Читать книгу Mantenimiento de sistemas auxiliares del motor de ciclo otto. TMVG0409 - José Carlos Rodríguez Melchor - Страница 5
Оглавление| Capítulo 1 Sistemas de encendido |
1. Introducción
El sistema de encendido está formado por piezas o componentes que se encargan de inflamar la mezcla gasolina y aire que se encuentra en el interior de una cámara de combustión. En concreto, se estudiarán los sistemas de encendido de los motores de combustión interna, que siguen un ciclo termodinámico de Otto o ‘motor de gasolina’.
Los sistemas de encendido actuales están controlados por unidades de control electrónicas (UCE), las cuales calculan el momento idóneo del encendido de forma muy precisa, consiguiendo en los motores altos niveles de potencia, rendimiento y fiabilidad.
En este capítulo se describirán los componentes principales de los sistemas de encendido, comenzando por los componentes y sistemas de encendido más básicos, hasta llegar a los más sofisticados. Para terminar, se incluyen las principales comprobaciones de algunos componentes que se pueden practicar, diagnóstico de sistemas de encendido, y dos aplicaciones prácticas de sustitución de piezas.
Una vez concluido el estudio de este capítulo, será capaz de conocer y distinguir los componentes del sistema de encendido, diferenciar los distintos tipos, saber cómo funcionan y realizar las comprobaciones para diagnosticar averías del sistema de encendido.
2. Bujías de encendido, tipos y características
La bujía es un componente eléctrico o pieza del sistema de encendido. Su función es la de inflamar una mezcla de gasolina y aire que se encuentra en el interior de una cámara de combustión de un motor, dicha inflamación se produce por el arco eléctrico (chispa) que salta entre dos electrodos que tiene la bujía.
Vista exterior de una bujía
| Definición |
Cámara de combustión
Espacio comprendido entre la parte superior del pistón cuando éste se encuentra en el punto muerto superior (P.M.S) y la culata o tapa de cilindros.
Inflamación
Acción o efecto de encender la mezcla que arde con facilidad, desprendiendo llamas inmediatamente.
Motor de combustión interna
Es una máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. Su nombre se debe, a que dicha combustión se produce dentro de la máquina en sí misma. También se conoce como motor de explosión.
Gracias a la inflamación de la mezcla gasolina y aire, la energía química de esta se transforma en energía mecánica; de esta manera, se pone en marcha un motor y este puede traspasar el movimiento a través de un sistema de transmisión mecánica hasta las ruedas de un vehículo, bien sea, un automóvil, motocicleta, tren, etc.
La combustión es la reacción química que da lugar a la liberación de energía contenida en los combustibles.
El motor de combustión interna que se está estudiando es el que sigue un ciclo termodinámico de Otto y que utiliza como combustible gasolina. La gasolina es necesario mezclarla con aire para que se produzca la inflamaciónde la mezcla gasolina-aire. La inflamación de la mezcla se produce casi ins tantemente al saltar la chispa, por lo que se puede decir que se trata de una explosión. Dentro de la cámara de combustión, la mezcla gasolina-aire debe estar en un estado ‘gaseoso’, es un estado parecido a un aerosol, y cuanto mejor es la homogeneidad de la mezcla mayor será el aprovechamiento de la energía del combustible.
| Definición |
Combustible
Material que se emplea para producir energía en forma de calor, como por ejemplo, la gasolina.
Culata
La culata, tapa de cilindros, cabeza del motor o tapa del bloque de cilindros es la parte superior de un motor de combustión interna que permite el cierre de las cámaras de combustión.
| Recuerde |
Para producir la inflamación de la gasolina se necesita ‘aire y chispa’.
Las bujías van montadas en la culata del motor mediante un sistema de roscado, su montaje puede formar una disposición en línea o en V, según el tipo de motor: motores en línea o en V, principalmente (llamados motores alternativos). Existen en el mercado motores rotativos que no utilizan pistones (motor Wankel).
Lugar de montaje de la bujía de encendido
2.1. Partes de una bujía
En una bujía se distinguen las siguientes partes:
Partes de una bujía
La tuerca de conexión eléctrica (1) es el terminal de la bujía, el cual, se conecta al cable de bujías. Hay bujías que no utilizan la tuerca de conexión para conectarse a la bujía, sino que utilizan la propia rosca donde se enrosca la tuerca de conexión. Por tanto, si existiera, habría que desmontar la tuerca de conexión antes de conectarla con el cable de bujías.
El vástago de encendido (2) es el elemento central de la bujía que conduce la corriente desde el terminal de conexión del cable de bujías hasta el electrodo central y se conecta con el vidrio fundido (6) que es conductor eléctrico. Este vidrio fundido tiene la función de unir las piezas y forma una barrera estanca al paso de los gases de ‘escape’.
El cuerpo (4) fija la bujía a la culata, teniendo una parte en forma hexagonal para poder utilizar una ‘llave de bujías’. Existen dos tamaños estándar de llaves de bujías para el automóvil, uno para ‘bujías estrechas’ y otro para ?bujías anchas’. Esta rosca es por donde se conecta eléctricamente a masa el elec trodo llamado ‘de masa’, que normalmente es el polo negativo de la batería.
El electrodo de masa (12) está unido al cuerpo, que hace contacto eléctrico a través de la rosca de la bujía.
El aislador (3) es un elemento que aísla eléctricamente el electrodo central (11) y el vástago (2) del cuerpo de la bujía (4), evitando que la corriente eléctrica siga un camino no deseado.
La junta angular (5) imperdible asegura una buena estanqueidad de la cámara de combustión, siendo también posible juntas de unión de tipo cónico. Esta junta angular imperdible es como una arandela, la cual no debe quitarse si existiese.
Entre los electrodos (11) y (12) salta el arco eléctrico o chispa que comenzará el proceso de combustión de la mezcla de gasolina y aire, estos electrodos al estar en la cámara de combustión están sometidos a temperaturas y presiones muy elevadas y tienen un alto desgaste. Parte del aislador (3) también está en la cámara de combustión, por lo que puede verse afectado por las condiciones de presión y temperatura.
Tiene dos conexiones eléctricas, una conexión formada por la unión de los terminales de la bujía y del cable de bujía, generalmente, este es el polo positivo; y otra conexión formada por la rosca de la bujía a la culata, que generalmente es el polo negativo o masa. Es muy importante que las conexiones eléctricas estén en perfecto estado, es decir, que no estén flojas ni exista suciedad en ellas. Si las bujías no están bien apretadas a la culata, no harán una buena conexión eléctrica y además se corre el riesgo de que alguna salga disparada a gran velocidad provocando graves daños personales o materiales.
| Consejo |
Las conexiones tienen que estar limpias y ser fuertes. Se recomienda comprobarlas y limpiarlas, si fuera necesario.
Si alguna bujía estuviera floja, lo primero que se debería hacer es advertirlo a las personas que estén alrededor, procurar que se alejen, incluido usted, y parar el motor inmediatamente. Cuando una bujía está floja, se puede observar un movimiento oscilatorio, en el que la bujía describe una circunferencia, ya que está descentrada respecto a un eje de giro longitudinal a la bujía. Este movimiento es muy parecido al efecto óptico ‘mágico’ que se consigue al coger un bolígrafo con los dedos pulgar e índice sin apretar, colocarlo horizontalmente y mover la mano de arriba abajo repetidamente, puede verse como el bolígrafo parece que se deforma.
2.2. Etapas o secuencia de la combustión de la mezcla
El proceso de combustión de la gasolina debe realizarse en una secuencia adecuada, con unas condiciones físicas determinadas para obtener el mayor rendimiento energético y potencia mecánica posible, este proceso se simplifica en cuatro etapas:
1. Salto de la chispa.
2. Inicio de la combustión.
3. Proceso de combustión.
4. Fin de la combustión.
Estas cuatro etapas se estudiarán más adelante por separado.
Cuando se dice que el proceso de combustión tenga el mayor rendimiento energético significa que el proceso debe ser capaz de liberar la máxima energía posible de la mezcla gasolina-aire que existe en la cámara de combustión y que toda esa energía liberada se transforme en energía mecánica minimizando las pérdidas. Lo ideal, sería que toda la energía química contenida en la mezcla se transformase en energía mecánica (movimiento) -podríamos decir que el motor tiene un rendimiento del 100%-; pero se sabe que esto no es posible, siempre existen pérdidas energéticas en forma de calor (pérdidas por conducción, convección, radiación, rozamiento entre elementos mecánicos móviles).
El proceso de combustión, no solo pretende que el rendimiento energético sea lo mayor posible, sino obtener la mayor potencia, es decir, que se pueda realizar un trabajo lo más rápidamente posible. En general, cuanto mayor potencia tiene un automóvil, más rápido alcanzará la velocidad de 100 km/h, pero tendrá un rendimiento menor.
| Sabía que... |
Normalmente, más potencia mecánica en un motor significa más consumo de combustible.
Existen vehículos automóviles con motores de diferentes potencias y con diferentes consumos de combustible, en general, cuanto mayor es la potencia de los motores menor es el rendimiento energético. Esto se debe principalmente a que estos motores tienen mayor cilindrada y están diseñados para desarrollar más potencia, bien porque tengan mayor número de cilindros, los cilindros tengan mayor volumen, etc.
| Ejemplo |
Para dejar claro potencia y rendimiento se compararán dos atletas: un atleta que corra los 100 m lisos y otro que corra los 10000 m lisos. ¿Cuál de los dos atletas tendrá mayor potencia y cuál mayor rendimiento energético?
