HILO CONDUCTORUnidad de Aprendizaje 1
Sistemas de encendido
Contenido
1. Introducción
2. Bujías de encendido, tipos y características
3. El avance del encendido
4. El porcentaje dwell y el ángulo de cierre
5. Valores de tensión e intensidad en los circuitos primario y secundario
6. Oscilogramas más relevantes
7. Sistemas de encendido: mecánico, electrónico y electrónico integral, distribución estática de alta tensión
8. Principales comprobaciones del sistema y de sus componentes
9. Resumen
Objetivo
El objetivo específico de esta Unidad de Aprendizaje es:
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 (UEC), las cuales calculan el momento idóneo del encendido de forma muy precisa, consiguiendo en los motores altos niveles de potencia, rendimiento y fiabilidad.
Existen diferentes tipos de sistemas de encendido, a continuación se analizarán desde los sistemas más básicos con sus componentes hasta los sistemas más sofisticados y actuales, así como las comprobaciones básicas de cada uno de los sistemas.
El desarrollo del contenido estará basado en el caso de la empresa Talleres Automotor Siglo XXI, S. L., una empresa dedicada a la reparación de vehículos ligeros (automóviles y motocicletas), que además tiene una sección dentro de la misma que realiza ciertas operaciones de mecanizado. Esta empresa cuenta con cuatro trabajadores, Mario que es el jefe de taller y además gerente del mismo, Manuel, Ana y Joaquín, este último un trabajador nuevo en la empresa y que tiene poca experiencia.
HILO CONDUCTOR
Ha llegado al taller Automotor Siglo XXI un cliente cuyo vehículo presenta problemas de encendido. Mario, jefe de taller, al ver el problema, extrae las bujías y determina que el problema es que están estropeadas por el uso; como es una operación sencilla le comenta a Joaquín que la realice. Este no se percata de que las bujías son de cuello corto y coge las primeras que ve en el almacén, siendo estas de cuello alto. Al ponerlas en el vehículo, dos de ellas se quedan más altas. Al revisar la operación Mario, le explica que existen bujías de cuello corto y largo y que no se pueden intercambiar porque pueden dar lugar a golpeteos en el pistón.
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 la cámara de combustión de un motor; dicha inflamación se produce por el arco eléctrico (chispa) que salta entre dos electrodos que tiene la bujía.
DEFINICIÓN
Inflamación
Acción o efecto de encender la mezcla que arde con facilidad, desprendiendo llamas inmediatamente.
Cámara de combustión
Espacio comprendido entre la parte superior del pistón cuando este se encuentra en el Punto Muerto Superior (P.M.S) y la culata o tapa de cilindros.
Gracias a la inflamación de la mezcla de 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, etc.
La combustión es la reacción química que da lugar a la liberación de energía contenida en los combustibles.
El motor de combustión interna sigue un ciclo termodinámico tipo Otto y utiliza como combustible la gasolina. Para que se produzca la inflamación, es necesario mezclar la gasolina con aire. La inflamación de la mezcla se produce casi instantemente 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’ y cuanto mayor es la homogeneidad de la mezcla, mayor será el aprovechamiento de la energía del combustible.
DEFINICIÓN
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.
Combustible
Sustancia que se emplea para producir energía en forma de calor, como por ejemplo, la gasolina.
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).
A continuación, se mostrarán algunas de las partes del motor que intervienen en el proceso de combustión:
SABÍAS QUE…
El ciclo Otto es el ciclo termodinámico para los motores de gasolina.
ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA
1. Busca en internet información sobre el motor wankel. ¿Hay algún vehículo actual que lleve este tipo de motor? ¿Cuáles son sus ventajas e inconvenientes?
2.1. Partes de una bujía
En una bujía se pueden distinguir las siguientes partes:
La bujía 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 y 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 fuese necesario.
2.2. Etapas o secuencia de la combustión de la mezcla
El proceso de combustión de la gasolina debe realizarse en una secuencia adecuada y con unas condiciones físicas determinadas para obtener el mayor rendimiento energético y potencia mecánica posible, este proceso se simplifica en cuatro etapas:
Estas cuatro etapas se estudiarán más adelante por separado.
El proceso de combustión debe tener el mayor rendimiento energético posible, esto es, 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) –se podría 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.
SABÍAS QUE…
Normalmente, más potencia mecánica en un motor significa más consumo de combustible.
