NOCIONES sobre Encendidos y Electronica

Estudio Basico de los Encendidos

Los distintos Sistemas de Encendido tienen como misión hacer saltar una chispa eléctrica entre los ELECTRODOS de las BUJIAS para producir la combustión de la mezcla Aire-Gasolina en el interior de los Cilindros, describiendo AUTOXUGA el:

Funcionamiento de los Encendidos:
Tanto los Sistemas ANTIGUOS como los ACTUALES se basan en que la Tensión ó Positivo de BATERÍA (30) llega a través de LLAVE CONTACTO, conocida por (15); y desde Llave Contacto va a Positivo de BOBINA (15) que cierra circuíto a MASA a través de (1) cuando los PLATINOS están unidos, circulando la corriente a través de este circuíto llamado PRIMARIO que tiene unas 200 espiras de hilo grueso de unas décimas de diámetro (0,6 a 0,8 mm), originándose un Campo Magnético cuyas líneas de fuerza atraviesan las espiras del circuíto Secundario (unas 30.000) en hilo fino de unas centésimas de diámetro (0,06 a 0,08 mm).

Al separarse los Platinos, se interrumpe el Campo Magnético, pasando de un FLUJO MAGNÉTICO determinado, a CERO, creandose por tanto una Fuerza Electromotriz inducida en el Circuíto Secundario de unos 25.000 Voltios (caso de las Bobinas), dependiendo esta f.e.m. del campo magnético INDUCTOR, nº de Espiras, y Tiempo en que se realiza la variación de Flujo Magnético.

En este proceso, las corrientes de Autoinducción que se producen en el instante de cerrar ó abrir, se conocen como extracorrientes de cierre y de ruptura y hay que tener especial cuidado con ellas, pues la Autoinducción se opone al establecimiento de la corriente y se comporta como una especie de inercia para la misma, observandose muy bien en los interruptores de cuchillo que cuando se abre el circuíto se establece un arco en oposición a la apertura.
Al ser las Fuerzas Electromotrices inducidas E1 y E2 en el Primario y Secundario de la Bobina proporcionales a la Tensión de la Batería, su Relación de TRANSFORMACIÓN viene definida por: E1/E2 = N1/N2, en dónde N1 y N2 son las Espiras del Primario y Secundario.

Una BOBINA se considera como un circuíto con AUTOINDUCCIÓN y RESISTENCIA en SERIE. La constante de tiempo en segundos es: t = L/R (Henrios/Ohmios), y el cálculo de la Corriente Instantánea será: i = E/R×(1 -e, elevado a, -R×t/L) = I×(1 -e, elevado a, -R×t/L) que sustituyendo: L = Henrios y R = Ohmios, se obtiene un valor de Corriente Instantánea: i = I×0,631 que viene a ser el 63% de la Intensidad Estacionaria Final (E/R), o lo que es lo mismo; Una BOBINA con 12 Voltios y cuya Resistencia del Primario sea de 1,2 Ohmios, la Intensidad aproximada será: 12/1,2×0,631 = 7,57 Amperios que es mucha intensidad para absorver el CONDENSADOR en PARALELO que se pone a los PLATINOS.

Circuítos más modernos:
El Circuíto inferior del lado izquierdo, la intensidad de corriente que llega a los PLATINOS es de unas milésimas de Amperio por lo que no hace falta poner Condensador, y por tanto los Platinos durarán casi indefinidamente.
Los Sistemas de Encendido ACTUALES suelen tener captadores y veremos los funcionamientos en próximos apartados.
Atención: NO ARRANCAR COCHES CONECTANDO UN CARGADOR DE BATERIAS PORQUE LOS CIRCUÍTOS ELECTRÓNICOS SOPORTAN "miliamperios" Y CON CIRCUÍTO CERRADO, LOS PICOS DE TENSIÓN "los deteriora".

Nociones elementales de Electricidad

A través de estos conceptos básicos mostrados por AUTOXUGA se pretende orientar a los profesionales para evitar colocar piezas que en muchos casos no son necesarias porque están bien, aunque fuera de VALORES INICIALES. Por ello, es conveniente intercalar en muchas ocasiones Resistencias en SERIE o en PARALELO en un Circuíto para equilibrar la pérdida o exceso de VALOR que adquirió el Componente con el uso y transcurso del tiempo.

