Sistema de encendido sin contacto
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El sistema de encendido de un automóvil es necesario para encender la mezcla de aire y combustible que ha entrado en el cilindro del motor. Se utiliza en unidades de potencia que funcionan con gasolina o gas. Los motores diesel tienen un principio de funcionamiento diferente. Utilizan exclusivamente inyección directa de combustible (para otras modificaciones de los sistemas de combustible, lea aquí).
En este caso, se comprime una porción fresca de aire en el cilindro, que en este caso se calienta hasta la temperatura de ignición del combustible diesel. En el momento en que el pistón alcanza el punto muerto superior, la electrónica rocía combustible en el cilindro. Bajo la influencia de altas temperaturas, la mezcla se enciende. En los automóviles modernos con una unidad de potencia de este tipo, a menudo se usa un sistema de combustible de tipo CommonRail, que proporciona diferentes modos de combustión de combustible (se describe en detalle en otra reseña).
El trabajo de la unidad de gasolina se realiza de forma diferente. En la mayoría de las modificaciones, debido al bajo índice de octanaje (se describe qué es y cómo se determina) aquí) la gasolina se enciende a temperaturas más bajas. Aunque muchos autos premium pueden equiparse con trenes de potencia de inyección directa que funcionan con gasolina. Para que una mezcla de aire y gasolina se encienda con menos compresión, dicho motor funciona junto con un sistema de encendido.
Independientemente de cómo se implementen la inyección de combustible y el diseño del sistema, los elementos clave en el SZ son:
- Bobina de encendido (en los modelos de automóviles más modernos puede haber varios de ellos), lo que crea una corriente de alto voltaje;
- Bujías (básicamente una vela se basa en un cilindro), que recibe electricidad en el momento adecuado. En él se forma una chispa que enciende el VTS en el cilindro;
- Distribuidor. Dependiendo del tipo de sistema, puede ser mecánico o electrónico.
Si todos los sistemas de encendido se dividen en tipos, habrá dos. El primero es el contacto. Ya hemos hablado de ella en una revisión separada... El segundo tipo es sin contacto. Solo nos enfocaremos en eso. Discutiremos en qué elementos consta, cómo funciona y también qué tipo de mal funcionamiento hay en este sistema de encendido.
¿Qué es un sistema de encendido de automóvil sin contacto?
En vehículos más antiguos, se utiliza un sistema en el que la válvula es del tipo de transistor de contacto. Cuando en un momento determinado los contactos están conectados, el circuito correspondiente de la bobina de encendido se cierra y se forma un alto voltaje, que, dependiendo del circuito cerrado (la tapa del distribuidor es responsable de esto, lea al respecto aquí) va a la vela correspondiente.
A pesar del funcionamiento estable de tal SZ, con el tiempo fue necesario modernizarlo. La razón de esto es la incapacidad de aumentar la energía requerida para encender el VST en motores más modernos con mayor compresión. Además, a altas velocidades, la válvula mecánica no hace frente a su tarea. Otra desventaja de tal dispositivo es el desgaste de los contactos del disyuntor-distribuidor. Debido a esto, es imposible ajustar y ajustar la sincronización del encendido (antes o después) dependiendo de la velocidad del motor. Por estas razones, el tipo de contacto SZ no se usa en automóviles modernos. En cambio, se instala un análogo sin contacto, y un sistema electrónico vino a reemplazarlo, sobre lo cual lea con más detalle aquí.
Este sistema se diferencia de su predecesor en que en él el proceso de formación de una descarga eléctrica a las velas no es proporcionado por un tipo mecánico, sino por un tipo electrónico. Le permite ajustar el tiempo de encendido una vez y no cambiarlo prácticamente durante toda la vida útil de la unidad de potencia.
Gracias a la introducción de más componentes electrónicos, el sistema de contactos ha recibido una serie de mejoras. Esto permite instalarlo en los clásicos, en los que anteriormente se usaba el KSZ. La señal para la formación de un pulso de alto voltaje tiene un tipo de formación inductivo. Debido al mantenimiento y la economía de bajo costo, BSZ demuestra una buena eficiencia en motores atmosféricos con un volumen pequeño.