Existen 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 10.000 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 10.000 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 10.000 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 se somete a tensiones eléctricas elevadas, del orden de miles de voltios, que pueden llegar hasta 34.000 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 conseguirán 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:
Es muy importante tener entre los electrodos de la bujía una tensión eléctrica elevada, si no fuera así la chispa no sería capaz de saltar entre los electrodos de la bujía o será muy débil y no se conseguirá inflamar la mezcla adecuadamente.
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:
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.
Los factores principales que pueden provocar el autoencendido son:
Puede ocurrir, que tras el autoencendido se inicie un proceso de detonación.
La 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.
SABÍAS QUE…
Aunque se ponga 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.
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.
RECUERDA
La secuencia normal de combustión de la mezcla es la siguiente:
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 calientes) 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 °C y 850 °C. 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 °C se favorece la formación de depósitos; y si es superior a 850 °C los electrodos de las bujías pueden llegar a fundirse y quedarse unidos.
RECUERDA
Las bujías deben tener un grado térmico adecuado y específico para cada motor.
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. El tipo de chispa vendrá determinada por el número de electrodos de masa que posee y su forma. Se clasifican en:
La distancia de separación de los electrodos de la bujía depende del fabricante, marca, modelo, referencia, etc. Por tanto, para conocer 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.
Existen juegos de galgas especiales para bujías, que incluyen un curvador para poder separar 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.
SABÍAS 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.
TAREA 1
Juana es clienta habitual del taller en el que trabajas, recientemente ha llevado su vehículo porque presenta problemas con el encendido. Tras revisar el sistema de encendido te percatas de que las bujías necesitan ser sustituidas.
Explica cuáles son los diferentes tipos de bujías, qué es el grado térmico y cuáles son los parámetros que influyen en la calidad de la chispa.
HILO CONDUCTOR
Un cliente llega al taller Automotor Siglo XXI, S. L. y comenta que desde que cambió los puntos de platino al distribuidor, este no suena muy bien. Mario, jefe de taller, junto con Ana, observan el vehículo y determinan que el fallo puede estar en el encendido. Al observarlo, se percatan de que el vehículo monta un encendido convencional. Para comprobar su funcionamiento, utilizan la lámpara estroboscópica que les permite observar los grados de avance. Al comprobarlos a distintas revoluciones y compararlos con los que muestra el fabricante en el manual de taller, determinan que el distribuidor lo han movido y han puesto un avance de encendido excesivo; de ahí que el motor suene mal y vibre más de lo normal.
Para conseguir que el proceso de combustión de la mezcla gasolina-aire sea óptimo, 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 se conseguirá 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.
A continuación se muestra el recorrido que sigue el pistón en el interior del cilindro:
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.
RECUERDA
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 y la carga o cantidad de mezcla que entra en el cilindro.
Los sistemas de avance pueden ser mecánicos, eléctricos, electroneumáticos, etc. Los sistemas de avance mecánicos más empleados son los centrífugos y por vacío.
También se combinan sistemas centrífugos con sistemas por vacío, de esta manera se tienen en cuenta no solo las rpm, sino la presión en el interior del conducto de admisión de aire del motor. Hay que tener en cuenta que el fabricante le añade un avance inicial que siempre está presente independientemente de que el avance sea centrífugo, por vacío, o la combinación de ambos.
Actualmente, el sistema de avance de los vehículos combina sensores y actuadores, controlados por unidades de control electrónico muy sofisticados, los 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.
SABÍAS QUE…
Para conocer los grados del avance de encendido, habrá que sumar a los grados del avance inicial, los grados que añade el avance centrífugo y los grados que añade el avance por vacío.
El sistema de avance por vacío variará en función de las solicitaciones de par motor que se necesiten en cada momento. Así, mientras un vehículo circula a gran velocidad por una autovía sin mucha pendiente, el avance centrífugo y el avance por vacío estarán aportando el máximo de grados. Por otro lado, en el caso de que un vehículo circule por una pendiente pronunciada y el motor circula a un régimen bajo de revoluciones, aunque el conductor se encuentre pisando el acelerador, el sistema de avance centrífugo apenas añade grados al avance, mientras el avance por vacío, estará añadiendo los máximos posibles.
TAREA 2
Un cliente ha llegado al taller en el que trabajas explicando que su vehículo ha perdido potencia. Tras realizar las verificaciones correspondientes, te percatas de que existe un problema con el avance del encendido.
Explica la necesidad de avanzar el encendido de la chispa en función de las necesidades de potencia del vehículo. ¿Qué factores influyen?
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.
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.