Correcciones habituales:
Resulta bastante frecuente observar como un determinado coche deteriora algún Componente por distintos motivos: Caudalímetros; Calentadores; Estabilizadoras; etc. Para una superficial explicación vamos a suponer que un Coche DIESEL deteriora CALENTADORES cada pocos kms (supongamos 50.000 Kms. o 1 año) y las preguntas que generalmente nos hacemos son: ¿Pondremos materiales de mala calidad?. ¿Se hace mal el montaje?.
Pero quizas debiéramos hacernos estas otras preguntas:
Primera: ¿Hemos comprobado la Tensión que llega a los Calentadores?.
Segunda: ¡Durante cuanto tiempo llega esa Tensión!. ¡Como puedo saber si los Calentadores son correctos!. ¿Me fio del catálogo?, etc.

Una explicación rápida a lo anterior, sin entrar en detalle porque se expone en otro curso, es la siguiente:
Sabemos que el Relé que acciona los Calentadores va provisto de un Circuíto de TIEMPO más o menos complejo, o bien el Tiempo de conexión lo calcula la UCE. En ambos casos existe un Circuíto RC. ¿Qué podemos hacer?.
La RESPUESTA es clara; debemos variar el Tiempo o la Tensión, y para esto es para lo que sirven los elementales cálculos y la Tabla de Colores.
No obstante, la variación del tiempo en el Relé es una tarea un poco más compleja ya que éste vendrá determinado por los conceptos explicados sobre AUTOINDUCCIÓN que recordando: El cálculo de la Corriente Instantánea era este: i = E/R×(1 -e, elevado a, -R×t/L) = I×(1 -e, elevado a, -R×t/L) que sustituyendo: L = Henrios y R = Ohmios, se obtiene un valor de Corriente Instantánea: i = I×0,631 que es el 63% de la Intensidad E. Final (E/R).
Sin embargo no llega con esto sino que es necesario saber algo sobre Circuítos provistos de Capacidad y Resistencia (RC) que es algo parecido al anterior y cuya fórmula final es: q = Q× (1 -e, elevado a, -t/R×C), y de donde la Constante de Tiempo es: t = R×C.
Aunque pueda parecer algo complicado y dificil lo expuesto por falta de suficientes conocimientos de cálculo, lo que es muy fácil hacer, después de haber comprendido algo estos conceptos, es probar con unas Resistencias en SERIE o en PARALELO para controlar la variación de tiempo que se consigue.

Componentes Electronicos Basicos

La disposición de Resistencias en SERIE y PARALELO se han visto antes. Para Condensadores, el cálculo de agrupaciones Serie - Paralelo es a la inversa:
Agrupación Serie: Capacidad Total: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
Agrupación Paralelo: Capacidad Total: C = C1 + C2 + C3
Energía Eléctr.Almacena.(Julios)= ½×C×V² = ½×q²/C; C=Faradios; q=Culomb

Diodo Normal:
Sin entrar en detalles de su análisis constructivo se indica, que el ELECTRODO que asegura el contacto con la Zona (P) se llama ÁNODO = A, y el que asegura el contacto con la Zona (N) se llama CÁTODO = K
El DIODO asegura una vía de corriente en sentido único que sólo puede fluir desde el Ánodo = A, hacia el Cátodo = K, según se aprecia en el dibujo.
La mayor parte de los DIODOS están fabricados con SILICIO aunque también los hay de GERMANIO. Se consigue un DIODO dopando un mismo cristal de SILICIO de dos maneras diferentes: Añadiendo una ínfima cantidad de impurezas (ARSÉNICO) se consigue el (N) ó Cátodo: K; y añadiendo una ínfima cantidad de INDIO se consigue el (P) ó Ánodo: A.
Si invertimos un DIODO (Polarización Inversa), la lámpara NO LUCE; y con Polarización Directa, Luce la Lámpara, según se aprecia abajo.

