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Sistema Eléctrico del Motor 2

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Índice

Temas Página

Principio de funcionamiento del alternador AC 3

Rectificador del alternador AC 4

Terminal FR /G del alternador AC 5

Seguimiento de fallas 6

Sistema de encendido: Tipo distribuidor de contactos 8

¿Porqué avanzar el encendido? 11

Dispositivos mecánicos de avance del distribuidor 12

Circuito de alta tensión del distribuidor 13

Distribuidor de encendido del tipo transistor 14

Bujías 15

Seguimiento de fallas 16

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Principio de Funcionamiento del Alternador AC

Como ya se ha aprendido, si se gira un conductor con movimiento homogéneo dentro de un

campo magnético, se induce una tensión sinusoidal que cambia su valor en cada momento y

periódicamente cambia su dirección, como se muestra en las imágenes de arriba. Dentro de un

alternador AC hay tres embobinados que están localizados a 120 grados entre ellos, debido a este

arreglo, se producen tres corrientes alternas en cada giro del rotor.

Las corrientes también están desplazadas a 120 grados, como se muestra en la figura del lado

inferior derecho. Hay dos métodos de conexión diferentes para las bobinas: en Estrella / Y, o en

configuración de triángulo. Debido a que el acumulador, así también como los consumos del

vehículo necesitan corriente continua, la corriente producida por el alternador debe ser convertida

en este tipo de corriente. Este proceso se llama rectificación y es realizado por diodos. Ahora

veremos más de cerca este proceso.

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Rectificador del Alternador AC

Los alternadores modernos ya no tienen rectificadores mecánicos, sino que en su lugar utilizan

reguladores electrónicos. El transistor de potencia conmuta ON y OFF la corriente excitadora con

relación a la señal del transistor de control. El valor para la regulación esta dado por un diodo

Zener. Este esquema es equipamiento estándar para los reguladores modernos de alternador.

Para cada fase hay dos diodos instalados: uno al lado positivo y uno al lado negativo con el fin de

rectificar la corriente. La mitad positiva de la onda pasa por el diodo positivo y la mitad negativa

pasa por el negativo. Con esto se produce una corriente directa levemente pulsante. Además, los

diodos evitan un flujo inverso de corriente si el alternador llegara a estar bajo el voltaje de la

batería, por ejemplo, cuando se detiene el motor. Hay tres diodos adicionales para rectificar la

corriente de excitación que se suministra internamente, una vez que el alternador comienza a

generar corriente. Básicamente hay tres circuitos dentro de un alternador, el circuito de corriente

pre excitadora, el circuito de corriente excitadora y el circuito de carga. Como no hay una corriente

interna de excitación disponible para el campo magnético durante la partida, se necesita una

corriente externa para este fin. Esta es suministrada desde la batería a través de la luz de control

de carga, la que por lo tanto esta iluminada. Tan pronto como el alternador comienza a generar

corriente, la luz de carga se apaga y la corriente de excitación se suministra mediante el circuito

interno. Cuando el alternador produce tensión, la corriente excitadora es suministrada desde el

estator, es rectificada por los diodos excitadores y distribuida a través de las escobillas y a través

de D y el diodo negativo de vuelta al estator. La corriente de carga es rectificada y luego

distribuida a través del B+ a la batería y los consumos. (Esto sólo es posible si la tensión de carga

es mayor que la tensión de la batería).

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Terminal FR / G del Alternador AC

Algunos alternadores están equipados con terminales adicionales: el terminal FR y el terminal G.

El terminal FR se utiliza para informar la condición de carga al módulo de control del motor,

mientras que el terminal G se utiliza para controlar la corriente de la bobina excitadora,

controlando finalmente la salida del alternador. La finalidad del terminal G es evitar una carga

repentina en el motor debido a la activación de una carga eléctrica durante el ralentí. La unidad de

control primero aumenta la velocidad de ralentí antes de permitir el aumento de la salida del

alternador, evitando de ese modo una caída importante en la velocidad de ralentí. El terminal FR

del alternador informa del estado ON / OFF de la bobina de campo al ECM o PCM. En respuesta a

esta señal, el PCM detecta la salida de corriente del alternador y controla el servo del Controlador

de Pasos de Ralentí de acuerdo con esta corriente de salida (carga eléctrica). Esto previene un

cambio en la velocidad de ralentí causada por la carga eléctrica. El alternador genera energía

cuando el transistor en el Regulador IC esta activado en ON (ya sea controlado directamente o

mediante el terminal G, si esta equipado) para suministrar una corriente (corriente de campo) a la

bobina de campo. Cuando el transistor esta en condición OFF, la corriente generada por el

alternador disminuye rápidamente. La magnitud de la salida de corriente del alternador, por lo

tanto, depende de la proporción en que el transistor esta ON (relación de trabajo ON). El voltaje en

el terminal FR es bajo cuando el transistor de potencia esta ON y alto cuando esta OFF. Por lo

tanto, la relación de trabajo ON del transistor de potencia en el Regulador IC o la corriente de

salida puede ser monitoreada en el terminal FR del alternador.

