gestión electrónica en los sistemas de encendido
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G r u p o I I
P r o f e s o r : I n g . R a ú l
L u n a
R e a l i z a d o p o r :
D a m i á n C á r d e n a s
O r e l l a n a
J u a n E s c u d e r o
A s t u d i l l o
S e b a s t i á n Q u i z h p i
S a l a m e a
C i c l o 2 0 1 0 - 2 0 1 1
Universidad Politécnica
Salesiana
Motores I
Gestión
Electrónica en
los Sistemas de
Encendido
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La Gestión Electrónica en los Sistemas de Encendido
Introducción
Dentro del motor, la fase de encendido de la mezcla es un factor importante para la potencia del motor así como para el ahorro de combustible, por lo que siempre el sistema de encendido de la mezcla ha ido evolucionando a la par de la tecnología.
Es por eso que en un principio los sistemas de encendido de la mezcla eran puramente mecánicos, con varios ingeniosos sistemas que permitían adaptar el chispazo a los diferentes regímenes del motor. Poco a poco estos sistemas fueron insuficientes para los nuevos estándares que el motor iba adquiriendo y mediante la evolución de la electrónica, se han adaptado distintos dispositivos que permiten un uso optimo del combustible.
Esto no solo ayuda a la potencia del motor y a la eficiencia económica sino mas bien ayuda a proteger a la naturaleza, y con esto a nuestro propio entorno, y evitar un uso indiscriminado de los recursos, muchos de ellos en pronto escaseo pero sobre todo muy contaminantes, que la están a disposición de los hombres.
Por lo que la gestión electrónica en los sistemas de encendido no solo resulta uno de los mayores progresos en la materia de motores, sino también en la disminución de agentes contaminantes.
Objetivos
• Realizar una investigación de la evolución de la aplicación de la electrónica en el sistema de encendido del motor.
• Realizar previamente un análisis matemático en el que se basa la fase de combustión.
• Investigar cuales fueron los precedentes del sistema electrónico de encendido.
• Estudiar cómo se realiza la gestión electrónica del encendido, ver sus parámetros, distintos regímenes, así como otros datos.
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Marco Teórico
1. Análisis matemático en que se basa la Combustión.
Nociones Generales
En este proceso se transforma la energía química del combustible en energía térmica y se realiza cierto lapso en que el émbolo se encuentra cerca del PMS.
La eficacia del proceso depende de un gran número de factores, pero sobre todo depende del proceso de preparación de la mezcla.
La velocidad de reacción de la mezcla depende de la composición de la mezcla combustible, es decir del coeficiente de exceso de aire.
El valor mínimo del coeficiente de exceso de aire ���� con que se puede inflamar la mezcla se llama: límite superior de concentración para la propagación de la llama. El valor máximo del coeficiente de exceso de aire ���� con que aún se puede inflamar la mezcla, recibe el nombre de: límite inferior de concentración para la propagación de la llama.
En la siguiente figura se representa la variación de velocidad de propagación de la llama ��, durante la combustión de la mezcla de algunos combustibles.
1. hidrógeno 2. Acetileno 3. Anhídrido carbónico 4. Etileno 5. Propano 6. metano
En los combustibles de hidrocarburos que se utilizan en los motores de automóvil la velocidad máxima que tienen � 0.85/0.9
Si se aumenta la temperatura en el instante de la inflamación del combustible, �� aumenta (proporcionalmente, el cuadrado de la temperatura), si lo que aumenta es la presión, �� disminuye un poco.
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En el ciclo real, donde la combustión dura cierto tiempo (cerca de 0.001 s), el émbolo tiene tiempo de alejarse un poco del PMS, el tiempo que dura la combustión el cigüeñal gira de 15 a 20º.
Para un mejor estudio, el eje de las ordenadas se tomará la presión � y sobre las abscisas el ángulo de giro � del cigüeñal.
a. en esta figura se observa el diagrama de indicador en las coordenadas � - � b. posiciones del frente de la llama en distintos periodos del proceso de combustión cuando la carga no tiene movimiento dirigido.
c. variación de la presión y la temperatura.
Para que la combustión de la mezcla sea rápida y se efectúa cerca del PMS con lo que se consigue un mejor aprovechamiento del calor, es necesario que la chispa eléctrica se produzca en la cámara de combustión en el instante en que al cigüeñal le faltan varios grados para llegar al PMS.
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El ángulo de giro del cigüeñal correspondiente al salto de la chispa antes del PMS se llama ángulo de avance del encendido y se representa por ��
El tiempo correspondiente al ángulo ∆� de giro del cigüeñal es:
� ∆� 6�
Siendo n las RPM del cigüeñal.
El proceso de combustión se puede dividir en tres fases:
Primera Fase: Proceso desde el instante en que salta la chispa eléctrica hasta el comienzo de la elevación brusca de la presión, que en el diagrama de indicador se caracteriza por el ángulo �� y que se llama fase inicial de combustión.