Diodo ZENER:
Se consiguen dosificando impurezas al SILICIO en la UNIÓN para que dejen pasar corriente inversa según TENSIÓN de diseño que tiene valores estándares: 1N746A=3,3V para 10 a 30µA; 1N753A=6,2V para 0,1 a 20µA.
En teoría, un Diodo ZENER debería comportarse como un AISLANTE PERFECTO, pero en la práctica no sucede esto y pasa corriente superior a la de diseño.

Diodos Luminosos; LED:
Generalmente son realizados con Arseniuro de Galio (GaAs) y vienen a ser un semi-conductor que al ser recorrido por Electrones y Huecos (corriente directa) se recombinan en la parte central de la unión, causando la emisión de una RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA cuya Longitud de Onda si está comprendida entre 450.000 GHz = 450 nm (color Violeta), y 610 a 700 nm (color Rojo), el ojo humano percibe estas radiaciones como luz visible.
Mirando un LED a trasluz, la SUPERFICIE del Ánodo = A, es más pequeña que la del Cátodo = K, ya que éste va a soportar el CHIP semi-conductor. Las patillas son al revés: Ánodo=Larga, y Cátodo=Corta. Invirtiéndolas se funde.

Otros Componentes Electronicos

TIRISTOR y TRIAC:
El TIRISTOR es un semi-conductor constituído por cuatro zonas PNPN y tres electrodos A, K, y P y se puede asimilar a un Diodo ACCIONADO y en Polarización Inversa que funciona de la siguiente manera: Si una Tensión Positiva en relación al Ánodo, se aplica al Cátodo, el TIRISTOR se bloquea de la misma manera que un DIODO Polarizado a la INVERSA.
El TRIAC se asimila a DOS TIRISTORES conectados en Paralelo a la INVERSA.

Transistores NPN y PNP:
Difieren de los DIODOS en relación a que las TRES zonas se asocian a TRES electrodos. Los Transistores NPN y PNP se rigen por unos mismos principios de funcionamiento, pero son complementarios por trabajar a la inversa.
Base + Emisor forman una conexión NPN y de ahí el SENTIDO de la Flecha.
Emisor + Base forman la conexión PNP (Flecha al revés).
Dando una TENSIÓN a la Base, el TRANSISTOR deja circular corriente ENTRE Colector-Emisor. La Base hace como la llave de un grifo al dejar pasar agua.

Circuítos con LED y TRANSISTOR:
En la parte derecha se dibujaron DOS circuítos provistos de TRANSISTOR y LED. El de ARRIBA funde el LED al no ponerle una Resistencia en Serie. Pero si la Resistencia es de VALOR ELEVADO, no alumbra. Esto sucede porque en un Circuíto TTL, por ejemplo el: NO Y, con un Integrado 74LS00, el pico de corriente de Colector-Emisor es: I = 0,2 a 0,4 mA, que es INSUFICIENTE para que alumbre el LED por necesitar un MÍNIMO de 15 mA, según AUTOXUGA.
Al circuíto de ABAJO, al poner una Resistencia de 250 Oh. ya circulan 20 mA, y por tanto, el LED alumbra, y esta va a ser la TECNICA de comprobación de las UCEs aunque en estos casos se suceden una serie de fenómenos debidos a capacidades parásitas derivadas del cableado, de los electrodos de los transistores, de entrada de otras etapas, etc., lo que obliga a poner un CONDENSADOR en Paralelo para reducir todas estas capacidades a una sola, tomando la Resistencia un nuevo valor llamado Impedancia cuya fórmula de cálculo se expone sin explicarla para no entrar en temas teóricos.

Circuítos INTEGRADOS:
En la parte superior derecha se ponen unos CHIPs ó Circuítos Integrados para mostrar que según tengan una numeración u otra, son DISTINTOS. No obstante, se muestra la Tensión de Entrada (Vcc = 5 V) que se atribuye el valor = 1 (nivel alto), y (GND = 0 V) ó Masa, de valor = 0 (nivel bajo).
Según desarrollo del CIRCUÍTO con tecnología TTL (se alimenta a 5 V), ó CMOS (se alimenta desde 5 hasta 15 V) y según se midan los valores a la Entrada o Salida de las Puertas, los valores van a ser distintos. En tecnología TTL, a las Entradas de las Puertas se van a considerar GND = 0 los valores de 0,8 a 1,9 V; y se consideran Vcc = 1, los valores de 2 a 5 V. En la tecnología CMOS, se considera GND = 0, los valores de 1,5 a 3,4 V; y se considera como Vss = 1, los valores de 3,5 a 5 V.