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Seguimiento de fallas

Si el sistema de carga no esta funcionando apropiadamente y las pruebas estándares no

muestran un resultado satisfactorio, las siguientes pruebas a realizar son: la prueba de caída de

voltaje y la prueba con el osciloscopio. Referirse al Manual de Servicio para instrucciones al

respecto. En la imagen se muestran algunas formas de onda.

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El próximo paso es revisar los componentes internos individualmente. Por ejemplo, revisar corto

circuitos, circuitos abiertos o a tierra en el rotor/estator. También es posible revisar los diodos

rectificadores, etc.

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Sistema de Encendido: Tipo Distribuidor de Contactos

La finalidad del sistema de encendido es encender la mezcla aire/combustible en la cámara de

combustión en el momento apropiado. En el sistema convencional de bobina de encendido, la

corriente que fluye a través de esta cuando es conmutada ON y OFF mecánicamente a través de

un contacto en el distribuidor de encendido (platino). El sistema de encendido por bobina

controlada por platino es la versión más simple de un sistema de encendido. Además del

distribuidor de encendido, también hay otros componentes tales como la bobina de encendido, el

interruptor de encendido, bujías. Durante el funcionamiento, se aplica voltaje de la batería al

terminal + de la bobina de encendido. Cuando el platino esta cerrado, la corriente fluye a través

del embobinado primario de la bobina a tierra. Esto genera un campo magnético en la bobina, el

que se almacena para proporcionar la energía de encendido. El tiempo de carga esta dado por el

ángulo de reposo, que corresponde a la cantidad de grados en que el platino esta cerrado (dado

por el diseño del distribuidor). Al final del período de reposo, la leva del distribuidor abre el platino

de encendido de forma que se interrumpe la corriente de la bobina. Esto genera un voltaje

transitorio en la bobina primaria que alcanza 200 a 400 Volts. (Como podría producirse un arco

eléctrico en el platino al momento de abrirse, se conecta un condensador en paralelo para

protegerlo). Al mismo tiempo se crea un voltaje de inducción en la bobina secundaria, lo que

alcanza un voltaje de 10.000 a 20.000 Volts en un sistema de encendido del tipo contacto.

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La tensión es conducida mediante el cable de alta tensión al polo central de la tapa del distribuidor

y desde ahí al rotor. Debido a la alta tensión, la separación entre el rotor y los contactos exteriores

es superada por la chispa generada. Luego esta es conducida por el cable de alta tensión a la

bujía respectiva y finalmente provoca otra descarga en ésta, produciendo de esta forma la chispa

de encendido. Entonces la energía almacenada en la bobina de encendido es descargada

constantemente a la bujía, manteniendo el flujo de la corriente de encendido. La duración de esto

es generalmente de 1 a 2 ms. Luego el platino esta nuevamente en condición ON y la bobina de

encendido se recarga. Mientras tanto, el rotor se esta moviendo al próximo terminal de alta tensión

de la tapa del distribuidor, de forma que en la siguiente generación de chispa el próximo cilindro

estará suministrado con la energía de la chispa. La sincronización de la posición del rotor con el

cigüeñal se realiza mediante un acople mecánico del distribuidor con el eje de levas (u otro eje

que gire a la mitad de la velocidad del motor). La bobina de encendido esta compuesta por un

alojamiento metálico que contiene envolturas de láminas metálicas para reducir la pérdida de

campos magnéticos. El embobinado secundario esta enrollado directamente al núcleo de hierro

laminado y conectado eléctricamente al terminal central de la bobina de encendido a través del

núcleo. Como la alta tensión esta aplicada al núcleo de hierro, este debe estar aislado por la tapa

y con un aislante adicional insertado en la base. La tapa de la bobina contiene los terminales para

el suministro de voltaje de la batería a la bobina primaria. El embobinado primario esta localizado

cerca del exterior alrededor del embobinado secundario. La bobina de encendido puede revisarse

midiendo su resistencia. Para los datos relevantes dirigirse al Manual de Servicio.

