Asignaturas:
- General
- Encendido de la bobina de encendido
- Encendido por distribuidor convencional con puntos de contacto.
- Encendido controlado por computadora
- Presión de combustión y sincronización del encendido.
- Avance de encendido
- Tiempo de permanencia
- Inflamación DIS
- Una bobina de encendido por cilindro
- Mida el patrón de encendido primario con el osciloscopio.
General:
En un motor de gasolina, la mezcla de combustible y aire debe encenderse al final de la carrera de compresión. Esto sucede porque el candelilla da una chispa. Para que la bujía produzca chispa se requiere un voltaje entre 20.000 y 30.000 voltios. Una bobina de encendido convierte el voltaje de la batería (alrededor de 12 a 14,8 voltios) en este alto voltaje.
En los sistemas más antiguos, suele haber una bobina de encendido atornillada en algún lugar del bloque del motor, que está conectada a las bujías mediante cables de bujía. Los motores más nuevos suelen tener bobinas de encendido de pasador. Cada bujía tiene su propia bobina de encendido. El número de bobinas de encendido del motor se puede reconocer fácilmente por la presencia de cables de bujía. Si los cables de las bujías llegan a cada cilindro, el automóvil tiene 1 bobina de encendido fija o una bobina de encendido DIS. Si no hay cables de bujía funcionando, hay una bobina de encendido separada en cada bujía. A menudo es necesario desmontar una placa de cubierta del motor para comprobarlo.
Bobina de encendido:
Un sistema de encendido utiliza una bobina de encendido. Independientemente del tipo (convencional o controlado por ordenador), el principio es el mismo. La bobina de encendido contiene 2 bobinas de alambre de cobre alrededor de una varilla de hierro (núcleo). La bobina primaria (en el lado del interruptor de encendido) tiene pocas vueltas de cable grueso. La bobina secundaria tiene muchas vueltas de alambre delgado. La bobina primaria tiene un voltaje de 12 voltios. A través de esta bobina primaria se envía una corriente de 3 a 8 amperios. Esto genera un campo magnético. Cuando este campo magnético desaparece, se genera un voltaje de 250 a 400 voltios en la bobina primaria. Debido a la diferencia en el número de devanados, en la bobina secundaria se genera un voltaje de hasta 40.000 voltios.
La bobina primaria de la bobina de encendido tiene una resistencia óhmica e inductiva. La resistencia óhmica se puede medir con el multímetro o calcularse a partir de las mediciones de corriente o voltaje. La resistencia inductiva se refiere al campo magnético desarrollado en la bobina primaria y depende de la velocidad a la que cambia la corriente y de las propiedades magnéticas de la bobina (el valor L). Cada bobina de encendido tiene un valor L fijo, que depende del número de vueltas y de las dimensiones de la bobina y de las propiedades y dimensiones del núcleo.
Encendido por distribuidor convencional con puntos de contacto:
El sistema de encendido convencional consta de una única bobina de encendido que se enciende y apaga con puntos de contacto, cable de bobina de encendido, cables de bujías y un distribuidor mecánico con avance del tiempo de encendido.
En reposo, los puntos de contacto están cerrados. Una corriente fluye a través de la bobina primaria, a través de los puntos de contacto a tierra. En ese momento, existe un campo magnético en la bobina primaria. Cuando la leva levanta la palanca, el contacto entre los puntos de contacto se rompe y se crea un voltaje inducido. Este voltaje inducido se amplifica en la bobina secundaria y se transmite al distribuidor a través del cable de la bobina de encendido. El terminal del distribuidor apunta a una de las conexiones del cable de la bujía. El voltaje se transmite a la bujía, que produce una chispa.
La bobina de encendido transmite una alta tensión a través de la conexión del cable de la bobina de encendido al rotor en el distribuidor. El rotor del distribuidor gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal. Esto es posible porque, según la construcción, existe una conexión directa entre el cigüeñal y el distribuidor (como se muestra en la figura), o porque el rotor es accionado directamente por el árbol de levas. Después de todo, el árbol de levas ya gira a la mitad de la velocidad del cigüeñal. La imagen muestra una vista despiezada del distribuidor.
