MECÁNICA AUTOMOTRIZ-SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO.
- SISTEMA DE ENCENDIDO CON AYUDA ELECTRÓNICA.
Con la introducción de la electrónica en los sistemas de encendido convencionales (con "ayuda electrónica") solo faltaba dar un paso y sustituir el sistema mecánico que supone el ruptor, siempre sometido a desgastes y a los inconvenientes debidos al rebote de los contactos a altos regímenes del motor que producen fallos de
encendido.
En el sistema de encendido convencional mediante bobina,
el número de chispas suministradas está limitado a unas 18 a 20000 por minuto y en el encendido con ayuda electrónica a unas 21 a 23000. A partir de aquí sobreviene el consabido rebote de contactos, por lo que estos tipos de encendido, sobre todo en motores de altas prestaciones están limitados. Además, el ruptor se somete a desgastes en su accionamiento, como es el desgaste de la fibra sobre la que actúa la leva que abre y cierra los contactos. El desgaste de esta pieza implica una variación del ángulo de encendido, lo que obliga a reajustar la separación de los contactos periódicamente.
- En la estructura básica de un sistema de encendido electrónico la corriente que atraviesa el primario de la bobina es controlada por un transistor “T”, que a su vez está controlado por un circuito electrónico, cuyos impulsos de mando determinan la conducción o bloqueo del transistor. El generador de impulsos “G” crea las señales eléctricas en función de la velocidad de giro del distribuidor que son enviadas al formador de impulsos, donde debidamente conformadas sirven para la señal de mando del transistor de conmutación. El funcionamiento de este circuito consiste en poner la base del transistor de conmutación a masa por medio del circuito electrónico, entonces el transistor conduce, la corriente del primario de la bobina por la unión emisor-colector del mismo transistor. En el instante en el que uno de los cilindros del motor tenga que recibir la chispa, el generador G crea un impulso de tensión que es enviado al circuito electrónico, el cual lo aplica a la base del transistor, cortando la corriente del primario de la bobina y se genera así en el secundario de la bobina la alta tensión que hace saltar la chispa en la bujía. Pasado este instante, la base del transistor es puesta nuevamente a masa por lo que se repite el ciclo.
- SISTEMAS DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO
En el encendido electrónico o llamado también transistorizado ha sido utilizado por los constructores de automóviles debido a su sencillez, prestaciones y fiabilidad. Este tipo de encendido se llama comúnmente "breakerless" utilizando una palabra inglesa que significa sin ruptor.
Teniendo en cuenta el tipo de captador o sensor utilizado en el distribuidor se pueden diferenciar dos tipos de encendido electrónico:
- Encendido electrónico con generador de impulsos de inducción. BOSCH lo denomina TZ-I otros fabricantes lo denominan TSZ-I.
- Encendido electrónico con generador Hall. BOSCH lo denomina TZ-H
A.- SISTEMA DE ENCENDIDO POR IMPULSOS DE INDUCCIÓN
I.- Sistema de inducción.
II.- Uno de los más utilizados en los sistemas de encendido electrónico.
III.- Está instalado en la cabeza del distribuidor sustituyendo al ruptor, la señal que genera se envía a la centralita que gestiona el corte de corriente del sistema primario de la bobina, para generar la alta tensión que se manda a las bujías.
IV.- El generador de impulsos esta formado por una rueda de aspas llamada "rotor", de acero magnético, que produce durante su rotación una variación del flujo magnético del imán permanente que induce de esta forma una tensión en la bobina que hace llegar al ECU. El imán permanente, el arrollamiento de inducción y el núcleo del generador de inducción componen una unidad constructiva compacta, "el estator". La rueda tiene tantas aspas como cilindros tiene el motor y a medida que se acerca cada una de ellas a la bobina de inducción, la tensión va subiendo cada vez con más rapidez hasta alcanzar su valor máximo cuando la bobina y el captador estén frente a frente (+V). Al alejarse el aspa siguiendo el giro, la tensión cambia muy rápidamente y alcanza su valor negativo máximo (-V).