RECUERDA
Los contactos eléctricos de platino forman parte de un circuito eléctrico, que se abre y se cierra gracias al giro de la leva.
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 tiempo de cierre más el tiempo de apertura (sería un ciclo).
Si llamamos a:
El dwell expresado en tanto por ciento es:
En la figura siguiente, se ven tres intervalos, el A-B, B-C y A-C y tres ángulos: 40°, 50° y 90°. El ángulo de cierre es de 50°, ya que durante todo el intervalo B-C los contactos del ruptor estarán cerrados. El ángulo de apertura sería de 40°, 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 (90°) 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 360°.
Ángulos de cierre, apertura y disponible, de un motor de 4 cilindros, con sistema de encendido mecánico
Si calculamos con estos datos el dwell, quedaría:
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.
RECUERDA
El dwell es un porcentaje del tiempo, durante el cual permanece cerrado un circuito, respecto del tiempo total.
Generalmente no se suelen aportar los ángulos de cierre de los encendidos, sino que se calculan a partir del porcentaje dwell. A continuación se presentan los ángulos de cierre más habituales para los diferentes tipos de encendido:
La separación de los contactos del ruptor o platinos 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 a la leva con la parte más elevada. 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.
En los encendidos electrónicos, es la UEC la que proporciona automáticamente este ángulo en función de los parámetros detectados por los sensores
EJEMPLO
Teniendo un sistema de encendido de un motor de 6 cilindros en línea, cuyo ángulo de cierre vale 40°, es decir, αc = 40°, se necesita calcular los grados que tendrá el ángulo de apertura y el valor del dwell, ¿cómo se haría?
Si el motor tiene 6 cilindros, quiere decir que el ángulo disponible, es la sexta parte de 360°, 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 60°.
Ahora se calculará el dwell, sabiendo que: dwell (%) = (αc / β) x 100; al sustituir los valores se obtiene:
Por tanto, el dwell vale 66,66 %
HILO CONDUCTOR
Entra en el taller Automotor Siglo XXI un cliente con problemas de encendido; Mario, jefe de taller le pide a Joaquín que ayude. Mario comenta con Joaquín los valores de intensidad y voltaje del primario y secundario, por lo que le advierte de la peligrosidad del circuito en alta tensión a la hora de medir.
Los circuitos primarios y secundarios de encendido están sometidos a diferentes tensiones eléctricas, siendo importante conseguir tensiones elevadas para iniciar la chispa en las bujías. A continuación, se analizarán los dos circuitos de una forma simplificada, para conocer cómo se transforma la corriente eléctrica de baja (12 voltios) en alta tensión (15.000-30.000 voltios) y con qué valores de tensión e intensidad trabajan estos circuitos.
Existe una relación denominada relación de transformación que se cumple en los transformadores y es constante. En ella se cumple lo siguiente:
Donde:
Según esta relación, sabiendo el número de revoluciones y el voltaje del primario, podemos obtener el voltaje del secundario. Lo mismo pasaría con la intensidad.
Los valores de intensidad que se suelen obtener en la bobina oscilan entre los 5 y 20 Amperios para la primaria y por esta relación entre 77 y 120 mA en la corriente secundaria.
A continuación se puede ver un esquema eléctrico de un sistema de encendido básico, que consta de un circuito primario y un circuito secundario.
Circuito primario y secundario
Generador de corriente continua
Batería-Pila-Generador de corriente continua
Bobina
Interruptor accionado por leva
Condensador
Bujías
Bobina V1
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 (I1) suele ser de unos 4 A (Amperios), ya que la resistencia del circuito primario suele ser ‘baja’, entre 3-5 Ω (ohmios).
SABÍAS QUE…
La tensión de 12 V es una tensión segura para las personas, incluso en ambientes húmedos.
Bobina V2
El circuito secundario está formado por los componentes conectados a los terminales (d, f, g y h) y está sometido a tensiones que oscilan entre los 15.000 y 30.000 voltios por lo que se considera un circuito de alta tensión.
La intensidad que circula por la bobina secundaria es muy baja, del orden de 0,0032 amperios, es decir, 3,2 mA (miliamperios), esto es debido a que está limitado a la potencia máxima del circuito primario, que son aproximadamente 12 V x 4 A = 48 W (Vatios) y los componentes como cables, o bobina del secundario (5-10 KΩ), tienen resistencias eléctricas elevadas.
SABÍAS QUE…
Las tensiones eléctricas superiores a 50 V pueden ser peligrosas para las personas, imagine entonces el efecto de 15.000 V.