El rotor es sensible al mantenimiento. Las partículas de contacto entre el rotor y la tapa del distribuidor se corroen con el tiempo, lo que deteriora la calidad de la chispa de la bujía. Lijando ocasionalmente la corrosión o reemplazando las piezas desgastadas, la calidad de la chispa sigue siendo óptima. Al girar la tapa del distribuidor en el rotor, se ajusta el tiempo de encendido.
Encendido controlado por computadora:
Los automóviles modernos están equipados con sistemas de encendido controlados por computadora. El sistema de gestión del motor controla la bobina de encendido. Un generador de impulsos (sensor de posición del cigüeñal y, en su caso, sensor de posición del árbol de levas) proporciona un impulso de referencia que se ejecuta de forma sincronizada con el cigüeñal o el árbol de levas. A menudo falta un diente en un anillo o en la polea que sirve de punto de referencia. La imagen muestra la polea mecanizada del cigüeñal del Proyecto MegaSquirt. La polea tiene 36 dientes, 1 de los cuales está pulido. Por eso también se le llama rueda de referencia 36-1. Por cada 10 grados pasa 1 diente por el sensor (360/36).
Cada vez que el diente faltante pasa por el sensor, se envía una señal a la ECU.
Este punto de referencia no es el punto muerto superior (TDC), como suele sugerir el nombre. En realidad, este punto de referencia está entre 90 y 120 grados antes del PMS. Esto significa que cuando no hay avance de encendido, el impulso de encendido se produce de 9 a 12 dientes después del punto de referencia.
La imagen muestra la señal del cigüeñal (amarillo) en relación con el pulso de control de la bobina de encendido (azul). En la señal del cigüeñal se ve el diente que falta donde falta el pulso. En este motor, el diente que falta está a 90 grados antes del PMS (son 9 dientes de la rueda de pulso).
Entre el diente faltante (punto de referencia, amarillo) y el impulso de control (azul), se ven 8 dientes; Esta es una preignición de 10 grados.
El avance del encendido tiene que ver con la velocidad de combustión; La combustión necesita tiempo para alcanzar su presión máxima de combustión. Esta presión máxima de combustión es óptima en una posición del cigüeñal de 15 a 20 grados después del PMS. Esto debe ser óptimo en todas las condiciones de funcionamiento. Los siguientes párrafos explican la influencia del tiempo de encendido en la presión de combustión, cómo se produce el avance del encendido y cómo se puede leer el tiempo de permanencia en la imagen del osciloscopio.
Presión de combustión y sincronización de encendido:
El sistema de encendido debe garantizar que la mezcla en el espacio del cilindro se encienda en el momento adecuado. Cuando el pistón ha pasado el PMS, la presión de combustión debe ser máxima. Debido a que hay un tiempo entre el encendido y el encendido de la mezcla (donde se alcanza la presión máxima de combustión), la mezcla debe encenderse algún tiempo antes del PMS. En resumen: la bujía ya debe haber chispeado antes de que el pistón alcance el PMS.
En el siguiente diagrama vemos la progresión de la presión (línea roja) en relación con los grados del cigüeñal. La bujía produce chispas en el punto a. El pistón se mueve más hacia el PMS (0) y la presión de combustión aumenta. La presión máxima de combustión se alcanza aproximadamente entre 10 y 15 grados después del PMS (en el punto b).
- si el punto b se mueve demasiado hacia la izquierda, la mezcla se enciende demasiado pronto y el pistón deja de moverse hacia arriba;
- Cuando el punto b se desplaza hacia la derecha, la combustión se produce demasiado tarde. El pistón ya se ha movido demasiado hacia el ODP. El golpe de poder ya no es lo suficientemente efectivo.
Avance de encendido:
Para que se produzca el pico de presión en la posición correcta del cigüeñal, es importante avanzar el encendido cuando se aumenta la velocidad del motor. El punto b (la presión máxima de combustión) no se debe mover. Al avanzar y retrasar el tiempo de encendido, el punto a (tiempo de encendido) se desplaza hacia la izquierda o hacia la derecha. El tiempo de combustión depende del nivel de llenado del motor y de la proporción de mezcla actual. Por tanto, el avance del encendido es diferente para cada motor. Esta es también la razón por la que el punto de referencia del cigüeñal se fija un número de grados antes del PMS: entre el punto de referencia y el PMS hay tiempo para calcular el avance del encendido.