Se sabe que el atleta que corre los 100 m tiene una constitución física mucho más musculada, que le garantiza más potencia y en menos de 10 segundos consigue recorrer los 100 m; pero si tuviera que competir contra el atleta preparado para los 10000 m, seguramente perdería y además, habría gastado mucha más energía, ya que no solo ha tenido que mover más masa muscular, sino que su cuerpo no estaba entrenado para ello.
Por tanto, tiene más potencia el que corre los 100 m y mayor rendimiento energético el que corre los 10000 m.
Salto de chispa
El arco eléctrico o chispa salta entre los electrodos de la bujía. Esto se produce gracias a que la mezcla gasolina-aire es conductora de la electricidad cuando la sometemos a tensiones eléctricas elevadas, del orden de miles de voltios, que pueden llegar hasta 34000 V. El número de chispas por segundo en automóviles de 4 cilindros comerciales suele estar comprendido entre 7 y 50, dependiendo de las revoluciones del motor.
Esta chispa debe saltar en el momento óptimo, que será cuando la cámara de combustión se encuentre casi al final del proceso de compresión, es decir, un poco antes de que el pistón llegue al punto muerto superior (PMS), así, se conseguirá en la cámara de combustión unas condiciones de presión y temperatura de la mezcla que favorezcan su inflamación. El momento óptimo depende de variables constructivas del motor y de otras condiciones, que principalmente son:
Revoluciones por minuto (rpm).
Temperatura del motor.
Características físico-químicas del combustible.
Es muy importante tener entre los electrodos de la bujía una tensión eléctrica elevada, porque sino la chispa no será capaz de saltar entre los electrodos de la bujía o será muy débil y no se conseguirá inflamar la mezcla adecuadamente.
| Sabía que... |
Toda la materia es conductora de la electricidad, incluido el aire cuando se somete a tensiones elevadas, de ahí, que los rayos de las tormentas puedan atravesar el aire y llegar a la tierra.
Inicio de la combustión
Es el momento en el cual la energía liberada por la chispa que salta entre los dos electrodos de la bujía inicia el proceso de combustión de la mezcla gasolina-aire. Primero, se inflama la mezcla más próxima a la chispa y seguidamente hay un proceso muy rápido de combustión. Es importante que el inicio de la combustión se produzca en el momento óptimo y sea provocado por la chispa; de no ser así, habría pérdida de potencia y rendimiento del motor.
En ocasiones, la inflamación de la mezcla gasolina-aire puede provocarse por otros factores e incluso sin necesidad de chispa, se pueden diferenciar dos fenómenos indeseables que pueden aparecer en la cámara de combustión: el autoencendido y la detonación.
| Sabía que... |
Aunque pongamos la llave de contacto y arranque del motor en posición de ‘desconexión’, el motor puede seguir en marcha durante un corto periodo de tiempo debido al autoencendido.
Autoencendido. Es la explosión de la mezcla gasolina-aire antes de lo debido, como consecuencia de una ‘partícula’ excesivamente caliente dentro de la cámara de combustión, bien sea, en la culata del motor, válvulas, bujías, depósitos de carbonilla, etc. El autoencendido provoca un aumento excesivo de la temperatura y presión, que pueden superar las de diseño del motor y provocar graves daños en algunas piezas, como las bielas y sus casquillos, pistones (incluso provocar su perforación), bujías, etc. Puede ocurrir, que tras el autoencendido se inicie un proceso de detonación.
Detonación. Es una inflamación espontánea y muy brusca de la mezcla gasolina-aire, que se produce inmediatamente después de iniciarse la inflamación normal de la mezcla, es decir, aparecen en la cámara de combustión dos puntos de inicio de la combustión, el primero provocado por la chispa de la bujía y el segundo por la detonación del combustible en otra parte de la cámara de combustión. Al haber dos puntos de inicio de la combustión, esta se completa mucho antes que en condiciones normales. Puede ocurrir, que tras una detonación continuada se produzca un proceso de autoencendido.
Los factores principales que pueden provocar el autoencendido son:
Temperatura excesiva en la cámara de combustión.
Presión excesiva en la cámara de combustión.
Densidad incorrecta de la mezcla en la cámara de combustión.
Índice de octano de la gasolina bajo.
| Recuerde |
En autoencendido y la detonación son fenómenos indeseables, que pueden provocar daños importantes en el motor.
Proceso de combustión
La mezcla gasolina-aire libera energía, transformándose en energía mecánica en el motor al desplazar el pistón. La energía química contenida en la mezcla gasolina-aire se transforma en calor, aumentando la presión en la cámara de combustión. Esta presión empuja el pistón, transformando la energía en trabajo mecánico.
Fin de la combustión
La mezcla gasolina-aire libera toda su energía química y se forman los humos de escape, compuestos por partículas sólidas, hidrocarburos, monóxido y dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, oxígeno y otros gases, que deben ser expulsados fuera de la cámara de combustión.
Secuencia normal de la combustión de la mezcla
Secuencia del fenómeno de autoencendido
Secuencia del fenómeno de detonación o picado
2.3. Grado térmico de las bujías
El llamado grado térmico de las bujías permite clasificarlas en dos tipos: bujías de bajo grado térmico (bujías caliente) y de alto grado térmico (bujías frías). Es una forma de facilitar información sobre la resistencia térmica de una bujía. En general, cuanto mayor es el grado térmico, mayor será la resistencia térmica y, por tanto, peor se refrigerará.
Para que una bujía de un motor funcione correctamente dentro de la cámara de combustión, debe tener una temperatura que esté comprendida aproximadamente entre 450 ºC y 850 ºC. De esta forma, se evita la formación de depósitos de aceite y carbonilla en la bujía, favoreciéndose la autolimpieza de la bujía. Si la temperatura es inferior a 450 ºC se favorece la formación de depósitos; y si es superior a 850 ºC los electrodos de las bujías pueden llegar a fundirse y quedarse unidos.
| Recuerde |
Las bujías deben tener un grado térmico adecuado y específico para cada motor.
Pérdidas de calor a través de la bujía
Bujía caliente, bajo grado térmico
Bujía fría, alto grado térmico
2.4. Tipos de electrodos y distancias
Las bujías también pueden clasificarse según la configuración de sus electrodos o forma de saltar la chispa, bien sea, chispa aérea o deslizante.
La distancia de separación de los electrodos de la bujía depende del fabricante, marca, modelo, referencia… Por tanto, para saber la separación correcta, habrá que consultar las tablas que publican los fabricantes. Como medida orientativa, los electrodos deben estar separados 0,7 mm y se utilizará para su medición una galga de 0,7 mm de grosor.
Distancia entre electrodos
Juego de galgas
El juego de galgas de la imagen, tiene 12 hojas o láminas con grosores desde 0,05 a 1 mm y cada una de las galgas está numerada con su grosor.
Existen juegos de galgas especiales para bujías, que incluyen un curvador para poder separar los electrodos.
Trayectos de la chispa entre los electrodos
La chispa puede saltar directamente entre los electrodos, o bien, deslizarse por el aislador hasta el electrodo, denominándose en este caso chispa deslizante, que es una tecnología para mejorar la inflamación de la mezcla gasolina-aire.
Asiento de la bujía
| Sabía que... |
Existen bujías con más de dos electrodos de masa para prolongar la duración de las bujías y el electrodo central con una ranura en forma de V.
3. El avance del encendido
Para conseguir que el proceso de combustión de la mezcla gasolina-aire sea óptima, es necesario determinar el mejor momento en el que se debe iniciar la chispa en la bujía y, por tanto, cuándo se produce el encendido de la mezcla gasolina-aire. La combustión de la mezcla necesita un tiempo desde que empieza hasta que termina, si la chispa salta demasiado pronto o demasiado tarde, no conseguiremos sacar la máxima potencia y un buen rendimiento del motor. Por este motivo, es necesario avanzar el momento de producirse la chispa, de aquí viene el nombre de avance del encendido.
Evolución del movimiento del pistón
La chispa debe saltar entre los electrodos de la bujía antes de que el pistón llegue al PMS, y conseguir que se comience a liberar la energía de la gasolina justo en el momento en el que el pistón comienza su carrera hacia el PMI, es decir, cuando el pistón comienza su carrera desde el PMS a PMI la mezcla debe empezar a liberar toda su energía y no antes.
Si se adelanta el momento de saltar la chispa en exceso, habrá una fuerza en contra del pistón que se mueve hacia arriba, por lo que se opondría a que subiera y se perdería potencia en el motor.
Si se atrasa el momento de saltar la chispa en exceso, el pistón hará un recorrido desde PMS al PMI en el cual recibirá poca energía de la mezcla y perdería potencia, es decir, una gran parte de la energía de la mezcla no impulsaría el pistón.
| Recuerde |
El tiempo que tarda en inflamarse la mezcla aire-gasolina depende de muchos factores, como la temperatura, presión, proporción de la mezcla, etc.
Un parámetro o variable determinante para saber cuánto se debe adelantar el encendido es ver las revoluciones por minuto del motor (rpm), ya que cuanto mayor son las rpm más rápido se mueve el pistón y, por tanto, habrá que adelantar el encendido.
Los sistemas de avance pueden ser mecánicos, eléctricos, electroneumáticos, etc. Los mecánicos más empleados son los centrífugos y por vacío.