En esta fase se incluye el periodo durante el cual se produce un pequeño foco de ignición, en la zona de altas temperaturas entre los electrodos de la bujía. (en el momento de la descarga se alcanza una temperatura de 10000º K)
Durante el tiempo correspondiente a esta fase arde el 6-8% de la mezcla combustible.
Segunda Fase: Es la principal, se caracteriza por el ángulo ���, que abarca el instante en que aumenta bruscamente la presión hasta el momento en que la presión alcanza su máximo valor �� ��� .(desde el punto 2 hasta 3) Durante esta fase arde cerca del 80% de la mezcla combustible.
En esta segunda fase, se observa en el diagrama de indicador, por la velocidad a la que aumenta la presión por cada grado de ángulo de giro del cigüeñal, el valor medio de esta magnitud recibe el nombre de rigidez de proceso, y se determina por la relación:
∆� ∆� �� ��� � ��
��� � � !
"#� $%&'
Si es necesario valora el máximo incremento de presión se lo toma desde el punto k hasta el punto l.
Tercera Fase: se designa con ����, comienza en el punto 3 del diagrama del indicador y se caracteriza por el periodo de extinción del combustible. No se puede establecer en qué punto del diagrama el combustible se ha quemado por completo
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2. Influencia del Angulo de Avance en el rendimiento del motor
Influencia del Ángulo de Avance del Encendido
Para que la masa de combustible arda cerca del PMS el chispazo tiene que producirse con cierta antelación a este.
Este diagrama se obtuvo estableciendo u ángulo óptimo de avance al encendido, haciendo saltar la chispa oportunamente se obtuvo una combustión cercana al PMS, en este caso se obtuve la mayor potencia del motor y un mejor rendimiento económico.
Si el ángulo de encendido se toma demasiado grande, el proceso de combustión inicia antes de que el pistón llegue al PMS, la presión aumenta bruscamente y alcanza su valor máximo cuando el pistón aun se mueve hacia el PMS, luego se observa una disminución de la presión y en las proximidades del PMS se produce un lazo, que es un gasto de trabajo inútil.
También puede provocar una combustión anormal detonante.
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Un encendido prematuro ocasiona disminución de la potencia y del rendimiento económico del motor.
En este caso la combustión se daría durante el proceso de expansión, cuando el pistón se encuentra lejos del PMS, empeorando la potencia, y la temperatura de los gases es mayor durante la expansión y el escape, recalentando el motor.
Influencia de la Composición de la Mezcla de trabajo
La composición de la mezcla de trabajo, definida por el coeficiente de exceso de aire, ejerce gran influencia sobre el proceso de combustión.
Cuando el coeficiente de exceso de aire se encuentra dentro de este rango: �0.85/0.9, se tiene una velocidad máxima de propagación del frente de la llama.
Cuando �( 0.9 la combustión dura más, debido a que la fase inicial aumenta.
El empobrecimiento de la mezcla conduce a que esta se encuentre imposibilitada de inflamarse y arder.
El enriquecimiento excesivo de la mezcla no cumple con las condiciones necesarias para un buen rendimiento económico, esto se debe a que no existe una buena combustión por falta de oxígeno.
Con los valores establecidos anteriormente, se obtiene una eficiencia máxima en este ciclo.
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3. Evolución de los sistemas de encendido electrónicos
En el encendido electrónico o llamado también transistorizado ha sido utilizado mayoritariamente 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.
Encendido Transistorizado
Este tipo de encendido cuenta con la introducción de la electrónica en los sistemas de encendido convencionales, el cual sustituye el sistema mecánico de ruptor que siempre estuvo sometido a desgastes y a los inconvenientes debidos al rebote de los contactos a altos regímenes del motor, produciendo fallos de encendido en el motor.
En el encendido convencional mediante bobina, el numero de chispas suministradas está limitado a unas 18000 por minuto y en el encendido con ayuda electrónica a unas 21000.
En un sistema de encendido electrónico se puede ver que 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.
Un generador de impulsos (G) crea señales eléctricas en función de la velocidad de giro del distribuidor, las que son enviadas al formador de impulsos, donde debidamente conformadas sirven para la señal de mando del transistor de conmutación.
Su funcionamiento consiste en poner la base de transistor de conmutación a masa por medio del circuito electrónico que lo acompaña, entonces el transistor conduce, pasando la corriente del primario de la bobina por la unión emisor-colector del mismo transistor.
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Un encendido electrónico esta compuesto básicamente por una etapa de potencia con transistor de conmutación y un circuito electrónico formador y amplificador de impulsos alojados en la centralita de encendido (4), al que se conecta un generador de impulsos situado dentro del distribuidor de encendido (4).
El ruptor en el distribuidor es sustituido por un dispositivo estático (generador de impulsos), es decir sin partes mecánicas sujetas a desgaste. El elemento sensor detecta el movimiento del eje del distribuidor generando una señal eléctrica capaz de ser utilizada posteriormente para comandar el transistor que pilota el primario de la bobina. Las otras funciones del encendido quedan inmóviles conservando la bobina (2), el distribuidor con su sistema de avance centrifugo y sus correcciones por depresión.