Con una bobina de encendido DIS (descrita más adelante en la página), el sensor de posición del cigüeñal es suficiente para determinar el tiempo de encendido. El primer impulso después del diente faltante se utiliza, por ejemplo, para cargar la bobina secundaria de los cilindros 1 y 4. Luego se cuenta el número de dientes (18 en este caso) para generar el pulso para la bobina secundaria de los cilindros 2 y 3. Si el motor está equipado con bobinas de encendido COP, un punto de referencia no es suficiente. En ese caso, se necesita un sensor de posición del árbol de levas para detectar múltiples puntos de referencia.
Las dos imágenes siguientes (tabla de avance de encendido y vista 3D) muestran la configuración del mapa de encendido en el Proyecto MegaSquirt. Estos se denominan tablas de búsqueda, campos de referencia o principales.
El avance del encendido se determina en función de la configuración del motor. Los gráficos muestran las curvas de avance del encendido a plena carga para un encendido con distribuidor mecánico (convencional) (línea rosa) y un sistema controlado por computadora (línea azul). La curva de la línea rosa es el punto donde el avance del vacío entra en vigor. Además, las líneas son rectas; esto se debe a limitaciones mecánicas. Con un sistema controlado por computadora esto se puede controlar con mayor precisión; por lo tanto, la curva de encendido se desarrolla como una curva. Entre 1200 y 2600 rpm la línea azul se ha bajado ligeramente; esto tiene que ver con el área de golpeo de carga parcial. También se puede observar que tanto la línea de avance convencional como la controlada por ordenador terminan en aproximadamente 25 grados. El avance no debe aumentarse más, porque entonces existe el riesgo de que se produzca un "golpe de alta velocidad", o la zona de golpe a altas velocidades.
El mapa de encendido sirve como base para el avance del encendido. A partir de este momento, la gestión del motor intentará adelantar el encendido al máximo. Demasiado avance provocará golpes; esto lo registran los sensores de detonación. En el momento en que los sensores de detonación registran que el motor tiende a detonar, el sistema de gestión del motor se desviará unos pocos grados del tiempo de encendido. A continuación se vuelve a acelerar la velocidad hasta que los sensores de detonación den una señal.
Tiempo de permanencia:
Cuando se activa la corriente primaria, se genera un campo magnético. La corriente a través de la bobina no alcanzará inmediatamente su valor máximo; Esto lleva tiempo. En la bobina hay una resistencia que se obtiene a partir de un voltaje de inducción opuesto. La corriente tampoco excederá de 6 a 8 amperios. Se ha generado suficiente energía en 2,3 milisegundos para provocar que salte una chispa a través de la bujía, que es suficiente para encender la mezcla de aire y combustible. El punto t=2,3 ms es el tiempo de encendido. La acumulación de corriente desde el tiempo t0 hasta t=2,3 ms se denomina tiempo de carga de la bobina primaria o tiempo de permanencia.
La acumulación de corriente en la bobina primaria se detiene en aproximadamente 7,5 amperios. La corriente no debería aumentar más, porque entonces la bobina primaria podría calentarse demasiado. Cuando cae el voltaje a bordo del automóvil, se necesita más tiempo para cargar la bobina primaria. El tiempo de encendido no cambia. Entonces la carga debe comenzar antes. Esto se puede ver en la figura, donde la línea verde muestra el fenómeno de encendido de la bobina a menor voltaje. El proceso de carga comienza antes (delta t) y finaliza al mismo tiempo que la línea negra en 7,5 A.
El control de la bobina de encendido cambia; la amplitud del impulso impulsor afecta el tiempo de carga de la bobina primaria. Cuanto más largo sea el pulso, más tiempo tendrá la bobina para cargarse.