Avance centrífugo: es un sistema mecánico que varía el punto de encendido en función del número de rpm del motor.
Avance por vacío: es un sistema que varía el punto de encendido en función de la ‘carga del motor’, principalmente midiendo la presión en interior del conducto de admisión de aire del motor.
También se combinan sistemas centrífugos con sistemas por vacío, de esta manera se tienen en cuenta no solo las rpm, sino la presión en interior del conducto de admisión de aire del motor.
Actualmente, el sistema de avance de los vehículos combina sensores y actuadores, controlados por unidades de control electrónica muy sofisticadas, las cuales, a partir de múltiples parámetros o variables, modifican el avance del encendido. La mayoría de los sistemas actuales de encendido son sistemas de encendido integral.
| Recuerde |
El encendido de la mezcla debe producirse un ‘poco antes’ de que llegue el pistón al punto muerto superior (PMS), esto es lo que se conoce como avance del encendido.
4. El porcentaje Dwell y el ángulo de cierre
Para entender el concepto de Dwell y ángulo de cierre, se verá un sistema electromecánico sencillo. El sistema está formado por dos componentes básicos, que son una leva y un ruptor. Los platinos tienen unos contactos eléctricos móviles, que se pueden abrir y cerrar según la posición en la que se encuentre la leva. En las dos figuras siguientes se aprecia cómo la leva ha cambiado de posición porque ha girado y ha conseguido abrir los contactos del ruptor. La leva gira solidaria con el motor y según el número de sus revoluciones.
Partes móviles de un sistema de encendido mecánico por ruptor, con los contactos cerrados (Fig. A) y abiertos (Fig. B)
| Recuerde |
Los contactos eléctricos del platino forman parte de un circuito eléctrico, que se abren y se cierran gracias al giro de la leva.
La función del ruptor o platinos es abrir y cerrar el circuito eléctrico primario de un sistema de encendido y poder provocar la chispa en la bujía. Este sistema con ruptor es cada vez más difícil encontrarlo en los motores, habiéndose sustituido por sistemas más fiables y duraderos, que evitan los desgastes por rozamiento y arcos eléctricos entre los contactos del ruptor.
El Dwell es la relación entre el ángulo de cierre y el ángulo disponible, normalmente se expresa en tanto por ciento (%). Se trata de un porcentaje del tiempo, en el cual, un circuito permanece cerrado respecto al tiempo total, siendo el tiempo total el de cierre más el tiempo de apertura (sería un ciclo).
Ángulo de cierre: es el ángulo durante el cual el circuito eléctrico permanece cerrado.
Ángulo de apertura: es el ángulo durante el cual el circuito eléctrico permanece abierto.
Ángulo disponible: es la suma de los ángulos de cierre y de apertura, es el ángulo que tenemos durante el ciclo de apertura y cierre consecutivos.
Si llamamos a:
αc: ángulo de cierre.
αa: ángulo de apertura.
β: ángulo disponible.
El Dwell expresado en tanto por ciento es:
Ángulos de cierre, apertura y disponible, de un motor de 4 cilindros, con sistema de encendido mecánico
En las figuras anteriores, se ven tres intervalos, el A-B, B-C y A-C y tres ángulos: 40º, 50º y 90º. El ángulo de cierre es de 50º, ya que durante todo el intervalo B-C los contactos del ruptor estarán cerrados. El ángulo de apertura sería de 40º, ya que durante todo el intervalo A-B los contactos del ruptor estarán abiertos. Como el sistema compuesto por los platinos y la leva tiene simetría, el punto C se volvería a convertir en el A y los contactos del ruptor comenzarían a abrirse, por tanto, el intervalo A-C sería un ciclo (90º) y la leva, cuando diera una vuelta completa, serían 4 ciclos, es decir, los contactos se abrirán y cerrarán 4 veces por cada vuelta completa de la leva y habría completado un ángulo de 360º.
Si calculamos con estos datos el Dwell, quedaría:
αc: ángulo de cierre = 50º; lo obtenemos de la figura anterior.
β: ángulo disponible = 90º; lo obtenemos de dividir el numero de bujías entre el numero de lados de la leva, y si no existe leva, entre el número de cilindros. En este caso β = 360º/4 = 90º
Se ha obtenido un 55,55%, lo cual significa que los contactos del platino, están cerrados durante un 55,55% del tiempo del ciclo A-C.
| Recuerde |
El Dwell es un porcentaje del tiempo, durante el cual permanece cerrado un circuito, respecto del tiempo total.
La separación de los contactos del ruptor se puede regular mediante el uso de herramientas, una separación excesiva, es decir, ángulo de cierre pequeño favorece el encendido en bajas revoluciones y una separación pequeña, es decir, ángulo de cierre grande, favorecería el encendido a altas revoluciones. La separación de los contactos, la marca, el fabricante del motor…, pero si no se tienen datos, la separación será de 0,40 mm aproximadamente. Dicha separación se regulará con los contactos del ruptor totalmente abiertos, es decir, el ruptor tendrá que tocar con la ‘esquina de la leva’. Para la regulación se suele usar la galga de 0,40 mm.
El concepto de Dwell se puede aplicar a cualquier circuito eléctrico, siendo importante su valor en circuitos eléctricos en los que la apertura y cierre dependan de las revoluciones del motor, como por ejemplo, la apertura de inyectores de combustible, circuito de encendido, etc.
| Aplicación práctica |
Tiene un sistema de encendido de un motor de 6 cilindros en línea, cuyo ángulo de cierre vale 40º, es decir, αc = 40º y necesita calcular los grados que tendrá el ángulo de apertura y el valor del Dwell, ¿cómo lo haría?
SOLUCIÓN
Si el motor tiene 6 cilindros, quiere decir que el ángulo disponible, es la sexta parte de 360º, que es el ángulo de un giro completo de la leva, se debe tener en cuenta, que ahora la leva tiene una forma hexagonal (6 lados), por tanto el ángulo de apertura se calcula:
Luego, el ángulo de apertura vale 60º.
Ahora se calculará el Dwell, sabiendo que: Dwell(%) = se obtiene: αc x 100 ; al sustiruir los valores,β
Por tanto, el Dwell vale 66,66%.
5. Valores de tensión e intensidad en los circuitos primario y secundario
Los circuitos primarios y secundarios de encendido están sometidos a diferentes tensiones eléctricas, siendo importante conseguir tensiones elevadas para conseguir iniciar la chispa en las bujías. A continuación, se estudiarán los dos circuitos de una forma simplificada, para conocer cómo se transforma la corriente eléctrica de baja en alta tensión y con qué valores de tensión e intensidad trabajan estos circuitos.
En la figura, podemos ver un esquema eléctrico de un sistema de encendido básico, que consta de un circuito primario y un circuito secundario.
Esquema eléctrico de los circuitos primario y secundario de un sistema de encendido convencional con ruptor o platinos
El circuito primario está formado por los componentes conectados a los terminales (a, b, c, d y e) y que están conectados a la batería mediante los terminales (b y e). Si la batería es de 12 V, este circuito estará sometido a una tensión eléctrica nominal de 12 V entre los terminales (b y e), además, se puede decir que este circuito es de baja tensión. El terminal (e) sería el que está conectado a la masa del vehículo (polo negativo), al igual que el terminal (h), pero este formaría parte del circuito secundario. La intensidad l 1 suele ser de unos 4 amperios, ya que la resistencia del circuito primario habitualmentetiene una resistencia ‘baja’, que suele ser de unos 3 Ω (ohmios).
| Sabía que... |
La tensión de 12 V es una tensión segura para las personas, incluso en ambientes húmedos.
El circuito secundario está formado por los componentes conectados a los terminales (d, f, g y h) y está sometido a tensiones superiores a los 1500 voltios (alta tensión), incluso a más de 15000 V, por tanto, es un circuito de alta tensión. La intensidad que circula por el secundario es muy baja, del orden de 0,0032 amperios, es decir, 3,2 mA (miliamperios), esto es debido a que se está limitado a la potencia máxima del primario, que son aproximadamente 12 V x 4 A = 48 W (Vatios) y los componentes como cables, rotor o bobina del secundario, tienen resistencias eléctricas elevadas.
| Sabía que... |
Las tensiones eléctricas superiores a 50 V pueden ser peligrosas para las personas, imagine entonces el efecto de 15000 V.
La bobina de encendido transforma la tensión eléctrica de 12 V a tensiones del orden de 15000 V, esto es debido al fenómeno de inducción magnética de la bobina del primario sobre la bobina del secundario, se trata de un fenómeno electromagnético a distancia.
Aunque en la figura anterior las dos bobinas están representadas por separado, estas se alojan en una única pieza denominada comúnmente ‘bobina de encendido’, pero en realidad, es un autotransformador eléctrico.
Bobina de encendido de 12 V
6. Oscilogramas más relevantes
En la figura se han colocado un amperímetro y dos voltímetros para medir la intensidad y tensiones que tiene un circuito de encendido convencional. Hay que tener en cuenta, que para medir la tensión eléctrica en el circuito secundario se hace de forma indirecta, es decir, midiendo el campo electromagnético que genera el cable de alta tensión de las bujías, ya que son tensiones muy elevadas-del orden de 15 kV-y los aparatos de medición no están preparados para soportar directamente estas tensiones.