HILO CONDUCTOR
Además de mecánica general, en el taller Automotor Siglo XXI se llevan a cabo reparaciones en los circuitos eléctricos del vehículo. Para realizar las comprobaciones es preciso utilizar útiles específicos. Por esta razón, el departamento de electrónica cuenta con profesionales formados para manejar osciloscopios y obtener e interpretar los oscilogramas.
En la siguiente 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 la medición de la tensión eléctrica en el circuito secundario se realiza 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.
IMPORTANTE
Para medir intensidades, tendrás que colocar el amperímetro en serie, o sea, intercalando el mismo en el circuito o utilizando una pinza amperimétrica.
Para medir voltajes, tendrás que colocar el voltímetro en paralelo entre el elemento que quieras medir y la masas (chasis).
El aparato de medición que aúna el voltímetro y amperímetro se denomina polímetro.
En la siguiente 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:
NOTA
El aparato de medida que se utiliza para obtener oscilogramas se denomina osciloscopio. El oscilograma es la representación del voltaje a lo largo de un espacio de tiempo. Con esta representación, se puede apreciar la variación que realiza la magnitud (voltaje) en espacios de tiempo muy cortos (milisegundos).
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.
A continuación se analizarán más detalladamente los oscilogramas característicos de la corriente del primario y secundario de la bobina de encendido de un motor de gasolina.
Oscilograma de circuito primario
En el oscilograma correspondiente al primario, 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:
Oscilograma del circuito secundario
En el oscilograma correspondiente al secundario, 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:
HILO CONDUCTOR
En el taller Automotor Siglo XXI S. L. se trabaja con una amplia variedad de vehículos, cada uno de ellos presenta unas características concretas por lo que los empleados deberán tener conocimientos sobre una gran variedad de aspectos.
Sin ir más lejos, esta semana han entrado varios vehículos con diferentes problemas en el sistema de encendido ¿Conoces cuáles son los sistemas de encendido más comunes?
A continuación, se verán los principales tipos de sistemas de encendido y su funcionamiento:
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:
En dicho caso, el orden de encendido sigue una secuencia 1-3-4-2, es decir, la chispa producida en las bujías sigue un orden, primero en el cilindro n.º 1 y finalmente en el cilindro n.º 2. A esta secuencia que se repite se le denomina orden de encendido y para motores de cuatro cilindros es la más habitual.
SABÍAS QUE…
El orden de encendido se establece teniendo en cuenta la mejor refrigeración del motor y que a su vez esté lo más equilibrado cuando se produzcan los saltos de chispa.
En el siguiente esquema se observan los componentes fundamentales del sistema de encendido mecánico. Entre ellos destaca la batería (1), que es un acumulador de energía; llave de contacto o interruptor de contacto (2), que es un interruptor múltiple que en función de la posición en la que se sitúe la llave, transmite la corriente procedente de la batería a uno u otro circuito eléctrico del vehículo; bobina de encendido (3), que es un transformador de corriente y el distribuidor (4), elemento sincronizado con el motor que se encarga de repartir la chispa y provocar su salto.
A continuación, se muestran los elementos más importantes que componen el sistema de encendido mecánico:
La bobina de encendido es un transformador de corriente eléctrica que transforma los 12 V de la batería en 15.000-30.000 V necesarios para el salto de chispa.
SABÍAS QUE…
Las bobinas “antiguas” se encontraban bañadas en aceite que servía como refrigerante.
Los cables de bujías son cables eléctricos para conducir la energía eléctrica de alta tensión desde la bobina al distribuidor o desde el distribuidor hasta las bujías.
En la figura siguiente se puede observar que están formados por varias capas, normalmente por un revestimiento aislante exterior resistente a altas temperaturas, 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 si no 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’.
Los cables de bujías deben ser específicos para cada vehículo, siendo importante respetar su longitud.
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.
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 debe 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.
Dos giros completos del volante del motor corresponden a un giro completo de la leva (360°).
La leva es la parte del distribuidor que acciona el ruptor, tiene forma poligonal, 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.
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.
En la figura anterior 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.
Finalmente, la 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.
En esencia, estos son los componentes fundamentales del sistema de encendido mecánico, pero hay que tener en cuenta que los motores no siempre funcionan con las mismas condiciones de carga o de revoluciones, el salto de chispa se debe adaptar al mismo (adelantando una serie de grados antes del PMS el salto de chispa). Para una mejor adaptación del salto de chispa a las condiciones de funcionamiento del motor, se le añade el sistema por vacío y centrífugo, ya vistos anteriormente, que adelantan el salto de chispa en función de estos parámetros.