En ambas imágenes, la inflamación se produce en el octavo diente (80 grados antes del PMS). La imagen de la derecha muestra el tiempo de permanencia más largo.
Inflamación DIS:
DIS significa Sistema de encendido sin distribuidor. Se trata, como su nombre indica, de un encendido electrónico sin distribuidor. La señal de encendido proviene directamente de la ECU, lo que lo convierte en un encendido controlado por computadora. Este sistema de encendido combina 2 bobinas de encendido en 1 carcasa. Cada bobina de encendido proporciona chispa para 2 cilindros. Hay una bobina de encendido de bobina simple montada en los cilindros 1 y 4, y la otra bobina montada en los cilindros 2 y 3.
Como ejemplo, tomamos la bobina de encendido DIS con las conexiones para los cilindros 2 y 3. No hay rotor, lo que significa que ambos producirán chispas al mismo tiempo. El cilindro 2 está al final de la carrera de compresión y la bobina de encendido proporciona una chispa para encender la mezcla. Esto significa que la bobina de encendido también produce chispas en el cilindro 3, que luego comienza con la carrera de admisión, pero como ahora no tiene mezcla inflamable, esto no importa. Más tarde, cuando el cilindro 3 esté ocupado con la carrera de compresión, el cilindro 2 estará ocupado con la carrera de admisión y luego recibirá la chispa innecesaria. La chispa vacía en el cilindro donde no se produce combustión no provoca un envejecimiento más rápido de la bujía. La chispa entonces sólo necesita un voltaje de 1kV (1000V) en lugar de los 30kV cuando se quema una mezcla.
La ventaja de la bobina de encendido DIS es que realmente no requiere mantenimiento. La bobina de encendido no requiere mantenimiento. La desventaja de esta bobina de encendido es que a veces penetra humedad entre el cable y el eje de conexión de la bobina de encendido. La humedad provoca corrosión en los contactos, que se vuelven blancos o verdes. El voltaje de la chispa cae debido a la gran pérdida de voltaje causada por la corrosión. El motor puede empezar a temblar y vibrar ligeramente, sin llegar a provocar un fallo en la memoria de la ECU. En caso de una queja como esta, es aconsejable desmontar los cables de la bobina de encendido uno por uno (¡¡con el motor apagado!!) y comprobar si los contactos están bonitos y dorados y no hay rastros de corrosión en Se puede ver en el cable y en el eje. La corrosión es muy agresiva y volverá lentamente después de la limpieza. La mejor solución es sustituir la bobina de encendido completa por el cable correspondiente.
Una bobina de encendido por cilindro:
Con este sistema de encendido, las bobinas de encendido (de varilla), también llamadas bobinas de encendido COP (coil on plug), se montan directamente en la bujía. También en este caso la unidad de control del motor (ECU) controla el encendido. La unidad de control calcula tanto la corriente como el tiempo de encendido. El funcionamiento es como el de una bobina de encendido antigua; Esta bobina de encendido también tiene una bobina primaria y una secundaria. La bobina primaria recibe tensión a través del conector superior y se interrumpe internamente a través de un transistor.
La desventaja de estas bobinas de encendido es que están montadas en el eje de la bujía y, por tanto, se calientan mucho. Aunque están hechos para eso, a veces tienden a romperse. Esto se puede reconocer cuando un automóvil salta un cilindro y luego el motor comienza a temblar. Cuando esto sucede, el sensor lambda reconocerá que una bobina de encendido no está encendiendo el combustible y se detendrá la inyección de combustible al cilindro correspondiente. Entonces el cilindro ya no funciona. Esto evita que el combustible no quemado entre en el escape, lo que destruirá el catalizador. Una bobina de encendido rota a menudo se puede reconocer por el hecho de que el motor funciona de manera muy irregular (y la luz del motor está encendida, aunque esta luz puede tener numerosas causas).
Puede encontrar más información y causas de fallas de encendido del cilindro en la página transferencia de cilindros.
Si sospecha que la bobina de encendido está defectuosa, puede ver la imagen de encendido primario con el osciloscopio si el motor está en modo de emergencia y el encendido y la inyección se han apagado mientras el motor está en marcha.