Circuito eléctrico primario y secundario de un sistema de encendido mecánico
Oscilogramas del circuito de encendido
tc: tiempo de cierre (t1-t0)
ta: tiempo de apertura (t2-t1)
tx: tiempo de duración de la chispa efectiva
ty: tiempo de duración de la chispa no efectiva. Extinción de chispa
En la figura se observan tres oscilogramas del sistema de encendido. En ellos se representa cómo varían la intensidad y la tensión eléctrica en función del tiempo de tres unidades eléctricas diferentes, que son:
Intensidad por el primario.
Tensión eléctrica en el primario de la bobina (parte de baja tensión).
Tensión eléctrica en el secundario de la bobina (parte de alta tensión).
Se puede observar, que los oscilogramas están sincronizados respecto al tiempo (eje horizontal), es decir, puede verse en el mismo instante de tiempo qué está sucediendo con las tres unidades eléctricas.
Oscilogramas del circuito primario
En el oscilograma se observan variaciones de la tensión que coinciden con el momento de apertura y cierre del interruptor accionado por leva (ruptor o platinos), salto de chispa, etc. A continuación, se analizará cada zona del oscilograma:
a. Instante en que se abren los contactos del interruptor, sucede en el tiempo (t1).
a-b. Subida rápida de tensión eléctrica en el primario, debido a la apertura del interruptor y a fenómenos de inducción electromagnética entre las bobinas del primario y secundario.
b. Tensión máxima o pico, debe ser alcanzada justo al abrir el interruptor (t1).
b-c. Disminución de la tensión eléctrica debido a la pérdida progresiva de energía electromagnética. Es el tiempo de duración de la chispa efectiva.
c-d. Amortiguación de la onda de la energía en forma de calor al extinguirse la chispa hasta estabilizarse con la tensión eléctrica de la batería.
e. Cierre de los contactos del interruptor y fin del periodo de la onda(t2).
Oscilogramas del circuito secundario
En el oscilograma se observan variaciones de la tensión que coinciden con el momento de apertura y cierre del interruptor, salto de chispa, etc. A continuación, se analizará cada zona del oscilograma:
a. Instante en que se abren los contactos del interruptor, sucede en el tiempo (t1).
a-b. Subida rápida de tensión eléctrica en el secundario, debido a la transformación de la tensión eléctrica de baja tensión a alta tensión consecuencia de la bobina de encendido.
b. Tensión máxima o pico, debe ser elevada para que pueda saltar la chispa en la bujía, (del orden de 15 kilovoltios).
c-d. Tensión eléctrica necesaria para mantener la chispa.
d-e. Caída de tensión progresiva (amortiguación de la onda) hasta tener una tensión eléctrica de valor 0 voltios. Aunque se puede producir chispa en la bujía, esta es de mala calidad.
e. Cierre de los contactos del ruptor, tensión inducida en el secundario. Fin del periodo de la onda (t2).
7. Sistemas de encendido: mecánico, e lectrónico y electrónico integral, distribución estática de alta tensión
A continuación, se verán los principales tipos de sistemas de encendido y su funcionamiento, que son:
Sistema de encendido mecánico.
Sistema de encendido electrónico.
Sistema de encendido integral.
Sistema de encendido DIS.
Se empezará por el sistema más sencillo, que servirá de base para comprender el funcionamiento de los siguientes sistemas, aunque hay que saber, que el sistema de encendido mecánico solo existe en vehículos antiguos, ya que los modelos actuales montan sistemas de encendido integrales con encendido DIS o bobinas de encendido independientes.
7.1. Sistema de encendido mecánico
En la siguiente figura se representa un sistema de encendido mecánico para un motor de 4 cilindros.
Componentes de un sistema de encendido mecánico
En dicho caso, el orden de encendido sigue una secuencia 1-3-4-2, es decir, la chispa producida en la bujías sigue un orden, primero en el cilindro nº 1 y finalmente en el cilindro nº 4. A esta secuencia que se repite se le denomina orden de encendido.
Circuito eléctrico de un sistema de encendido mecánico
En el esquema anterior se observan una serie de componentes que cabe definir como la batería, que es un generador y acumulador de energía eléctrica.
El interruptor de contacto abre y cierra el circuito primario, conecta el (30) con el (15).
La bobina de encendido es un componente eléctrico que transforma la tensión eléctrica. En general, en el automóvil la transforma de 12 V a tensiones del orden de 15000 V, esto es debido al proceso de inducción magnética de la bobina del primario sobre la bobina del secundario, se trata de un fenómeno electromagnético a distancia.
Bobina de encendido de 12 V
Aunque realmente dispone de dos bobinas, una bobina del primario y otra del secundario, por abuso del lenguaje se le suele llamar bobina de encendido, pero realmente es un autotransformador eléctrico, ya que una de las puntas de cada bobina están conectadas entre sí. La bobina se calienta debido a la circulación de la corriente eléctrica (efecto Joule), por tanto, es necesario que disipen el calor, para ello, las bobinas suelen tener elementos de refrigeración exteriores en forma de aletas para refrigerarse por el aire de su alrededor. El interior de la bobina tiene una resina conductora del calor al exterior.
| Sabía que... |
Las bobinas ‘antiguas’ se refrigeraban por el aceite que tenían en su interior.
Los cables de bujías son cables eléctricos para conducir la energía eléctrica de alta tensión hasta las bujías.
En la figura siguiente se puede observa que están formados por varias capas, normalmente, por un revestimiento aislante exterior resistente a altas temperatura, aceites, humedad, resistencia a vibraciones, etc. y un conductor en el interior que suele ser de fibra de vidrio o celulosa impregnado en carbón. Los cables disponen de terminales en sus extremos para conectarse por presión a la bujía, distribuidor y bobina, también incluyen un ‘capuchón’ para realizar la conexión más estanca al agua, polvo… y asegurar un mejor aislamiento eléctrico y/o térmico.
Es importante que el aislamiento exterior esté en buen estado, ya que sino podría haber derivaciones de corriente y no llegaría a la bujía.
Los cables de bujías pueden interferir en señales eléctricas de sensores, por lo que incorporan ‘barreras antiparásitas’.
| Sabía que... |
Se puede formar ozono alrededor de los cables de alta tensión si el aislamiento de los cables está deteriorado y este podría dañar el revestimiento exterior.
Los cables de bujías deben ser específicos para cada vehículo, siendo importante respetar su longitud. Es muy conveniente instalarlos en paralelo, sin entrelazarlos entre sí, es decir, no formando ‘manojos’ de cables, con el fin de evitar fenómenos de autoinducción eléctrica entre ellos.
Cable de bujías, capas
Por su parte, el distribuidor es el encargado de distribuir, de llevar la corriente eléctrica a las bujías de forma secuencial y cíclicamente. Está formado principalmente por la tapa, el rotor o pipa, el ruptor (platinos), leva y condensador. El distribuidor está sincronizado mecánicamente con el movimiento del árbol de levas del motor, y por tanto, también lo está con los pistones del motor. De esta forma, la chispa que salta entre los electrodos de la bujía se producirá en el momento preciso y en la bujía que corresponda.
Distribuidor del sistema de encendido mecánico
Vista exterior e interior de la tapa del distribuidor
Vista interior de la tapa del distribuidor
En el terminal central de la tapa del distribuidor está el carboncillo que hace contacto eléctrico con el rotor o pipa.
Existen varios modelos de tapas de distribuidor, que se diferencian por la orientación de los terminales, tipos (machos o hembras), así como el sistema de sujeción que puede ser con tornillos o mediante grapas de presión. Se sebe asegurar una buena conexión eléctrica entre los cables de alta tensión y los terminales de la tapa, siendo necesario comprobar que sus terminales no estén oxidados o deteriorados, así como la aparición de pequeñas rayas en el interior de la tapa que sigue un camino hacia los terminales, signo de que la tapa tiene un problema de aislamiento eléctrico.
El ruptor o platinos es un interruptor accionado por la leva del distribuidor, que abre y cierra el circuito primario de encendido. Tiene dos contactos, uno fijo y otro móvil, el móvil puede ser regulado para aumentar o disminuir el Dwell y, por tanto, el avance del encendido. Los contactos como norma general quedan regulados para una separación de los contactos de 0,40 mm y se regulan con una galga. La regulación se hace con el ruptor montado en el distribuidor y debe hacerse en la posición del ruptor en la máxima apertura. Para ello, se va girando la leva hasta que se observa que los contactos se han separado al máximo y después se ajusta la separación de los contactos, ayudado de un destornillador plano y la galga. Para girar la leva del distribuidor se debe girar el cigüeñal del motor.
Dos giros completos del volante del motor corresponden a un giro completo de la leva (360º).
Ruptor o platinos
La leva es la parte del distribuidor que acciona el ruptor, tiene forma poligonal y simétrica, pudiendo ser cuadrada o hexagonal, en función del número de cilindros del motor. Su superficie es muy pulida y debe ir engrasada, pero no en exceso, ya que pueden ensuciarse los contactos del ruptor.
Asimismo, el condensador es un componente eléctrico que almacena y cede energía después que se ha cargado electrostáticamente con energía eléctrica. Su capacidad se mide en faradios o microfaradios al ser el valor de la capacidad pequeña. Su misión principal es alargar la vida útil de los contactos eléctricos del ruptor, ya que cuando los contactos del ruptor se abren, aparece entre los contactos una tensión muy elevada que provoca que salte una chispa entre ellos, esta chispa acabaría por perforarlos (picarlos) y harían un mal contacto eléctrico, que perjudicaría a la calidad de la chispa en las bujías. Se recomienda cambiar el condensador cada vez que se cambie el ruptor (platinos). Aunque se puede comprobar su correcto funcionamiento, debido a su bajo precio e importancia, se recomienda siempre cambiarlo ante cualquier duda.