4. Regulación del avance del tiempo o salto de la chispa
4.1 Encendido electrónico con Generador de impulsos de Inducción (Denominado TZ-I por BOSCH, otros fabricantes: TSZ-I)
El generador de impulsos de inducción
Está instalado en la cabeza del distribuidor sustituyendo al ruptor, la señal eléctrica que genera se envía a la unidad electrónica que gestiona el corte de la corriente del bobinado primario de la bobina, para generar la alta tensión que se manda a las bujías.
El generador de impulsos está constituido por un 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 se hace llegar a la unidad electrónica.
El imán permanente, el arrollamiento de inducción y el núcleo del generador de inducción componen una unidad constructiva compacta conocida como 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 aspa estén frente a frente (+V).
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Al alejarse el aspa siguiendo el giro, la tensión cambia muy rápidamente y alcanza su valor negativo máximo (-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.
Como hemos dicho anteriormente el generador de impulsos se encuentra situado en el distribuidor en el mismo lugar en el que se encontraba el ruptor. Exteriormente, solo el cable de dos hilos que se enchufa al distribuidor revela que se trata de un generador de impulsos inductivo.
El distribuidor utilizado en este sistema de encendido como en los utilizados en los encendido convencionales, la variación del punto de encendido se obtiene mecánicamente, mediante un dispositivo de avance por fuerza centrifuga y otro por depresión o vacío. Los dispositivos de avance al punto de encendido siempre funcionan desplazando el punto de encendido en sentido de avance. El corrector por depresión realiza una variación suplementaria del punto de encendido.
Uno de los tipos de distribuidor utilizado en este sistema de encendido es el que está compuesto por una rueda de aspas (Trigger wheel) que hace de rotor y funciona como la leva de los distribuidores para encendidos convencionales y un generador de impulsos que hace las veces de ruptor y que detecta cada vez que pasa una de los salientes del rotor.
El generador de impulsos está fijado en el plato que era antes porta-ruptor.
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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.
La rueda generadora de impulsos, comparable a la leva del encendido del ruptor, va montada fija en el eje hueco ("4" figura inferior), el cual rodea el eje del distribuidor ("3" figura inferior izq). 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. Entre los dientes fijos y móviles hay, en oposición directa, una distancia aproximada de 0,5 mm.
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Unidad de control de encendido
También llamada amplificador, recibe los impulsos eléctricos que le envía el generador de impulsos desde el distribuidor, esta unidad está dividida en tres etapas fundamentales como son:
• modulador de impulsos • mando de ángulo de cierre • estabilizador
El modulador de impulsos transforma la señal de tensión alterna que le llega del generador de inducción, en una señal de onda cuadrada de longitud e intensidad de señal adecuadas, estas magnitudes son independientes de la velocidad de rotación del motor.
El estabilizador tiene la misión de mantener la tensión de alimentación lo más constante posible. El mando del ángulo de cierre varia la duración de los impulsos de la señal conformada de onda cuadrada en función de la velocidad de rotación del motor.
La tensión alterna que se crea en el generador de impulsos es enviada a la unidad de control donde el modulador 2a (circuito electrónico multivibrador), la transforma en una onda cuadrada.
Esta señal de onda cuadrada pasa a continuación al circuito electrónico 2b de mando del ángulo de cierre, que realiza una modificación de la longitud de los impulsos, adaptándolos a la velocidad de rotación del motor para así poder gobernar el ángulo de cierre, adecuando el tiempo de conducción del primario de la bobina al régimen de giro del motor, de manera que en cualquier condición de funcionamiento, se alcance siempre el valor máximo de la corriente primaria y se obtenga la saturación magnética.
Seguidamente, la señal pasa a la etapa de excitación 2c, que amplifica los impulsos y los adapta para el gobierno posterior por medio de un transistor Darlington en la etapa de potencia 2d, que es la encargada de cortar o dar paso a la corriente primaria para que se produzca la alta tensión en el secundario de la bobina.
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En algunos sistemas de encendido, la unidad de control se acopla al mismo distribuidor.
4.2 Encendido electrónico con generador Hall. BOSCH lo denomina TZ-H.
Generador de impulsos de efecto Hall
El otro sistema de encendido electrónico utilizado, es el que dispone como generador de impulsos el llamado de efecto Hall, su funcionamiento se basa en crear una barrera magnética para interrumpirla periódicamente, esto genera una señal eléctrica que se envía a la unidad electrónica que determina el punto de encendido.
En el distribuidor se dispone el generador de efecto Hall que está compuesto 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 su 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".
Cuando el motor gira, el obturador va abriendo y cerrando el campo magnético Hall generando una señal de onda cuadrada que va directamente al modulo de encendido.
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El sensor Hall está alimentado directamente por la unidad de control a una tensión de 7,5 V aproximadamente.