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Bobina de encendido

La bobina de encendido debe generar la energía suficiente para producir la chispa necesaria para

encender la mezcla de aire/combustible. Para lograr esto, se necesita un campo magnético

potente en la bobina primaria, que por lo tanto tiene una resistencia muy baja (aproximadamente 1

– 4 Ohm) permitiendo el flujo suficiente de corriente. Mientras más corriente, más potente es el

campo magnético. Otro requerimiento para generar altos voltajes en el lado secundario es que el

flujo de corriente en la bobina primaria debe interrumpirse rápidamente. Cuando el flujo de

corriente se detiene momentáneamente, el campo magnético colapsa. Como el campo magnético

rápidamente colapsado pasa a través del embobinado secundario, se produce un alto voltaje. Si el

voltaje es lo suficientemente alto para superar la separación de los electrodos de la bujía, la

corriente fluye entre estos y se genera una chispa. Mientras más alta la resistencia en circuito

secundario, por ejemplo, mayor separación entre los electrodos, mayor es el voltaje necesario

para conseguir el flujo de corriente y menor es la duración de la chispa. Esto es importante cuando

se observa el patrón de la chispa de encendido. El voltaje primario durante la interrupción de

energía es de alrededor de 200 a 400 Volts (producido por auto inducción) y el voltaje inducido en

la bobina secundaria es de alrededor de 7kV a 35 kV, dependiendo del tipo de sistema de

encendido.

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¿Porqué Avanzar el Encendido?

Con el fin de maximizar la potencia del motor, la mezcla de aire/combustible debe encenderse de

forma que la presión máxima de combustión aparezca alrededor de 10° después de Punto Muerto

Superior (PMS). El tiempo desde el encendido de la mezcla de aire/combustible varia

dependiendo por ejemplo, de la velocidad del motor y la carga del motor (presión del múltiple).

Asumiendo una carga y admisión de combustible constante, la duración del encendido y la

combustión completa duran un tiempo determinado. Pero cuando aumenta la velocidad del motor,

el pistón se mueve más rápido, de forma que la generación de la chispa debe producirse en una

etapa más adelantada (ángulo de cigüeñal adelantado) antes del punto muerto superior para que

el tiempo de encendido concuerde con la correcta posición del pistón. Por lo tanto, es necesario

producir un adelanto en la chispa de encendido a mayores velocidades del motor. En un sistema

convencional de encendido, el tiempo de encendido es adelantado o retrasado por un gobernador

de avance en el distribuidor. Además, el tiempo de encendido también debe ser ajustado debido a

cambios en la velocidad de combustión relacionados con los cambios en la mezcla, por lo tanto,

se han instalado actuadores adicionales de vacío para ajustar el tiempo de encendido en relación

con la presión del múltiple.

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Dispositivos Mecánicos de Avance del Distribuidor

Los mecanismos centrífugos de avance adelantan el tiempo de encendido en relación a la

velocidad del motor. La placa soporte que gira con el distribuidor incorpora contrapesos. A medida

que aumenta la velocidad del motor, los contrapesos se mueven hacia fuera de modo que giran el

yugo en la dirección de rotación del eje. El resultado es que la leva del distribuidor también gira en

relación con el eje en el mismo ángulo y por este medio avanza el punto y ángulo de encendido.

Como en realidad la carga y, junto con esto, el tiempo de combustión no son constantes, sino que

dependen de la exigencia del motor, es necesario otro ajuste del tiempo de encendido. El

mecanismo de avance por vacío permite ajustar el tiempo de encendido para la condición de

exigencia del motor. El mecanismo de avance centrífugo y el control de avance por vacío están

conectados mecánicamente de modo que ambos ajustes se suman. Mientras menor es la

exigencia del motor, la mezcla aire/combustible necesita quemarse antes, debido a que se quema

más lentamente. El vacío para el ajuste de avance se consigue desde el múltiple de admisión.

Cuando la exigencia del motor disminuye, el vacío en la unidad de avance aumenta, haciendo que

el diafragma y el brazo de avance por vacío se mueva hacia la derecha. Esto gira la placa móvil

en la que esta montado el platino en dirección opuesta al sentido de rotación del eje del

distribuidor. Con esto, el punto de encendido es avanzado aún más. El ajuste de retraso se realiza

bajo condiciones específicas de funcionamiento del motor (por ejemplo, ralentí, sobre

revoluciones) con el fin de mejorar las emisiones de gases de escape. El vacío para este ajuste se

consigue desde un punto en el flujo descendente de la mariposa del acelerador. Con la ayuda de

la unidad de retardo por vacío se atrasa el punto de encendido, la placa se mueve en dirección de

retraso. Al brazo de avance por vacío gira la placa móvil del platino en la dirección de rotación del

eje del distribuidor. El sistema de ajuste de retraso esta subordinado al sistema de ajuste de

avance: vacío simultáneo en ambos actuadores, lo que significa un cambio en el tiempo de

encendido en la dirección de avance para el funcionamiento de carga parcial del motor.

