Una bobina vibratoria , bobina vibratoria o bobina vibratoria es un tipo de bobina de encendido de alto voltaje utilizada en el sistema de encendido de los primeros automóviles, en particular el Benz Patent-Motorwagen y el Ford Modelo T. [2] Su característica distintiva es un contacto vibratorio activado magnéticamente llamado temblor o interruptor , [3] [1] que interrumpe la corriente primaria, generando múltiples chispas durante la carrera de potencia de cada cilindro. Las bobinas vibratorias se utilizaron por primera vez en el automóvil Benz de 1886 y se utilizaron en el Modelo T hasta 1927. [4]
La bobina temblorosa era un dispositivo llamado Ruhmkorff o bobina de inducción , muy utilizado en el siglo XIX. [5] Combina dos dispositivos magnéticos en el mismo solenoide con núcleo de hierro . El primero es un transformador , utilizado para transformar electricidad de bajo voltaje en alto voltaje, adecuado para la bujía de un motor . Dos bobinas de alambre están enrolladas alrededor de un núcleo de hierro . El devanado primario transporta la corriente de bajo voltaje de la batería y el devanado secundario genera el alto voltaje para la bujía. Adjunto al extremo de la bobina hay un interruptor o vibrador , un interruptor operado magnéticamente , que interrumpe repetidamente la corriente primaria para crear cambios de flujo en el transformador necesarios para producir alto voltaje.
Los contactos del interruptor se encuentran en un brazo de hierro elástico que los mantiene cerrados. El brazo está montado cerca del núcleo de hierro. Cuando se aplica energía de la batería, la bobina actúa como un electroimán ; el campo magnético del núcleo tira del brazo de hierro elástico, abriendo los contactos del interruptor e interrumpiendo la corriente primaria. El campo magnético del núcleo se apaga, permitiendo que el brazo retroceda y cerrando los contactos nuevamente. Luego, la corriente primaria se enciende nuevamente y el campo magnético abre los contactos nuevamente. Este ciclo se repite muchas veces por segundo, mientras se aplica energía a la bobina. Un mecanismo similar se utiliza en el timbre eléctrico .
A medida que el circuito se abre cada vez, la energía almacenada en el campo magnético del solenoide se libera y por inducción electromagnética se produce un pulso de alto voltaje en el devanado de la bobina secundaria. Este voltaje es suficiente para encender una bujía ubicada en el cilindro del motor, encendiendo la mezcla de gasolina. [2]
La diferencia entre una bobina vibratoria y una bobina de encendido moderna es que en una bobina moderna la corriente primaria se interrumpe sólo una vez por el interruptor de contacto para cada ciclo del pistón, creando una única chispa que está sincronizada con precisión para encender el combustible en la velocidad correcta. punto del ciclo. En cambio, en la bobina vibratoria, el contacto del interruptor vibratorio interrumpe la corriente varias veces durante cada ciclo, creando múltiples pulsos de alto voltaje y múltiples chispas.
La bobina vibratoria funciona igualmente bien con electricidad de CA o CC . En el Modelo T, se usaba una batería para arrancar, pero una vez que el motor arrancaba, el suministro se cambiaba al magneto. El Modelo T era inusual porque estaba equipado con un alternador de CA (un magneto de imán permanente ) en lugar de una dinamo de CC . En aquellos primeros días, esto no se solucionaba y por eso la salida del alternador seguía siendo CA. [2] Esto era totalmente adecuado para operar el sistema de encendido y, después de 1915, para alimentar faros eléctricos, aunque no podía usarse para cargar la batería. [6]
La bobina vibratoria era una bobina de inducción , desarrollada durante la década de 1880 a partir de un dispositivo inventado por Charles Grafton Page e independientemente por Nicholas Callan en 1836. Se utilizó ampliamente a principios de siglo para producir alto voltaje para transmisores de radio de chispa . -máquinas de rayos , luces de arco y dispositivos médicos de electroterapia . Simplemente fue adoptado para su uso en automóviles.
Un dispositivo más sencillo, la bobina de baja tensión , ya se utilizaba para motores estacionarios y motores de gas de encendido por chispa . Se trataba de un inductor sencillo con núcleo de hierro , utilizado con una batería y un interruptor llamado disyuntor de contacto . Tenía un solo devanado y por lo tanto no era un transformador como la bobina temblorosa. Cuando el pistón estaba en el punto correcto, el disyuntor se abrió, cortando la corriente de la batería. La autoinducción debido al colapso del campo magnético generó un pulso de alto voltaje en la bobina, que se aplicó a la bujía . El inconveniente de la bobina de baja tensión era que el alto voltaje de encendido se generaba en el mismo circuito por el que fluía la corriente de bajo voltaje de la batería.