En la actualidad el sistema de encendido mecánico se encuentra en desuso, ya que se ha ido sustituyendo a lo largo del tiempo por sistemas de encendido que son más precisos y reducen la contaminación. No obstante aún se puede encontrar este tipo de sistema de encendido en algunos vehículos clásicos.
7.2. Sistema de encendido electrónico
Con la evolución de la técnica, y en este caso de la electrónica, los sistemas de encendido han avanzado mucho, consiguiendo mejorar todos aquellos problemas que solían tener los encendidos mecánicos.
El encendido electrónico es un sistema de encendido que no tiene componentes eléctricos accionados mecánicamente por partes móviles del motor, evitando así los problemas de mantenimiento, desajustes por desgaste, etc., que solían tener los sistemas mecánicos. 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 enviados 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.
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.
A continuación se puede ver el despiece de un distribuidor tipo hall, aparentemente es similar al mecánico salvo por el generador de impulsos (5) y las pantallas que dan la información (3).
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 (3), 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 UEC. A unas determinadas revoluciones fijas, las señales eléctricas tienen el mismo periodo.
El generador de impulsos también se denomina etapa de potencia, ya que transforma y aumenta la señal para que la identifique la UCE.
SABÍAS QUE…
La Unidad de Control Electrónico tiene varias denominaciones: UEC, UCE o simplemente centralita.
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. La señal que produce es de tipo cuadrada.
En la figura siguiente 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, a los terminales n.º 15 y n.º 1.
La unidad de control electrónica (UEC) 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 UEC no recibe tensión de la batería. Hay tres conductores eléctricos que conectan la UEC con el sensor hall y dos que conecta la UEC con la bobina de encendido a los terminales n.º 15 y n.º 1.
SABÍAS QUE…
Cuando en un circuito eléctrico en el automóvil hace referencia a corriente del 30, hace referencia a que coge corriente directamente de la batería. Cuando dice corriente del 15 es que coge corriente una vez que se pone el contacto. Cuando se dice negativo 31 quiere decir que va a masa.
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. Además, la señal que produciría es sinusoidal.
7.3. Sistemas de encendido integral
Estos sistemas están controlados por una unidad de control electrónica (UEC), la cual integra el control del sistema de encendido además de otros sistemas, como puede ser el sistema de inyección de combustible.
La UEC 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, mantenimiento y a sus desventajas.
La UEC 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 UEC. Las averías pueden consultarse con una ‘máquina de autodiagnosis’, las cuales ofrecen una ayuda valiosa en la búsqueda de averías en los sistemas o el motor.
Algunos de los sensores utilizados que envían señales a la UEC no tienen una única función, sino que la misma señal se puede emplear en 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. 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 UEC, la cual, con un microcontrolador o calculador, es capaz de realizar las funciones y operaciones de cálculo necesarias para el control de todos los sistemas, inyección, encendido, etc.
El sistema de encendido integral elimina los avances que poseían los encendidos anteriores, ya que estos son realizados gracias a la información que aportan los sensores que, una vez procesada por la UEC, manda la señal a la bobina de encendido, pero mantiene el distribuidor y el dedo repartidor.
SABÍAS QUE…
El sensor de revoluciones puede ser de tipo hall o inductivo, una de las funciones que realiza es indicar a la UEC que el motor está funcionando.
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 ventajas, 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:
Los sistemas de distribución emplean una o varias bobinas de encendido por cilindro controladas por las UEC. 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 ‘Distributor less Ignition System’. Se diferencia del sistema de encendido tradicional en que elimina el distribuidor con rotor. Con este sistema, se evitan desgastes de piezas por rozamiento, ya que no dispone de elementos mecánicos móviles.
SABÍAS QUE…
La tendencia en sistemas de encendido es utilizar una bobina por cilindro e incluso que la bobina y la bujía estén situadas en el mismo cuerpo.
A continuación se analizarán los tres tipos de encendido estático fundamentales.
Encendido DIS de simple bobina (chispa perdida)
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.
En la siguiente 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.
En la siguiente figura, la bobina está conectada directamente a la UEC, siendo esta la que controla cuando debe saltar la chispa en las bujías. La bobina de encendido DIS simple tiene 2 terminales de conexión, por el terminal n.º 1 tiene una alimentación normalmente positiva de 12 V y por el terminal n.º 2 la negativa, las cuales 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 n.º 1 y n.º 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.
