Motor de arranque

El motor de arranque es el componente que utiliza la energía eléctrica almacenada en la batería para iniciar el movimiento del motor de combustión. Cuando el vehículo está detenido, los pistones, el cigüeñal y el sistema de distribución permanecen inmóviles. En esas condiciones todavía no existen ciclos de admisión, compresión, combustión y escape capaces de mantener el motor funcionando. Es necesario que un mecanismo externo produzca las primeras vueltas, y esa tarea corresponde al motor de arranque.

Este dispositivo trabaja como un motor eléctrico de gran potencia y uso breve. Recibe una corriente elevada desde la batería, la convierte en movimiento giratorio y transmite ese movimiento hacia el cigüeñal mediante un pequeño engranaje. Una vez que la combustión comienza y el motor térmico puede continuar girando por sus propios medios, el sistema de arranque debe desconectarse inmediatamente.

Aunque su funcionamiento dura solo algunos segundos, durante ese tiempo intervienen simultáneamente la batería, el interruptor de encendido, los módulos electrónicos, los relés, el solenoide, los cables de alta corriente, el motor eléctrico, el piñón de ataque y la corona del volante. Comprender la relación entre estas partes permite diferenciar una falta de energía eléctrica de un problema mecánico de engrane.

Función

La función principal del motor de arranque es hacer girar inicialmente el cigüeñal a una velocidad suficiente para que el motor de combustión pueda comenzar a funcionar. Al girar el cigüeñal, también se mueven los pistones, el árbol de levas y los demás componentes sincronizados con la distribución.

En un motor de gasolina, ese movimiento permite que entre aire o mezcla a los cilindros, que los pistones realicen la compresión y que las bujías produzcan la chispa en el momento correspondiente. En un motor diésel, permite comprimir el aire hasta alcanzar las condiciones necesarias para que el combustible inyectado pueda inflamarse. En ambos casos, el arranque eléctrico no mantiene funcionando al motor; únicamente crea las condiciones mecánicas iniciales.

Puede compararse con el impulso que se entrega a una rueda pesada antes de que continúe girando con su propia energía. Mientras la rueda está detenida, se necesita una fuerza externa para vencer su inercia. En el vehículo, esa fuerza inicial la proporciona el motor de arranque.

La resistencia que debe vencer no es pequeña. El arranque debe superar la compresión dentro de los cilindros, la fricción de cojinetes y segmentos, la resistencia del aceite y la inercia de numerosas piezas. Cuando la temperatura es baja, el aceite se vuelve más difícil de desplazar y la batería entrega menos corriente, por lo que el trabajo se vuelve todavía más exigente.

Secuencia

La secuencia comienza cuando el conductor gira la llave hasta la posición de arranque o presiona el botón correspondiente. Esa acción no suele enviar directamente toda la corriente al motor eléctrico. En primer lugar, activa un circuito de control que puede pasar por el interruptor de encendido, un relé, el módulo de control y los sistemas de autorización del vehículo.

Los automóviles modernos pueden exigir varias condiciones antes de permitir el arranque. La transmisión automática debe encontrarse normalmente en estacionamiento o neutro, mientras que en una transmisión manual puede ser necesario pisar el embrague. El inmovilizador también debe reconocer una llave válida. Estas condiciones forman parte del mando, pero el principio final es el mismo: una señal eléctrica llega al solenoide del motor de arranque.

Cuando el solenoide recibe esa señal, produce dos acciones relacionadas. Primero desplaza el piñón hasta engranarlo con la corona del volante. Después cierra los contactos principales que permiten el paso de la corriente elevada desde la batería hacia el motor eléctrico.

En algunos diseños ambas acciones se superponen durante una fracción de segundo, pero el objetivo es asegurar que el engranaje esté correctamente aproximado antes de aplicar toda la fuerza de giro. Una vez cerrados los contactos, el inducido comienza a girar y el piñón transmite ese movimiento hacia el motor de combustión.

