Ignición por descarga inductiva

Los sistemas de encendido por descarga inductiva ^{[ 1 ]} se desarrollaron en el siglo XIX como un medio para encender la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión de los motores de combustión interna . Las primeras versiones fueron bobinas de baja tensión , luego magnetos de baja tensión y, posteriormente, de alta tensión , que se ofrecieron como una alternativa más eficaz a los encendedores de tubo caliente de diseño anterior que se habían utilizado anteriormente en los motores de tubo caliente . Con la llegada de los pequeños motores estacionarios y con el desarrollo del automóvil , los tractores y los camiones con motor , primero los sistemas de magneto y luego los de tipo distribuidor se utilizaron como parte de un sistema de encendido de motor eficiente y fiable en equipos motorizados disponibles comercialmente. Estos sistemas se utilizaron ampliamente en todos los automóviles y camiones hasta la década de 1960. Fabricantes como Ford, General Motors, Chrysler, Citroën, Mercedes, John Deere, International Harvester y muchos otros los incorporaron a sus productos. El sistema de descarga inductiva todavía se utiliza ampliamente en la actualidad.

El sistema de encendido por descarga inductiva funciona según las leyes del electromagnetismo descritas por la Ley de Inducción de Faraday, que establece que la inducción de fuerza electromotriz (fem) en cualquier circuito cerrado es igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito con respecto al tiempo . En otras palabras, la fem generada es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético. Dicho de forma más sencilla, se induce un campo eléctrico en cualquier sistema en el que un campo magnético varíe con el tiempo. El cambio puede ser en la dirección o la intensidad de la fuerza . Los efectos descritos por esta ley son aquellos mediante los cuales funcionan los generadores , motores , alternadores y transformadores . Hay dos conceptos principales de la Ley de Faraday que se aplican al diseño de los sistemas de encendido por descarga inductiva. Uno es que cuando un conductor y un campo magnético se mueven uno con respecto al otro, se induce una tensión y una corriente eléctrica en el conductor, también conocida como inducción electromagnética. El segundo es que la corriente que circula por un conductor induce un campo magnético alrededor del mismo.

Un magneto es uno de los dispositivos electromecánicos inventados para el encendido de motores de combustión interna de gasolina . En su forma más básica, un magneto consiste en un imán que se mueve junto a un cable, o a veces un cable se mueve junto a un imán. Al moverse uno con respecto al otro, los cambios en la dirección de la fuerza magnética inducen una corriente eléctrica en el cable. Generalmente, el cable (llamado cable primario) es muy largo y está enrollado alrededor de un núcleo magnético de hierro que canaliza el campo magnético a través del bucle. A medida que fluye la corriente, los bucles del cable desarrollan su propio campo magnético, cuya formación requiere cierta cantidad de energía. El campo magnético es un tipo de energía potencial . Normalmente, existe algún dispositivo que abre y cierra el circuito, llamado interruptor de contacto , platinos o encendedor . Cuando los platinos o el encendedor se abren, la corriente deja de fluir y el campo magnético colapsa. La energía almacenada en el campo magnético se libera en forma de un aumento del voltaje eléctrico en el cable. Este voltaje salta a través del espacio del encendedor o de una bujía ubicada en la cámara de combustión e inflama la mezcla de aire y combustible para que realice trabajo .

Algunos magnetos cuentan con una segunda bobina de alambre junto a la primera, denominada bobina secundaria. Esta bobina suele ser mucho más larga que la primaria, gracias a un mayor número de vueltas alrededor del núcleo magnético. Al generarse el campo magnético, este induce una corriente también en la bobina secundaria. Cuando el interruptor de contacto abre el circuito, el campo magnético colapsa, provocando un alto voltaje eléctrico en ambas bobinas. Sin embargo, debido al mayor número de vueltas de la bobina secundaria, el voltaje es mucho mayor, lo que genera una chispa más potente en el encendedor o la bujía, garantizando así un encendido más seguro.

Debido a su fiabilidad, los magnetos se utilizan como sistemas de encendido en aeronaves . También se emplean en maquinaria que no dispone de alimentación eléctrica o batería independientes . Asimismo, se utilizan en coches de carreras de aceleración, ya que ofrecen una ventaja en cuanto a peso respecto a los sistemas que utilizan distribuidor y batería.

Con el desarrollo de la tecnología de encendido, los ingenieros se dieron cuenta de que se podía diseñar un sistema de encendido funcional que prescindiera por completo de los imanes. Al aplicar una corriente a un bucle de alambre primario enrollado alrededor de un núcleo magnético de hierro, se generaba un campo magnético en dicho bucle sin necesidad de imanes. Este campo magnético inducía una corriente en un bucle secundario adyacente, más largo. Al abrir el circuito en el bucle primario, el campo magnético resultante inducía un voltaje en el bucle secundario. Este alto voltaje era transportado o distribuido por un distribuidor a cada una de las múltiples bujías del motor de gasolina de un automóvil o camión.

La versión más conocida de este tipo de sistema fue inventada por Charles F. Kettering alrededor de 1909 y era conocida por algunos como el sistema de encendido Delco . Posteriormente, las solicitudes de patente presentadas ante la Oficina de Patentes de los Estados Unidos hacen referencia al " sistema de encendido Kettering ". Este tipo de sistema de encendido se utilizó con gran éxito durante muchas décadas en automóviles, camiones, cortadoras de césped , tractores, motosierras y otra maquinaria a gasolina, hasta el desarrollo de los sistemas de encendido por descarga capacitiva .

• https://patents.google.com/patent/US1037491 Charles F. Kettering 15 de septiembre de 1909/3 de septiembre de 1912 "Aparato de ignición para motores de explosión" sin condensador, sin platinos, bobinas separadas
• https://patents.google.com/patent/US1037492 Charles F. Kettering 2 de noviembre de 1910/3 de septiembre de 1912 Distribuidor "Sistema de encendido" con condensador 46 (no platinos)
• https://patents.google.com/patent/US1223180 Charles F. Kettering 11 de agosto de 1911/17 de abril de 1917 "Sistema de encendido" con platinos, sin condensador, interruptor de encendido para evitar que se agote la batería.
• https://patents.google.com/patent/US3327165 John A. Hawthorne, en 1964/1967, comentó sobre el sistema de encendido Kettering: «Los intentos prácticos por mejorar o reemplazar este sistema han fracasado, y prácticamente no ha sufrido cambios a lo largo de los años. Sin embargo, la tendencia actual hacia motores de automóviles de mayor rendimiento amenaza con dejar obsoleto este sistema, que ha demostrado su eficacia. La principal limitación del sistema Kettering, en su aplicación habitual, es la incapacidad de generar niveles adecuados de energía en la chispa de la bujía sin sacrificar la vida útil de los platinos o de la bobina del transformador. La ineficiencia inherente del sistema es particularmente evidente a altas velocidades del motor».