Sabiendo como funcionan los Componentes, se sabrá LEER mejor un Circuíto.

Impulsor HALL y Etapa FINAL de POTENCIA

Impulsor HALL:
El Transmisor HALL es un semi-conductor provisto de un Circuíto Integrado, y cuando gira el Rotor de Diafragma del Distribuidor de Encendido, el transmisor HALL forma y amplifica la señal para el Aparato de Mando, obteniendose la Tensión HALL. Las explicaciones de AUTOXUGA son las siguientes:

Formación de la Tensión HALL:
Al conectar el ENCENDIDO a través de Llave Contacto, fluye una tensión por el semi-conductor, y esta Tensión es cortada por las líneas de fuerza del imán, y de esta manera, son desviados lateralmente los ELECTRONES en el semi-conductor. Entonces, en una SUPERFICIE de contacto existe sobrante de electrones, y debido a la DIFERENCIA de CARGAS entre las Superficies de Contacto, se forma la Tensión HALL que suele ser de entre 4 a 6 Voltios.

Cuando el rotor de diafragma interrumpe las líneas de fuerza MAGNÉTICAS (tal como sucede en la figura inferior derecha), se DESCONECTA la tensión HALL y la Tensión del TRANSMISOR aumenta notablemente a la salida del Distribuidor de Encendido, quedando conectada la corriente Primaria.

Si el rotor de diafragma deja pasar el flujo del imán (figuras centrales), AUMENTA la tensión HALL y la Tensión del TRANSMISOR se pone a CERO desconectándose la corriente Primaria; y de esta manera se forma la ALTA TENSIÓN. La Tensión HALL es PULSANTE de Ondas Cuadradas.

Comprobaciones sobre el ESQUEMA:
Al Distribuidor de Encendido llegan TRES cables. Uno de ellos es Tensión (15) de llave Contacto señalado con (+); el otro es Masa con signo (-), y el CENTRAL señalado con (0) va a indicar junto con (-) el VALOR de la Tensión HALL que debe ser de unos 4 a 6 Voltios PULSANTES por flancos de Subida y Bajada (alterna) que la producen las VENTANAS del ROTOR. NOTA: Puede tener UNA SOLA VENTANA, ó tantas como Cilindros, según Microprocesador UCE.

Cuando el Rotor de Aluminio permita que una ventana deje pasar el Flujo del Imán al Transmisor HALL, se generará una TENSIÓN de 4 a 6 Voltios entre el (-) y el (0), y es cuando en ese momento, la ETAPA de POTENCIA (parte superior del dibujo) conecta la corriente en la Bobina.

Cuando el Rotor de Aluminio interrumpa el Flujo del Imán sobre el Transmisor HALL, entonces la TENSIÓN entre (-) y (0) descenderá a 0,3 ó 0,5 Voltios, y será cuando la ETAPA de POTENCIA corte la corriente del Primario de la BOBINA produciéndose en ese momento la Alta Tensión en el Secundario.

Etapa FINAL de POTENCIA:
Conecta y Desconecta la corriente primaria de la Bobina de Encendido para limitarla a unos 7,5 Amperios al recibir impulsos del Circuíto INTEGRADO del HALL, ya que a través del borne (15) recibe Tensión para el Paso Final Potencia y para la Bobina Encendido, y según el ángulo cierre circuíto (depende de nº cilindros), se activa el Terminal (2) del Paso Final de Potencia para obtener la máxima energía de encendido, y durante esa operación, se establece CONTACTO por medio del Paso Final de Encendido entre el TERMINAL de Masa (1) de la Bobina de Encendido y Masa (31) a través del Paso Final de Potencia. Este Circuíto Generador de Impulsos se muestra en otro Curso.