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La unidad de control tiene la misión 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 primario de la bobina de encendido; pero además también efectúa otras funciones sobre la señal del primario de la bobina como son:
• Limitación de corriente: Debido a que este tipo de encendido utilizan una bobina con una resistencia del arrollamiento primario muy bajo (valores inferiores a 1 ohmio) que permite que el tiempo de carga y descarga de la bobina sea muy reducido. El inconveniente se da a bajos regímenes cuando la corriente puede llegar hasta 15 A lo cual podría dañar la bobina y la unidad. Para evitar esto la unidad de control incorpora un circuito que se encarga de controlar la intensidad del primario a un máximo de 6 A.
• 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. Para evitar esto el modulo 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.
La figura inferior muestra su esquema eléctrico de conexiones, donde se aprecia que dispone de tres etapas funcionales: la de potencia (6c) que incluye el transistor Darlington que comanda el primario de la bobina de encendido, la etapa moduladora y amplificadora (6b) de los impulsos y la etapa estabilizadora (6a) de la tensión. El generador de impulsos se conecta en este caso con la unidad de control por medio de tres hilos conductores (como se ve en el esquema de la figura), que permiten alimentar de corriente el circuito Hall (bornes + y -) y transmitir las señales de mando a la unidad de control (borne o).
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En la figura inferior se presenta un esquema de encendido electrónico por transistores. Consta de tres etapas que vienen determinadas por los bloques de captación de impulsos, de pre amplificación y de amplificación de potencia.
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Cuando la rueda generadora de impulsos se encuentra en posición neutra, sin alimentar la base de T1, ocurre que el transistor de potencia (T4) está pasante ya que la corriente le llega a través de la resistencia R1 y le proporciona polarización positiva de base, con lo que la corriente principal lo atraviesa desde +BAT a masa dando una buena alimentación al arrollamiento primario de la bobina de encendido. Por otra parte, en el circuito preamplificador, la entrada de corriente por la línea positiva +BAT alimenta la base del transistor T2 a través de las resistencias R2 y R3. Esta polarización positiva de la base permite el paso de la corriente desde R4 y R6 a masa. En estas condiciones el condensador C1 se carga pero permanece inactivo mientras no haya cambio en el flujo de la corriente principal de T2. Cuando se percibe una señal procedente de la sonda del generador de impulsos que circula hacia la base del transistor T1, polarizándolo positivamente a través de la resistencia R8, este transistor se vuelve conductor y acapara el paso de la corriente desde R2 hasta R5; la base de T2 se queda sin corriente y T2 se bloquea. Esta situación se hace sensible en C1, el cual sufre una descarga positiva que alimenta la base de T3. Ello establece el paso de la corriente desde R1 a -BAT de modo que la base de T4 se queda ahora polarizada negativamente. Como consecuencia de ello se
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bloquea T4 y la corriente que alimentaba el arrollamiento primario de la bobina se queda sin corriente. Es el momento de la inducción y del inmediato salto de la chispa en la bujía. Cuando el impulso de base del transistor T1 cesa, se vuelve a la situación inicial y la bobina vuelve a tener masa a través del transistor T4. Este ciclo se reproduce constantemente durante el estado de funcionamiento del dispositivo. En el segundo esquema inferior tenemos otro tipo de esquema para encendido electrónico.
5. Gestión Electrónica del Sistema de Encendido: Sistema ESA (Avance electrónico de la Chispa) Es un sistema en el cuál la ECU controla la distribución de encendido del sistema de
encendido.
Distribución de Encendido y condiciones de marcha del motor Con el fin maximizar la potencia de salida del motor la mezcla aire combustible debe
encenderse cuando se produzca la máxima presión de combustión, esto a 10º antes
del PMS.
Sin embargo el tiempo que transcurre desde el encendido de la mezcla aire
combustible hasta la generación de la presión de combustión máxima varía
dependiendo de la velocidad del motor y la presión del múltiple, el encendido debe
realizarse antes cuando existe alta velocidad y después cuando es la velocidad es baja.
En los sistemas anteriores el avance y retardo se realiza mediante dispositivos ubicados
en el distribuidor.
El encendido también debe de ser avanzado cuando existe poca presión en el múltiple
(cuando existe vacio fuerte).
Sin embargo la distribución óptima del encendido es afectada por otras variables, así
como: el volumen del aire de admisión, la forma de la cámara de compresión, la
temperatura al interior de la cámara, etc. Por lo que los avanzadores de vacio no
pueden realizar esta función.
En el sistema ESA las características de la distribución se acercan a la ideal. El sistema
trabaja de la siguiente manera:
La ECU determina las condiciones a partir de sus memoria interna, la cuál contiene
datos de una distribución óptima del encendido para las distintas condiciones de
marcha del motor, luego emite una señal de distribución de encendido adecuada. La
eficiencia del combustible y la potencia del motor se mantienen en niveles óptimos.
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Distribución de Encendido y Calidad de la Gasolina En algunos modelos de los motores son almacenados en la ECU dos patrones de
avance de la distribución del encendido, de acuerdo al grado de octanaje de la
gasolina. Este patrón de distribución puede intercambiarse mediante el interruptor de
control de combustible.
