnosticar donde puede estar la averia del motor, si la velocidad y consumo son

elevados.5.22 LC omo se comprueba el circuito inductor?5.23 Comprobaciones a realizar en el rotor 0 inducido.5.24 Pruebas a realizar en el rele de arranque.5.25 LComo se comprueba el mecanismo de rueda libre?5.26 LQue se entiende por cotas de reglaje en el pinon?5.27 Pruebas y diaqnostlco de averias del circuito de arranque en el vehiculo.

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EJERCICIOS1. Dibujar el circuito de conexionado exterior del motor de arranque, con rele incor-

porado, para efectuar las pruebas sobre banco.2. Dibujar el conexionado interne de un motor de arranque tetrapolar, con dos cir-

cuitos serie en paralelo y dos escobillas, cerrando el circuito a masa a traves de las escobillas.

3. Dibujar el conexionado interno de un motor de arranque hexapolar, con tres circui-tos serie en paralelo, seis escobillas, recibiendo corriente por inductoras.4. Dibujar el circuito interne de un rele de arranque, con doble arrollamiento.5. lCual sera la potencia minima que debera tener un motor de arranque, para mover

un motor Diesel (K = 8), con una cilindrada de 4800 em>, siendo la velocidad minima parael arranque de 150 r. p. m. y suponiendo un rendimiento en el motor electrico del 80 %?

6. Un motor de arranque con una resistencia interna, Rj = 0,02 n, funcionando a 12 V,produce un par maximo en el arranque de 1 000 r. p. m. de 0,8 kgf . m. Calcular la potenciamaxima del motor y la caida de tensi6n en el arranque.

7. Un motor de arranque, cuya potencia electrica absorbida es de 1 104 W a 12 V, pro-porciona un par de lanzamiento de 0,9 kgf . m a 800 r. p. m. Calcular:

1. La potencia consumida en el arranque.2. La caida de tensi6n en el arranque, siendo la resistencia interna 0,03 n.3. EI rendimiento electrico.8. Dibujar el circuito interno de un motor de arranque con inducido desplazable.9. Un motor de arranque, cuyo par maximo en el arranque es de 1,5 kgf . m a 1 200

r. p. rn.. se acopla al banco de pruebas con una rueda de 20 cm. Calcular la fuerza que hay queaplicar a la misma para frenar el motor y la potencia maxima desarrollada.

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Curso de Electric Id Ad Del Automovil - Estudio Del Motor de Arranque

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