Vista exterior de un condensador
En la figura se ve un condensador con un orificio para la sujeción al cuerpo del distribuidor mediante un tornillo y un terminal faston macho para la conexión eléctrica. Es importante que el condensador esté bien apretado al cuerpo del distribuidor, ya que el tornillo de sujeción y la lengüeta con el orificio de sujeción del condensador es la conexión del polo negativo del condensador.
Pipa o rotor es una pieza que posee un conductor eléctrico móvil en forma de lámina, y con dos terminales, uno en la parte central y otro en un extremo. Sirve para distribuir la corriente eléctrica de alta tensión entre el terminal central de la tapa del distribuidor y los terminales exteriores, mediante un movimiento rotativo y sincronizado con el eje del distribuidor. El terminal central del rotor está en contacto con el terminal central del distribuidor a través de una pieza de carbón (‘carboncillo’), la cual, posee un muelle que ejerce presión entre los terminales de la tapa y el rotor para que haya un buen contacto eléctrico.
El rotor está anclado por presión a la parte superior del eje del distribuidor. El conductor eléctrico móvil está alojado en el cuerpo del rotor, que es de material aislante para que no pueda circular la corriente hacia el eje del distribuidor, el cuerpo del rotor suele estar hecho de una resina artificial. El contacto del extremo no roza con los terminales eléctricos de la tapa del distribuidor, no existiendo desgaste por rozamiento, pero sí se desgasta debido al salto de la chispa entre el terminal exterior del rotor y el terminal de la tapa del distribuidor. La lámina conductora de los rotores tiene una pequeña resistencia, que tiene la función de atenuar las interferencias electromagnéticas producidas por la chispa.
Pipa o rotor
7.2. Sistemas de encendido electrónico
Es un sistema de encendido que no tiene componentes eléctricos accionados mecánicamente por partes móviles del motor. Se puede decir, que es un avance tecnológico respecto al sistema de encendido mecánico. Si en el sistema de encendido mecánico, el ruptor es el componente accionado mecánicamente por la leva, este sistema se diferencia principalmente porque no tendrá ruptor.
Existen dos sistemas de encendido electrónico fundamentales, uno que utiliza un generador de impulsos por inducción electromagnética y otro que utiliza un generador de impulsos de efecto Hall. El generador de impulsos haría la función de abrir y cerrar el circuito primario, al igual que lo hace el ruptor en el sistema de encendido mecánico.
El generador de impulsos, está instalado en el interior del distribuidor. Los impulsos que genera, que no son más que señales eléctricas, son enviadas a una unidad de control electrónica, donde después de ‘interpretar’ las señales convenientemente, se determina el ángulo de cierre y el avance del encendido. Cuando se dice señales eléctricas, se está hablando de valores muy pequeños de unidades eléctricas como la tensión, intensidad, etc.
Los generadores trabajan con señales eléctricas, los cables que transportan estas señales deben ser coaxiales o apantallados, así se evitan interferencias electromagnéticas de otros componentes eléctricos, como podrían ser un motor de arranque, componentes de alta tensión del sistema de encendido, etc.
| Recuerde |
El motor de arranque y otros componentes eléctricos puede distorsiona las señales eléctricas de algunos componentes eléctricos, como por ejemplo el generador de impulsos del sistema de encendido.
Componentes de un sistema de encendido con generador de impulsos de efecto Hall
Se pueden observar las diferencias respecto al encendido convencional, como por ejemplo, que se ha introducido una unidad electrónica de control de encendido, un generador de impulsos de efecto Hall, y un tambor.
Distribuidor de encendido con generador de impulsos de efecto Hall
Generador de impulsos de efecto Hall, de un motor de 4 cilindros
La pantalla está unida al eje del distribuidor, dispone de tantas pantallas como cilindros tiene el motor. El imán permanente crea un campo magnético que al ser ‘cortado’ por la pantalla giratoria (2), produce una distorsión del campo magnético que llega al generador de efecto Hall. Así, entre los terminales del sensor se genera una tensión eléctrica, cuya forma de onda es rectangular y que es ‘interpretada’ por la UCE. A unas determinadas revoluciones fijas, las señales eléctricas tienen el mismo periodo.
Cuando se coloca la pantalla en el entrehierro, el campo magnético afecta al generador de efecto Hall y se genera una tensión, al colocarse el hueco deja de generar tensión eléctrica. La longitud de la pantalla determina el ángulo de cierre, por lo tanto, es un valor constante e igual para todos los cilindros del motor.
Generador de impulsos inductivo de un motor de 4 cilindros
En la figura anterior puede observarse que este sistema utiliza una unidad de control electrónica (UEC) que recibe ‘señales eléctricas’ del sensor Hall y las amplifica para poder enviar una tensión eléctrica a la bobina, al los terminales nº 15 y nº 1.
La unidad electrónica de control electrónica (UCE) está conectada al polo negativo de la batería (31) y al circuito de contacto (15), es decir, hasta que no se ‘pone el contacto’, la UCE no recibe tensión de la batería. Hay tres conductores eléctricos que conectan la UCE con el sensor Hall y dos que conecta la UCE con la bobina de encendido a los terminales nº 15 y nº 1.
Si el sistema empleara un generador inductivo, se diferenciaría porque solo tiene dos terminales de conexión y es un pequeño generador monofásico de corriente alterna.
7.3. Sistemas de encendido integral
Estos sistemas están controlados por una unidad de control electrónica (UCE), la cual integra el control del sistema de encendido además de otros sistemas, como puede ser el sistema de inyección de combustible.
La UCE se encarga de determinar el momento preciso de encendido, avance del encendido, etc., tras recibir las señales eléctricas de varios sensores.
Básicamente, se trata de ir eliminando cualquier sistema mecánico debido a su falta de prestaciones y desventajas.
UCE. Simplificación de componentes conectados
La UCE recibe ‘información’ de los sensores, toma ‘decisiones’, calcula en función de su programación y envía señales a los actuadores e indicadores. Es importante saber que este sistema permite el diagnóstico de averías a través del conector de diagnosis, ya que ciertas averías quedan memorizadas en la UCE. Las averías pueden consultase con una ‘maquina de autodiagnosis’, las cuales ofrecen una ayuda valiosa en la búsqueda de averías en los sistemas o el motor.
Algunos de los sensores utilizados envían señales a la UCE que no solo sirven para una única función, sino que puede ser una señal empleada para múltiples sistemas, por ejemplo, un sensor de revoluciones del motor puede emplease para dar indicaciones en el cuadro de instrumentos, para calcular cuándo producir la chispa en la bujía o calcular el avance del encendido, pero todo generalmente a través de una UCE. De esta forma, se reducen los sensores necesarios de los sistemas, compartiéndose algunos sensores del sistema de inyección, sistema de encendido, sistema de frenos ABS, instrumentación, etc.
Gracias a los avances en la electrónica, los vehículos automóviles tienen todos sus sistemas controlados electrónicamente por una UCE, la cual, con un microcontrolador es capaz de realizar las funciones y operaciones de cálculo necesarias para el control de todos los sistemas, inyección, encendido, etc.
Se puede decir que actualmente los sistemas que se instalan en los automóviles son sistemas integrales.
Un ejemplo de sistema de encendido integral, es el sistema de encendido DIS o de ‘chispa perdida’, que se verá en el tema siguiente.
7.4. Distribución estática de la alta tensión
Los sistemas de distribución de la corriente de encendido estático, emplean como distribuidor una pieza ‘estática’, que no posee movimiento giratorio, como es el caso del distribuidor del sistema de encendido mecánico.
Básicamente, se trata de ir eliminando cualquier sistema mecánico debido a su falta de prestaciones y desventajas, por lo que, serán dos componentes eléctricos y/o electrónicos los que se encarguen ahora de sustituir a dos piezas del distribuidor mecánico, que son:
Un sensor de r.p.m. del motor, que sustituye al ruptor o generador de impulsos del distribuidor.
Un sensor de presión que mide la presión absoluta del aire que está dentro del conducto de admisión de aire del motor y que sustituye a la ‘válvula neumática de avance’ del distribuidor mecánico.
Los sistemas de distribución emplean una o varias bobinas de encendido por cilindro controladas por las UCE. Un sistema de encendido estático muy empleado es el sistema de encendido DIS, abreviatura en ingles de ‘Direct Ignition System’, también llamado sistema de encendido sin distribuidor ?Distributorless Ignition System’. Se diferencia del sistema de encendido tradicional en ‘suprimir’ el distribuidor con rotor. Con este sistema, se evitan desgastes de piezas por rozamiento por no tener elementos mecánicos móviles.
| Sabía que... |
La tendencia en sistemas de encendido es utilizar una bobina por cilindro e incluso que la bobina y la bujía sean una única pieza.
Existen tres tipos fundamentales de encendido estático:
Encendido DIS de simple bobina.
Encendido DIS de doble bobina.
Encendido con bobina independiente.
A continuación, se verá cada uno de ellos.
Encendido DIS de simple bobina
En la figura se ve una bobina de encendido DIS simple para un par de bujías. Un motor con 4 cilindros deberá tener dos bobinas simples, una por cada par de bujías.
