La combustión requiere tres elementos: combustible, aire y una fuente de ignición. Air es una obviedad, ya que está disponible prácticamente dondequiera que estén los conductores. Durante la mayor parte de la historia del automóvil, hemos dependido principalmente de alguna forma de petróleo refinado como combustible. Como la mayoría de los otros aspectos del transporte motorizado, el método de encender la mezcla de aire y combustible ha evolucionado con la tecnología.
Los motores de combustión interna en la gran mayoría de los vehículos durante los últimos 127 años han utilizado uno de los dos tipos básicos de encendido; chispa o compresión, siendo dominante la bujía. Independientemente de la fuente de ignición, si un motor tiene pistones o rotores y dos o cuatro tiempos, algunos principios básicos son comunes. El aire y el combustible ingresan a la cámara de combustión, se comprimen, se queman y luego se expulsan.
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Como aprendimos en la clase de química, si comprimimos una cantidad de un gas como el aire, la presión y la temperatura aumentan. Si lo comprime lo suficiente con combustible mezclado, el aumento de temperatura hará que el combustible se encienda por sí solo. Fue necesario que Rudolf Diesel pusiera a funcionar el encendido por compresión como el principio detrás del diseño de su motor homónimo. Los motores diésel utilizan relaciones de compresión altas que van desde 14 a 20:1 para calentar el aire antes de agregar combustible, lo que a su vez genera la explosión que empuja el pistón hacia abajo en la carrera de potencia.
Si bien los motores diesel de gran torque y bajo consumo de combustible han sido populares en Europa, el motor de encendido por chispa ha prevalecido en otros lugares. Usada por primera vez por tienne Lenoir en 1860, la humilde chispa todavía funciona de la misma manera más de 150 años después.
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Las bujías consisten en dos o más electrodos con un pequeño espacio entre el electrodo central y los del exterior. Las bujías están montadas en el cilindro con los electrodos sentados en la cámara de combustión. Se alimenta una ráfaga de electricidad de alto voltaje a través del electrodo central donde salta el espacio, provocando una chispa que enciende el combustible.
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En los primeros días, se usaban magnetos para proporcionar los pulsos de electricidad para la chispa porque no requerían una batería u otro sistema eléctrico. Si bien los magnetos todavía se usan en motores pequeños como cortadoras de césped e incluso aviones, eventualmente dieron paso a bobinas de encendido a medida que los automóviles obtuvieron baterías y generadores.
La bobina es esencialmente un tipo de transformador que genera un flujo electromagnético a medida que entra la electricidad. Una vez que se corta la fuente de bajo voltaje, el flujo colapsa y envía una ráfaga de corriente de alto voltaje. Inicialmente, este jugo se enviaba a la bujía correspondiente a través de un distribuidor con puntos de disyuntores que interrumpían el flujo y un rotor que conectaba con contactos al cable de la bujía correspondiente.
Estos sistemas mecánicos podían generar alrededor de 10 000 voltios en el enchufe, pero tenían una flexibilidad limitada para manejar las condiciones cambiantes de carga y velocidad.
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A mediados de la década de 1980, General Motors comenzó a reemplazar los distribuidores y las bobinas individuales con paquetes electrónicos de múltiples bobinas, cada una de las cuales alimentaba solo dos cilindros. Esto le dio a cada bobina más tiempo para construir la flexión y así crear un voltaje más alto, ahora hasta 100,000 voltios. La electrónica permitió una sincronización más precisa de la chispa para una máxima eficiencia de combustible, potencia y emisiones más limpias. Muchos motores hoy en día incluso han prescindido por completo de los cables de las bujías al montar una bobina de encendido directamente en la bujía para un control de tiempo y potencia óptimos.
Mirando hacia el futuro, las bujías y el encendido por compresión probablemente seguirán dominando durante algún tiempo, pero es posible que veamos una fusión de estos dos conceptos con el encendido por compresión de carga homogénea (HCCI). Los motores HCCI funcionan con gasolina en lugar de combustible diesel y pueden alternar entre los dos modos de encendido dependiendo de las condiciones de conducción. Los motores HCCI tienen el potencial de mejorar la eficiencia de los motores de gasolina a niveles cercanos al diésel sin las emisiones de NOx y hollín. Desafortunadamente, probablemente no veremos este próximo paso evolutivo en el camino hasta al menos finales de la década.
The Road Ahead es una serie continua de informes sobre dónde hemos estado, dónde estamos y hacia dónde nos dirigimos en lo que respecta a los automóviles, los deportes de motor y la cultura que lo rodea todo.
¿Cuál es la última tecnología utilizada para el sistema de encendido?
Esta nueva tecnología se denominó "Sistema de encendido Twin Spark". Pero para aumentar la eficiencia en otro grado, se introdujo un nuevo sistema muy mejorado denominado "Tecnología de triple chispa", que implica el uso de tres bujías en el mismo motor. Más detalles se explican a continuación.
¿Cómo funcionan los sistemas de encendido modernos?
A medida que el motor gira, la leva del eje del distribuidor gira hasta que el punto alto de la leva hace que los puntos de ruptura se separen repentinamente. Instantáneamente, cuando los puntos se abren (separan), el flujo de corriente se detiene a través de los devanados primarios de la bobina de encendido. Esto hace que el campo magnético colapse alrededor de la bobina.
¿Cuándo se inventó el sistema de encendido?
El primer sistema de encendido eléctrico o motor de arranque eléctrico para automóviles fue inventado por los ingenieros de General Motors (GM) Clyde Coleman y Charles Kettering. El encendido de arranque automático se instaló por primera vez en un Cadillac en febrero de 2009.
¿Cuál fue el primer tipo de sistema de encendido?
El sistema de encendido de punto de ruptura convencional es el tipo de sistema de encendido más antiguo y se ha utilizado desde los primeros días del automóvil, especialmente durante la década de 1970.