Análisis del Circuito Primario de Ignición

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COLECCIÓN DE REPORTES – No. 2
Análisis del Circuito
Primario de Ignición
-
Orígenes y Evolución del
Sistema de Encendido
Electrónico Actual
Por Beto Booster
El circuito primario del sistema de
encendido electrónico, continúa
siendo producto del antiguo sistema
de contactos por platinos… pero con
algunas mejoras.
¿Tiene compresión? ¿Todo
está
bien
con
el
combustible? ¿Hay chispa?
Esas son algunas de las preguntas
básicas que los técnicos han
estado preguntando durante
años, cuando comienzan la tarea
de diagnosticar un problema de
funcionamiento del motor o
incluso cuando no enciende. En
este artículo de entrenamiento
trataremos uno de esos tres
requisitos básicos: la chispa.
Una regla básica en las tareas de
diagnóstico es que revises,
primero, la “salida” de un sistema.
Si un sistema puede suministrar la
“salida correcta”, entonces la
lógica nos dice que todas las
“entradas” deben estar en orden.
En el caso de los sistemas de
encendido, revisar la chispa
significa que puedes determinar si
la bobina está suministrando
voltaje alto a las bujías y también,
si las bujías mismas están
disparando.
¿Pero que ocurre si no hubiese
chispa en las bujías? Entonces
necesitarás revisar las “entradas”
del sistema. La ausencia de chispa
puede ser ocasionada por una
apertura o un corto, o algún otro
tipo de problema ya sea en el
circuito primario o secundario del
sistema de encendido. En un
artículo posterior, hablaremos del
diagnóstico del secundario de
ignición. En esta ocasión, vamos a
revisar algunos aspectos básicos
del diagnóstico del circuito
primario de ignición.
El Efecto Interruptor
dispositivos de interrupción de
estado sólido en efecto, son
bastante
sofisticados,
sin
embargo, el circuito primario
sigue siendo básico. Todo
comienza con una batería de 12
voltios que provee la corriente al
embobinado
primario.
El
manejar corrientes
elevadas.
eléctricas
Una bobina de encendido no
puede producir un alto voltaje si
la batería no suministra el voltaje
bajo apropiado hacia la bobina.
Así que debes revisar el voltaje
regulado de carga así como el
voltaje de batería. También,
realiza una prueba de descarga a
la batería, puesto que con ello
confirmarás el voltaje de reserva.
Utilizando un voltímetro digital
con captura de Máximos y
Mínimos, o un osciloscopio
digital para la prueba de
descarga, te revelarán problemas
relacionados con bajo voltaje,
que los instrumentos más
antiguos no pueden detectar.
¿La bobina tiene voltaje
B+?
Si la batería se halla en buenas
condiciones, revisa el voltaje en
el
lado
de
batería
del
arrollamiento
(embobinado)
primario de la bobina. Con la
llave en posición “ON” y con el
motor apagado, he aquí lo que
debería encontrar:
El captador magnético o el sensor CKP controlan a los transistores de
potencia y al transistor “Driver” que abren y cierran el circuito primario
del sistema de encendido.
Cuando la corriente primaria es
interrumpida, la bobina de
encendido descarga un voltaje
alto en el secundario por medio
de cables hacia las bujías. Ya sea
que el sistema utilice el antiguo
estilo
de
distribuidor
por
contactos o si es un moderno
sistema
sin
distribuidor
controlado por computadora, los
principios de la ignición siguen
siendo los mismos.
Los sistemas de ignición de hoy
que incluyen el control del avance
por computadora así como
interruptor de la llave de
encendido cierra el circuito hacia
la bobina, y un interruptor
“cronometrado” abre el circuito
para detener el flujo del corriente
al primario, lo que tiene por
resultado el disparo en la bobina.
Ese interruptor cronometrado
solía consistir en un mecanismo
de contactos por platinos. No
obstante, durante los últimos 25 o
30 años, ha sido una señal desde
un dispositivo de estado sólido y
un transistor de potencia capaz de
En un sistema antiguo de
contactos por platinos, cerca de
la mitad del voltaje de batería (5
a 7 voltios) con los contactos
cerrados y cerca de 12 voltios con
los contactos abiertos. (Será útil
revisar el funcionamiento del
sistema de encendido por platinos
como recordatorio de que la
operación del circuito primario en
realidad, no ha cambiado con la
presencia
de
controles
electrónicos.)
En un sistema de encendido
electrónico, en general deberás
buscar un voltaje de batería de
entre 6 y 9 voltios en la terminal
IGN o BAT. En los sistemas que
utilizan la resistencia balastra
hallarás lecturas de voltaje más
bajas aún.
Una precaución: de ser posible, es
conveniente echar una mirada a
las especificaciones del fabricante.