En algunos modelos de motores. Esto se realiza automáticamente mediante la
selección del octano de la ECU del motor.
Juzgando el Angulo del Cigüeñal La ECU juzga que el cigüeñal al alcanzado 5º, 7º o 10º APMS (dependiendo del modelo
del motor) cuando recibe la primera señal NE (punto B), siguiendo a la señal G (punto
A), este ángulo se lo conoce como “ángulo de distribución de encendido inicial”
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Señal IGT (Distribución de Encendido) La ECU envía una señal IGT al encendedor basándose en las señales precedentes de
cada sensor de manera que se obtenga la distribución de encendido óptimo. Esta señal
IGT se activa justo antes de la distribución de encendido calculada por la
microcomputadora, luego se desactiva la bujía, descarga la chispa en el punto en que
la señal se desactiva.
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Señal IGF (Confirmación de Encendido) La fuerza contra electromotriz que se genera cuando se interrumpe la corriente
primaria causa que este circuito envié una señal IGF a la ECU, el cual es detectado por
esta señal si el encendido ha ocurrido o no.
Esta señal es utilizada para el diagnóstico y para la función de auto protección.
Circuito de Encendido La operación del sistema de encendido en el ICCS es básicamente igual como la
operación del sistema de encendido en el EFI convencional, excepto que el encendido
de en el sistema EFI convencional es activado y desactivado por el generador de señal.
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En el ICCS, las señales procedentes del generador primero pasan a través de la ECU
antes de pasar al encendedor.
Este sistema puede tener o no distribuidor.
Sistema de Encendido Convencional para el TCCS
La microcomputadora en la ECU determina la distribución de encendido con las
señales G (G1 y G2) y NE, así como las señales precedentes de cada sensor.
Después de la determinación de la distribución de encendido, la ECU envía una señal
IGT al encendedor.
Cuando la señal IGT se desactiva, el transistor Tr2 en el encendedor se desactiva,
como resultado la corriente primaria que va al encendedor es interrumpida causando
que se genere un alto voltaje (aproximadamente 20 a 35 KV) por el bobinado
secundario en la bobina.
El encendedor incorpora los distintos circuitos con el fin de suministrar confiabilidad al
sistema:
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Circuito de Control de ángulo DWELL Este circuito controla el periodo de tiempo durante el cual el Tr2 permanece activado
para seguir el voltaje secundario apropiado.
Circuito de Generación de la señal IGF Genera la señal IGF y la envía a la ECU.
Circuito de Prevención del Bloqueo Este circuito hace que Tr2 se desactive en el caso de que se bloquee (esto es si la
corriente circula continuamente durante un periodo más largo al predeterminado) cin
el fin de proteger la bobina de encendido y el Tr2.
Circuito de Prevención contra Sobre Tensiones Este circuito forza la desactivación del transistor Tr2 si la tensión de alimentación
resulta demasiado alta con el fin de proteger la bobina y al Tr2.
Sistema de Encendido sin Distribuidor El IDL es un sistema de distribución electrónica de Chispa, el cual distribuye el alto
voltaje directamente desde las bobinas de encendido a las bujías sin necesidad de
distribuidor convencional. Este sistema varía del sistema de encendido tipo
convencional como se muestra en la figura inferior:
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En el sistema IDL, el encendedor está conectado a la ECU del motor como se muestra
en la figura superior, hay tres bobinas de encendido, una para los cilindros numero 1
y6, otra para los cilindros numero 2y 6 y otra para los cilindros numero 6 y 4.
La Ecu envía las señales (IGDA y IGDB) para la identificación de los cilindros y la señal
IGT al encendedor de acuerdo con las señales G14, G2, y NE provenientes del sensor
de posición de leva, el cuál detecta el ángulo del cigüeñal y la velocidad del motor.
El encendedor distribuye la corriente primaria a las tres bobinas de encendido
basándose en las señales. Por esta razón, las bobinas de los cilindros numero 1 y 6 se
encienden simultáneamente, como en el resto de cilindros, la bujía se enciende dos
veces en un ciclo.
Puesto que la señal IGT procedente de la ECU debe distribuirse a las tres bobinas, la
ECU emite dos señales de identificación del cilindro (IGDA e IGDB) en el gráfico inferior
se muestra la distribución de cada señal.
La microcomputadora recibe la información de cuando el cilindro numero 1 esta a 10º
APMS mediante la siguiente señal NE que sigue a la señal G2 y emite las señales IGDA
e IGDB almacenadas en la memoria con la combinación que corresponde al orden en el
cuál se han encendido los cilindros como se muestra en el cuadro.
El circuito de identificación del cilindro en el encendedor distribuye la señal IGT al
circuito de excitación del transistor que está conectado a la bobina de encendido
pertinente, basándose en la combinación de señales. Conmutando las señales IGDA e
IGDB de 1 a0 y de 0 a 1 es sincronizada con la señal IGT.
