Una bobina vibradora , bobina vibratoria o bobina de vibración 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 tembloroso o interruptor , [3] [1] que interrumpe la corriente primaria, generando múltiples chispas durante la carrera de potencia de cada cilindro. Las bobinas vibradoras se utilizaron por primera vez en el automóvil Benz de 1886 y se utilizaron en el Modelo T hasta 1927. [4]
La bobina de vibración era un dispositivo llamado Ruhmkorff o bobina de inducción , ampliamente 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 la electricidad de bajo voltaje en un alto voltaje, adecuado para la bujía de un motor . Dos bobinas de alambre se enrollan 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. Unido 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 están 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, interrumpiendo la corriente primaria. El campo magnético del núcleo se apaga, lo que permite que el brazo se recupere, 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 .
Cada vez que se abre el circuito, 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 secundario de la bobina. Este voltaje es suficiente para encender una bujía ubicada en el cilindro del motor, lo que enciende la mezcla de gasolina. [2]
La diferencia entre una bobina de vibración y una bobina de encendido moderna es que en una bobina moderna la corriente primaria se interrumpe solo una vez por el interruptor de contacto por cada ciclo del pistón, lo que crea una única chispa que está sincronizada con precisión para encender el combustible en el punto correcto del ciclo. En la bobina de vibración, por el contrario, el interruptor de contacto vibratorio interrumpe la corriente varias veces durante cada ciclo, lo que crea múltiples pulsos de alto voltaje y múltiples chispas.
La bobina de vibración funciona igualmente bien con corriente alterna o continua . En el Modelo T, se utilizaba una batería para arrancar el motor, pero una vez que arrancaba el motor, la alimentación se conmutaba al magneto. El Modelo T era inusual porque estaba equipado con un alternador de corriente alterna (un magneto de imán permanente ) en lugar de un dinamo de corriente continua . En aquellos primeros días, esto no se rectificaba y, por lo tanto, la salida del alternador seguía siendo de corriente alterna. [2] Esto era totalmente adecuado para operar el sistema de encendido y, después de 1915, para alimentar los faros eléctricos, aunque no podía usarse para cargar la batería. [6]
La bobina de vibración era una bobina de inducción , desarrollada durante la década de 1880 a partir de un dispositivo inventado por Charles Grafton Page y de forma independiente por Nicholas Callan en 1836. Se utilizó ampliamente a principios del siglo para producir alto voltaje para transmisores de radio de chispa , máquinas de rayos X , luces de arco y dispositivos médicos de electroterapia . Simplemente se adoptó para su uso en automóviles.
Un dispositivo más simple, la bobina de baja tensión , ya se utilizaba en motores estacionarios y motores de gas de encendido por chispa . Se trataba de un inductor de núcleo de hierro simple , utilizado con una batería y un interruptor llamado disyuntor . Tenía un solo devanado y, por lo tanto, no era un transformador como la bobina de vibración. Cuando el pistón estaba en el punto correcto, el disyuntor se abría, interrumpiendo la corriente de la batería. La autoinducción debido al colapso del campo magnético generaba un pulso de alto voltaje en la bobina, que se aplicaba a la bujía . El inconveniente de la bobina de baja tensión era que el alto voltaje de encendido se generaba en el mismo circuito en el que fluía la corriente de bajo voltaje de la batería.
En el Ford Modelo T se utilizaron cuatro bobinas de vibración, una para cada cilindro. Esto fue un precursor del uso moderno de bobinas individuales enchufables, donde cada cilindro tiene su propia bobina, evitando así la necesidad de un distribuidor de alta tensión. [7] Se empaquetaban juntas en una sola caja de madera, encapsuladas con brea para mayor confiabilidad e impermeabilización. [6]
Para un correcto funcionamiento, cada cilindro debe encenderse por turno y en el momento adecuado. Ambas tareas las realizaba el «temporizador» o distribuidor de bajo voltaje, un interruptor giratorio. [2] En un motor de cuatro tiempos , el temporizador se acciona a la mitad de la velocidad del cigüeñal , como el árbol de levas . El temporizador conmutaba la corriente primaria a cada bobina por turno y también ponía en marcha las bobinas en el momento adecuado del ciclo del cilindro. Como era habitual 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 podía requerir una hábil manipulación del control para conseguir que el motor arrancara. Los motores modernos controlan dicho tiempo con aún más cuidado; ahora es automático y no es obvio para el conductor.