Para que sirve y como sucede
Para entender por qué el sistema de contacto tuvo que cambiarse a uno sin contacto, toquemos un poco el principio de funcionamiento de un motor de combustión interna. Se suministra una mezcla de gasolina y aire en la carrera de admisión cuando el pistón se mueve al punto muerto inferior. Luego, la válvula de admisión se cierra y comienza la carrera de compresión. Para que el motor logre la máxima eficiencia, es extremadamente importante determinar el momento en el que necesita enviar una señal para generar un pulso de alto voltaje.
En los sistemas de contacto en el distribuidor, durante la rotación del eje, los contactos del interruptor se cierran / abren, los cuales son responsables del momento de acumulación de energía en el devanado de baja tensión y la formación de corriente de alta tensión. En la versión sin contacto, esta función está asignada al sensor Hall. Cuando la bobina ha formado una carga, cuando el contacto del distribuidor está cerrado (en la tapa del distribuidor), este pulso sigue la línea correspondiente. En modo normal, este proceso lleva suficiente tiempo para que todas las señales vayan a los contactos del sistema de encendido. Sin embargo, cuando aumenta la velocidad del motor, el distribuidor clásico comienza a funcionar de manera inestable.
Estas desventajas incluyen:
- Debido al paso de corriente de alto voltaje a través de los contactos, comienzan a quemarse. Esto lleva al hecho de que la brecha entre ellos aumenta. Este mal funcionamiento cambia la sincronización del encendido (sincronización del encendido), lo que afecta negativamente la estabilidad de la unidad de potencia, la hace más voraz, ya que el conductor tiene que presionar el pedal del acelerador hasta el piso con más frecuencia para aumentar el dinamismo. Por estas razones, el sistema necesita un mantenimiento periódico.
- La presencia de contactos en el sistema limita la cantidad de corriente de alto voltaje. Para “engordar” la chispa, no será posible instalar una bobina más eficiente, ya que la capacidad de transmisión del KSZ no permite aplicar un voltaje más alto a las velas.
- Cuando aumenta la velocidad del motor, los contactos del distribuidor hacen más que simplemente cerrar y abrir. Comienzan a golpearse entre sí, lo que provoca un traqueteo natural. Este efecto conduce a una apertura / cierre incontrolado de contactos, lo que también afecta la estabilidad del motor de combustión interna.
El reemplazo de los contactos del distribuidor y del interruptor por elementos semiconductores que operan en modo sin contacto ayudó a eliminar parcialmente estas fallas. Este sistema utiliza un interruptor que controla la bobina en función de las señales recibidas de un interruptor de proximidad.
En el diseño clásico, el interruptor está diseñado como un sensor Hall. Puede leer más sobre su estructura y principio de funcionamiento. en otra reseña... Sin embargo, también existen opciones inductivas y ópticas. En el "clásico", se establece la primera opción.
Dispositivo de sistema de encendido sin contacto
El dispositivo BSZ es casi idéntico al analógico de contacto. Una excepción es el tipo de interruptor y válvula. En la mayoría de los casos, se instala como disyuntor un sensor magnético que funciona con el efecto Hall. También abre y cierra el circuito eléctrico, formando los correspondientes pulsos de baja tensión.
El interruptor de transistor responde a estos pulsos y conmuta los devanados de la bobina. Además, la carga de alto voltaje va al distribuidor (el mismo distribuidor, en el que, debido a la rotación del eje, los contactos de alto voltaje del cilindro correspondiente se cierran / abren alternativamente). Gracias a esto, se proporciona una formación más estable de la carga requerida sin pérdidas en los contactos del interruptor, ya que están ausentes en estos elementos.
En general, el circuito de un sistema de encendido sin contacto consta de:
- Fuente de alimentación (batería);
- Grupo de contactos (cerradura de encendido);
- Sensor de pulso (realiza la función de un interruptor);
- Interruptor de transistor que conmuta los devanados de cortocircuito;
- Bobinas de encendido, en las que, debido a la acción de la inducción electromagnética, una corriente de 12 voltios se convierte en energía, que ya es de decenas de miles de voltios (este parámetro depende del tipo de SZ y de la batería);
- Distribuidor (en BSZ, el distribuidor está algo modernizado);
- Cables de alta tensión (un cable central está conectado a la bobina de encendido y al contacto central del distribuidor, y 4 ya van desde la tapa del distribuidor al candelabro de cada vela);
- Bujías.