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Funciones de la ECU del Motor
Control de la Distribución de Encendido Este consta de dos controles básicos
• Control de Encendido durante el arranque: Cuando el motor esta girando, el
encendido se produce en cierto ángulo fijo del cigüeñal, sin tener en cuenta las
condiciones de operación del motor. Este se denomina “ángulo de la
distribución de encendido inicial”
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• Control de Encendido después del arranque: Durante la operación normal son
añadidas varias correcciones al ángulo de la distribución de encendido inicial y
el ángulo de encendido básico.
Control de Encendido durante el Arranque El control de encendido durante el arranque es llevado a cabo inmediatamente
después de la salida de la señal NE siguiendo a la señal G (G1 o G2). Esta distribución
de Encendido es llamada “ángulo de distribución de encendido inicial”
Durante el arranque, cuando la velocidad del motor aun está por debajo de ciertas rpm
(normalmente alrededor de 500 rpm) puesto que la señal de presión del múltiple de
admisión (PMI) o la señal de aire de admisión (VS ó KS) son inestables, la distribución
de encendido es fijada en la distribución de encendido inicial (el cuál varia
dependiendo del modelo del motor). Esta distribución es fijada directamente mediante
el circuito integrado IC de protección en la ECU del motor.
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Control de Encendido después del Arranque El control del encendido después del arranque se lleva a cabo durante la operación
normal.
Las diferentes correcciones (las cuales están basadas en las señales precedentes de los
sensores pertinentes) son añadidas al ángulo de distribución de encendido inicial y de
ángulo de avance de encendido básico (el cuál esta determinado por la señal de la
presión del múltiple de admisión o la señal de volumen de aire de admisión y por la
señal de velocidad del motor):
Distribución de Encendido = ángulo de distribución de encendido inicial
+ ángulo de avance de encendido básico
+ ángulo de avance de encendido correctivo
Durante la operación normal del control de encendido después del arranque, la señal
de la distribución de encendido (IGT) que es calculada por la microcomputadora sale a
través del circuito integrado (IC) de protección.
1. Ángulo de Avance de Encendido Básico El ángulo de avance de encendido básico en el sistema ESA corresponde a los ángulos
de avance del regulador en el sistema EFI convencional. El ángulo óptimo de avance
de encendido básico (el cuál corresponde a la velocidad de motor y presión del
múltiple de admisión o al volumen de aire de admisión) son retenidos en la memoria
de la ECU del motor.
Contactos de Ralentí Cerrados (Conectados) La distribución de encendido avanza de acuerdo con la velocidad del motor cuando los
contactos IDL se cierran.
Señales Relevantes
• Posición de la válvula de obturación (IDL)
• Velocidad del motor (NE)
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Contactos de Ralentí Abiertos (Desconectados) La Ecu del motor determina el ángulo de avance de encendido básico basándose en los
datos almacenados en su memoria y basados en la presión del múltiple de admisión (o
volumen de aire de admisión) y velocidad del motor.
En algunos modelos de motor, dos tipos de datos del ángulo de avance de encendido
básico con almacenados en la memoria. Uno u otro de estos dos juegos de datos es
luego usado, dependiendo de la clasificación del Octano del combustible (súper o
extra)
En algunos vehículo equipados con dispositivos capaces de juzgar el octano, los datos
son ingresados automáticamente de acuerdo con la señal.
Señales Relevantes
• Presión del múltiple de admisión (PLM) o volumen de la admisión de aire (VS o
IS)
• Velocidad del Motor (NE)
• Posición de la Válvula de obturación (IDL)
• Conector de control de combustible
2. Control de avance de encendido correctivo
Corrección de Calentamiento La distribución de encendido es avanzada para mejorar la capacidad de conducción
cuando la temperatura del refrigerante es baja.
En algunos modelos de motor, esta corrección cambia el ángulo de avance de acuerdo
con la presión del múltiple de admisión ó el volumen de aire de admisión.
Para esta corrección el ángulo de la distribución del encendido es avanzado a un valor
máximo de 15º durante tiempos extremadamente fríos.
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Señales Relevantes
• Temperatura del refrigerante (THW)
• Presión del múltiple de admisión (PIM) o volumen de aire de admisión (VS ó
KS)
Corrección de la Sobre Temperatura Para evitar los golpeteos y el sobre calentamiento la distribución del encendido es
retardada cuando la temperatura del refrigerante es extremadamente alta.
Para esta corrección, el ángulo de la distribución del encendido es retardado en un
valor máximo de aproximadamente 5º.
Señal Relevante
• Temperatura del Refrigerante (THW)
Corrección de Ralentí Estable Cuando la velocidad del ralentí cambia durante la velocidad de ralentí cambia la
velocidad de ralentí debido a los cambios en la carga del motor ,la ECU del motor
regula la distribución de encendido para estabilizar la velocidad del motor.
La ECU constantemente está calculando la velocidad del motor, si esta cae por debajo
de la velocidad ideal, la ECU avanza la distribución de ángulo predeterminado. Si la
velocidad del motor aumenta por encima de la velocidad ideal, la ECU retarda la
distribución de encendido mediante un ángulo predeterminado. El ángulo de
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distribución del encendido es cambiado a un valor máximo de aproximadamente +-
50º para esta corrección.