Medición del patrón de encendido primario con el osciloscopio:
La bobina de encendido genera la tensión necesaria para que se pueda generar una fuerte chispa en la parte inferior de la bujía. La bobina de encendido debe generar un voltaje de aproximadamente 30.000 a 40.000 voltios para producir una chispa en la bujía. Para ello se debe generar en la bobina primaria una tensión de ionización de 300 a 400 voltios. A través de la tensión a través de la bobina primaria podemos ver si este proceso va bien. Los voltajes de las bobinas primaria y secundaria se pasan entre sí, aunque los niveles en la bobina secundaria son aproximadamente 100 veces mayores. Esto permite ver en el perfil de tensión primaria si la bobina de encendido está en orden y si la bujía produce chispas correctamente. La imagen del alcance a continuación se midió en la bobina primaria de una bobina de encendido.
De izquierda a derecha:
- 14 voltios: en reposo medimos 14 voltios en el lado positivo y masa de la bobina de encendido;
- Tiempo de contacto: la bobina primaria está conectada a tierra por un lado. Se crea un voltaje diferencial de 14 voltios entre + y tierra, lo que hace que la corriente fluya a través de la bobina;
- 300 voltios (inducción): la etapa de salida en la ECU o módulo de encendido finaliza el control y se crea una inducción de aproximadamente 300 voltios en la bobina primaria. A esto lo llamamos voltaje de ionización. En la bobina secundaria se genera un voltaje de 30.000 voltios. Este voltaje es necesario para hacer conductor el aire entre los electrodos de la bujía y permitir que salte una chispa;
- Chispas de la bujía: desde el cable de chispa podemos ver que la bujía está chispeando;
- Balanceo: aquí es donde fluye la energía residual. Esto depende del valor LCR del circuito (valor L de la bobina de encendido y la capacitancia del condensador).
Por tiempo de apertura en la imagen del osciloscopio nos referimos al tiempo de apertura de los puntos de contacto. Esto ya no se aplica a un encendido controlado por computadora. Sin embargo, podemos determinar la velocidad en función del punto en el que aparece el voltaje de ionización de la segunda chispa. Las imágenes del osciloscopio a continuación muestran las imágenes de encendido principal a baja velocidad (izquierda) y alta velocidad (derecha).
Con un osciloscopio podemos visualizar la imagen de encendido y la imagen de inyección en relación a la señal del cigüeñal. La rueda de referencia contiene un punto de referencia. Después de cada revolución del cigüeñal se produce un momento de encendido. Sabemos que el cigüeñal debe girar dos rotaciones para un ciclo de trabajo completo. De esto podemos reconocer que estamos ante una bobina de encendido DIS. Entonces se produce una “chispa desperdiciada”. Las imágenes de los inyectores lo confirman: la inyección se produce cada dos vueltas del cigüeñal.
Si sospecha que una bobina de encendido está defectuosa, puede determinar si hay un problema en el encendido secundario viendo la imagen del encendido secundario. La imagen resultante muestra la imagen de encendido del cilindro 6 (azul) y del cilindro 4 (rojo) en los que hay una falla. La explicación sigue debajo de la imagen.
En la imagen principal del cilindro 4, se puede ver el voltaje de ionización, pero luego la energía se desvanece. La imagen ahora se asemeja al perfil de voltaje característico de un inyector de bobina magnética. Qué podemos reconocer en esta imagen:
- El cilindro 6 (azul) está bien. Usamos esta imagen como referencia;
- Cilindro 4: el voltaje de ionización está bien. La energía se genera en la bobina primaria. La bobina primaria está bien;
- El control de la ECU del motor o del módulo de encendido externo está bien;
- El curso secundario no es visible;
- Por tanto, la bobina primaria y secundaria no intercambian energía;
- La bobina secundaria está interrumpida.
La experiencia demuestra que la bobina secundaria de una bobina de encendido puede fallar debido al calor. Podemos detectar este defecto con un osciloscopio. Tenga en cuenta: si el motor ha entrado en modo de emergencia, es posible que se interrumpa el control. Por lo tanto, realice la medición inmediatamente después o durante el arranque del motor.