Además, para optimizar el proceso de encendido del VTS, el sistema de encendido de este tipo está equipado con un regulador centrífugo UOZ (funciona a velocidades aumentadas), así como un regulador de vacío (que se activa cuando aumenta la carga en la unidad de potencia).
Consideremos en qué principio funciona BSZ.
El principio de funcionamiento del sistema de encendido sin contacto.
El sistema de encendido comienza girando la llave en la cerradura (está ubicada en la columna de dirección o junto a ella). En este momento, la red de a bordo está cerrada y se suministra corriente a la bobina desde la batería. Para que el encendido comience a funcionar, es necesario hacer girar el cigüeñal (a través de la correa de distribución, se conecta al mecanismo de distribución de gas, que a su vez hace girar el eje del distribuidor). Sin embargo, no girará hasta que la mezcla de aire / combustible se encienda en los cilindros. Hay un motor de arranque disponible para iniciar todos los ciclos. Ya hemos hablado de cómo funciona. en otro articulo.
Durante la rotación forzada del cigüeñal, y con él el árbol de levas, el eje del distribuidor gira. El sensor Hall detecta el momento en que se necesita una chispa. En este momento, se envía un pulso al interruptor, que apaga el devanado primario de la bobina de encendido. Debido a la brusca desaparición del voltaje en el devanado secundario, se forma un haz de alto voltaje.
Dado que la bobina está conectada por un cable central a la tapa del distribuidor. Al girar, el eje del distribuidor hace girar simultáneamente el deslizador, que conecta alternativamente el contacto central con los contactos de la línea de alta tensión que va a cada cilindro individual. En el momento de cerrar el contacto correspondiente, el haz de alto voltaje pasa a una vela separada. Se forma una chispa entre los electrodos de este elemento, que enciende la mezcla aire-combustible comprimida en el cilindro.
Tan pronto como el motor arranca, ya no es necesario que el motor de arranque funcione, y sus contactos deben abrirse soltando la llave. Con la ayuda de un mecanismo de resorte de retorno, el grupo de contacto vuelve a la posición de encendido. Entonces el sistema funciona de forma independiente. Sin embargo, debes prestar atención a un par de matices.
La peculiaridad del funcionamiento de un motor de combustión interna es que el VTS no se quema instantáneamente, de lo contrario, debido a la detonación, el motor fallaría rápidamente, y se necesitan varios milisegundos para hacerlo. Diferentes velocidades del cigüeñal pueden hacer que el encendido comience demasiado temprano o demasiado tarde. Por esta razón, la mezcla no debe encenderse al mismo tiempo. De lo contrario, la unidad se sobrecalentará, perderá energía, funcionará de manera inestable o se observará una detonación. Estos factores se manifestarán según la carga del motor o la velocidad del cigüeñal.
Si la mezcla de aire y combustible se enciende temprano (ángulo grande), los gases en expansión evitarán que el pistón se mueva en la carrera de compresión (en este proceso, este elemento ya supera una resistencia seria). Un pistón con una eficiencia menor realizará una carrera de trabajo, ya que una parte significativa de la energía del VTS en combustión ya se ha gastado en resistencia a la carrera de compresión. Debido a esto, la potencia de la unidad disminuye y, a bajas velocidades, parece "ahogarse".
Por otro lado, prender fuego a la mezcla en un momento posterior (ángulo pequeño) conduce a que se queme a lo largo de toda la carrera de trabajo. Debido a esto, el motor se calienta más y el pistón no elimina la máxima eficiencia de la expansión de los gases. Por esta razón, el encendido tardío reduce significativamente la potencia de la unidad y también la hace más voraz (para garantizar un movimiento dinámico, el conductor tendrá que presionar el pedal del acelerador con más fuerza).
Para eliminar estos efectos secundarios, cada vez que cambie la carga en el motor y la velocidad del cigüeñal, debe configurar una sincronización de encendido diferente. En los autos más antiguos (aquellos que ni siquiera usaban distribuidor), se instaló una palanca especial para este propósito. El ajuste del encendido requerido fue realizado manualmente por el propio conductor. Para que este proceso sea automático, los ingenieros desarrollaron un regulador centrífugo. Está instalado en el distribuidor. Este elemento es un peso cargado por resorte asociado con la placa base del interruptor. Cuanto mayor es la velocidad del eje, más divergen los pesos y más gira esta placa. Debido a esto, se produce una corrección automática del momento de desconexión del devanado primario de la bobina (aumento de SPL).