Esta corrección no es realizada cuando la velocidad del motor se excede a una
velocidad predeterminada.
Señales Relevantes
• Velocidad del Motor (NE)
• Posición de la Válvula de obturación (IDL)
• Velocidad del Vehículo (SPD)
En algunos modelos de motor, el ángulo de avance cambia dependiendo si el
acondicionador de aire esta desconectado o no.
En algunos modelos del motor, esta corrección solo opera cuando la velocidad esta por
debajo de la velocidad ideal del motor.
Corrección EGR Cuando el sistema EGR esta operando y el contacto IDL esta desconectado, la
distribución de encendido es avanzada de acuerdo al volumen del aire de admisión y la
velocidad del motor para mejorar la capacidad de conducción.
Puntos Relevantes
• Presión del múltiple de admisión (PIM) o volumen de aire de admisión (VS ó
KS)
• Velocidad del Motor (NE)
• Posición de la válvula de obturación (IDL y PSW ó VTA)
Corrección de Retroalimentación de la Relación Aire Combustible (Motores con Sensor de Oxígeno) Durante la corrección de retroalimentación de la relación aire combustible, la velocidad
del motor varia de acuerdo al aumento o disminución del volumen de inyección de
combustible.
El motor es especialmente sensible, los cambios en la relación aire combustible cuando
está en ralentí, una marcha de ralentí estable es asegurada mediante el avance de la
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distribución del encendido en este momento a fin de que coincida la corrección de
retroalimentación de la relación aire combustible del volumen de inyección de
combustible.
Mediante este ángulo de distribución del encendido es avanzado a un valor máximo de
aproximadamente 5º.
Esta corrección es realizada mientras es conducido el vehículo.
Señales Relevantes
• Sensor de Oxígeno (OX)
• Posición de la válvula de obturación (IDL)
• Velocidad del Vehículo (SPD)
Corrección de Golpeteo Si ocurre el golpeteo en el motor, el sensor de golpeteo convierte las vibraciones
generadas por el golpeteo en señales de voltaje y los envía a la ECU del motor.
La ECU determina si el golpeteo del motor esta en uno de los tres rangos: fuerte,
medio o débil, de a la intensidad de la señal KNK y cambia de acuerdo a esto el ángulo
de retardo de encendido correctivo. En otras palabras, si el golpeteo es fuerte, el
retardo de la distribución de encendido es mayor, mientras el golpeteo es débil, el
retardo es solamente un poco.
Cuando cesan los golpeteos del motor, la ECU detiene el retardo y comienza el avance
de la distribución del encendido poco a poco cada vez mediante ángulos fijos.
Este avance de la distribución de encendido continúa hasta que vuelva a ocurrir el
golpeteo del motor, en el cual la distribución de encendido es nuevamente retardado.
El retardo de la distribución de encendido durante el golpeteo es llevado a cabo dentro
del rango de corrección de golpeteo. En algunos motores, esto significa que cuando el
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motor está operando bajo una carga pesada (vacio aprox. a 26.7 kPa), mientras en
otros motores, esto cubre virtualmente la totalidad del rango de carga del motor.
Las señales de retroalimentación de de la ECU procedentes del sensor de golpeteo
corrigen la distribución como se muestra en el gráfico inferior.
Señales Relevantes
• Golpeteo del Motor
Corrección de control de Torque En el caso de los vehículos equipados con la ECT (trasmisión controlada
electrónicamente), cada embrague y freno de la unidad de engranajes planetarios de
la trasmisión o transeje genera una sacudida para algunas veces prolongar la duración
de los cambios. En algunos modelos, esta sacudida es minimizada mediante el retardo
de la distribución de encendido cuando los engranajes son cambiados a un cambio
ascendente o descendente.
Aunque inician los cambios de los engranajes, la ECU del motor retarda la distribución
del encendido del motor para reducir el torque del motor.
Como resultado, las sacudidas del acoplamiento de los embragues y frenos de la
unidad de engranajes planetarios es reducida y el cambio de engranajes es realizado
suavemente.
El ángulo de la distribución del encendido es retardado a un valor máximo de 20ºC
mediante esta corrección.
Esta corrección no es realizada cuando la temperatura del refrigerante o el voltaje de
la batería está por debajo de un nivel predeterminado.
Señales Relevantes
• Velocidad del Motor (NE)
• Posición de la Válvula de obturación (VTA)
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• Temperatura del refrigerante (THW)
• Voltaje de la batería (+B)
Regulación de la Distribución de encendido
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6. Análisis de los sistemas: Ventajas y Desventajas
Ventajas
• Sistema inteligente: la gestión electrónica adelanta el chispazo
automáticamente tomando en cuenta varios parámetros en los distintos
regímenes en los que el motor gira.
• Mayor rendimiento económico del automóvil, debido a que existe un
aprovechamiento óptimo del combustible.