Por ejemplo, en los sistemas de
encendido más recientes de
Chrysler, hallarás 12 voltios en la
bobina primaria solo por un par
de segundos cuando gires la llave
a “ON”. Entonces, el voltaje caerá
a 0. ¿Por qué? Si la PCM no
obtiene la señal del tacómetro,
para que así concluya que el
motor está en marcha, abrirá el
circuito primario hasta que el
motor gire.
Siguiendo el Camino
Si no hallaras voltaje de batería
en la bobina, será necesario que
“hagas el recorrido” hacia atrás, a
lo largo del circuito primario con
tu voltímetro. Consigue el
diagrama puesto que será tu
mapa, par que te asegures de
verificar las presencia del voltaje
disponible en cada punto
específico. Algunos de los puntos
de prueba comunes son el
interruptor de encendido, la
resistencia balastra (si es que el
sistema tuviese una) y el módulo
Típica pinza inductiva para
monitorear consumo de corriente
sin necesidad de abrir el circuito.
de encendido o la PCM misma.
Observa que el circuito primario
en algunos sistemas de encendido
atraviesa por el módulo de
encendido o la PCM. El módulo de
encendido mismo necesita voltaje
de batería y una buena conexión a
tierra para operar. Los diagramas
apropiados te ayudarán a realizar
estas pruebas de voltaje con
mayor rapidez, asegurándote de
que
no
ignores
puntos
importantes de prueba.
Si no tuvieras chispa o una
situación de chispa débil, pero el
voltaje de batería disponible para
el primario se hallara bien, cambia
tu multímetro a la función de
ohms y mide la resistencia del
embobinado.
De
nuevo,
necesitarás las especificaciones
del fabricante, pero la resistencia
del embobina primario siempre
será muy baja. Oscila desde
algunas décimas de ohm hasta
cerca de 2 ohms. La alta
resistencia en el primario reduce
el flujo de la corriente (¿recuerdas
la Ley de Ohm?), lo cual significa
que la saturación de la bobina
será menor de lo normal. En tales
casos, la bobina no producirá el
voltaje suficiente en el secundario
para generar la chispa en las
bujías, lo cual tendrá como
resultado cas seguro, una falla de
cilindro. Desde luego, si el
embobinado
primario
está
abierto, la corriente no fluirá y la
bobina
no
producirá
absolutamente ningún voltaje en
el arrollamiento secundario. Eso
sigue siendo cierto aunque exista
un voltaje de batería total y
disponible para la bobina.
Mientras tengas tu óhmetro,
revisa la resistencia entre cada
terminal primaria y la carcasa o
cubierta del bobina; debería ser
un valor infinito. Si el embobinado
primario está en corto con la
carcasa o cubierta, la corriente sí
fluirá, pero al lugar equivocado:
hacia tierra a través del corto
mismo. El resultado puede ser un
voltaje bajo, o ningún voltaje en
absoluto en el secundario así
como una bobina muy, muy
caliente.
Mientras estás revisando la
resistencia del primario de la
bobina, también deberías revisar
la resistencia del secundario
(aunque estemos hablando en
este artículo solamente de
revisiones del primario). La
resistencia del secundario debería
estar en un valor entre 5’000 y
20’000 ohms, o incluso más.
Como es de esperarse, es
conveniente que revises las
especificaciones. Recuerda: una
resistencia del secundario por
debajo o por encima de las
especificaciones, puede reducir el
voltaje
disponible
en
el
secundario.
Muchas bobinas de vehículos
recientes tienen más de dos
terminales. Algunos fabricantes
publican sus especificaciones de
consumo de corriente para
bobinas de encendido. La
corriente puede estar especificada
con el motor operando, o
simplemente con la llave en “ON”.
Necesitarás un amperímetro
30 años, las capacitaciones en
servicio a los sistemas de
encendido
invertían
mucho
tiempo
tratando
con
los
maleficios relacionados con el
desgaste de los contactos, arcos
de voltaje, etc. Aunque estas
condiciones tenían varias causas,
el resultado siempre era el
mismo: una operación defectuosa
e ineficiente del circuito primario.
Aplicación rutinaria de la pinza amperimétrica inductiva, colgada
del cable que alimenta al circuito de encendido.
conectado en serie con la terminal
B+ de la bobina, o una pinza
inductiva colgada alrededor del
circuito primario. Las pruebas de
corriente del primario tienen la
ventaja adicional de elevar la
temperatura de la bobina a su
temperatura
normal
de
operación. Esto es importante
porque los problemas en los
embobinados
en
muchas
ocasiones, no se manifiestan
claramente hasta que la corriente
está fluyendo y con ello, la bobina
se calienta.
reducidos. La clave para controlar
la corriente del primario es el
interruptor.