Campo y Flujo Electrico, Magnetico

Como los Sistemas de FLUJO MAGNÉTICO utilizados en Relés; Encendidos; Sensores y Transmisores de P.M.S., r.p.m.; ABS, etc., se basan todos ellos en los mismos principios, se expone un poco de TEORÍA de los Programas Informáticos de AUTOXUGA sobre el Campo Eléctrico; Campo Magnético y Autoinducción, que no es imprescindible, pero resultará útil:

Las FORMULAS BÁSICAS sobre Campo Eléctrico y Campo Magnético se ponen a modo de información ya que los Cursos de AUTOXUGA se orientan a la práctica, pero los coches modernos llevan muchos SENSORES ó TRANSMISORES, y es necesario conocer como afecta la TEORÍA sobre los cables de la INSTALACIÓN ELECTRICA para SOLUCIONAR muchas AVERÍAS.

Campo Eléctrico
*Fuerza de atracción de DOS cargas: F = q×q°/r²
*Intensidad de Campo Eléctrico: E = F/q
*Flujo Eléctrico: ø = E×A. Voltios × metro) en el Sistema Internacional (S.I.).
No se explica más teoría porque no es tema de este CURSO PRACTICO pero estos nociones en caso de ampliarlas se va a ver que inciden sobre las Cargas Electrostáticas que deben tenerse en cuenta a la hora de manipular UCEs ya que las CARGAS del cuerpo humano pueden deteriorar INTEGRADOS.

Campo Magnético
*Flujo de Inducción Magnética: ø = B×A = µ×N×I×A/l. (Wb=weber)
*Campo Magnético de una Espira Circular: B = K×2¶×N×I/r. (Wb/m²)
*Campo Magnético de un Conductor rectilíneo: B = K×2I/r.
*Intensidad Campo Magnético: H = B/µ = N×I/l.
*Autoinducción de un Solenoide: L = N×ø/I = N²×µ×A/l. A/m (henrios)

EJEMPLO DE CÁLCULO:
Calcular la Densidad de Flujo ó Inducción Magnética a una distancia de 2 cm. de un Conductor por el que circulan 50 Amperios (carga de un Alternador).
*SOLUCIÓN: B = K×2×I/r,.......10 elevado a -7(Wb/A×m)×2×50A/0,02m = 0,0005 Wb/m² (Teslas)

Se pone esta TEORÍA porque la mayoría de CABLES de los TRANSMISORES van APANTALLADOS para evitar influencias de Campos Magnéticos. Muchas veces el coche tiene un FALLO ESPORÁDICO que se debe a estos problemas que NINGÚN APARATO DE DIAGNÓSIS ó ESCANER puede detectar como AVERÍA en sí; y sólo conociendo un poco de TEORÍA y más en concreto la Ley de BIOT y SAVART se podrán resolver problemas complejos, sin olvidarnos de:
En virtud de la Ley de LENZ, debe ocurrir en las BOBINAS que: "El sentido de la corriente inducida será tal, que al CERRAR un circuíto al que se le puso una Resistencia variable en serie, si se aumenta la Intensidad de la Corriente (por disminuir la Resistencia variable), la corriente de Autoinducción tendrá sentido contrario a la que quiere establecerse". Sucede que la f.e.m. (E) inducida, se opone a la variación de la Intensidad de la Corriente, y no a la Corriente misma, siendo el valor de esta f.e.m. (E) = -N×ðø/ðt = -L×ði/ðt que se genera en sentido opuesto a la variación de Flujo (ø).

Complementos; Inyector Lógico:
Los Componentes expuestos en el dibujo se describieron antes, excepto el INYECTOR ó Pulsador Lógico que es IMPRESCINDIBLE para el diagnóstico y localización de averías en Electrónica Digital (INTEGRADOS) porque se puede INYECTAR una señal al circuíto sin tener que extraer el componente o cortar conexiones, siendo un complemento a la Sonda Lógica o bien al Multímetro que mida Ondas Cuadradas. El precio de estos Aparatos es de unos 20 Euros.