RECUERDA
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.
En esencia, este sistema de encendido es igual que el anterior, con la salvedad de que las dos bobinas necesarias se reúnen en un solo cuerpo. En la imagen puede apreciarse esta circunstancia y cómo se produce el salto de chispa en los cilindros 1 y 4 que van emparejados.
En la siguiente imagen se observa como la bobina está conectada directamente a la UEC, siendo esta la que controla cuándo debe saltar la chispa en las bujías. La bobina de encendido DIS con ‘doble bobina’ tiene como mínimo 3 terminales de conexión. El terminal central n.º 2 tiene una alimentación normalmente positiva de 12 V a través de la UEC y 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.
A estas bobinas también se las denomina DFS. Para comprobarlas se utilizará un polímetro. Este se colocará entre los dos bornes del conector y deberá indicar una resistencia baja, alrededor de 0,8 a 1,2 ohmios. Para comprobar el secundario se colocaría el polímetro entre uno de los conectores de entrada y el central de salida de alta tensión.
El procedimiento para sustituir la bobina es similar al de la bobina convencional.
Sistema de encendido electrónico integral con distribución estática de alta tensión
También llamado 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 encendido mecánicos o DIS. De esta manera se minimizan las pérdidas de energía en conductores.
Este sistema dispone de una bobina por cilindro y cada una de ellas está controlada independientemente por la UEC. 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.
A estas bobinas también se las denomina EFS. Para comprobarlas se utilizará un polímetro. Este se colocará entre los dos bornes del conector y deberá indicar una resistencia baja, alrededor de 0,8 a 1,2 ohmios. Para comprobar el secundario habría que ver su oscilograma utilizando un osciloscopio.
Para sustituir la bobina únicamente será necesario desconectar la clavija de la bobina con el motor parado y sin contacto, y extraer la bobina tirando de ella. Esta suele ajustarse a la bujía por presión.
Ventajas de los sistemas de encendido estáticos
A continuación, mediante la siguiente aplicación práctica, se analizarán las principales ventajas de los sistemas de encendido estáticos, frente al sistema de encendido mecánico.
APLICACIÓN PRÁCTICA
Dados los siguientes aspectos, ¿sabrías distinguir cuáles son las ventajas de los sistemas de encendido estáticos frente a los sistemas mecánicos?
Solución
Las principales ventajas de los sistemas de encendido estáticos, frente al sistema de encendido mecánico son las siguientes:
ACTIVIDAD 1
Julián es un nuevo trabajador de “Talleres EBO”, el encargado le ha comunicado que necesita revisar el sistema de encendido de un vehículo pero este no conoce las características de los diferentes sistemas de encendido. Observa las siguientes imágenes e indica qué sistemas de encendido representan:
TAREA 3
Antonio trabaja en un taller mecánico de su localidad, uno de los vehículos que tiene que reparar en el día de hoy presenta un problema en el encendido, y uno de sus compañeros le ha indicado que el dwell de ese motor es un 60 %.
¿Cómo interpretas que el vehículo tenga un 60 % dwell? Explica qué es el ángulo de cierre, por qué es importante y cuáles son sus valores de referencia en función de los distintos tipos de encendido.
TAREA 4
José Ignacio es un alumno en prácticas en un taller de su localidad, va a proceder a reparar un vehículo que presenta un problema en el encendido, pero no sabe qué tipo de encendido tiene el vehículo ni las funciones de sus componentes principales.
Explica cuáles son los distintos elementos que componen los sistemas de encendido y cuáles son las funciones de las bobinas de encendido, las etapas de potencia, los calculadores, y los sensores inductivos y de efecto hall.
HILO CONDUCTOR
Dominar los aparatos de medida es fundamental para efectuar las comprobaciones y determinar las posibles averías en el sistema de encendido, por eso el taller Automotor Siglo XXI, S. L. forma a sus trabajadores para que sepan realizar las comprobaciones del sistema de encendido y 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:
8.1. Herramientas e instrumentos
A continuación se muestran una serie de imágenes de las principales herramientas e instrumentos que posibilitan la realización de mediciones eléctricas, y se explica el funcionamiento de cada una de ellas.
Multímetro, polímetro o test digital
El multímetro se usa para medir Resistencia o continuidad, la pinza negra de medición se sitúa en el COM del polímetro y la roja en la de V,Ω. A continuación con la ruleta seleccionamos la escala que queremos medir, si tenemos duda, siempre situar el polímetro en la escala superior e ir bajando de escala hasta conseguir la de la medición.