Cuanto más fuerte es la carga en la unidad, más se llenan sus cilindros (más se presiona el pedal del acelerador y un mayor volumen de VTS ingresa a las cámaras). Debido a esto, la combustión de una mezcla de combustible y aire ocurre más rápidamente, como ocurre con la detonación. Para que el motor continúe produciendo la máxima eficiencia, la sincronización del encendido debe ajustarse hacia abajo. Para ello, se instala un regulador de vacío en el distribuidor. Reacciona al grado de vacío en el colector de admisión y, en consecuencia, ajusta el encendido a la carga del motor.
Acondicionamiento de la señal del sensor Hall
Como ya hemos notado, la diferencia clave entre un sistema sin contacto y un sistema de contacto es el reemplazo de un interruptor con contactos con un sensor magnetoeléctrico. A finales del siglo XIX, el físico Edwin Herbert Hall hizo un descubrimiento, sobre cuya base funciona el sensor del mismo nombre. La esencia de su descubrimiento es la siguiente. Cuando un campo magnético comienza a actuar sobre un semiconductor a lo largo del cual fluye una corriente eléctrica, aparece en él una fuerza electromotriz (o voltaje transversal). Esta fuerza solo puede ser tres voltios menor que el voltaje principal que actúa sobre el semiconductor.
El sensor Hall en este caso consta de:
- Imán permanente;
- Placa semiconductora;
- Microcircuitos montados sobre placa;
- Una pantalla cilíndrica de acero (obturador) montada en el eje del distribuidor.
El principio de funcionamiento de este sensor es el siguiente. Mientras el encendido está encendido, una corriente fluye a través del semiconductor hasta el interruptor. El imán está ubicado en el interior del escudo de acero, que tiene una ranura. Se instala una placa semiconductora frente al imán en el exterior del obturador. Cuando, durante la rotación del eje distribuidor, el corte de la pantalla se encuentra entre la placa y el imán, el campo magnético actúa sobre el elemento adyacente y se genera en él una tensión transversal.
Tan pronto como la pantalla gira y el campo magnético deja de actuar, la tensión transversal desaparece en la oblea semiconductora. La alternancia de estos procesos genera los correspondientes pulsos de bajo voltaje en el sensor. Se envían al conmutador. En este dispositivo, dichos pulsos se convierten en una corriente del devanado de cortocircuito primario, que conmuta estos devanados, por lo que se genera una corriente de alto voltaje.
Fallos en el sistema de encendido sin contacto
A pesar de que el sistema de encendido sin contacto es una versión evolutiva del de contacto, y en él se eliminan las desventajas de la versión anterior, no está completamente desprovisto de ellas. Algunas averías características del contacto SZ también están presentes en la BSZ. Éstos son algunos de ellos:
- Fallo de las bujías (para saber cómo revisarlas, lea por separado);
- Rotura del cableado de bobinado en la bobina de encendido;
- Los contactos están oxidados (y no solo los contactos del distribuidor, sino también los cables de alto voltaje);
- Violación del aislamiento de cables explosivos;
- Fallos en el interruptor de transistor;
- Funcionamiento incorrecto de los reguladores de vacío y centrífugos;
- Rotura del sensor Hall.
Aunque la mayoría de las averías son el resultado del desgaste natural, a menudo también aparecen debido a la negligencia del propio conductor. Por ejemplo, un conductor puede repostar el automóvil con combustible de baja calidad, violar el programa de mantenimiento de rutina o, para ahorrar dinero, realizar el mantenimiento en estaciones de servicio no calificadas.
De no poca importancia para el funcionamiento estable del sistema de encendido, así como no solo para el sin contacto, es la calidad de los consumibles y las piezas que se instalan cuando se reemplazan los defectuosos. Otra razón de las averías de BSZ son las condiciones climáticas negativas (por ejemplo, los cables explosivos de baja calidad pueden perforar durante una lluvia intensa o niebla) o daños mecánicos (a menudo observados durante reparaciones descuidadas).