V.- El valor de la tensión (V) depende de la velocidad de giro del motor: aproximadamente 0,5 V a bajas revoluciones y cerca de 10 V a altas revoluciones. En este cambio de tensión se produce el encendido y el impulso así originado en el distribuidor se hace llegar a la unidad electrónica. Cuando las aspas de la rueda no están enfrentadas a la bobina de inducción no se produce el encendido.
VI.- La estructura del generador de impulsos no tiene mucho que ver con el estudiado anteriormente de forma teórica, aunque su principio de funcionamiento sea el mismo. El núcleo ligeramente magnético del arrollamiento inductivo tiene la forma de un disco, llamado "disco polar" (3). El disco polar lleva en su parte exterior el dentado del estator dirigido hacia arriba. Correspondientemente el dentado del rotor (9) está dirigido hacia abajo.
VII.- Luz de separación entre los dientes fijos y móviles hay, en oposición directa, una distancia aproximada de 0.4 a 0,5 mm.
I.- La estructura del generador de impulsos no tiene mucho
que ver con el estudiado anteriormente de forma teórica aunque su principio de
funcionamiento sea el mismo. El núcleo ligeramente magnético del arrollamiento
inductivo tiene la forma de un disco, llamado "disco polar" (3). El
disco polar lleva en su parte exterior el dentado del estator dirigido hacia
arriba. Correspondientemente el dentado del rotor (9) esta dirigido hacia
abajo.
II.- La rueda
generadora de impulsos, comparable a la leva del encendido del ruptor, va
montada fija en el eje hueco, el cual rodea el
eje del distribuidor. El numero
de dientes de la rueda del generador y del disco polar coincide por regla
general con el con el numero de cilindros del motor.
III.- Entre los
dientes fijos y móviles hay, en oposición directa, una distancia aproximada de
0,5 mm.
- UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICO (ECU)
La unidad de control o centralita de encendido (también llamada "amplificador" en muchos manuales) recibe los impulsos eléctricos que le envía el generador de impulsos desde el distribuidor, esta centralita está dividida en tres etapas fundamentales como son:
- Sistema modulador de impulsos
- Sistema de mando del ángulo de cierre
- Sistema estabilizador
- El sistema del modulador de impulsos transforma la señal de tensión alterna que le llega del sistema de inducción, en una señal de onda cuadrada de longitud e intensidad adecuadas para el gobierno de la corriente primaria y el instante de corte de la misma. Estas magnitudes (longitud e intensidad de impulsos), son independientes de la velocidad de rotación del motor.
- El mando del ángulo de cierre varia la duración de los impulsos de señal conformada de onda cuadrada en función de la velocidad de rotación del motor.
- El sistema estabilizador tiene la misión de mantener la tensión de alimentación lo más constante posible.
B.-SISTEMA GENERADOR DE IMPULSOS DE EFECTO HALL
El sistema de encendido electrónico utilizado, es el que dispone como generador de impulsos el llamado de "efecto Hall".
El funcionamiento del generador de impulsos de "efecto Hall" se basa en crear una barrera magnética para interrumpirla periódicamente, esto genera una señal eléctrica que se envía a la centralita electrónica que determina el punto de encendido.
En el distribuidor se dispone el generador de efecto Hall que está formado por un tambor obturador “1” de material diamagnético, solidario al eje del distribuidor de encendido, con tantas ranuras como cilindros tenga el motor. El tambor obturador, en el momento de giro, se interpone entre un cristal semiconductor alimentado por corriente continua y un electroimán. Cuando la parte metálica de pantalla “2 “se sitúa entre el semiconductor y el electroimán, el campo magnético de este último es desviado y cuando entre ambos se sitúa la ranura del semiconductor, recibe el campo magnético del imán y se genera el "efecto Hall".