Bobina simple de un sistema de encendido “DIS”
Salto de chispa de encendido “DIS”, con dos bobinas simples
En la figura se observa cómo se produce la chispa simultáneamente en las bujías de los cilindros 1 y 4, una de las chispas se produce en el proceso de compresión y la otra en la de escape.
Bobina simple de un sistema de encendido “DIS”
En la figura, la bobina está conectada directamente a la UCE, siendo esta la que controla cuando debe saltar la chispa en la bujías. La bobina de encendido DIS simple tiene 2 terminales de conexión, por el terminal nº 1 tiene una alimentación normalmente positiva de 12 V y por el terminal nº 2 la negativa, la cual se alternan siguiendo el orden de encendido.
El sistema DIS simple hace saltar dos chispas simultáneamente en las bujías, si se observa la bobina del secundario (3), se ve que el circuito secundario se cierra por las bujías de los cilindros nº 1 y nº 4, siendo una de ellas ‘perdida’ ya que se produce en el momento del escape de los gases de combustión. De aquí, que también se pueda llamar al sistema de encendido DIS, sistema de encendido de ‘chispa perdida’.
| Recuerde |
En el sistema de encendido DIS se producen dos chispas simultáneas en un par de bujías, una coincide con el ‘fin de la compresión’ del motor y otra con el escape de los gases de combustión.
Encendido DIS de doble bobina
En la figura se ve una bobina de encendido DIS doble para un motor de 4 cilindros.
Bobina doble de un sistema de encendido “DIS” de un motor de 4 cilindros
Salto de chispa de encendido “DIS”, de un motor de 4 cilindros, con bobina simple
Bobina simple de un sistema de encendido “DIS”, doble bobina
En la figura se observa como la bobina está conectada directamente a la UCE, siendo esta la que controla cuándo debe saltar la chispa en las bujías. La bobina de encendido DIS con ‘doble bobina’ tiene 3 terminales de conexión como mínimo, por el terminal central nº 2 tiene una alimentación normalmente positiva de 12 V a través de la UCE y por los terminales 1 y 3 la negativa, las cuales se alternan siguiendo el orden de encendido.
Al igual que el sistema DIS simple, el sistema DIS con doble bobina, hace saltar dos chispas simultáneamente en las bujías, siendo similares en cuanto a funcionamiento, pero en este caso, se duplican los circuitos eléctricos.
Encendido con bobina independiente
Este sistema utiliza una única bobina por cada bujía, normalmente instalada próxima a la bujía. Lo habitual son bobinas que se conectan directamente a las bujías, sin necesidad de cables de alta tensión exteriores, como era el caso de los sistemas de encendidos mecánicos o DIS. De esta manera se minimizan las pérdidas de energía en conductores.
Bobina independiente de un sistema de encendido
Bobinas independientes de un sistema de encendido en una sola pieza
Este sistema dispone de una bobina por cilindro y cada una de ellas está controlada independientemente por la UCE. La tensión eléctrica en los secundarios seguirá el orden de encendido del motor, por lo general, para un motor de 4 cilindros: 1-3-4-2.
Ventajas de los sistemas de encendido estáticos
Las principales ventajas de los sistemas de encendido estáticos, frente al sistema de encendido mecánico son las siguientes:
Reducción del tiempo para que la bobina cree el campo magnético para hacer saltar la chispa, lo cual, aumenta el rendimiento y potencia del motor, mejorando el funcionamiento a altas revoluciones.
Disminución de las interferencias eléctricas del distribuidor, cables, con lo cual se mejora el funcionamiento del motor, además las bobinas se pueden instalar más cerca de las bujías, de esta forma se reduce la longitud de los cables de alta tensión, e incluso si se emplea una bobina por cada cilindro, se evitan cables de alta tensión.
Mejor control del sistema del avance del encendido, al no tener elementos mecánicos móviles, por lo tanto, conseguimos el inicio de la combustión en el momento más óptimo.
Posibilidad de adecuar mejor la regulación del encendido a las variadas e individuales exigencias planteadas por el motor.
Mejor control del encendido al incluir parámetros de control como la temperatura del motor.
Mejor comportamiento del motor en el arranque, marcha y ralentí.
Posibilita el autodiagnóstico del sistema de encendido, a través del conector de autodiagnosis.
8. Principales comprobaciones del sistema y de sus componentes
Antes de comenzar las comprobaciones del sistema de encendido y sus componentes, se verán una serie de precauciones y consejos para realizarlas correctamente y con seguridad, tanto para las personas como los bienes materiales.
Las personas que desarrollan actividades de comprobaciones y reparaciones deben estar cualificadas o autorizadas bajo la supervisión de personas cualificadas. Cuando se realicen las pruebas, no se debe dejar que se acerquen al vehículo personas no autorizadas, es su responsabilidad.
Asegúrese de que su equipo de trabajo, ropa, materiales, herramientas, instrumentos de medida están en perfecto estado y funcionan correctamente.
Comprobar la tensión de la batería del vehículo automóvil, y asegurarse que es la correcta, en un vehículo automóvil con una batería de 12 V de tensión nominal y con el motor en marcha, la tensión eléctrica debería estar comprendida entre 13,8 V y 14,5 V. Es importante realizar las pruebas con la batería con una tensión adecuada y lo más continua posible sin variaciones de la tensión eléctrica.
No desconecte la batería con el motor en marcha, ya que puede provocar una subida de tensión excesiva en los circuitos eléctricos conectados a ella y estropear algunos componentes eléctricos o electrónicos.
Antes de desconectar la UCE o algunos componentes electrónicos, desconecte la batería.
No realizar comprobaciones de circuitos electrónicos mediante un cortocircuito.
Tenga cuidado con la tensiones eléctricas del secundario de encendido, ya que es alta tensión. Utilice guantes aislantes si necesita manipularlos con el motor en marcha. Si lleva marcapasos u otros implantes que se vean afectados por la corriente eléctrica no debería trabajar con la energía eléctrica y si tiene una enfermedad cardíaca, consulte a su médico.
No ponga en marcha el vehículo con los componentes de alta tensión desconectados. Si fuera necesario desconectarlos para alguna prueba, ponga a masa las puntas de los cables de bujías o desconecte el circuito primario del sistema de encendido.
Cuando se hagan mediciones de resistencias eléctricas no deben tocarse las puntas conductoras de prueba con los dedos para no interferir en la medida, sobre todo, cuando se miden resistencias de elevado valor.
8.1. Herramientas e instrumentos
Las siguientes imágenes muestran las principales herramientas e instrumentos de medidas eléctricas.
Fig. A: multímetro, polímetro o test digital, configurado para diferentes mediciones eléctricas
Fig. B: osciloscopio digital con dos canales, A y B
Fig. A: osciloscopios para comprobar la tensión del circuito secundario de un sistema de encendido mecánico
Fig. B: osciloscopio para comprobar la tensión del circuito secundario de un sistema de encendido DIS
Lámpara o pistola estroboscópica para comprobar la puesta a punto del encendido (avance)
Fig. A: lámpara de pruebas
Fig. B: puntas de prueba (para pinchar cables eléctricos)
8.2. Comprobación de la bobina de encendido
El siguiente esquema recoge el proceso de comprobación de la bobina de encendido convencional.
Comprobación de bobina convencional
La prueba de resistencia se recomienda hacerla con la bobina a una temperatura ambiente, entre 20 y 30 ºC, ya que la resistencia varía con la temperatura.
Los valores de la resistencia del primario suelen ser bajos, del orden de unos ‘pocos’ ohmios: 0,62 Ω a 4,2 Ω.
Los valores de la resistencia del secundario suelen ser altos, del orden de kiloohmios, 3,5 kΩ a 10,8 kΩ.
Los valores de la resistencia de aislamiento deben ser muy elevados, del orden de megohmios (MΩ) y cercanos a infinito.
El siguiente esquema recoge el proceso de comprobación de la bobina de encendido DIS.
Comprobación de bobina de encendido DIS
Los valores de la resistencia del primario suelen ser bajos, del orden de unos ‘pocos’ ohmios (Ω), mientras los valores de la resistencia del secundario suelen ser altos, del orden de kiloohmios (kΩ).
8.3. Comprobación de rotor o pipa
El proceso de comprobación de rotor o pipa queda resumido en el siguiente esquema.
Comprobación de bobina convencional
Los valores de la resistencia de la lámina deben ser del orden de kiloohmios y suele tener un valor de 0,9 kΩ a 6 kΩ.
Los valores de la resistencia de aislamiento deben ser muy elevados, del orden de megohmios (MΩ) y cercanos a infinito.
| Consejo |
Es muy conveniente comprobar que la lámina esté limpia y sin excesivo desgaste, si fuera necesario lijarla o cepillarla, aunque sin gastarla en exceso.
8.4. Comprobación de la tapa del distribuidor
La comprobación de la tapa del distribuidor se esquematiza en el siguiente dibujo.
Comprobación de la tapa del distribuidor mecánico
Los valores de la resistencia de aislamiento deben ser muy altos, megohmios, y cercanos a infinito.
Comprobar que el carboncillo no esté excesivamente gastado y que el muelle de este tenga suficiente presión para asegurar una buena conexión con el terminal central del rotor o pipa.
Si fuera necesario lijar o cepillar suavemente los terminales y el carboncillo, hasta tener las superficies de estos con brillo. Se puede utilizar limpiacontactos o desoxidantes, pero hay que asegurarse de no dejar restos conductores, para lo cual se puede secar y limpiar con aire seco a presión.