Cuando el motor enciende, el conductor suelta la llave o el sistema electrónico finaliza automáticamente la orden de arranque. El solenoide deja de recibir alimentación, sus contactos principales se abren y un resorte retira el piñón de la corona.

Solenoide

El solenoide es un actuador electromagnético instalado normalmente sobre la carcasa del motor de arranque. En su interior contiene bobinas, un núcleo móvil, contactos eléctricos de alta capacidad y un mecanismo conectado a la horquilla de desplazamiento.

Cuando circula corriente por sus bobinas, se genera un campo magnético que atrae el núcleo móvil. Este movimiento lineal se transmite a la horquilla, y la horquilla empuja el conjunto del piñón hacia la corona del volante.

Al final del recorrido, el núcleo también acciona un puente conductor que une los contactos principales. Estos contactos deben soportar una corriente mucho mayor que la utilizada por el circuito de mando. La llave o el botón solo solicita el arranque; el solenoide actúa como un interruptor electromagnético capaz de conectar el grueso cable de batería con el motor eléctrico.

Es parecido a utilizar una pequeña palanca para controlar una compuerta mucho más grande. La corriente relativamente baja del mando activa el solenoide, y este permite que circule la elevada corriente requerida por el arranque.

Los contactos pueden desgastarse debido al arco eléctrico que aparece cada vez que abren o cierran el circuito. Si ofrecen demasiada resistencia, el solenoide puede desplazarse y producir un clic, pero el motor eléctrico no recibirá la energía necesaria.

Piñón

El piñón de ataque es un engranaje pequeño ubicado en el eje del motor de arranque. Durante el arranque se desplaza hasta engranar con la corona dentada del volante del motor o del plato flexible, según el tipo de transmisión.

La diferencia de tamaño entre el piñón y la corona produce una reducción de velocidad y un aumento del par disponible en el cigüeñal. Es similar al uso de un engranaje pequeño para mover uno mucho más grande: el engranaje pequeño debe girar varias vueltas, pero permite aplicar una fuerza considerable sobre el grande.

Esta relación resulta necesaria porque el motor eléctrico gira con rapidez, mientras que el cigüeñal necesita recibir un par elevado para vencer la compresión. El sistema aprovecha así la velocidad del arranque y la convierte en una fuerza útil para mover el motor térmico.

El engrane es temporal. El piñón no puede permanecer unido permanentemente a la corona porque, una vez iniciada la combustión, el motor térmico alcanza una velocidad muy superior a la que el motor de arranque está diseñado para soportar.

Los bordes de los dientes suelen tener formas que facilitan la entrada del piñón. Aun así, el engrane requiere una alineación correcta, una distancia adecuada y dientes en buen estado. Si el piñón golpea la corona sin entrar correctamente, pueden escucharse golpes secos o ruidos metálicos.

Engrane

El acoplamiento entre el piñón y la corona debe permitir una transmisión firme del movimiento, pero sin provocar esfuerzos anormales. Una separación excesiva puede impedir que los dientes entren con suficiente profundidad. Una separación insuficiente puede hacer que se aprieten entre sí y no giren libremente.

Cuando existe un engrane incorrecto, el sonido suele ser diferente al de una falta de corriente. En un problema eléctrico, puede escucharse un clic, una serie de clics o un giro lento. En un problema mecánico de engrane pueden aparecer golpes, raspados o sonidos metálicos producidos por el contacto inadecuado entre los dientes.

La corona también puede presentar desgaste concentrado en ciertas zonas. El motor de combustión tiende a detenerse repetidamente en posiciones similares debido a la compresión de los cilindros. Como consecuencia, el piñón puede encontrarse muchas veces con los mismos sectores de la corona y desgastarlos con mayor rapidez.

Instalar un motor de arranque nuevo sobre una corona gravemente dañada no elimina el problema. Los dientes deteriorados pueden dañar también el piñón nuevo. Por ello, el sistema debe considerarse como un conjunto mecánico y no como dos componentes independientes.