Durante cerca de 75 años, el
interruptor que se utilizó fue un
mecanismo de contactos por
platinos en el distribuidor. Hace
Sin
embargo,
el
control
transistorizado
del
circuito
primario no se libró de todas las
contrariedades de los contactos
por platinos. Una interrupción
defectuosa puede, aún en estos
días, seguir siendo un problema.
Todos los sistemas de encendido
electrónico actuales utilizan un
pequeño sensor de voltaje para
activar un transistor que funciona
como “driver”. Este transistor, de
manera recíproca, controla el
voltaje que se carga en la base del
Interruptor Limpio
Para un desempeño apropiado del
sistema de encendido, la corriente
del primario debe iniciar y
detenerse de forma rápida y
limpia. Si la corriente no es
cortada de forma súbita, el campo
magnético de la bobina no se
colapsará
rápidamente,
y
entonces el voltaje del secundario
no se elevará a un nivel suficiente,
ni a una velocidad suficiente. Si la
corriente del
primario no
comienza de manera rápida y
precisa, el porcentaje del ciclo de
trabajo y la saturación se verán
Las transiciones de alto y bajo voltaje de la señal CA de un captador
magnético (arriba) o de la caída súbita de voltaje de una señal de onda
cuadrada de CD de un sensor Hall o sensor óptico (abajo), es la señal de
tiempo base para cualquier sistema de encendido electrónico.
transistor, que es el que abre y
cierra la corriente que se dirige al
primario.
Los primeros sistemas
de
encendido
electrónico
de
principios de los 1970s utilizan un
captador magnético en el
distribuidor para así proveerle un
sensor de voltaje al transistor
“driver”. Ya por los ‘80s, muchos
captadores magnéticos fueron
removidos del distribuidor y se
colocaron sobre el bloque del
motor, en donde se convirtieron
de esta forma en los sensores de
posición del cigüeñal (sensores
CKP). Hoy en día, los sistemas de
encendido
que
utilizan
distribuidor empelan ya sea un
captador magnético o un sensor
CKP. Los sistemas de encendido
sin distribuidor, de forma
universal utilizan un sensor CKP
montado sobre el bloque del
Un sensor
deteriorado,
corroído,
oxidado,
humedecido,
deformado,
etc.,
modificará su
resistencia y en
consecuencia,
su conducta
voltaica de
manera
errática.
motor. Aunque las ubicaciones y
forma de estos sensores son muy
variadas, es muy importante
reconocer que solamente existen
tres tipos de sensores, que
producen solamente dos señales
básicas de voltaje.
La Era de las Señales
Electrónicas Sinusoidales y
Digitales Cuadradas
El primero dispositivo electrónico
popular de medición del tiempo,
fue el captador magnético, o
sensor de reluctancia. Chrysler
trajo por primera vez este
dispositivo al mercado en 1972 y
el captador magnético ha sido
usado de ambas formas, como
captador en el distribuidor y como
sensor CKP, desde entonces. Con
este arreglo, una rueda activadora
dentada gira de forma adyacente
al captador, el cual está junto a un
magneto permanente. A medida
que los dientes del disco giratorio
pasan cerca del magneto,
modifican la fuerza del campo
magnético que rodea al captador
magnético. Esto genera una señal
sinusoidal de corriente alterna
(CA) que se eleva a un pico de
voltaje
positivo,
cae
abruptamente a un pico negativo
y entonces se eleva a un nivel de
vuelta a la región positiva. La
súbita y pronta transición desde
voltaje positivo a voltaje negativo
es la señal de tiempo que activa y
desactiva a la corriente del
primario en la bobina de
encendido.
“Encuadrando” a la Señal
Si con tu osciloscopio puedes detectar defectos como estos (remarcados en rojo),
en una señal de voltaje AC de un captador magnético (arriba), o en una señal de
onda cuadrada DC (abajo), entonces has encontrado la causa de una falla de
motor o del desajuste errático del tiempo de encendido. Una señal de onda
cuadrada que no llegue completamente a tierra en cero voltios, o que no cumpla
totalmente su ciclo de trabajo esperado, será causa de que intermitentemente el
circuito primario de encendido no logre abrir el circuito y no produzca la chispa.
El motor sí encenderá, pero fallará en todos los rangos de velocidad. Ni el
multímetro digital ni el escáner permiten detectar estos defectos.
Cerca del final de los 70s, los
sensores de efecto Hall se
volvieron populares al ser el otro
tipo de captador magnético
sensor CKP. Poco después,
algunos fabricantes automotrices
también adoptaron sensores
ópticos para que funcionaran
como
captadores
en
el
distribuidor. Ambos, el sensor de
efecto Hall y el sensor óptico
requieren de un circuito de voltaje
para generar su señal de salida.
Ambos utilizan un disco excitador
para producir su señal de salida.