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Circuito de Alta Tensión del Distribuidor

Después que se genera la corriente de encendido en la bobina, esta es conducida al rotor del

distribuidor y desde allí a la tapa del distribuidor, luego, mediante los cables de bujías a las bujías

de encendido, donde finalmente se produce la chispa. Debido a la alta tensión, las partes antes

mencionadas deben tener buenas propiedades de aislamiento desde el exterior con el fin de

impedir, por ejemplo, la pérdida de tensión hacia el chasis. Como la radiación de ruido es

importante debido a la alta tensión y frecuencia, algunas partes tienen una resistencia específica,

por ejemplo, el rotor, los cables de bujías o las bujías mismas. El valor exacto de resistencia

depende de cada parte, por ejemplo, los cables de bujías están disponibles en diferentes

formatos. Existen cables con un alambre de cobre interno o fibra con carbón como conductor para

la energía de la chispa. Como estos son importantes para el correcto funcionamiento del sistema

de encendido, debe utilizarse solamente los cables especificados por el fabricante. Lo mismo es

valido para los otros componentes del sistema. Por lo tanto, siempre será necesario referirse al

Manual de Servicio para conseguir el dato relevante. Además, como la alta tensión puede

perderse fácilmente en estos componentes, es necesario revisarlos cuidadosamente en el caso de

fallas de encendido, etc.

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Distribuidor de Encendido del Tipo Transistor

El paso siguiente en el desarrollo fueron los sistemas que todavía utilizan un distribuidor y un

ajuste mecánico/vacío del tiempo de encendido, pero ahora utilizando un dispositivo electrónico,

como por ejemplo un elemento Hall como activador de la generación de chispa. Con el fin de

conmutar la corriente necesaria, se incorporó un transistor amplificador.

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Bujías

Prescindiendo del hecho de que son relativamente de bajo costo y también una parte del

mantenimiento regular con cambios en intervalos regulares, las bujías juegan un rol muy

importante no solamente para el desempeño del motor, sino que también para la durabilidad y vida

útil de este. Las bujías están disponibles en una gran cantidad de variedades. Están disponibles

en diferentes rangos térmicos, con diferentes dimensiones de rosca, con y sin resistencia interna,

en diferentes materiales, etc. Es muy importante utilizar siempre las bujías correctas, de no ser

así, se podría causar serio daño al motor. Un factor muy importante es el llamado rango térmico,

que proporciona a la bujía la temperatura que alcanzara durante el funcionamiento del motor. Este

debe estar de acuerdo con el motor en que será utilizada la bujía, puesto que diferentes motores

producen diferentes cantidades de calor durante el proceso de combustión. Si la bujía es muy fría,

se acumularan depósitos que conducirán a una falla de encendido, y si es demasiado caliente,

puede producir auto encendido de la mezcla de aire/combustible (detonación) o puede llegar a

fundirse, causando daño severo al motor. Por esta razón, existe una gran variedad de bujías que

se pueden seleccionar de acuerdo al motor específico en que serán utilizadas. Para una mejor

vida útil, existen diferentes materiales disponibles en las bujías, como por ejemplo, electrodos de

platino o iridio. Debe también prestarse atención al método de apriete y el torque apropiado, pués

esto también difiere por el método de sellado de la bujía contra la cámara de combustión: sellado

del tipo cónico o por anillo de sello.

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Seguimiento de Fallas

Esta imagen muestra diferentes condiciones de las bujías y proporciona una indicador de la causa

relacionada. Siempre que se desmontan las bujías es necesario observarlas, por dos razones:

para verificar si están actualmente en buen estado y para tener una percepción de cómo se ve

una bujía en buen estado.

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Si existen problemas con el sistema de encendido, tales como fallas de encendido o detonación,

es necesario realizar varias pruebas. Dependiendo del esquema actual del sistema de encendido,

existen diferentes posibilidades y métodos de revisión y ajuste. Uno de los puntos más

importantes a revisar es el tiempo de encendido. Otros son la revisión de los cables de bujías, el

rotor y la tapa del distribuidor, la bobina de encendido, etc. En los sistemas antiguos también

puede ser necesario revisar el mecanismo de avance mecánico, así como también el dispositivo

de avance / retraso por vacío.

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