Los golpes también pueden aparecer si el conductor intenta accionar el arranque cuando el motor ya está funcionando. En ese momento, la corona gira a gran velocidad y el piñón intenta entrar contra dientes en movimiento, generando un impacto que puede deformarlos o romperlos.

Rueda libre

Entre el piñón y el eje existe normalmente una rueda libre, también llamada embrague unidireccional. Este mecanismo permite transmitir el movimiento desde el motor de arranque hacia la corona durante el encendido, pero evita que la corona impulse al motor eléctrico a una velocidad peligrosa cuando el motor térmico comienza a funcionar.

Durante el arranque, el eje impulsa la rueda libre, la rueda libre bloquea en el sentido de trabajo y el piñón transmite el par. Cuando la combustión hace que la corona gire más rápido que el piñón, el mecanismo libera el movimiento en el sentido contrario.

Puede compararse con la rueda trasera de una bicicleta. Al pedalear, la transmisión impulsa la rueda. Cuando la bicicleta avanza más rápido que los pedales, la rueda continúa girando sin obligar a que los pedales aceleren de la misma manera.

Sin esta protección, el motor térmico podría arrastrar el inducido del arranque a una velocidad extrema durante el breve momento anterior a que el piñón se retire. Las fuerzas centrífugas y el rozamiento podrían dañar el conmutador, las escobillas, los devanados y los rodamientos.

La rueda libre no reemplaza el desacople del piñón. Su función es proteger durante la transición. Después de que desaparece la orden de arranque, el resorte y la horquilla deben retirar completamente el piñón de la corona.

Inducido

El inducido es la parte giratoria del motor eléctrico. Está formado por un eje, un núcleo de láminas metálicas, devanados conductores y un conmutador. Cuando la corriente circula por sus devanados, se crean campos magnéticos que interactúan con el campo producido por los imanes permanentes o por las bobinas de campo de la carcasa.

La interacción entre esos campos genera una fuerza de giro conocida como par. Este par hace rotar el inducido y, mediante el eje y el piñón, termina moviendo el cigüeñal.

El inducido debe soportar corrientes elevadas y cambios rápidos de esfuerzo. Sus devanados están aislados entre sí y respecto del núcleo. Si el aislamiento se deteriora por exceso de temperatura, contaminación o desgaste, parte de la corriente puede circular por caminos no previstos y disminuir el rendimiento.

El eje se apoya en bujes o rodamientos que mantienen el inducido centrado. Una holgura excesiva puede permitir que roce internamente con otras partes. Ese rozamiento aumenta la resistencia mecánica y reduce la velocidad de giro, incluso cuando la alimentación eléctrica es correcta.

Algunos motores de arranque incorporan una reducción interna mediante engranajes. En ellos, el inducido gira a alta velocidad y un conjunto reductor disminuye esa velocidad para multiplicar el par que llega al piñón. Esta construcción permite utilizar motores eléctricos más compactos y ligeros.

Escobillas

Las escobillas son piezas conductoras, normalmente fabricadas con materiales a base de carbón, que permanecen en contacto con el conmutador. Su función es entregar corriente a los devanados del inducido mientras este gira.

El conmutador está formado por segmentos metálicos aislados entre sí. A medida que gira, las escobillas contactan sucesivamente esos segmentos y cambian la dirección de la corriente en los devanados correspondientes. Esta conmutación mantiene el par en el sentido necesario para que el inducido continúe girando.

La comparación más sencilla es imaginar un sistema que va conectando y desconectando distintos electroimanes en el momento preciso. El conmutador y las escobillas realizan esa distribución de forma mecánica mientras el eje gira.

Las escobillas se desgastan progresivamente por el rozamiento. Los resortes deben mantenerlas presionadas contra el conmutador para conservar un contacto estable. Si se acortan demasiado, se atascan o pierden presión, la corriente llega de manera irregular.

El conmutador también debe conservar una superficie adecuada. La suciedad, las quemaduras o una deformación pueden aumentar la resistencia y producir chispas excesivas. Como consecuencia, el motor pierde par y transforma una mayor parte de la energía eléctrica en calor.