En el momento de giro del motor, el obturador abre y cierra el campo magnético Hall generando una señal de onda cuadrada que circula al módulo de encendido.
El sensor Hall su alimentación es por medio de la unidad de control a una tensión de 5 a 7,5 voltios en un aproximado.
Finalidad del ECU en el sistema
- La centralita su función es de hacer conducir o interrumpir el paso de corriente por el transistor de potencia o lo que es lo mismo dar paso o cortar la corriente a través del circuito primario de la bobina de encendido; pero además también efectúa otras funciones sobre la señal del circuito primario de la bobina como ser:
1.- Limitación de corriente:
- Debido a que este tipo de encendidos utilizan una bobina con una resistencia del arrollamiento primario muy bajo (valores inferiores a 1 Ω) que permite que el tiempo de carga y descarga de la bobina sea muy reducido: pero presentando el inconveniente de que a bajos regímenes la corriente puede llegar hasta 15 Amp. lo cual podría dañar la bobina y la centralita. Para evitar esto la unidad de control incorpora un circuito que se encarga de controlar la intensidad del primario a un máximo de 6 Amp.
2.- Regulación del tiempo de cierre:
- La gran variación de tiempo entre dos chispas sucesivas a altas y bajas revoluciones hace que los tiempos de carga sean a la vez muy dispares produciendo tiempos de saturación de la bobina de encendido excesivos en algunos casos y energía insuficiente en otros. En fin de evitar esto módulo incorpora un circuito de control que actúa en base a la saturación del transistor Darlington para ajustar el tiempo de cierre el régimen del motor.
- Como la regulación del ángulo de cierre y la limitación de la corriente dependen directamente de la corriente primaria y del tiempo, se regulan los efectos de las variaciones de tensión del suministro de carga (batería) y los de la temperatura u otras tolerancias de la bobina de encendido. Esto hace que este sistema de encendido sea especialmente adecuado en el momento de poner en marcha el motor o arranques en frío. Puesto que, debido a la forma de la señal Hall puede fluir corriente primaria estando parado el motor y conectado el conmutador de encendido y arranque, las unidades de control están dotadas de una conexión adicional capaz de desconectar después de algún tiempo esa "corriente de reposo".
- Las unidades de control electrónico utilizadas en este tipo de encendido al igual que los sistemas utilizadas en encendido con generador inductivo están construidos en técnica híbrida. Esto permite agrupar en un solo elemento por ejemplo la bobina de encendido y la unidad de control electrónico junto con el sistema de distribuidor. Debido a la potencia de perdida que aparece en la unidad de control y la bobina de encendido, es necesaria una refrigeración suficiente del sistema y un buen contacto térmico con la carrocería. La unidad de control de este sistema de encendido es similar al del generador de impulsos de tipo inducción.
Instalación del sistema
El sistema de generador de impulsos se conecta en este caso con la unidad de control electrónico por medio de tres cables conductores, que permiten alimentar de corriente eléctrica el circuito de efecto Hall (bornes + y -) y transmitir las señales de mando a la unidad de control PCM (borne o).
C.- SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO INTEGRAL
- El sistema con distribuidor evoluciona a la vez que se perfecciona el sistema de encendido, esta vez desaparecen los elementos de corrección del avance del punto de encendido "regulador centrifugo" - "regulador de vació") y también el generador de impulsos, a los que se sustituye por componentes electrónicos. El distribuidor en este tipo de encendido se limita a distribuir, como su propio nombre indica, la alta tensión procedente de la bobina a cada una de las bujías.
- El tipo de sistema de encendido al que nos referimos ahora se le denomina: "encendido electrónico integral" y sus particularidades con respecto a los sistemas de encendido estudiados hasta ahora son el uso de:
- Un sensor de rpm del motor que sustituye al "regulador centrifugo" del distribuidor.