• Mayor potencia del motor, ya que se aprovecha toda la energía generada en la
combustión.
• Menos Emisiones contaminantes.
• No requiere mantenimiento preventivo ni calibraciones.
• Carencia parcial o total de elementos mecánicos.
Desventajas
• Mayor costo del vehículo: al contar este sistema con distintos dispositivos
electrónicos hace que los sistemas sean de mayor tecnología pero al mismo
tiempo el costo incrementa.
• Mayor sensibilidad: maniobras de mantenimiento erróneas o irresponsables
pueden averiar al sistema electrónico.
• Mayor Costo de Mantenimiento: si bien estos sistemas casi carecen de
mantenimiento preventivo, al dañarse algún sensor, socket o mecanismo los
repuestos de los mismos suelen tener un alto costo y en ocasiones no existen
en el mercado
• No cualquier persona puede realizar el diagnóstico o mantenimiento de este
sistema, además de que se necesita una instrumentación apropiada y no
común para el análisis, por lo que en lo general el mantenimiento se realiza en
servicentros.
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Conclusiones
• Al haber estudiado previamente el ciclo teórico así como el ciclo real del motor,
sabemos que el chispazo no se puede dar exactamente en el PMS, sino que
necesita ser adelantado para poder inflamar completamente la mezcla.
• El chispazo se da unos grados antes del PMS, para que cuando el pistón este en
su máxima carrera, empiece a arder la mezcla aire combustible y empiece la
onda expansiva, la cual genera el máximo trabajo y el máximo rendimiento
económico del combustible.
• Pero este no se da al azar, el chispazo tiene que ser exacto, en el caso de un
adelanto o de un retraso, la potencia del motor disminuirá, existirá un mayor
consumo de combustible, mayor contaminación, etc.
• Existen distintos parámetro que se tienen que tomar en cuenta para establecer
el adelanto de la chispa, una vez establecidos estos, el funcionamiento del
motor será el óptimo.
• Como dijimos anteriormente, el chispazo tiene que ser exacto, por lo que si
aumenta o disminuye la velocidad del motor y el ángulo permanece fijo, la
potencia del motor no se desarrollara del todo, bajando la eficiencia del
mismo.
• Por estas razones, se inventaron distintos ingeniosos dispositivos que
aprovechando el vacío del motor o la inercia generada por este, realizaban el
adelanto o retraso de la chispa para las distintas condiciones de marcha del
motor.
• Pero estos dispositivos necesitan muchas calibraciones y mantenimiento,
además con el paso del tiempo se desgastaban y cumplían erróneamente con
sus funciones, por lo que se dio la necesidad aplicar la electrónica dentro del
sistema de encendido.
• El sistema de encendido poco a poco fue incorporando sistemas electrónicos
para una mayor precisión en el adelanto de la chispa.
• En los primeros sistemas de distribución electrónica tan solo se sustituía el
sistema de ruptor del distribuidor por un generador de señales ubicado en el
mismo, en la actualidad se han desarrollado distintos sistemas para la
distribución de encendido, a tal punto en los que se ha llegado a prescindir del
distribuidor.
• También se puede observar cómo se evoluciono desde la implementación de un
simple transistor, el cual, fue el primer precedente en la evolución de los
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sistemas electrónicos, hasta el equipamiento en el motor de una serie de
sensores y actuadores, todos ellos comandados por la ECU del motor.
• La ECU del motor es un dispositivo electrónico que recibe toda la información
generada por los distintos sensores, esta analiza cada señal y programa a los
distintos actuadores para actuar a distintos regímenes, adelantando o
retrasando el chispazo obteniendo al instante un funcionamiento óptimo del
motor.
• Esta gestión de la ECU en el motor le permite desarrollar su mejor potencia con
un rendimiento económico adecuado, procurando además de cumplir con los
requerimientos ecológicos necesarios para reducir al mínimo las emisiones de
gases contaminantes.
• Una de las mayores ventajas dentro de este sistema es que no necesita
calibraciones ni mantenimiento, por lo que ahorra tiempo y dinero en
mantenimiento preventivo.
• Uno de los mayores inconvenientes de este sistema es que cuando un
dispositivo falla, los distintos repuestos son más costosos y en algunos casos,
son difíciles de conseguir.
• La alta tecnología aplicada en estos sistemas, hace que los automóviles sean
más costosos, por lo que solo pocos vehículos pueden cumplir con estándares
que eviten la contaminación, paradójicamente, así nunca disminuirá la alta
contaminación.
• Como perspectivas a futuro, este sistema debería de ser aplicado a todos los
automóviles, en general a las series que son comercializadas en el tercer
mundo, para así evitar seguir contaminando el medio ambiente.
Bibliografía
• M.S. Jovaj y G.S. Maslov, MOTORES DE AUTOMOVIL, Editorial MIR, Moscú
• Inyección a Gasolina
• Gerchler y Otros, TABLAS DE LA TÉCNICA DEL AUTMOVIL, GTZ,
• www.wikipedia.com/encendio electrónico