Corriente

El motor de arranque es uno de los consumidores eléctricos más exigentes del vehículo. Dependiendo del motor, la temperatura y el diseño, puede requerir varios cientos de amperios durante los primeros giros.

Esta elevada demanda explica por qué utiliza cables gruesos y conexiones robustas. Un conductor delgado ofrecería demasiada resistencia, se calentaría y limitaría la energía disponible. La corriente debe recorrer el cable positivo desde la batería hasta el solenoide y el motor, para luego regresar por la carcasa, el bloque, la carrocería y el cable negativo.

Una batería puede alimentar luces, radio y módulos electrónicos, pero no disponer de la capacidad necesaria para mover correctamente el arranque. Esos consumidores utilizan una corriente mucho menor. Encender una lámpara no representa la misma exigencia que vencer la compresión del motor.

Por eso, observar que el tablero se ilumina no confirma que la batería se encuentre en buenas condiciones. Incluso una batería debilitada puede mantener activos pequeños consumidores y sufrir una caída brusca de tensión cuando se conecta el motor de arranque.

La capacidad de entregar corriente depende del estado de carga, la temperatura, la condición interna de las placas y la resistencia de las conexiones. La batería, los cables y el motor de arranque forman una cadena: una sola restricción puede reducir el funcionamiento de todo el sistema.

Voltaje

Medir el voltaje de la batería en reposo permite conocer de manera aproximada su estado de carga, pero no demuestra que pueda soportar la alta demanda del arranque. Una batería deteriorada puede mostrar cerca de 12,6 voltios sin carga y caer de forma excesiva apenas se intenta mover el motor.

Esto ocurre porque el multímetro consume una corriente mínima. Es como revisar la presión de un depósito con la salida cerrada. La lectura puede parecer normal, pero al abrir una válvula grande el suministro puede disminuir inmediatamente si el depósito está agotado o existe una obstrucción.

Durante el arranque, la medición debe observar cómo se comporta el voltaje bajo carga. Una caída importante indica que parte de la energía se pierde dentro de la batería, en los cables, en los contactos o en el propio motor eléctrico.

No debe interpretarse cualquier disminución como una avería, porque el voltaje siempre baja cuando circula una corriente elevada. Lo importante es comparar el comportamiento con las especificaciones del vehículo, la temperatura y las condiciones de la prueba.

También puede existir un voltaje correcto en los bornes de la batería y uno insuficiente en el terminal del arranque. Esa diferencia demuestra que la energía se está perdiendo durante el recorrido.

Conexiones

Los bornes, terminales, cables y puntos de masa deben ofrecer un camino de resistencia muy baja. La corrosión, la holgura, la contaminación o el deterioro interno de un cable dificultan el paso de corriente y provocan una caída de voltaje.

Una conexión puede aparentar estar unida y permitir el paso de una corriente pequeña, pero comportarse como una restricción cuando el arranque exige cientos de amperios. Por eso, una prueba de continuidad con el sistema apagado no siempre revela el problema.

Cuando existe resistencia en una conexión, parte de la energía eléctrica se convierte en calor. El terminal puede calentarse y el motor de arranque recibe menos voltaje. Como consecuencia, gira lentamente o no consigue moverse.

Las pérdidas pueden estar tanto en el lado positivo como en el retorno negativo. Un cable de masa flojo entre el motor y la carrocería puede producir el mismo efecto que un cable positivo deteriorado. La corriente necesita un circuito completo para circular.

Las pruebas de caída de voltaje se realizan mientras el arranque está trabajando porque permiten medir la energía perdida en cada tramo. De este modo puede distinguirse entre una batería incapaz de sostener la carga, una conexión resistiva y un consumo anormal del motor eléctrico.

Clic

Cuando se escucha un solo clic al girar la llave, significa frecuentemente que el solenoide intenta desplazarse. Sin embargo, ese sonido no confirma que el motor eléctrico haya recibido suficiente corriente ni que el piñón haya engranado correctamente.