Los signos de un SZ defectuoso son el funcionamiento inestable de la unidad de potencia, la complejidad o incluso la imposibilidad de ponerla en marcha, pérdida de potencia, aumento de la glotonería, etc. Si esto sucede solo cuando hay un aumento de humedad en el exterior (niebla densa), debe prestar atención a la línea de alto voltaje. Los cables no deben estar mojados.
Si el motor es inestable en ralentí (mientras el sistema de combustible funciona correctamente), esto puede indicar daños en la tapa del distribuidor. Un síntoma similar es una avería del interruptor o del sensor Hall. Un aumento en el consumo de gasolina puede estar asociado con una avería de los reguladores de vacío o centrífugos, así como con un funcionamiento incorrecto de las velas.
Debe buscar problemas en el sistema en la siguiente secuencia. El primer paso es determinar si se genera una chispa y qué tan efectiva es. Desenroscamos la vela, colocamos el candelabro e intentamos arrancar el motor (el electrodo de masa, lateral, debe estar apoyado contra el cuerpo del motor). Si es demasiado delgado o nada, repita el procedimiento con una vela nueva.
Si no hay chispas en absoluto, es necesario revisar la línea eléctrica para ver si hay roturas. Un ejemplo de esto serían los contactos de cables oxidados. Por separado, se debe recordar que el cable de alto voltaje debe estar seco. De lo contrario, la corriente de alto voltaje puede atravesar la capa aislante.
Si la chispa desapareció solo en una vela, entonces se produjo un espacio en el intervalo desde el distribuidor hasta el NO. La ausencia total de chispas en todos los cilindros puede indicar una pérdida de contacto en el cable central que va de la bobina a la tapa del distribuidor. Un mal funcionamiento similar puede ser el resultado de daños mecánicos en la tapa del distribuidor (grietas).
Ventajas del encendido sin contacto
Si hablamos de las ventajas del BSZ, entonces, en comparación con el KSZ, su principal ventaja es que, debido a la ausencia de contactos del interruptor, proporciona un momento más preciso de formación de chispas para encender la mezcla aire-combustible. Esta es precisamente la tarea principal de cualquier sistema de encendido.
Otras ventajas del SZ considerado incluyen:
- Menor desgaste de los elementos mecánicos debido a que hay menos de ellos en su dispositivo;
- Momento más estable de formación de un pulso de alto voltaje;
- Ajuste más preciso del UOZ;
- A altas velocidades del motor, el sistema mantiene su estabilidad debido a la ausencia de traqueteo de los contactos del interruptor, como en el KSZ;
- Ajuste más fino del proceso de acumulación de carga en el devanado primario y control del indicador de voltaje primario;
- Le permite formar un voltaje más alto en el devanado secundario de la bobina para una chispa más potente;
- Menor pérdida de energía durante el funcionamiento.
Sin embargo, los sistemas de encendido sin contacto no están exentos de inconvenientes. La desventaja más común es la falla de los interruptores, especialmente si están hechos de acuerdo con el modelo anterior. Las averías por cortocircuito también son comunes. Para eliminar estas desventajas, se recomienda a los automovilistas que compren modificaciones mejoradas de estos elementos, que tienen una vida útil más larga.
En conclusión, ofrecemos un video detallado sobre cómo instalar un sistema de encendido sin contacto:
Preguntas y respuestas
¿Cuáles son las ventajas de un sistema de encendido sin contacto? No hay pérdida de contacto del interruptor / distribuidor debido a los depósitos de carbón. En tal sistema, una chispa más potente (el combustible se quema de manera más eficiente).
¿Qué sistemas de encendido existen? Contacto y sin contacto. El contacto puede contener un disyuntor mecánico o un sensor Hall (distribuidor - distribuidor). En un sistema sin contacto, hay un interruptor (tanto un disyuntor como un distribuidor).
¿Cómo conectar correctamente la bobina de encendido? El cable marrón (procedente del interruptor de encendido) está conectado al terminal +. El cable negro se encuentra en el contacto K. El tercer contacto en la bobina es de alto voltaje (va al distribuidor).
¿Cómo funciona el sistema de encendido electrónico? Se suministra una corriente de bajo voltaje al devanado primario de la bobina. El sensor de posición del cigüeñal envía un pulso a la ECU. El devanado primario se apaga y se genera un alto voltaje en el secundario. Según la señal de la ECU, la corriente va a la bujía deseada.