En el Ford Modelo T se utilizaron cuatro bobinas vibratorias, una para cada cilindro. Este fue un precursor del uso moderno de bobinas enchufables individuales, donde cada cilindro tiene su propia bobina, evitando así la necesidad de un distribuidor HT. [7] Estaban empaquetados juntos en una sola caja de madera, encapsulada con brea para mayor confiabilidad e impermeabilización. [6]
Para un funcionamiento correcto, cada cilindro debe dispararse por turno y en el momento adecuado. Ambas tareas eran realizadas por el 'temporizador' o distribuidor de bajo voltaje, un interruptor giratorio. [2] En un motor de cuatro tiempos , el temporizador funciona a la mitad de la velocidad del cigüeñal , al igual que el árbol de levas . El temporizador conmutó la corriente primaria a cada bobina por turno y también puso en marcha las bobinas en el momento adecuado del ciclo del cilindro. Como era común en los motores de esta época, el tiempo de encendido también se controlaba mediante un control manual de avance y retardo. Arrancar un motor frío podría requerir una manipulación diestra del control para arrancar el motor. Los motores modernos controlan esa sincronización aún más cuidadosamente; esto ahora es automático y no es obvio para el conductor.
Una diferencia significativa con respecto a los encendidos modernos está en la fuerza y la cantidad de chispas producidas. Un sistema moderno produce una gran chispa exactamente en el momento indicado. Los sistemas de bobina vibratoria no pueden producir una chispa de tan alta energía, pero sí producen un flujo continuo de chispas mientras el circuito del temporizador esté cerrado. Los primeros motores, como el Modelo T, funcionaban a bajas velocidades con cilindros grandes llenos de mezclas de bajo octanaje que quemaban débilmente . Ambos eran menos sensibles a la precisión del tiempo de ignición y sus mezclas también se beneficiaron de tener una fuente de ignición sostenida. [8]
El Modelo T también estaba disponible en versiones adaptadas para combustibles de queroseno o etanol . Para encender estas mezclas eran especialmente adecuadas las igniciones con vibración. Los temblores siguieron siendo populares para los motores de tractores de queroseno y TVO mucho después de que quedaran obsoletos para la gasolina.
Con el tiempo, el sistema de bobina vibratoria se consideró obsoleto y fue reemplazado, primero por el magneto de encendido y más tarde por el sistema de encendido por batería de Kettering , que utilizaba batería, bobina y disyuntor de contacto . Estos sistemas utilizaban una única bobina de encendido para el motor, suministrando la chispa a cada cilindro por turno. Se utilizó un dispositivo llamado distribuidor (anteriormente usado con magnetos) para cambiar la corriente de alto voltaje a cada enchufe por turno. El distribuidor de alto voltaje evolucionó a partir del temporizador y también era un interruptor giratorio accionado a la velocidad del árbol de levas. Los primeros distribuidores de alto voltaje también utilizaban un contacto de limpieza , pero como la corriente era de tan alto voltaje, daban problemas con la formación de arcos y la erosión de los contactos, lo que provocaba una mala conexión. Se descubrió que un distribuidor de chispa funcionaría igualmente bien a altos voltajes y sería menos susceptible a problemas de erosión. [9]
La amplia disponibilidad del Modelo T hizo que sus componentes estuvieran igualmente extendidos. Su bobina vibratoria, en particular, se convirtió en un componente popular para los aficionados a la electricidad y los aficionados al bricolaje, y fue uno de los primeros componentes eléctricos fabricados en fábrica que estuvo disponible en tales cantidades. Se utilizaron como bobinas impactantes, ya sea en el sentido pseudomédico o de broma. [10] Las bobinas Modelo T también se utilizaron para algunas de las primeras cercas eléctricas caseras para el control del ganado. También fueron populares entre los primeros radioaficionados por construir transmisores de chispa simples para la transmisión de código Morse, hasta que la introducción de los transmisores de onda continua los dejó obsoletos (y finalmente prohibidos por las agencias gubernamentales debido a sus transmisiones de banda ancha). Las bobinas del Modelo T siguieron siendo tan populares para uso fuera del automóvil que permanecieron en producción hasta la década de 1960, años después que el automóvil.
Un dispositivo similar es la fuente de alimentación del vibrador , que se utiliza para alimentar radios de válvulas electrónicas con baterías de bajo voltaje. La CC de bajo voltaje de la batería se corta mediante un circuito vibratorio y esta onda cuadrada pulsada se usa para accionar un transformador, proporcionando los 90 V aproximadamente requeridos por las válvulas . Como esta aplicación es más sensible a la frecuencia, los vibradores generalmente eran una unidad separada, con una lengüeta sintonizada en frecuencia más estable, aparte del transformador. Este transformador contaba con tomas de salida para el HT de 90V y también para los circuitos de red de 22V y calentador de 6V requeridos por válvulas. En muchos casos, el transformador era el mismo que se utilizaba para alimentar el aparato de radio desde la red doméstica , utilizando los mismos secundarios pero con un devanado primario adicional a tensión de red.