El clic puede aparecer cuando la batería está descargada, cuando un borne está flojo, cuando existe corrosión en los cables o cuando los contactos principales del solenoide están desgastados. El circuito de mando puede disponer de energía suficiente para mover parcialmente el núcleo, pero no para accionar el motor.

Una serie rápida de clics suele producirse cuando el solenoide cierra los contactos, la tensión cae, el campo magnético se debilita y el contacto vuelve a abrirse. Al abrirse, la tensión se recupera y el ciclo comienza nuevamente. Este proceso se repite varias veces en pocos segundos.

La interpretación debe basarse en mediciones y no únicamente en el sonido. El solenoide, la batería, las masas y el motor eléctrico pueden producir comportamientos parecidos por causas distintas.

También es posible que el solenoide cierre correctamente y que el inducido no gire por un bloqueo mecánico, escobillas sin contacto o daño interno. El clic solo indica una parte de la secuencia.

Calor

El motor de arranque está diseñado para funcionar durante períodos breves. Su construcción permite producir un par elevado, pero no disipar de forma continua todo el calor generado por una corriente tan intensa.

Cuando el conductor mantiene la llave accionada durante demasiado tiempo, los devanados, las escobillas, el conmutador y los contactos del solenoide aumentan rápidamente de temperatura. La resistencia eléctrica también crece con el calor, por lo que el rendimiento disminuye mientras el esfuerzo continúa.

Los intentos prolongados pueden quemar el aislamiento, deformar el conmutador, debilitar resortes y dañar los contactos. El arranque no debe utilizarse como medio para mover el vehículo ni para hacer girar indefinidamente un motor que no enciende.

Después de un intento sin éxito, conviene permitir un período de enfriamiento de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Repetir intentos largos sin pausa acumula temperatura aunque cada uno parezca breve por separado.

La dificultad para encender debe resolverse investigando la causa. Continuar accionando el arranque no corrige la falta de combustible, una falla de encendido, una pérdida de compresión o un problema de sincronización.

Seguridad

Antes de trabajar en el motor de arranque debe desconectarse la alimentación eléctrica siguiendo el procedimiento indicado por el fabricante. El cable principal permanece conectado directamente a la batería y puede entregar una corriente capaz de fundir metal o provocar quemaduras.

En la mayoría de los vehículos se desconecta primero el borne negativo de la batería. Como la carrocería y el bloque están conectados a masa, esta medida reduce el riesgo de producir un cortocircuito accidental con una herramienta.

El vehículo también debe quedar correctamente inmovilizado. El motor puede girar inesperadamente si se activa el circuito de arranque, y las piezas móviles representan un riesgo para manos, ropa y herramientas.

No se debe puentear el solenoide ni alimentar directamente el motor sin comprender el circuito y sin aplicar procedimientos seguros. El vehículo podría arrancar con una marcha seleccionada o producir un arco eléctrico intenso.

Después de una reparación, debe verificarse la fijación del arranque, el estado de los cables y la separación correcta del engranaje. Un motor de arranque mal instalado puede desplazarse bajo carga y alterar el contacto entre el piñón y la corona.

El funcionamiento completo puede resumirse como una cadena coordinada. El conductor solicita el arranque, el circuito de control autoriza la operación, el solenoide desplaza el piñón, los contactos principales conectan la batería, el inducido gira, el engranaje mueve el cigüeñal y la combustión comienza. Después, la rueda libre protege al mecanismo y el solenoide retira el piñón.

La evaluación correcta requiere separar dos aspectos. Una falla eléctrica impide que llegue suficiente voltaje y corriente al motor, mientras que una falla mecánica impide que el movimiento se produzca o se transmita correctamente. Medir una batería en reposo, escuchar un clic o comprobar que el tablero enciende no basta para identificar el origen. El sistema debe demostrar que puede conducir una corriente elevada, conservar un voltaje adecuado y engranar sin golpes durante los pocos segundos en que convierte la energía eléctrica en el primer movimiento del motor.

Referencias