Una diferencia significativa con los sistemas de encendido modernos está en la fuerza y la cantidad de chispas producidas. Un sistema moderno produce una chispa grande exactamente en el momento indicado. Los sistemas de bobinas de vibración no pueden producir una chispa de tanta 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 combustión débil y bajo octanaje . Ambos eran menos sensibles a la precisión del tiempo de encendido y sus mezclas también se beneficiaban de tener una fuente de encendido sostenida. [8]
El Modelo T también estaba disponible en versiones preparadas para el uso de queroseno o etanol . Los sistemas de encendido por vibración eran especialmente adecuados para el encendido de estas mezclas. Los sistemas de encendido por vibración siguieron siendo populares para los motores de tractores a queroseno y TVO mucho después de que quedaran obsoletos para los motores de gasolina.
Con el tiempo, el sistema de bobina de vibración se consideró obsoleto y fue reemplazado, primero por el magneto de encendido y luego por el sistema de encendido de batería de Kettering , que utilizaba batería, bobina y disyuntor . Estos sistemas usaban una sola bobina de encendido para el motor, que suministraba la chispa a cada cilindro por turno. Se usaba un dispositivo llamado distribuidor (usado anteriormente con magnetos) para conmutar la corriente de alto voltaje a cada bujía por turno. El distribuidor de alto voltaje evolucionó a partir del temporizador y también era un interruptor giratorio impulsado a la velocidad del árbol de levas. Los primeros distribuidores de alto voltaje también usaban un contacto de limpieza , pero como la corriente era de un voltaje tan alto, estos daban problemas con el arco eléctrico y la erosión de los contactos, lo que provocaba una mala conexión. Se comprendió que un distribuidor de chispa de salto 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 se extendieran igualmente. Su bobina vibratoria en particular se convirtió en un componente popular para los aficionados a la electricidad y los aficionados a las reparaciones domésticas, y fue uno de los primeros componentes eléctricos fabricados en fábrica que estuvo disponible en tales cantidades. Se utilizaron como bobinas de descarga, ya sea en el sentido pseudomédico o de broma, [10] Las bobinas del Modelo T también se utilizaron para algunas de las primeras cercas eléctricas caseras para el control del ganado. También fueron populares entre los primeros operadores de radioaficionados para construir transmisores de chispa simples para la transmisión de código Morse, hasta que la introducción de transmisores de onda continua los volvió 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 no automotriz que continuaron en producción hasta la década de 1960, años después del propio automóvil.
Un dispositivo similar es la fuente de alimentación por vibrador , que se utiliza para alimentar radios de válvulas electrónicas a partir de baterías de bajo voltaje. La CC de bajo voltaje de la batería se corta mediante un circuito vibrador y esta onda cuadrada pulsada se utiliza para accionar un transformador, que proporciona los 90 V aproximadamente que requieren las válvulas . Como esta aplicación es más sensible a la frecuencia, los vibradores eran generalmente una unidad separada, con una lengüeta sintonizada en frecuencia más estable, aparte del transformador. Este transformador tenía tomas de salida para el HT de 90 V y también para la red de 22 V y los circuitos de calefacción de 6 V que requieren las válvulas. En muchos casos, el transformador era la misma unidad que se utilizaba para alimentar el equipo de radio desde la red eléctrica doméstica , utilizando los mismos secundarios pero con un devanado primario adicional a la tensión de la red.