Para medir Voltaje, la pinza negra de medición se sitúa en el COM del polímetro y la roja en la de V,Ω. A continuación con la ruleta seleccionamos la escala que queremos medir, si tenemos duda, siempre situar el polímetro en la escala superior e ir bajando de escala hasta conseguir la de la medición. Tienes que tener en cuenta que la mayoría de los voltajes que medimos en el vehículo es de corriente continua, por tanto su símbolo es ¬–––, si quisiéramos medir voltaje en alterna sería ~.
Para medir Intensidades, la pinza negra de medición se sitúa en el COM del polímetro y la roja en la de A. A continuación con la ruleta seleccionamos la escala que queremos medir, si tenemos duda, siempre situar el polímetro en la escala superior e ir bajando de escala hasta conseguir la de la medición.
Para medir Diodos, la pinza negra de medición se sitúa en el COM del polímetro y la roja en la de V,Ω. A continuación con la ruleta seleccionamos en el símbolo del diodo.
Hay que tener en cuenta que para medir la resistencia de un elemento eléctrico, se tiene que hacer sin tensión eléctrica y situar las pinzas en paralelo al elemento. Para medir voltaje también sería con las pinzas en paralelo, pero esta vez tiene que circular corriente por el elemento. Para medir intensidades, las pinzas se sitúan en serie al circuito (se intercala) y también tiene que circular corriente por el circuito.
PARA SABER MÁS
Se recomienda visualizar el siguiente vídeo, donde se puede ver con ejemplos prácticos cómo realizar comprobaciones con el polímetro y su funcionamiento, pudiendo acceder al mismo desde aquí:
https://redirectoronline.com/uf12160109
Osciloscopio digital con dos canales, A y B
Para medir con el osciloscopio, tendremos que situar la pinza negativa de color negro normalmente en el osciloscopio y el otro extremo en un terminal de masa o negativa y la pinza positiva, normalmente de color rojo, en el osciloscopio y el otro extremo en el elemento que queremos medir; muchas veces tendremos que pinchar el elemento para no desconectarlo del mismo. A continuación tendremos que seleccionar la escala de voltaje y la escala de tiempo para que la señal aparezca en el osciloscopio. Los osciloscopios suelen tener una opción automática que te selecciona la escala más adecuada. Si el osciloscopio es de dos canales significa que tiene para poder ver dos señales al mismo tiempo.
PARA SABER MÁS
El siguiente vídeo, donde se puede ver el funcionamiento de un osciloscopio, está disponible para su consulta accediendo aquí:
https://redirectoronline.com/uf12160110
Lámpara o pistola estroboscópica
La lámpara o pistola estroboscópica se utiliza para comprobar la puesta a punto del encendido (avance). La pistola estroboscópica tendremos que colocar las pinzas en los elementos que muestra la imagen y a continuación la pinza parpadeará, este efecto nos permitirá ver la señal claramente, que suele tener la carcasa de la correa de la distribución y la señal de la polea del cigüeñal. Estas señales nos permiten saber los grados de avance que tiene nuestro motor a determinadas revoluciones y observar si funcionan los sistemas de avances o si el motor está demasiado adelantado o atrasado comparándolo con los datos del fabricante que vienen en el manual de taller.
PARA SABER MÁS
El siguiente vídeo, donde se puede ver el funcionamiento de la lámpara estroboscópica, se encuentra disponible para su consulta accediendo aquí:
https://redirectoronline.com/uf12160111
Lámpara de pruebas
Las lámparas de pruebas son elementos que sirven para determinar si hay corriente en un determinado punto del circuito eléctrico. Para ello, la pinza se sitúa a masa en cualquier punto de la carrocería y con la otra punta, tocamos el elemento que queremos ver si tiene corriente. Si la lámpara se enciende, quiere decir que hay corriente en ese punto.
8.2. Comprobación de la bobina de encendido y sustitución
El siguiente esquema recoge el proceso de comprobación de la bobina de encendido convencional:
La prueba de resistencia se recomienda hacerla con la bobina a una temperatura ambiente, entre 20 y 30 °C, 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 y los valores de la resistencia del secundario suelen ser altos, del orden de 3,5 kΩ a 10,8 kΩ. Los valores de la resistencia de aislamiento deben dar infinito.
Los pasos a seguir para la sustitución de la bobina son los siguientes:
El siguiente esquema recoge el proceso de comprobación de la 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).
SABÍAS QUE…
Algunas bobinas DIS suelen llevar unas láminas exteriores a modo de aletas para mejorar la refrigeración de las mismas.