En el caso del sensor Hall, el disco
rompe el campo magnético para
activar la señal de salida. En un
sensor óptico, el disco bloquea un
haz de luz. Ambos sensores
producen un señal digital
cuadrada “On/Off” que sirve
como la señal de tiempo para la
interrupción de corriente del
primario.
Los sensores de efecto Hall
pueden hallarse como captadores
dentro del distribuidor y también
como sensores CKP montado
sobre el bloque de motor. Los
sensores ópticos, por su parte,
solo han podido hallarse dentro
del distribuidor.
Osciloscopio en Acción
El funcionamiento apropiado de
los
captadores
magnéticos,
sensores de efecto Hall y sensores
ópticos, todos ellos, recae sobre
una transición marcadamente
súbita de voltaje alto a voltaje
bajo y viceversa, es decir, las
subidas y descensos de la señal
deben ser rectos, perfectamente
verticales, en la de las señales
cuadras,
y
perfectamente
uniformes en la caso de las
señales sinusoidales de AC, para
que la interrupción y activación
continua de corriente al primario
de ignición se conserve. Cualquier
deformación en la simetría de la
señal, por más pequeña que esta
sea, tendrá influencias directas en
la conducta del motor. La
transición súbita de voltaje
positivo a voltaje negativo
proveída por un sensor tipo
captador magnético, así como la
caída de voltaje alto a voltaje bajo
en una señal de onda cuadrada de
un sensor de efecto Hall o de un
sensor
óptico,
básicamente
cumplen la misma función. La
señal desactiva el voltaje cargado
sobre el driver del transistor y
provoca que el transistor de
potencia interrumpa la corriente
al primario. De hecho, la mayoría
de los sistemas con captadores
magnéticos convierten la señal
sinusoidal de corriente alterna CA,
a una señal de onda digital
cuadrada, y entonces utilizan la
sección de caída de voltaje en la
señal como su señal de tiempo de
encendido.
Es posible conectar un multímetro
digital a cualquiera de los tres
tipos de captadores en el
distribuidor o sensores CKP, y
buscar “algún tipo de actividad
electrónica”. Sin embargo, el
multímetro digital solamente te
dirá que “algo está ocurriendo” en
esa línea de voltaje. Esta
impedido par decirte si es una
señal de tiempo de encendido
apropiada o si hubiera una
“interrupción entorpecida”. Te irá
mucho mejor si sacas tu
osciloscopio y observas la
conducta de la señal de onda, más
de cerca. Cualquier señal de onda
o señal digital cuadra que no suba
lo suficiente y que no baje lo
suficiente,
no
podrá
ser
reconocida por el módulo de
encendido no por la PCM.
A esto se le conoce como
amplitud de la señal, y debe
cumplir ciertos valores mínimos.
De manera similar, una señal
captada que no sea súbita ni
vertical ni “limpia”, puede
producir exactamente los mismos
resultados que se veían en el viejo
sistema de encendido por
platinos. Resultado: el módulo de
encendido, o la PCM, no está
seguro cuando abrir y cerrar el
circuito primario… lo que genera,
obviamente, un voltaje débil en el
secundario. Este tipo de problema
puede ser ocasionado por un
disco
quebrado,
fracturado,
desbalanceado, doblado, o por un
diente
faltante,
sensor
defectuoso, etc. El osciloscopio
digital te ayudará a detectar estos
defectos en pocos minutos.
¿El módulo de encendido
está modulando?
Es muy posible tener un voltaje
fuente del circuito primario y
tener también las señales de los
sensores y aún así, no tener
chispa. No puedes pasar por alto
al módulo de encendido, así que
terminaré este artículo con
algunas pruebas básicas al
módulo de encendido. Una de las
más simples pruebas es con una
simple lámpara de prueba de 12
voltios. Conecta la lámpara de
prueba a voltaje de batería y
coloca la punta de la lámpara
contra las terminales del captador
magnético o sensor CKP en el
módulo. Con todas las conexiones
de circuito intactas, la bobina
debería disparar. En muchos
sistemas, algo que también
puedes hacer es sostener un
cautín de pistola de CA, cercano al
módulo y apretar el gatillo. El
campo magnético generado por el
cautín pistola también debería
generar que la bobina dispare
chispas. Finalmente, si quisieras
hacerlo de manera sofisticada,
muchas
compañías
fabrican
simuladores de módulos de
encendido que se conectan al
conector
del
módulo
de
encendido y ponen a prueba la
operación del módulo.
Diagnosticar
sistemas
de
encendido electrónico modernos
puede parecer complicado al
principio. Sin embargo,
si
recuerdas las bases del voltaje
primario de ignición y flujo de
corriente, verás que con el
sentido común, tu confiable
multímetro y tu dinámico
osciloscopio podrás rastrear todos
los problemas posibles que se
pueden presentar en el circuito
primario de encendido… todo ello,
con simples pruebas básicas de
medición de voltajes.