8.5. Comprobación de los cables de bujías
El siguiente esquema muestra la comprobación de los cables de bujías.
Comprobación de los cables de bujías
Los valores de la resistencia entre terminales suele ser de kiloohmios y estar comprendidos entre 9 kΩ y 23 kΩ por cada metro de cable.
| Consejo |
Es importante saber los valores que marca el fabricante del motor.
Se debe verificar el estado del aislamiento exterior, que no haya cortes, grietas, roces, etc. También que los terminales de conexión estén limpios y sin óxidos.
8.6. Comprobación de las bujías
Se comprobará visualmente el estado de los electrodos, la separación de electrodos con las galgas, desgaste, estado de los aisladores (roturas, grietas, color, etc.).
Existen comprobadores de bujías de alta tensión que prueban el salto de la chispa, pudiendo verla saltar. Con estos comprobadores se pueden detectar fallos de aislamientos y de chispa. Hay que decir, que aunque aparentemente la bujía no presente fallos, en la cámara de combustión las condiciones físicas son distintas (presión, temperatura, mezcla gasolina aire, etc.) por lo tanto, el diagnóstico puede ser erróneo.
Comprobación de la separación de los electrodos
En caso de duda en el diagnóstico de las bujías, se recomienda sustituirlas por unas nuevas, ya que a veces los fallos de las bujías son esporádicos y de difícil diagnóstico, además, son piezas de vital importancia y no excesivamente caras.
Diagnóstico de las bujías mediante examen visual
Para saber si una bujía -u otras piezas del motorestán funcionando correctamente, se realiza un examen visual para ver el aspecto de los aisladores y los electrodos de las bujías y de esta forma determinar las causas, las consecuencias y sus posibles soluciones.
Bujía normal
Electrodos quemados levemente, aislante de color gris, blanco grisáceo, amarillo o incluso marrón muy claro. Parámetros del motor correctos y grado térmico de la bujía adecuado.
Bujía carbonizada
El aislante, los electrodos y la carcasa se observan cubiertos con carbonilla negra aterciopelada.
Causa. Ajuste incorrecto de la mezcla: mezcla demasiado rica, filtro del aire muy sucio. Uso principal en trayectos cortos y la bujía no alcanza la temperatura de autolimpieza, grado térmico de la bujía demasiado bajo.
Consecuencia. El motor arranca con dificultad o no arranca, fallos durante la marcha del motor. Al no quemarse el combustible correctamente se pude dañar el catalizador, incluso atascarlo si el fallo es prolongado.
Remedio. Comprobar que la mezcla gasolina-aire es correcta, comprobar el filtro del aire.
Bujía engrasada
El aislante, los electrodos y la carcasa aparecen cubiertos con una película negra de aceite.
Causa. Demasiado aceite en la cámara de combustión, nivel de aceite demasiado alto, segmentos del pistón, cilindros y guías de válvula muy desgastados.
Consecuencia. Fallos de encendido o incluso cortocircuito de la bujía de encendido, fallo total.
Remedio. Revisar el motor (segmentos, etc.), montar nuevas bujías.
Bujía con formación de esmalte
El aislante muestra en parte un esmalte marrón-amarillo, que también puede ser verdoso.
Causa. Aditivos en la gasolina y aceite de motor forman carbonilla.
Consecuencia. Las sedimentaciones se vuelven líquidas y eléctricamente conductoras.
Remedio. Ajustar el sistema de encendido e inyección de combustible, montar nuevas bujías.
Bujía con sedimentos
Se perciben fuertes sedimentos por aditivos de aceite y combustible sobre el aislante y el electrodo de masa. Sedimentos similares a la escoria (carbonilla).
Causa. Componentes de aleaciones, especialmente de aceite, pueden formar residuos que se asientan en la cámara de combustión y sobre la bujía.
Consecuencia. Puede producir encendidos incandescentes con pérdida de potencia e incluso daños al motor.
Remedio. Comprobar los ajustes del motor. Montar nuevas bujías; cambiar eventualmente el tipo de aceite. Puede haber rotura de aislante.
Bujía con rotura del aislante
Causa. Daños mecánicos por manipulación inadecuada. En principio, solo reconocible como una fina grieta. En casos límites puede estallar el aislante por asentamientos entre electrodo central y aislante, especialmente en trayectos largos a trabajo excesivo. Funcionamiento del motor con detonaciones.
Consecuencia. Interrupción de encendido, la chispa salta en lugares donde no alcanza con seguridad la mezcla reciente.
Remedio. Montar nuevas bujías.
Bujía con excesivo desgaste de los electrodos
Los electrodos central y/o de masa presentan una pérdida de material visible.
Causa. Aditivos agresivos del combustible y del aceite. Influencias desfavorables de flujo en la cámara de combustión posiblemente debido a sedimentaciones. Detonaciones del motor, sobrecarga térmica, empleo de bujías inadecuadas.
Consecuencia. Fallos de encendido, especialmente al acelerar (la tensión de encendido ya no es suficiente para la distancia excesiva entre electrodos). Mal comportamiento de arranque.
Remedio. Cambiar las bujías.
| Aplicación práctica |
Un compañero le muestra una bujía en el mismo estado que la de la fotografía y quiere saber qué le ha pasado a la bujía, por qué y qué remedio puede aplicar. ¿Usted qué le diría?
Bujía carbonizada
SOLUCIÓN
El aislante, los electrodos y la carcasa se observan cubiertoscon carbonilla negra aterciopelada, por tanto, se trata de una bujía carbonizada.
Causa. Ajuste incorrecto de la mezcla: mezcla demasiado rica, filtro del aire muy sucio. Uso principal en trayectos cortos y la bujía no alcanza la temperatura de autolimpieza, grado térmico de la bujía demasiado bajo.
Consecuencia. El motor arranca con dificultad o no arranca, fallos durante la marcha del motor. Al no quemarse el combustible correctamente se pude dañar el catalizador, incluso atascarlo si el fallo es prolongado.
Remedio. Comprobar que la mezcla gasolina-aire es correcta, comprobar el filtro del aire.
8.7. Comprobación del circuito secundario del sistema de encendido mecánico
Se verá un oscilograma de la tensión en cada cable de alta tensión, en el que habrá que comprobar que los valores de tensión son correctos, que no haya picos excesivos o baja tensión.
Comprobación de la tensión en el circuito secundario de un sistema de encendido con distribuidor
Se pueden comparar las gráficas de todos los cilindros en la misma pantalla y ver las diferencias entre ellas. Si existieran grandes diferencias sería signo de que existe algún fallo en bujías, cables de bujías, distribuidor, o bobina, etc.
Existen instrumentos de medida que tienen una función de autodiagnóstico, mediante la cual comprueban si existe un fallo y avisan en la pantalla en qué cilindro o cilindros se ha producido.
Oscilogramas del circuito secundario con fallos
Un valor de la tensión eléctrica baja (a), puede deberse a que la resistencia en ese circuito ha disminuido, provocando una caída de tensión en la bobina por el aumento de la intensidad, poca separación entre electrodos, cables defectuosos que han disminuido su resistencia eléctrica, o bien, se está derivando a masa parte de la corriente a través de los cables de bujías, tapa del distribuidor de encendido, bujías, etc..
La tensión eléctrica excesiva (b), puede deberse a que la resistencia en ese circuito ha aumentado, provocando una subida de tensión en la bobina por la disminución de intensidad, excesiva separación entre electrodos, cables defectuosos que han aumentado su resistencia…
Si se observan fallos en todos los cilindros, puede deberse a elementos comunes del circuito, como la bobina, distribuidor, cable de alta tensión de conexión de la bobina con el distribuidor, o bien, a fallos en el circuito primario.
8.8. Comprobación de circuito secundario del sistema de encendido dis
Se conectan cuatro pinzas numeradas a cada uno de los cables de bujías, en este caso, a un motor de 4 cilindros. En la mayoría de los motores, el cilindro nº 1 es el que está al lado de la polea del cigüeñal. El instrumento de medición también se puede conectar a la batería para alimentar eléctricamente su batería interna si la tuviera.
Al igual que en el sistema de encendido mecánico, la tensión eléctrica debe ser similar, teniendo en cuenta que solo hay una bobina secundaria por cada dos cilindros, por tanto, en general, si falla una bobina secundaria se verán afectados dos cilindros.
Comprobación de la tensión en el circuito secundario de un sistema de encendido DIS de doble bobina
8.9. Puesta a punto de un sistema de encendido mecánico
La puesta a punto de un sistema de encendido mecánico se explica con el siguiente esquema.
Puesta a punto del sistema de encendido mecánico
Puesta a punto del sistema de encendido mecánico
Funcionamiento de la pistola estroboscópica
La pistola emite un flash de luz cuando se acciona su pulsador. Este flash está sincronizado con el salto de chispa de la bujía nº 1 a través de la pinza de conexión de la pistola a la bujía nº 1. De esta manera, se puede iluminar la referencia del motor que indica el PMS.
La luz emitida en forma de flash genera un efecto estroboscópico, por el cual parece que los objetos se detienen mientras están iluminados por el flash, lo cual nos permite ‘detener las marcas del volante de inercia del motor’ y girando la posición del distribuidor se hacen coincidir con otras marcas fijas del motor.
Proceso de puesta a punto
El proceso de puesta a punto implica los siguientes pasos:
1. Poner el motor en marcha hasta que alcance su temperatura de funcionamiento normal (aproximadamente 90 ºC).
2. Conectar las pinzas de la pistola estroboscópica, con especial atención a la flecha de la pinza conectada al cable de bujía, la flecha debe apuntar hacia la bujía.