8.3. Comprobación del rotor o pipa
El proceso de comprobación de rotor o pipa queda resumido en el siguiente esquema.
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 infinitos.
CONSEJO
Es 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.
Los valores de la resistencia de aislamiento deben ser infinito.
Hay que 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, habrá que 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:
Los valores de la resistencia entre terminales suelen 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.
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.
VÍDEO
El siguiente vídeo, que muestra cómo se realiza un cambio de bujías en un vehículo de gasolina, está disponible para su consulta accediendo aquí:
https://redirectoronline.com/uf12160112
Diagnóstico de las bujías mediante examen visual
Para saber si una bujía –u otras piezas del motor– están 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.
Aspecto de una bujía normal
Aspecto de una bujía carbonizada
Aspecto de una bujía engrasada
Bujía con formación de esmalte
Bujía con sedimentos
Bujía con rotura del aislante
Bujía con excesivo desgaste de los electrodos
Como se ha visto, realizar un examen visual puede dar mucha información, permitiendo determinar las causas del mal estado de las piezas, sus consecuencias y sus posibles soluciones.
EJEMPLO
Durante una reparación de un vehículo, se encuentra una bujía en el mismo estado que la de la imagen siguiente. Se necesita saber qué le ha pasado a la bujía, por qué, y qué remedio se puede aplicar.
El aislante, los electrodos y la carcasa se observan cubiertos con carbonilla negra aterciopelada, por tanto, se trata de una bujía carbonizada.
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. A continuación se muestra un esquema 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.
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, etc.
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 del 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 n.º 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.
A continuación se muestra un esquema de la comprobación de la tensión en el circuito secundario de un sistema de encendido DIS con doble bobina.
ACTIVIDAD COMPLEMENTARIA
2. Busca en internet oscilogramas con averías eléctricas y analiza dónde puede estar localizada la avería.
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.
A continuación se muestran los pasos a seguir para realizar la puesta a punto de un encendido mecánico con la ayuda de la pistola estroboscópica.
La pistola estroboscópica permitirá poner el motor con los grados de avance que estime el fabricante y comprobar el buen funcionamiento de los sistemas de avance.
8.10. Comprobación del sistema de encendido electrónico (inductivo y hall).
En este apartado se aúnan tanto el encendido hall como el inductivo ya que en esencia, la única diferencia que hay entre ambos es el tipo de sensor que monta el sistema, los demás elementos son similares
El sensor hall posee tres cables uno positivo, otro negativo y otro que emite una señal que informa a la UCE sobre cuándo debe saltar la chispa en el cilindro. Para comprobar el sensor, es necesario utilizar un osciloscopio en el que tendremos que captar la señal de voltaje del cable de señal, el otro cable del osciloscopio se conectará al cable de masa del sensor. Con esto se deberá obtener una señal cuadrada entre 0 y 5 voltios.
En el caso del sensor inductivo, al tener dos cables de señal, se utilizará el osciloscopio como en el caso anterior y la señal que se producirá será de tipo sinusoidal.
En el caso del sensor inductivo, al tener dos cables de señal, se utilizará el osciloscopio como en el caso anterior y la señal que se producirá será de tipo sinusoidal.
En la siguiente imagen se muestra la forma de la señal que se reflejará en el osciloscopio:
Dado que los demás componentes del sistema de encendido electrónico son similares a los del sistema de encendido mecánico, las comprobaciones de esos elementos se realizarán de la misma forma.
8.11. 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.
Dado que los demás componentes del sistema de encendido electrónico son similares a los del sistema de encendido mecánico, las comprobaciones de esos elementos se realizarán de la misma forma.
Para realizar las comprobaciones se realizarán pruebas con el multímetro y el osciloscopio, estas de detallan a continuación.
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.
8.12. Aplicación práctica sobre sustitución de la etapa de potencia y sensores hall e inductivo
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?
Desmontaje
Los pasos para realizar el desmontaje son:
Montaje
Los pasos para realizar el montaje son:
Sustitución de sensores hall e inductivo del distribuidor
Para la sustitución de los sensores hall e inductivo de los distribuidores, los pasos son similares:
Las bujías de encendido son un 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:
Existen una serie de comprobaciones básicas que se pueden realizar al sistema de encendido y a sus componentes, estas deberán realizarse en las condiciones de seguridad adecuadas.
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 °C.
b. Superiores a 800 °C.
c. Entre 500 °C y 800 °C.
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.