- Un sensor de presión que mide la presión de carga del motor y sustituye al "regulador de vacío" del distribuidor.
Ventajas de este sistema
- Mejora la regulación del encendido a las variadas e individuales exigencias planteadas al motor.
- Posibilidad de incluir parámetros de control adicionales (por ejemplo: la temperatura del motor).
- Mejora el comportamiento del arranque, mejor marcha en ralentí y menor consumo de combustible.
- Recogida de una mayor cantidad de datos de funcionamiento.
- Viabilidad de la regulación antidetonante.
- La superioridad de este encendido se aprecia claramente observando la cartografía de encendido donde se aprecia los ángulos de encendido para cada una de las situaciones de funcionamiento de un motor (arranque, aceleración, retención, ralentí y etc.).
- Ángulo de encendido para un determinado punto de funcionamiento se elige teniendo en cuenta diversos factores como el consumo de combustible, par motor, gases de escape distancia al límite de detonación, temperatura del motor, aptitud funcional, etc. Por todo lo expuesto hasta ahora se entiende que la cartografía de encendido de un sistema de encendido electrónico integral es mucho más compleja que la cartografía de encendido electrónico sin contactos que utiliza "regulador centrifugo" y de "vacío" en el distribuidor.
D.- SISTEMA DE ENCENDIDO ELECTRÓNICO POR DESCARGA DE CONDENSADOR
Este sistema llamado también "sistema de encendido por tiristor" funciona de una manera distinta a todos los sistemas de encendido. Su funcionamiento se basa en elevar la carga de un condensador con energía eléctrica para luego descargarlo provocando en este momento la elevación de tensión para luego descargar la chispa en las bujías.
En el encendido por bobina, el tiempo de crecimiento de la tensión secundaria y la duración de la chispa son relativamente largos (del orden de 0,1 milisegundo y 1 msg respectivamente), no permitiendo su aplicación en motores de alto régimen de funcionamiento sobre todo en aquellos en los que el número de cilindros es elevado. Para motores de carácter deportivo donde es necesario almacenar una gran cantidad de energía eléctrica para después descargarla en las bujías en intervalos muy cortos de tiempo por el elevado número de revoluciones a la que funcionan estos motores, se utiliza el encendido por descarga de condensador.
En este sistema de encendido, la energía es almacenada en el condensador de capacidad "C", cargado a la tensión "V". El valor de la capacidad del condensador está limitada a 1 y 2 microfaradios debido a evidentes razones de dimensión del condensador, intentando aumentar el nivel de energía almacenada aplicando tensiones elevadas. En la práctica se utilizan valores de tensión alrededor de los 400 V.
Cuando el alternador tiene carga, se realiza la descarga muy rápidamente a través del arrollamiento primario del transformador de encendido, elevando la tensión del condensador al valor de la alta tensión necesaria en el secundario, con el fin de provocar la chispa en la bujía, como en el caso del sistema de encendido por bobinado inductivo.
E.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL SISTEMA
- Tensión más elevada y constante en una gama de regímenes de funcionamiento más amplia.
- Energía máxima en todos los regímenes.
- Crecimiento de la tensión extremadamente rápida.
- Como desventaja decir que la duración de las chispas es muy inferior, no es adecuado para los demás vehículos ya que tiene fallos de encendido a bajas revoluciones.
- La puesta a punto de este encendido requiere una gran exactitud, así como la preparación de la mezcla, el ajuste de la distribución y juego de válvulas.
- El circuito de alta tensión está contenido de un módulo metálico, encaja en la tapa de la culata, en medio de los árboles de levas del motor. Dentro del módulo existe una bobina por cada bujía por lo que se eliminan los cables de alta tensión, este sistema elimina los parásitos generados por la alta tensión, el conjunto del circuito está cerrado en el bloque metálico formando un blindaje y estando conectado eléctricamente a la masa del motor.
FUENTE.
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