3. Desconectar la tubería de vacío del distribuidor, que está conectada a la válvula de avance.
4. Accionar el pulsador de la pistola y dirigir la luz hacia las referencias fijas y móviles del motor. Ajustar mediante el potenciómetro de la pistola los grados de avance inicial que recomienda el manual del motor.
5. Comprobar que la puesta a punto está correctamente, para lo cual la marca móvil del motor debe coincidir con la fija del volante de inercia, indicando el PMS, que son 0º. Si las marcas no coinciden habrá que aflojar el distribuidor y girarlo hasta que coincidan las marcas.
8.10. Comprobación del generador de impulsos de efecto Hall del sistema de encendido
Para comprobar el generador de impulsos de efecto Hall del sistema de encendido se realizarán pruebas con multímetro y osciloscopio.
Circuito eléctrico de un sistema de encendido electrónico con generador de impulsos de efecto Hall
Pruebas con multímetro (voltímetro y ohmímetro)
Desenchufar el conector eléctrico del generador Hall y comprobar la resistencia entre los terminales + y – del generador Hall, que debe ser mayor de 1 kΩ.
Con el generador Hall conectado y con el circuito primario cerrado ‘contacto’ comprobar la tensión eléctrica entre los terminales + y –, que debe ser de 12 V. En caso contrario, comprobar la UCE y los otros circuitos eléctricos.
Con el generador Hall conectado y con el circuito primario cerrado ‘contacto’, conectar el voltímetro entre los terminales – y 0, girar el motor hasta que la pantalla magnética se encuentre entre el sensor y el imán, entonces el voltímetro debe indicar una tensión de 4, 8, o 12 V dependiendo del tipo de sensor, por lo que habrá que consultar la documentación técnica del motor para saber qué tensión es la correcta.
Con las condiciones anteriores, girar el motor hasta que la pantalla abandone el imán, es decir, poner un hueco, entonces entre los terminales – y 0 el voltímetro debe marcar aproximadamente 1 V.
Si no se cumplen los valores anteriores, sustituir el generador de efecto Hall.
Pruebas con osciloscopio
Dependiendo del generador, la tensión entre – y 0 debe oscilar entre un 1, 4 y 8 V, siendo una onda rectangular periódica, con una amplitud de unos 7 V (8-1=7 V), en algunos modelos la tensión máxima o pico pude llegar a 12 V.
Si los valores y la forma de señal no son los correctos, hay que cambiar el sensor.
Onda rectangular de un generador Hall antiguo
Onda rectangular de un generador Hall moderno
8.11. Comprobación del generador de impulsos de inductivos del sistema de encendido
Realizar una inspección visual del estado del sensor, deformación, holguras y compararlas con las del fabricante del motor.
Circuito eléctrico de un sistema de encendido electrónico con generador de impulsos de inductivo
Pruebas con multímetro (voltímetro y ohmímetro)
Comprobar la resistencia eléctrica del generador entre sus dos terminales X e Y con un ohmímetro y verificar los resultados con los del fabricante. Los valores pueden estar entre 1 kΩ, y 1,2 kΩ.
Comprobar que los cables tengan el conductor de apantallamiento conectado a masa y en buen estado, de no ser así, podrían aparecer interferencias electromagnéticas y la señal no llegaría a la UCE de forma correcta.
Pruebas con osciloscopio
Conectar el osciloscopio entre los terminales X e Y, sin desconectar el generador inductivo, y arrancar el motor. Debe aparecer en el osciloscopio una onda alterna en forma de sinusoide con una amplitud de aproximadamente 1 voltio.
No deben existir diferencias de amplitud entre una onda y otra de más de un 20%, si es así, puede haber fallos en el rotor del generador, u holguras.
Onda del generador inductivo del sistema de encendido
8.12. Aplicación práctica sobre sustitución de la etapa de potencia
Juan debe sustituir la etapa de potencia final del encendido con bobinas DIS o DFS, para lo que dispone de llaves fijas, de tubo, estrella plana y torx, un juego de destornilladores planos, llave dinamométrica y juego de carraca. También, de un motor con bobinas de encendido independientes y el manual técnico del motor. ¿Qué procedimiento seguirá?
Esquema del compartimento de un motor con bobina de encendido DIS
Solución
Desmontaje:
1. Desmontar la tapa cubre batería (11) y desconectar la batería del terminal negativo (9).
2. Desmontar la tapa cubre motor (1). Para ello, buscar los puntos de anclaje al motor, suelen tener unos orificios donde están los tornillos, pero antes puede que haya que retirar una pequeña tapa de cada orificio.
3. Desconectar el conector (7) de la bobina DIS, para ello puede ser necesario un destornillador plano fino para hacer palanca sobre la pestaña del conector (ver detalle).
4. Fijarse en el orden de conexión de los cables y desconectar los cables de bujías de la bobina, para ello tirar del capuchón (4.1). No se deber tirar directamente de los cables, ya que puede soltarse el terminal de conexión.
5. Aflojar completamente los dos tornillos de sujeción de la bobina (6) y retirarlos.
6. Retirar la bobina.
Montaje:
1. Colocar la nueva bobina específica para el motor, pero antes, es conveniente comprobar sus dimensiones con la sustituida.
2. Apretar los tornillos de sujeción (6), se recomienda hacerlo con la mano hasta dar unas pocas vueltas y continuar hasta conseguir el par de apriete recomendado por el fabricante del motor.
3. Unir el conector (7) a la bobina, mediante presión, empujando con los dedos de la mano.
4. Conectar los terminales de cables de bujías que se unen a la bobina (8). Para ello, presionar y asegurarse de que se han unido correctamente los terminales, pues deben quedar lo más ajustados posible.
5. Conectar a la batería el terminal negativo (9).
6. Arrancar el motor para comprobar que funciona correctamente y si fuera necesario, verificar la tensión en el circuito secundario con un osciloscopio.
7. Desconectar la batería del terminal negativo (10).
8. Montar la tapa cubre motor (1).
9. Conectar la batería con el terminal negativo (8).
10. Montar la tapa cubre batería (11).
11. Arrancar el motor para realizar una comprobación final y probar el vehículo en carretera.
9. Resumen
El capítulo comienza explicando los tipos de bujías de encendido, componente eléctrico cuya función es la de inflamar la mezcla gasolina-aire que hará que el motor funcione. En este proceso, es determinante el momento en que se produce la chispa, para poder optimizar esta reacción al máximo. Es lo que se denomina encendido.
Los sistemas de encendido se resumen en tres tipos principalmente: sistemas de encendido mecánico, electrónico e integral. Se pueden ver en el siguiente esquema.
Esquema de los principales sistemas de encendido
Finalmente, el capítulo describe las principales comprobaciones del sistema y sus componentes.
| Ejercicios de repaso y autoevaluación |
1. ¿Cuáles son las partes fundamentales de un sensor inductivo como el generador de impulsos inductivo del sistema de encendido?
a. Un interruptor y una bobina.
b. Una bobina y un imán.
c. Un sensor de efecto Hall.
d. Un sensor que regula la tensión de la batería.
2. ¿A qué temperaturas en los electrodos de una bujía se pueden producir depósitos de carbonilla?
a. Inferiores a 450 ºC.
b. Superiores a 800 ºC.
c. Entre 500 ºC y 800 ºC.
d. La temperatura no influye en la formación de depósitos.
3. ¿Qué ventajas tienen las bujías con más de un electrodo de masa?
a. Solo son útiles para coches de competición.
b. Duran más tiempo.
c. Su chispa es más enérgica.
d. No se forman depósitos de carbonilla en la bujía.
4. ¿En qué se mide la capacidad de un condensador?
a. Voltios.
b. Amperios.
c. Faradios o microfaradios.
d. Vatios.
5. ¿Cuántas bobinas internas tiene una bobina de encendido DIS con bobina doble?
a. 4
b. 1
c. 2
d. Ninguna.
6. ¿Qué tipo de onda genera entre sus terminales un generador de impulsos inductivo del sistema de encendido?
a. Rectangular.
b. Alterna sinusoidal.
c. Cuadrada.
d. Triangular.
7. ¿Por qué los cables de los sensores que transmiten señales eléctricas llevan una malla metálica de apantallamiento?
a. Para disminuir la resistencia eléctrica de los conductores.
b. Para mandar una señal a masa hasta la UCE.
c. No existen cables apantallados o coaxiales.
d. Para evitar interferencias electromagnéticas en la señal que transportan.
8. ¿Qué componentes eléctricos tiene un distribuidor de un sistema de encendido mecánico convencional?
a. Un ruptor o platinos y un condensador.
b. Un ruptor o platinos.
c. Un ruptor o platinos, un condensador y un imán.
d. Un ruptor y un generador de efecto Hall.
9. ¿Qué resistencia eléctrica aproximada tiene el primario de una bobina de encendido?
a. Entre 3,5 y 10 kΩ.
b. Mayor de 1 MΩ.
c. 23 kΩ.
d. Entre 0,62 y 4,2 Ω.
10. ¿En qué sistema de encendido saltan dos chispas simultáneamente en las bujías?
a. En el sistema de encendido integral con una bobina independiente por bujía.
b. En un sistema de encendido mecánico.
c. En el sistema de encendido DIS.
d. En un sistema de encendido con generador de efecto Hall.
